CN112940506B - 一种航空硅胶密封件及其制备方法 - Google Patents

一种航空硅胶密封件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种航空硅胶密封件及其制备方法，涉及硅胶制品技术领域。一种航空硅胶密封件，主要由包括以下重量份的密封件原料制得：硅橡胶50‑80份，氟橡胶8‑15份，甲基三氟丙基硅油2‑5份，聚醚改性有机硅氧烷3‑7份，纳米氧化锆粉4‑8份；所述密封件原料还包括添加剂，所述添加剂包括以下重量份原料：固化剂2‑8份，硫化剂2.5‑6.5份；重量份基于密封件总重量计。其具有生产成本低的优点。其制备方法包括以下步骤：修饰、混炼和成型等。其制备方法具有可降低产品生产成本的优点。

Description

一种航空硅胶密封件及其制备方法
技术领域
本申请涉及硅胶制品技术领域，尤其涉及一种航空硅胶密封件及其制备方法。
背景技术
由于航空用密封件通常在高温和臭氧等复杂苛刻的条件下使用，对航天用的密封件的材质具有很高的要求。硅橡胶具有加工性好和工作温度范围广等优点，氟橡胶具有耐油、耐臭氧和耐化学性能优异等优点；将氟橡胶与硅橡胶共混制得的密封件同时具有优异的耐臭氧、耐化学和耐高低温等优点，因此，越来越多的人尝试用硅橡胶和氟橡胶共混制备航空用密封件。
目前常用的硅橡胶和氟橡胶共混材料中氟橡胶与硅橡胶的重量比为1:1左右，用该配比制得的密封件具有良好的力学性能、耐热老化性能、耐高低温性能和耐油性能。
针对上述相关技术，发明人认为，由于氟橡胶的价格昂贵，航空密封件中氟橡胶用量较大，增大了航空密封件的生产成本，在一定程度上限制了硅橡胶和氟橡胶共混航空密封件的应用范围。
发明内容
为了降低航空密封件的生产成本，本申请提供一种航空硅胶密封件及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种航空硅胶密封件，采用如下的技术方案：
一种航空硅胶密封件，主要由包括以下重量份的密封件原料制得：硅橡胶50-80份，氟橡胶8-15份，甲基三氟丙基硅油2-5份，聚醚改性有机硅氧烷3-7份，纳米氧化锆粉4-8份；所述密封件原料还包括添加剂，所述添加剂包括以下重量份原料：固化剂2-8份，硫化剂2.5-6.5份；重量份基于密封件总重量计。
通过采用上述技术方案，本申请在制备硅胶密封件的原料中同时加入氟橡胶和硅橡胶，使航空硅胶密封件具有优异的耐高低温、耐臭氧和耐油性能。通过在制备硅胶密封件的原料中加入甲基三氟丙基硅油和聚醚改性有机硅氧烷，有助于改善硅橡胶和氟橡胶之间的相容性，有助于改善硅橡胶和氟橡胶的复合效果，有助于改善产品力学性能；纳米氧化锆粉具有硬度大、耐高温和化学稳定性好等优点，加入纳米氧化锆粉有助于改善产品硬度和抗拉伸强度，而用聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉表面进行修饰，使纳米氧化锆粉表面带相同电荷，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于改善产品力学性能；本申请通过这几种物质相互作用，在低氟橡胶用量条件下制备出耐高低温和力学性能优异的航空硅胶密封件产品，降低了氟橡胶用量，有助于降低产品生产成本。
优选的，主要由包括以下重量份的密封件原料制得：硅橡胶62-68份，氟橡胶10.5-12.5份，甲基三氟丙基硅油2-5份，聚醚改性有机硅氧烷3-7份，纳米氧化锆粉4-8份，固化剂4.5-5.5份，硫化剂4-5份。更优的，硅橡胶65份，氟橡胶11.5份，甲基三氟丙基硅油3.5份，聚醚改性有机硅氧烷5份，纳米氧化锆粉6份，固化剂5份，硫化剂4.5份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料投料配比，有助于更好地发挥氟橡胶与硅橡胶之间的复配作用，有助于更好地改善产品力学性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述硅橡胶为甲基硅橡胶或甲基乙烯基硅橡胶。更优的，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
通过采用上述技术方案，使用合适的硅橡胶，有助于改善硅橡胶与其它组分之间的相容性，有助于更好地改善产品抗拉伸性能和抗撕裂性能。
优选的，所述固化剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
通过采用上述技术方案，使用合适的固化剂，结合合适的成型固化条件，有助于改善交联效果，更好地改善产品力学性能。
优选的，所述硫化剂为2，4-二氯过氧化苯甲酰。
