CN112876756A - 一种梯度自润滑橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯度自润滑橡胶材料及其制备方法，其按重量份计包括100份基体橡胶、20～80份炭黑、10～50份增塑剂、3～20份润滑剂、2～10份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～5份防老剂、0.5～10份促进剂、1～5份硫化剂。本发明具有自润滑性能、耐磨性能、抗屈挠疲劳老化性能、物理机械性能以及较长的使用寿命；通过不同分子量的润滑剂组分的搭配使用，根据分子量对渗出速度的影响，令润滑剂能在各使用时间段形成一定梯度的渗出效果，保证本发明梯度自润滑橡胶材料及其制品在各时间段减摩密封效果稳定；工艺简单，操作控制方便，生产效率高，尤其适用于需要动态减摩密封的汽车、电动工具等高端机械工业领域中。

Description

一种梯度自润滑橡胶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其是涉及一种梯度自润滑橡胶材料及其制备方法。

背景技术

现代科技的飞速发展，随之带动了机械工业的发展，对于机械油封提出的要求也越来越高。机械轴承在低速或快速转动的过程中，如果达不到完全水润滑的状态，则会产生干摩擦，影响机器设备的运转和寿命。因而，在机械转动轴上，往往会加上一圈橡胶密封圈来提高机械轴承密封性能，同时也对橡胶密封圈提出了更高的要求。在橡胶轴承密封领域中，要求橡胶密封材料具备优异的耐油性、抗磨减摩性、耐老化性、耐屈挠疲劳性，同时要具备良好的力学性能等。用于阀轴(杆)密封、往复活塞密封以及轴承等制品时，抗磨减摩性能是极其重要的指标，如果该性能不理想，工作时间稍长，则会因过度摩擦而积累大量的热量，导致橡胶材料提前老化失效，缩短轴承使用寿命。因而在这些应用领域中，对橡胶材料进行抗磨减摩处理十分必要。

丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶等弹性体材料由于结构的特殊性，赋予了其优异耐油、耐热、耐磨、耐老化、耐臭氧性能，并且力学性能优异，被广泛应用于各种耐油、高温环境中，特别是适用于机械传动中的阀杆、轴承等耐高温油封领域里。

目前，主要的抗磨减摩方法主要集中在橡胶表面处理以及在橡胶材料中添加合适的润滑材料。橡胶表面处理又以表面涂层为主，例如表面高压喷涂聚四氟乙烯材料和有机聚硅氧烷材料，该处理可以在保持橡胶弹性的同时大大降低产品表面的摩擦系数，起到很好的减摩效果。但是，该方法只是针对提高装配性和短期动态密封环境有用，由于涂层的耐磨性有限，在长期往复动态密封的环境中，容易失效。另一种方法是在橡胶材料中添加润滑材料，例如二硫化钼、石墨、酰胺类、有机硅类等填料，对橡胶材料来说能有效起到自润滑的作用，提高轴承等部件长期动态密封的效果，但是目前的研究材料也存在着后期减摩效果不理想，产品后期容易失效的不足。亟待开发一种抗磨减摩性能优异、使用寿命长的梯度自润滑橡胶材料。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种力学性能良好、耐油性能和抗磨减摩性能优异、使用寿命长的梯度自润滑橡胶材料及其制备方法，适用于减摩密封的汽车、电动工具等机械工业领域中。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种梯度自润滑橡胶材料，其按重量份计包括100份基体橡胶、20～80份炭黑、10～50份增塑剂、3～20份润滑剂、2～10份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～5份防老剂、0.5～10份促进剂、1～5份硫化剂。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述基体橡胶为丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶中的一种或两种以上；其中，当基体橡胶选用为丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶中的一种或两种以上时，可以提高本发明梯度自润滑橡胶材料的耐磨性、耐油性和物理机械性能。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述炭黑为N234炭黑、N326炭黑、N330炭黑、N550炭黑、N660炭黑、N774炭黑中的一种或两种以上。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、偏苯三酸三辛酯、壬二酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或两种以上；其中，当增塑剂选用为按照重量比1：2～3复配而成的对苯二甲酸二辛酯与乙酰柠檬酸三丁酯的混合物时，由于对苯二甲酸二辛酯与乙酰柠檬酸三丁酯的作用机理不同，对苯二甲酸二辛酯由于含有苯环，其耐热性更好，乙酰柠檬酸三丁酯为长碳链结构，柔顺性更好，耐寒性优异，当对苯二甲酸二辛酯与乙酰柠檬酸三丁酯复配使用后，可以使得本发明梯度自润滑橡胶材料更加适用于宽温域范围使用，从而达到同时满足高、低温下使用的的效果。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述润滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌、硅酮母粒、微晶蜡、石墨、二硫化钼中的一种或两种以上，所述润滑剂用于保证本发明梯度自润滑橡胶材料及其制品的自润滑减摩密封效果的长期稳定性；为使润滑剂能形成一定梯度的渗出效果，根据分子量对渗出速度的影响，进一步地，所述润滑剂选用为油酸酰胺、硬脂酸锌、微晶蜡中的一种或两种以上。

