CN112980115A

CN112980115A - 一种耐高温低挥发氟橡胶材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN112980115A
Application number: CN202110202935.8A
Authority: CN
Inventors: 刘春燕; 许耀东; 徐志文; 张德昭; 刘宏宇; 柯玉超
Original assignee: Anhui Zhongding Sealing Parts Co Ltd
Current assignee: Anhui Zhongding Sealing Parts Co Ltd
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本发明公开了一种耐高温低挥发氟橡胶材料及其制备方法与应用，该材料选用高门尼粘度的氟橡胶，各原料按照重量百分比包括：氟橡胶生胶40～80％、炭黑1～30％、硅土1～20％、轻质填料1～20％、稀土氧化物1～5％、石墨1～10％、聚丁二烯1～5％、氢氧化钙1～8％、氧化镁：1～8％、棕榈蜡0.5～3％、2,2‑双(4‑羟苯基)六氟丙烷0.6～2.5％、苄基三苯基氯化磷0.3～1.5％；通过合成橡胶的混炼制备、橡胶的预成型、硫化及后处理等工序，制得一种具有优异的耐高温、低挥发、耐燃油、耐混合油气以及使用寿命长的氟橡胶密封制品。

Description

一种耐高温低挥发氟橡胶材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，具体的，涉及一种耐高温低挥发氟橡胶材料及其制备方法与应用。

背景技术

氟橡胶具有优异的耐热性、抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和耐大气老化性等特性，因而广泛的应用于汽车发动机与电机动/静密封、管路内衬、高温废气的密封等场景。特别是在近些年，随着发动机功率密度与效率的提升，对周边密封的要求进一步增加，例如应用于发动机油封和氧传感器的高温密封。

氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器，其安装在排气管中用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近，维持三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力至最佳状态。然而氧传感器只有在高温时(端部达到300℃以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。

对于接插器布置在车身内部的后氧传感器(三元催化器功能监测用氧传感器)，由于氧传感器需要穿过车身底板，氧传感器线束设计有防水橡胶密封件用于防止线束磨损和造成短路。此橡胶密封件安装位置接近废气排气缸，要求其具有耐高温280℃、低挥发、低压缩永久变形的特性。常规氟橡胶不能满足长期耐高温280℃、低挥发、低压缩永久变形的要求。

为满足上述实际使用要求，研发出一种耐高温、低挥发、低压缩永久变形的氟橡胶材料，对保障使用安全性以及延长使用寿命有着重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温低挥发氟橡胶材料及其制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明的耐高温、低挥发氟橡胶材料，按重量百分比含有以下组分：氟橡胶生胶：40～80％、炭黑1～30％、硅土1～20％、轻质填料1～20％、稀土氧化物：1～5％、石墨1～10％、聚丁二烯1～5％、氢氧化钙：1～8％、氧化镁：1～8％、棕榈蜡：0.5～3％、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷0.6～2.5％、苄基三苯基氯化磷：0.3～1.5％。

氟橡胶生胶是由偏氟乙烯、六氟丙烯单体共聚而成的二元共聚弹性体，高门尼粘度氟橡胶具有优异的机械强度、良好的脱模性和低压缩永久变形。

补强填充剂选用硅土，硅土经过甲基丙烯酰氧基硅烷表面处理，可以有效的提高氟橡胶机械强度、改善加工性能以及减小压缩永久变形。

补强填充剂选用轻质填料，轻质填料为轻质碳系改性黑色矿物填料，比重1.1g/cm³，在橡胶填料中，是比重最低的填料，易分散，不凝聚，提高产品的弹性，减少变形，并提高产品表面光洁度。

添加剂为石墨、聚丁二烯。石墨的热膨胀系数小、化学稳定性好、耐腐蚀、导热性好，可改善氟橡胶耐热性能，超细焦炭粉为骨料的各向同性石墨可以提供更高的强度。

稀土氧化物为氧化钇、纳米级氧化铈，氧化钇及30～50纳米氧化铈产品，可以有效提高氟橡胶耐高温性能。

本发明的耐高温、低挥发氟橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)混炼橡胶的制备：按照权利要求1所述的配方备料并将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，其中，硬度为邵氏A70～80度，拉伸强度≥12MPa，拉断伸长率≥200％的橡胶为合格的橡胶；