通过采用上述技术方案，使用合适的硫化剂，与固化剂相互配合，有助于更好地改善硫化效果，有助于更好地改善产品力学性能。
优选的，所述添加剂还包括0.5-2重量份的增韧剂。
通过采用上述技术方案，在制备硅胶密封件原料中加入一定量的增韧剂，有助于降低脆性，增大韧性，改善产品抗拉伸强度。
优选的，所述纳米氧化锆粉的平均粒径不大于60nm。
通过采用上述技术方案，使用小粒径的纳米氧化锆粉，聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉表面进行修饰，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于提高产品抗拉伸强度。
第二方面，本申请提供一种航空硅胶密封件的制备方法，采用如下的技术方案：
一种航空硅胶密封件的制备方法，包括以下步骤：
S1修饰：取纳米氧化锆粉，加入聚醚改性有机硅氧烷总重量60-70％的聚醚改性有机硅氧烷，搅拌，加热至60-80℃反应10-20min，制得填料粉；
S2混炼：取硅橡胶，加入氟橡胶、甲基三氟丙基硅油、添加剂和余下的聚醚改性有机硅氧烷，加入填料粉，混炼10-30min，制得混合胶；
S3成型：将混合胶转入模具，于150-170℃，以150-190kg/cm2的压力挤压60-300s，制得航空硅胶密封件。
通过采用上述技术方案，先用一部分聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉进行表面修饰，改变纳米氧化锆粉的表面性能，再在步骤S2中加入一部分聚醚改性有机硅氧烷，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于更好地改善产品力学性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过在制备硅胶密封件的原料中加入甲基三氟丙基硅油和聚醚改性有机硅氧烷，有助于改善硅橡胶和氟橡胶之间的相容性，有助于改善硅橡胶和氟橡胶的复合效果，有助于改善产品力学性能；纳米氧化锆粉具有硬度大、耐高温和化学稳定性好等优点，加入纳米氧化锆粉有助于改善产品硬度和抗拉伸强度，而用聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉表面进行修饰，使纳米氧化锆粉表面带相同电荷，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于改善产品力学性能；本申请通过这几种物质相互作用，在低氟橡胶用量条件下制备出力学性能优异的航空硅胶密封件产品，减少了价格昂贵的氟橡胶的用量，有助于降低产品生产成本；
2.本申请通过选用合适的固化剂、硫化剂和硅橡胶，并加入一定量的增韧剂，有助于更好地改善产品力学性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广；
4.先用一部分聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉进行表面修饰，改变纳米氧化锆粉的表面性能，再在步骤S2中加入一部分聚醚改性有机硅氧烷，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于更好地改善产品力学性能。
具体实施方式
发明人在研究中发现，氟橡胶与硅橡胶共混制得的密封件具有优异的耐高低温、耐臭氧和力学性能，在制备氟橡胶与硅橡胶共混密封件的过程中，氟橡胶与硅橡胶的比例对产品的力学性能具有较大的影响，当氟橡胶用量较低或较高时，制得的产品力学性能均不佳，氟橡胶与硅橡胶较佳的重量比为1左右。氟橡胶的单价是硅橡胶单价的3-4倍，氟橡胶用量较大，导致产品生产成本较高。本申请通过在制备硅胶密封件的原料中加入甲基三氟丙基硅油和聚醚改性有机硅氧烷，有助于改善硅橡胶和氟橡胶之间的相容性，有助于改善硅橡胶和氟橡胶的复合效果，有助于改善产品力学性能；纳米氧化锆粉具有硬度大、耐高温和化学稳定性好等优点，加入纳米氧化锆粉有助于改善产品硬度和抗拉伸强度，而用聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉表面进行修饰，使纳米氧化锆粉表面带相同电荷，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于改善产品力学性能；本申请通过这几种物质相互作用，在低氟橡胶用量条件下制备出力学性能优异的航空硅胶密封件产品，有助于降低产品生产成本。实际生产过程中，可根据需要生产不同尺寸大小和形状的硅胶密封件产品。
本申请所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
