CN112852064A - 一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及橡胶生产的技术领域，更具体地说，它涉及一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料及其制备方法。橡胶产品主要由以下重量份的组分制备而成：三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、内脱模剂、碳黑、石蜡油、硫磺以及促进剂；其制备方法为：按照重量份计，将三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、内脱模剂、碳黑以及石蜡油进行混合密炼，然后加入硫磺和促进剂，继续混合密炼，出片，进行硫化成型，得到橡胶产品，产品具有回弹性高、耐疲劳性好以及耐低温性好的优点。本申请的橡胶产品可用于制作精密气泵用皮碗，能提高皮碗的出气量以及延长皮碗的使用寿命。

Description

一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料及其制备方法
技术领域
本申请涉及橡胶生产的技术领域，更具体地说，它涉及一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料及其方法。
背景技术
气泵即“空气泵”，从一个封闭空间排除空气或从封闭空间添加空气的一种装置。气泵的充气和出气通常是通过不断往复地拉伸和压缩皮碗使其形变，进而改变着腔室的容积来实现。皮碗在往复运动的过程中起到密封作用，其需要具有良好的耐磨性、耐高温低温、耐腐蚀等性能。
皮碗一般由橡胶材料制成，相关技术中的橡胶皮碗主要采用丁腈橡胶为主胶，丁腈橡胶具有优良的耐油性、耐磨性以及耐热性，但是其耐低温性差、耐疲劳性差，弹性低，在低温环境下长时间使用，皮碗的密封性能会大大降低，影响皮碗的出气量，继而影响皮碗的使用性能和使用寿命。
发明内容
为了提高橡胶产品的耐疲劳性、耐低温性以回弹性，以提高皮碗的使用性能和使用寿命，本申请提供一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，采用如下的技术方案：
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，主要由以下重量份的组分制备而成：
120-150份三元乙丙橡胶；
5-6份氧化锌；
0.5-1份硬脂酸；
2-5份内脱模剂；
60-90份碳黑；
15-40份石蜡油；
0.8-2份硫磺；
2-4份促进剂。
通过采用上述技术方案，采用三元乙丙橡胶作为橡胶材料的主胶，其具有优良的耐热耐低温性、耐老化性以及耐疲劳，氧化锌主要是作为活化剂使用，活化整个硫化体系；硬脂酸则起到分散、润滑的作用，有利于制得的橡胶皮碗顺利脱模，氧化锌与硬脂酸共同作用的时候会形成锌皂，可以提高氧化锌在胶料中的溶解度，与促进剂作用形成在胶料中溶解性良好的络合物，从而活化促进剂硫磺，提高整个硫化体系的硫化效率，通过采用上述组分的配方方案，使制得的橡胶材料具有高回弹性、良好的耐疲劳性以及耐低温性，因此采用本申请制得的橡胶胶料来制作皮碗，长期使用下能保持皮碗的出气量，提高皮碗的使用性能和使用寿命。
优选的，精密气泵的皮碗用橡胶胶料主要由以下重量份的组分制备而成：
120-145份三元乙丙橡胶；
5份氧化锌；
0.8-1份硬脂酸；
2-3份内脱模剂；
70-90份碳黑；
15-30份石蜡油；
1-1.5份硫磺；
2.5-3.5份促进剂。
通过采用上述技术方案，采用上述特定的配比方案，制得的橡胶产品在回弹性能以及耐低温性能上有进一步的提高，进而采用上述配方方案制得的橡胶胶料来制作皮碗，能进一步提高皮碗的使用性能和使用寿命。
优选的，所述三元乙丙橡胶为德国朗盛集团的EPDM 8550和EPDM 4869的三元乙丙橡胶。
通过采用上述技术方案，其制得的橡胶产品具有更佳的回弹性能、耐低温性能，且采用该橡胶胶料制作得到的皮碗能具有更高的出气量，其中的原因可能在于德国朗盛集团的的三元乙丙橡胶中乙烯含量较低，具有较好的耐低温结晶性，EPDM 4869与EPDM 8550配合使用能提高橡胶产品的强度，且配合橡胶产品配方中的其他物料共同使用时，能提高橡胶产品的回弹性和耐低温性。