具体地，为保证本发明梯度自润滑橡胶材料及其制品在各时间段减摩密封效果稳定，所述润滑剂可选用油酸酰胺、芥酸酰胺、微晶蜡的混合物，其中，所述油酸酰胺、芥酸酰胺、微晶蜡按重量比(3～4):(1.5～2.5):(0.5～1.5)进行复配。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述防老剂为防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂445、防老剂264、防老剂AW、防老剂H、防老剂OD中的一种或两种以上，所述防老剂用于防护梯度自润滑橡胶材料的屈挠疲劳老化，提高梯度自润滑橡胶材料制品的使用寿命。

进一步地，所述防老剂包括1～2重量份的防老剂AW、1～3重量份的防老剂4010NA，具体地，所述防老剂包括1.5重量份的防老剂AW和2重量份的防老剂4010NA。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述促进剂为促进剂CZ、促进剂DM、促进剂BZ、促进剂TMTD、促进剂TRA中的一种或两种以上。

上述的一种梯度自润滑橡胶材料，优选的，所述硫化剂为硫磺、BIBP、DCP、双马来酰亚胺、氧化锌、硬脂酸钠、硬脂酸钾的一种或两种以上；所述梯度自润滑橡胶材料中促进剂与硫化剂的重量比为(0.5～1.5):(1.0～3.0)。

一种梯度自润滑橡胶材料的制备方法，其包括如下步骤，

称取原料：按重量份数分别称取基体橡胶、炭黑、增塑剂、润滑剂、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、硫化剂；

切胶与生胶塑炼：将基体橡胶切块，在开炼机上塑炼成塑炼胶；其中，塑炼时间为2～4min；

混炼：常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4～6mm，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、润滑剂、增塑剂、促进剂、硫化剂，在50～80℃条件下混炼10～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～3mm，翻炼，打三角包4～6次，将辊距调至8～12mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；其中，当基体橡胶中含有羧基丁腈橡胶时，则需将氧化锌放在硫化剂中一起添加至混炼胶中进行混炼，可以使得本发明梯度自润滑橡胶材料焦烧性更安全，从而提高后工序硫化的安全性，保证硫化试片或制品的外观性以及性能；

硫化：将混炼胶置于平板硫化机内进行硫化，完成梯度自润滑橡胶材料的制备，最后根据需要获得梯度自润滑橡胶试片或制品。

与现有技术相比，本发明一种梯度自润滑橡胶材料及其制备方法具有以下优点：

具有自润滑性能、耐磨性能、抗屈挠疲劳老化性能、物理机械性能以及较长的使用寿命；通过不同分子量的润滑剂组分的搭配使用，根据分子量对渗出速度的影响，令润滑剂能在各使用时间段形成一定梯度的渗出效果，保证本发明梯度自润滑橡胶材料及其制品在各时间段减摩密封效果稳定；工艺简单，操作控制方便，生产效率高，尤其适用于需要动态减摩密封的汽车、电动工具等高端机械工业领域中。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

按重量份称取以下各组分：100份氢化丁腈橡胶、30份N326炭黑、20份N550炭黑、15份乙酰柠檬酸三丁酯、2份微晶蜡、6份油酸酰胺、5份芥酸酰胺、5份氧化锌、1.5份硬脂酸、1.5份防老剂AW、2份防老剂1010NA、0.5份促进剂CZ、1.5份硫磺；