Figure BDA0002930391750000051
实施例
实施例1：航空硅胶密封件的制备方法，包括如下步骤：
S1修饰：取6kg纳米氧化锆粉，加入3.2kg聚醚改性有机硅氧烷，以500转/分钟的转速搅拌，加热至70℃反应15min，制得填料粉。
S2混炼：取65kg甲基硅橡胶，加入11.5kg氟橡胶、3.5kg甲基三氟丙基硅油、5kg的γ-氨丙基三甲氧基硅烷固化剂、4.5kg的2，4-二氯过氧化苯甲酰硫化剂和1.8kg聚醚改性有机硅氧烷，混合均匀，转入混炼机中，以10转/分钟的转速混炼20min，制得混合胶。
S3成型：将混合胶铺平，裁剪成需要的尺寸，转入含有模具的注射成型机中，于160℃，以160kg/cm2的压力挤压180s，制得若干尺寸为300mm*200mm*4mm的航空硅胶密封件。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2用相同重量的甲基乙烯基硅橡胶代替甲基硅橡胶，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例2的区别在于，实施例3在步骤S2中加入了1.2kg增塑剂，其它均与实施例2保持一致。
实施例4-13
实施例4-13与实施例3的区别在于，实施例4-13各原料的添加量不同，其它均与实施例3保持一致，实施例4-13的步骤S1中加入总重量的64％的聚醚改性有机硅氧烷，其余的聚醚改性有机硅氧烷在步骤S2中加入，实施例4-8各原料的添加量见表2，实施例9-13各原料的添加量见表3。
表2实施例4-8的各原料的添加量
Figure BDA0002930391750000061
Figure BDA0002930391750000071
表4实施例9-13的各原料的添加量
Figure BDA0002930391750000072
实施例14
实施例14与实施例3的区别在于，实施例14将全部的聚醚改性有机硅氧烷用于步骤S1修饰制成填料粉，步骤S2不再加入聚醚改性有机硅氧烷，其它均与实施例3保持一致。
实施例15-18
实施例15-18与实施例3的区别在于，实施例15-18各步骤工艺参数不同，其它均与实施例3保持一致，实施例15-18各步骤工艺参数见表4。
表4实施例15-18各步骤中的参数
Figure BDA0002930391750000073
Figure BDA0002930391750000081
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入甲基三氟丙基硅油，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2不加入纳米氧化锆粉，不经修饰步骤，将聚醚改性有机硅氧烷全部直接加入硅橡胶中，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3不加入聚醚改性有机硅氧烷，不经修饰步骤，将纳米氧化锆粉直接加入硅橡胶中，其它均与实施例1保持一致。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4不经修饰步骤，直接将纳米氧化锆粉和全部的聚醚改性有机硅氧烷加至硅橡胶中，其它均与实施例1保持一致。
性能检测
1、拉伸强度：参照GBT528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》，在成型步骤中制备成需要的试验样件，进行拉伸强度测试，实验结果如表5。
2、撕裂强度：参照GBT529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》，在成型步骤中制备成需要的试验样件，进行撕裂强度测试，实验结果如表5。
表5不同硅胶密封件产品性能测试结果对比表
Figure BDA0002930391750000091
Figure BDA0002930391750000101
相比于实施例1，对比例1不加入甲基三氟丙基硅油，制得的硅胶密封件产品的拉伸强度和撕裂强度不高，力学性能不佳，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。对比例2不加入纳米氧化锆粉，制得的硅胶密封件产品力学性能不佳。对比例3不加入聚醚改性有机硅氧烷，不用聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉进行修饰，制得的硅胶密封件产品的力学性能不佳。