优选的，所述促进剂为促进剂CZ、促进剂DM、促进剂M、促进剂ZDMC中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，采用上述其中一种或多种促进剂与氧化锌和硬脂酸进行复配使用，均能显著提高橡胶产品的耐疲劳性能，提高皮碗的使用性能和使用寿命。
优选的，所述氧化锌经过等离子体处理。
通过采用上述技术方案，等离子体中释放的高能粒子对氧化锌进行轰击，增加氧化锌表面的粗糙度，提高氧化锌的活性，使其更利于与促进剂进行作用，进一步提高硫化过程的效率。
优选的，所述等离子体处理的脉冲放电电压为18-25kV，脉冲频率为20-60Hz，处理时间为1-5min。
通过采用上述技术方案，等离子体处理的参数控制在上述范围，能提高对氧化锌的处理效果，而又不致于破坏氧化锌的结构而失活。
优选的，所述碳黑为经过表面处理的碳黑，所述表面处理步骤具体为：取15-22份硅烷偶联剂与1-2份二甲苯混合均匀，然后向其中滴加0.2-1ml浓度为10wt％的稀盐酸并搅拌5-10min，然后在70-110℃下加入15-20份碳黑，搅拌后冷却至室温，真空抽滤并烘干。
通过采用上述技术方案，利用硅烷偶联剂对碳黑进行表面处理后，使二氧化硅粒子表面的活性羟基与有机化合物发生缩合反应而在二氧化硅表面覆盖一层有机分子，能改善碳黑在配方其他组分之间的浸润和分散性，降低碳黑的表面能，从而提高橡胶产品的耐疲劳性能，且采用配合经过等离子体处理的氧化锌进行复配使用能显著提高橡胶产品的耐疲劳性能和回弹性能。
第二方面，本申请提供一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份计，将三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、内脱模剂、碳黑以及石蜡油进行混合密炼，得到混炼胶A；
步骤二、向步骤一得到的混炼胶A停放冷却2-10小时后加入硫磺和促进剂，继续混合密炼，出片，得到混炼胶B；
步骤三、将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，得到橡胶产品。
优选的，所述步骤一中，先加入三元乙丙橡胶、碳黑、内脱模剂以及氧化锌进行混合，再加入硬脂酸和石蜡油进行混合。
通过采用上述技术方案，采用上述顺序对组分进行添加，能保证硫化过程的效果，提高橡胶产品的使用性能。
优选的，所述硫化时间为200-350s，所述硫化的温度为170-180℃。
通过采用上述技术方案，控制硫化时间和硫化温度在上述范围内，能保证橡胶制备的硫化效果，以制得高回弹性和耐低温性的橡胶产品，而又不致于导致橡胶分子链产生裂解反应，造成交联断裂，影响橡胶产品的使用性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用三元乙丙橡胶作为橡胶材料的主胶，配合氧化锌、硬脂酸以及促进剂使用，制得具有高回弹性、良好的耐疲劳性以及耐低温性的橡胶材料。
2、采用本申请制得的橡胶胶料来制作皮碗，长期使用下能保持皮碗的出气量，提高皮碗的使用性能和使用寿命。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
表1以下实施例以及对比例中的原料来源表
Figure BDA0002950151490000041
实施例1
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，由以下步骤制得：
步骤一、将120g三元乙丙橡胶、5g氧化锌、1g硬脂酸、2g内脱模剂、90g碳黑以及15g石蜡油进行混合密炼，密炼的温度为140℃，密炼时间为720s，得到混炼胶A。其中，三元乙丙橡胶为EPDM 8550和EPDM 4869的复合三元乙丙橡胶。
步骤二、将步骤一得到的混炼胶A停放冷却2小时后加入1g硫磺和2.5g促进剂，继续混合密炼300s，出片，得到混炼胶B。其中，促进剂的型号为促进剂CZ。
步骤三、采用平板硫化机将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，硫化的温度为170℃，所述硫化时间为350s，得到橡胶产品。
实施例2
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，由以下步骤制得：