用切胶机将氢化丁腈橡胶切块，用开放式炼胶机将切块后的氢化丁腈橡胶塑炼2min成塑炼胶；

常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4mm，依次加入上述重量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂1010NA、防老剂AW、N326炭黑、N550炭黑、微晶蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺、乙酰柠檬酸三丁酯、促进剂CZ和硫磺，在60～70℃条件下混炼15～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～2mm，翻炼，打三角包4～6次，将辊距调至8～10mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；

将混炼胶放置到平板硫化机内进行高温硫化，硫化温度为170℃，硫化压强18MPa，硫化时间为8min，制备得到梯度自润滑橡胶材料。

实施例2

按重量份称取以下各组分：100份羧基丁腈橡胶、30份N326炭黑、20份N550炭黑、15份乙酰柠檬酸三丁酯、2份微晶蜡、6份油酸酰胺、5份芥酸酰胺、5份氧化锌、1.5份硬脂酸、1.5份防老剂AW、2份防老剂1010NA、0.5份促进剂CZ、1.5份硫磺；

用切胶机将羧基丁腈橡胶切块，用开放式炼胶机将切块后的氢化丁腈橡胶塑炼2min成塑炼胶；

常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4mm，依次加入上述重量份的硬脂酸、防老剂1010NA、防老剂AW、N326炭黑、N550炭黑、微晶蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺、乙酰柠檬酸三丁酯、促进剂CZ，最后加入硫磺和氧化锌，在60～70℃条件下混炼15～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～2mm，翻炼，打三角包4～6次，将辊距调至8～10mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；

将混炼胶放置到平板硫化机内进行高温硫化，硫化温度为170℃，硫化压强18Mpa，硫化时间为8min，制备得到梯度自润滑橡胶材料。

实施例3

按重量份称取以下各组分：50份羧基丁腈橡胶、50份丁腈橡胶、30份N234炭黑、25份N550炭黑、20份乙酰柠檬酸三丁酯、1.5份微晶蜡、8份油酸酰胺、4份芥酸酰胺、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、1.5份防老剂RD、2份防老剂1010NA、0.5份促进剂CZ、0.5份促进剂TMTD、0.5份硫磺，1.5份BIBP；

用切胶机将羧基丁腈橡胶和丁腈橡胶切块，用开放式炼胶机将切块后的羧基丁腈橡胶和丁腈橡胶塑炼2min成塑炼胶；

常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4mm，依次加入上述重量份的硬脂酸、防老剂1010NA、防老剂RD、N234炭黑、N550炭黑、微晶蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺、乙酰柠檬酸三丁酯、促进剂CZ、促进剂TMTD，最后加入硫磺和BIBP，在60～70℃条件下混炼18～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～2mm，翻炼，打三角包6次，将辊距调至8～10mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；

将混炼胶放置到平板硫化机内进行高温硫化，硫化温度为170℃，硫化压强18MPa，硫化时间为8min，制备得到梯度自润滑橡胶材料。

实施例4

按重量份称取以下各组分：100份丙烯酸酯橡胶、15份N234炭黑、20份N330炭黑、20份N550炭黑、10份壬二酸二辛酯、2份微晶蜡、8份油酸酰胺、5份芥酸酰胺、5份氧化锌、1份硬脂酸、2份防老剂445、、4份硬脂酸钠、0.5份硬脂酸钾、0.3份硫磺；

用切胶机将丙烯酸酯橡胶切块，用开放式炼胶机将切块后的丙烯酸酯橡胶塑炼2min成塑炼胶；

常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4mm，依次加入上述重量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂445、N234炭黑、N330炭黑、N550炭黑、微晶蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺、壬二酸二辛酯、硬脂酸钠、硬脂酸钾和硫磺，在60～70℃条件下混炼15～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～2mm，翻炼，打三角包6次，将辊距调至8～10mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；

将混炼胶放置到平板硫化机内进行高温硫化，硫化温度为180℃，硫化压强18MPa；一段硫化时间为8min，二段硫化条件为180℃温度下硫化4h，制备得到梯度自润滑橡胶材料。

实施例5

按重量份称取以下各组分：100份丙烯酸酯橡胶、15份N234炭黑、20份N330炭黑、20份N550炭黑、10份壬二酸二辛酯、1份微晶蜡、6份油酸酰胺、4份芥酸酰胺、5份氧化锌、1份硬脂酸、2份防老剂445、4份硬脂酸钠、0.5份硬脂酸钾、0.3份硫磺；