对比例4不经修饰步骤，直接将纳米氧化锆粉和全部的聚醚改性有机硅氧烷加至硅橡胶中，相比于对比例3，对比例4制得的硅胶密封件产品的力学性能稍有提高，但依然不能满足市场需求，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-4的实验结果，可以看出，在制备硅胶密封件的过程中，加入甲基三氟丙基硅油和聚醚改性有机硅氧烷有助于改善硅橡胶和氟橡胶之间的相容性，有助于改善硅橡胶和氟橡胶的复合效果，有助于改善产品力学性能；纳米氧化锆粉具有硬度大、耐高温和化学稳定性好等优点，加入纳米氧化锆粉有助于改善产品硬度和抗拉伸强度，而用聚醚改性有机硅氧烷对纳米氧化锆粉表面进行修饰，使纳米氧化锆粉表面带相同电荷，有助于纳米氧化锆粉均匀分散在硅橡胶和氟橡胶中，有助于改善产品力学性能；通过这几种物质相互作用，实施例1制得的硅胶密封件产品具有优异的抗拉伸性能和抗撕裂性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2用甲基乙烯基硅橡胶代替甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶与甲基三氟丙基硅油和聚醚改性有机硅氧烷等物质之间具有良好的相容性，制得的硅胶密封件产品的力学性能更好。对比实施例2和实施例3的实验结果，实施例3加入了增塑剂，有助于改善产品力学性能。
相比于实施例3，实施例4-13中各原料的添加量不同，其中实施例4-7未使用合适的原料投料配比，制得的产品的力学性能有所波动；实施例8-11使用较优的原料投料配比，制得的产品具有优异的力学性能；实施例12-13使用最佳的原料投料配比，制得的硅胶密封件产品均具有优异的抗拉伸性能和抗撕裂性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
相比于实施例3，实施例14将全部的聚醚改性有机硅氧烷用于步骤S1修饰制成填料粉，步骤S2中不再加入聚醚改性有机硅氧烷，由于在修饰过程中对纳米氧化锆粉进行修饰的同时聚醚改性有机硅氧烷的性质也存在一定的变化，在步骤S2中另外加入聚醚改性有机硅氧烷有助于提高填料粉与硅橡胶和氟橡胶之间的粘附强度，实施例14没有在步骤S2中另外加入聚醚改性有机硅氧烷，制得的硅胶密封件产品的力学性能有所下降，不利于产品市场推广。相比于实施例3，实施例15-18中各步骤工艺参数有所不同；其中实施例15步骤S3中成型温度较低，制得的硅胶密封件产品的力学性能有所降低；实施例16-18选用合适的工艺参数，制得的硅胶密封件产品均具有优异的力学性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种航空硅胶密封件，其特征在于，主要由包括以下重量份的密封件原料制得：硅橡胶50-80份，氟橡胶8-15份，甲基三氟丙基硅油2-5份，聚醚改性有机硅氧烷3-7份，纳米氧化锆粉4-8份；所述密封件原料还包括添加剂，所述添加剂包括以下重量份原料：固化剂2-8份，硫化剂2.5-6.5份；重量份基于密封件总重量计。
2.根据权利要求1所述的一种航空硅胶密封件，其特征在于，主要由包括以下重量份的密封件原料制得：硅橡胶62-68份，氟橡胶10.5-12.5份，甲基三氟丙基硅油2-5份，聚醚改性有机硅氧烷3-7份，纳米氧化锆粉4-8份，固化剂4.5-5.5份，硫化剂4-5份。
3.根据权利要求1所述的一种航空硅胶密封件，其特征在于：所述硅橡胶为甲基硅橡胶或甲基乙烯基硅橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种航空硅胶密封件，其特征在于：所述固化剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种航空硅胶密封件，其特征在于：所述硫化剂为2，4-二氯过氧化苯甲酰。
6.根据权利要求1所述的一种航空硅胶密封件，其特征在于：所述添加剂还包括0.5-2重量份的增韧剂。
7.根据权利要求1所述的一种航空硅胶密封件，其特征在于：所述纳米氧化锆粉的平均粒径不大于60nm。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的航空硅胶密封件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1修饰：取纳米氧化锆粉，加入聚醚改性有机硅氧烷总重量60-70%的聚醚改性有机硅氧烷，搅拌，加热至60-80℃反应10-20min，制得填料粉；
S2混炼：取硅橡胶，加入氟橡胶、甲基三氟丙基硅油、添加剂和余下的聚醚改性有机硅氧烷，加入填料粉，混炼10-30min，制得混合胶；
S3成型：将混合胶转入模具，于150-170℃，以150-190kg/cm2的压力挤压60-300s，制得航空硅胶密封件。
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