步骤一、将150g三元乙丙橡胶、6g氧化锌、0.5g硬脂酸、5g内脱模剂、60g碳黑以及40g石蜡油进行混合密炼，密炼的温度为140℃，密炼时间为720s，得到混炼胶A。其中，三元乙丙橡胶与实施例1相同。
步骤二、将步骤一得到的混炼胶A停放冷却10小时后加入2g硫磺和4g促进剂，继续混合密炼300s，出片，得到混炼胶B。其中，促进剂的型号为促进剂DM。
步骤三、采用平板硫化机将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，硫化的温度为180℃，所述硫化时间为200s，得到橡胶产品。
实施例3
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，由以下步骤制得：
步骤一、将145g三元乙丙橡胶、5g氧化锌、0.8g硬脂酸、3g内脱模剂、70g碳黑以及30g石蜡油进行混合密炼，密炼的温度为140℃，密炼时间为720s，得到混炼胶A。其中，三元乙丙橡胶与实施例1相同。
步骤二、将步骤一得到的混炼胶A停放冷却5小时后加入1.5g硫磺和3.5g促进剂，继续混合密炼300s，出片，得到混炼胶B。其中，促进剂的型号为促进剂DM。
步骤三、采用平板硫化机将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，硫化的温度为175℃，所述硫化时间为280s，得到橡胶产品。
实施例4
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，与实施例3的区别在于，各组分的配比不同，具体各组分配比参见表2。
实施例5
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，与实施例1的区别在于，仅采用型号为EPDM4869的三元乙丙橡胶。
实施例6
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，与实施例2的区别在于，采用促进剂CZ、促进剂DM、促进剂M以及促进剂ZDMC复配的促进剂，其中促进剂CZ、促进剂DM、促进剂M以及促进剂ZDMC的用量均为1g。
实施例7
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，与实施例4的区别在于，本实施例的氧化锌经过等离子体处理，等离子体处理的脉冲放电电压为18kV，脉冲频率为60Hz，处理时间为5min。
实施例8
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，与实施例4的区别在于，本实施例的碳黑为经过表面处理的碳黑，表面处理步骤具体为：取15份硅烷偶联剂与1份二甲苯混合均匀，然后向其中滴加0.5ml浓度为10wt％的稀盐酸并搅拌10min，然后在100℃下加入15份碳黑，搅拌后冷却至室温，真空抽滤并烘干。
实施例9
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，与实施例8的区别在于，本实施例的氧化锌经过等离子体处理，等离子体处理的步骤与实施例7相同。
实施例10
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，由以下步骤制得：
步骤一、将145g三元乙丙橡胶、70g碳黑、3g内脱模剂以及5g氧化锌进行混合均匀后，再加入0.8g硬脂酸以及30g石蜡油进行混合密炼，密炼的温度为140℃，密炼时间为720s，得到混炼胶A。其中，三元乙丙橡胶与实施例1相同。
步骤二、将步骤一得到的混炼胶A停放冷却5小时后加入1.5g硫磺和3.5g促进剂，继续混合密炼300s，出片，得到混炼胶B。其中，促进剂的型号为促进剂DM。
步骤三、采用平板硫化机将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，硫化的温度为175℃，所述硫化时间为280s，得到橡胶产品。
表2各实施例的各组分用量
Figure BDA0002950151490000061
Figure BDA0002950151490000071
对比例1
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，实施例1的区别在于，采用同用量的丁腈橡胶替代三元乙丙橡胶。
对比例2