用切胶机将丙烯酸酯橡胶切块，用开放式炼胶机将切块后的丙烯酸酯橡胶塑炼2min成塑炼胶；

常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4mm，依次加入上述重量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂445、N234炭黑、N330炭黑、N550炭黑、微晶蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺、壬二酸二辛酯、硬脂酸钠、硬脂酸钾和硫磺，在60～70℃条件下混炼15～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～2mm，翻炼，打三角包6次，将辊距调至8～10mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；

将混炼胶放置到平板硫化机内进行高温硫化，硫化温度为180℃，硫化压强18MPa；一段硫化时间为8min，二段硫化条件为180℃温度下硫化4h，制备得到梯度自润滑橡胶材料。

将实施例1～5制备得到的梯度自润滑橡胶材料进行物理机械性能测试，并编号为1、2、3、4、5，所得结果如表1所示：

表1梯度自润滑橡胶材料的物理机械性能

将实施例1～5制备得到的梯度自润滑橡胶材料置于100℃下的老化箱里进行老化72h，然后测试其物理机械性能变化率，所得结果如表2所示：

表2梯度自润滑橡胶材料的物理机械性能变化率

将实施例1～5制备得到的梯度自润滑橡胶材料在常温条件下停放一定的时间后，测试其动摩擦系数，所得结果如表3所示：

表3梯度自润滑橡胶材料的动摩擦系数

表1、表2和表3表明：采用本发明一种梯度自润滑橡胶材料的制备方法制备出的梯度自润滑橡胶材料具有优异的力学性能、耐油性能和耐磨性能，耐老化性能突出，并且通过不同时间段测试的梯度自润滑橡胶材料的动摩擦系数可以看出，润滑剂能随着时间的推移，形成一定梯度的渗出效果，可保证自润滑橡胶材料及其制品的自润滑减摩密封效果长期有效稳定，适用于需要动态减摩密封的汽车、电动工具等高端机械工业领域中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于，其按重量份计包括100份基体橡胶、20～80份炭黑、10～50份增塑剂、3～20份润滑剂、2～10份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～5份防老剂、0.5～10份促进剂、1～5份硫化剂。

2.根据权利要求1所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述基体橡胶为丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述炭黑为N234炭黑、N326炭黑、N330炭黑、N550炭黑、N660炭黑、N774炭黑中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、偏苯三酸三辛酯、壬二酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或两种以上。

5.根据权利要求4所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述增塑剂为按照重量比1：2～3复配而成的对苯二甲酸二辛酯与乙酰柠檬酸三丁酯的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述润滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌、硅酮母粒、微晶蜡、石墨、二硫化钼中的一种或两种以上。

7.根据权利要求6所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述润滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、微晶蜡的混合物，其中，所述油酸酰胺、芥酸酰胺、微晶蜡按重量比(3～4):(1.5～2.5):(0.5～1.5)进行复配。

8.根据权利要求1所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述防老剂为防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂445、防老剂264、防老剂AW、防老剂H、防老剂OD中的一种或两种以上。

9.根据权利要求1所述的一种梯度自润滑橡胶材料，其特征在于：所述促进剂为促进剂CZ、促进剂DM、促进剂BZ、促进剂TMTD、促进剂TRA中的一种或两种以上；所述硫化剂为硫磺、BIBP、DCP、双马来酰亚胺、氧化锌、硬脂酸钠、硬脂酸钾的一种或两种以上；所述促进剂与硫化剂的重量比为(0.5～1.5):(1.0～3.0)。

10.一种梯度自润滑橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

称取原料：按重量份数分别称取基体橡胶、炭黑、增塑剂、润滑剂、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、硫化剂；

切胶与生胶塑炼：将基体橡胶切块，在开炼机上塑炼成塑炼胶；混炼：常温下，将塑炼胶置于开炼机上包辊，辊距调至4～6mm，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、润滑剂、增塑剂、促进剂、硫化剂，在50～80℃条件下混炼10～20min，左右割胶各3次，再将辊距调至1～3mm，翻炼，打三角包4～6次，将辊距调至8～12mm，下片，冷却，停放，制得混炼胶；

硫化：将混炼胶置于平板硫化机内进行硫化，完成梯度自润滑橡胶材料的制备。