一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，由以下步骤制得：
步骤一、将70g三元乙丙橡胶、4g氧化锌、2g硬脂酸、1g内脱模剂、120g碳黑以及5g石蜡油进行混合密炼，密炼的温度为140℃，密炼时间为720s，得到混炼胶A。其中，三元乙丙橡胶与实施例1相同。
步骤二、将步骤一得到的混炼胶A停放冷却2小时后加入0.5g硫磺和15g促进剂，继续混合密炼300s，出片，得到混炼胶B。其中，促进剂的型号为促进剂CZ。
步骤三、采用硫化仪将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，硫化的温度为170℃，所述硫化时间为350s，得到橡胶产品。
应用例1
一种精密气泵的皮碗，采用实施例1制得的橡胶胶料制成。
应用例2
一种精密气泵的皮碗，采用实施例2制得的橡胶胶料制成。
应用例3
一种精密气泵的皮碗，采用实施例3制得的橡胶胶料制成。
应用例4
一种精密气泵的皮碗，采用实施例4制得的橡胶胶料制成。
应用例5
一种精密气泵的皮碗，采用实施例5制得的橡胶胶料制成。
应用例6
一种精密气泵的皮碗，采用实施例6制得的橡胶胶料制成。
应用例7
一种精密气泵的皮碗，采用实施例7制得的橡胶胶料制成。
应用例8
一种精密气泵的皮碗，采用实施例8制得的橡胶胶料制成。
应用例9
一种精密气泵的皮碗，采用实施例9制得的橡胶胶料制成。
应用例10
一种精密气泵的皮碗，采用实施例10制得的橡胶胶料制成。
对比应用例1
一种精密气泵的皮碗，采用对比例1制得的橡胶胶料制成。
对比应用例2
一种精密气泵的皮碗，采用对比例2制得的橡胶胶料制成。
性能检测试验硬度检测：依据标准GB/6031-1998对实施例1-10所制得的橡胶产品以及对比例1-2所制得的橡胶产品进行硬度检测。评价标准：在52±3度之间视为合格。检测结果见表3。
拉伸强度检测：依据标准：GB/T528-92对实施例1-10所制得的橡胶产品以及对比例1-2所制得的橡胶产品进行拉伸强度检测。检测结果见表3。
耐低温性能检测：将实施例1-10所制得的橡胶产品以及对比例1-2所制得的橡胶产品在0℃的低温条件下放置48小时后，检测硬度，并与初始状态硬度进行对比，得到低温硬度变化。检测结果见表3。
耐疲劳性能检测：将实施例1-10所制得的橡胶产品以及对比例1-2所制得的橡胶胶料分别制作成皮碗，将皮碗均安装在精密气泵上按照实际工况运行半年，然后采用硬度计对皮碗进行硬度检测，并与初始状态硬度进行对比，得到疲劳硬度变化，且观察皮碗表面的裂纹以及粉化情况。检测结果见表3。
出气量检测：将应用例1-10以及对比应用例1-2制得的皮碗均安装在精密气泵上按照实际工况运行，并采用空气流量计对皮碗进行出气量的检测。检测结果见表4。
表3各实施例和各对比例的检测结果
Figure BDA0002950151490000081
Figure BDA0002950151490000091
表4各应用例和各对比应用例的检测结果
Figure BDA0002950151490000092
Figure BDA0002950151490000101
结合实施例1-4并结合表3和表4可以看出，采用本申请的配方方案制得的橡胶产品在硬度方面均能保持在52±3度之间，且拉伸强度均能达到10MPa以上，经过耐低温性能试验后，其硬度变化均小于或等于4度，经过耐疲劳性能试验后，其硬度变化均小于或等于2度，且表面均不存在裂纹，且仅存在轻微粉化的现象，因此，本申请的配方方案制得的橡胶产品在耐低温性、回弹性以及耐疲劳性上均有显著的提升。采用制得的橡胶胶料制备得到的皮碗，其出气量均大于2.5L/min，即提高了皮碗的出气量。其中，实施例1和实施例3与实施例2相比，采用实施例1和实施例3的配比方案制得的橡胶产品具有较强的拉伸强度以及在低温条件下硬度变化较小，即采用实施例1和实施例3的配比方案能提高橡胶产品的回弹性以及耐低温性。另外，实施例1和实施例4相比，采用实施例4的配比方案制得的橡胶产品具有更强的拉伸强度以及在低温条件下硬度变化更小，即采用实施例4的配比方案能进一步提高橡胶产品的回弹性以及耐低温性。
结合实施例1和实施例5并结合表3和表4可以看出，采用型号为EPDM 8550和EPDM4869复合的三元乙丙橡胶制得的橡胶产品具有更强的拉伸强度以及在低温条件下硬度变化较小，即采用型号为EPDM 8550和EPDM 4869复合的三元乙丙橡胶制得具有更高回弹性以及更佳耐低温性的橡胶产品。采用该橡胶胶料制备得到的皮碗，其出气量得到提升。
结合实施例2和实施例6并结合表3可以看出，采用实施例6中的四种型号的促进剂进行复配使用，其制得的橡胶产品经过耐疲劳试验后，硬度变化减小，且产品表面老化现象减弱，即能提高橡胶产品的耐疲劳性能。
结合实施例4和实施例8并结合表3可以看出，采用经过表面处理的碳黑制得的橡胶产品，经过耐疲劳试验后，硬度变化减小，且产品表面老化现象减弱，即能提高橡胶产品的耐疲劳性能。
结合实施例7-9并结合表3可以看出，采用经过等离子体处理的氧化锌结合经过表面处理的碳黑复配使用，能显著提高橡胶产品的回弹性能和耐疲劳性能。
结合实施例3和实施例10并结合表3和表4可以看出，在制备橡胶产品过程中采用特定的投料顺序，能提高橡胶产品的耐低温性、耐疲劳性以及回弹性。采用该橡胶胶料制备得到的皮碗，其出气量能从2.8L/min提升至3.0L/min，即提高了皮碗的出气量。
结合实施例1和对比例1-2并结合表3可以看出，采用三元乙丙橡胶同时配合特定配比的组分配方能显著提高橡胶产品的耐低温性、耐疲劳性以及回弹性。且采用该橡胶产品制备得到的皮碗，其出气量得到显著提高。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：主要由以下重量份的组分制备而成：
120-150份三元乙丙橡胶；
5-6份氧化锌；
0.5-1份硬脂酸；
2-5份内脱模剂；
60-90份碳黑；
15-40份石蜡油；
0.8-2份硫磺；
2-4份促进剂。
2.根据权利要求1所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：主要由以下重量份的组分制备而成：
120-145份三元乙丙橡胶；
5份氧化锌；
0.8-1份硬脂酸；
2-3份内脱模剂；
70-90份碳黑；
15-30份石蜡油；
1-1.5份硫磺；
2.5-3.5份促进剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶为德国朗盛集团的EPDM 8550和EPDM 4869的三元乙丙橡胶。
4.根据权利要求3所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：所述促进剂为促进剂CZ、促进剂DM、促进剂M、促进剂ZDMC中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：所述氧化锌经过等离子体处理。
6.根据权利要求5所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：所述等离子体处理的脉冲放电电压为18-25kV，脉冲频率为20-60Hz，处理时间为1-5min。
7.根据权利要求1-2、4-6任一所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料，其特征在于：所述碳黑为经过表面处理的碳黑，所述表面处理步骤具体为：取15-22份硅烷偶联剂与1-2份二甲苯混合均匀，然后向其中滴加0.2-1ml浓度为10wt%的稀盐酸并搅拌5-10min，然后在70-110℃下加入15-20份碳黑，搅拌后冷却至室温，真空抽滤并烘干。
8.由权利要求1-7任一所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按照重量份计，将三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、内脱模剂、碳黑以及石蜡油进行混合密炼，得到混炼胶A；
步骤二、向步骤一得到的混炼胶A停放冷却2-10小时后加入硫磺和促进剂，继续混合密炼，出片，得到混炼胶B；
步骤三、将步骤二得到的混炼胶B进行硫化成型，得到橡胶产品。
9.根据权利要求8所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，先加入三元乙丙橡胶、碳黑、内脱模剂以及氧化锌进行混合，再加入硬脂酸和石蜡油进行混合。
10.根据权利要求8或9所述的一种精密气泵的皮碗用橡胶胶料的制备方法，其特征在于：所述硫化的温度为170-180℃，所述硫化时间为200-350s。
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