(2)橡胶的成型及硫化：将检测合格的混炼橡胶通过开炼机在60～70℃下进行开炼成型，再将成型后的橡胶放入硫化设备中的模具内，在压力为170～190Kgf/cm²、温度为170～190℃的条件下，对橡胶进行硫化处理，硫化时间为200～600秒；

(3)后处理及检验：对硫化后的产品进行修边，修边后将产品放在烘箱230～250℃二次硫化，二次硫化时间16～24h，然后再对尺寸、外观进行检验，得到合格的成品。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料，具有长时间耐高温，有效抵抗燃料油、发动机油等油气混合介质对橡胶的腐蚀，密封可靠，使用长久等特性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种耐高温低挥发氟橡胶材料，按重量百分比，由以下组分加工制成：氟橡胶生胶66％、炭黑12％、硅土3％、轻质填料5％、稀土氧化物：3％、石墨1.1％、聚丁二烯2％、氢氧化钙0.5％、氧化镁5％、棕榈蜡0.5％、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷1.3％、苄基三苯基氯化磷0.6％。

上述耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法包括如下步骤：

混炼橡胶的制备：按上述配方备料并将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，得到邵氏硬度72，拉伸强度14.8MPa，拉断伸长率274％的合格混炼橡胶；

橡胶的成型及硫化：将检测合格的混炼橡胶通过开炼机在65℃下进行开炼成型，再将成型后的橡胶放入硫化设备中的模具内，在压力为180Kgf/cm2、温度为180℃的条件下，对橡胶进行硫化处理，硫化时间为360秒；

后处理及检验：对硫化后的产品进行修边，修边后将产品放在烘箱230℃二次硫化，二次硫化时间24h，再对尺寸、外观进行检验，得到合格的成品。

实施例2：

一种耐高温低挥发氟橡胶材料，按重量百分比，由以下组分加工制成：氟橡胶生胶60％、炭黑10％、硅土6％、轻质填料10％、稀土氧化物2％、石墨2％、聚丁二烯1.3％、氢氧化钙1.2％、氧化镁5％、棕榈蜡0.7％、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷1.2％、苄基三苯基氯化磷0.6％。

上述耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法包括如下步骤：

混炼橡胶的制备：按上述配方备料并将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，得到邵氏硬度73，拉伸强度15.1MPa，拉断伸长率263％的合格混炼橡胶；

实施例3：

一种耐高温低挥发氟橡胶材料，按重量百分比，由以下组分加工制成：氟橡胶生胶55％、炭黑5％、硅土10％、轻质填料15.5％、稀土氧化物1％、石墨4％、聚丁二烯2％、氢氧化钙：3％、氧化镁：2％、棕榈蜡1％、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷1％、苄基三苯基氯化磷0.5％。

上述耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法包括如下步骤：

混炼橡胶的制备：按上述配方备料并将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，得到邵氏硬度75，拉伸强度15.8MPa，拉断伸长率250％的合格混炼橡胶；

实施例4：

一种耐高温低挥发氟橡胶材料，按重量百分比，由以下组分加工制成：氟橡胶生胶56％、炭黑7％、硅土15％、轻质填料12％、稀土氧化物2.5％、石墨3％、聚丁二烯2％、氢氧化钙3％、氧化镁：2％、棕榈蜡1.1％、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷0.9％、苄基三苯基氯化磷0.5％。

上述耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法包括如下步骤：

混炼橡胶的制备：按上述配方备料并将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，得到邵氏硬度74，拉伸强度15.3MPa，拉断伸长率242％的合格混炼橡胶；

实施例5：

一种耐高温低挥发氟橡胶材料，按重量百分比，由以下组分加工制成：氟橡胶生胶52％、炭黑4％、硅土9％、轻质填料20％、稀土氧化物3％、石墨2％、聚丁二烯2.5％、氢氧化钙3％、氧化镁2％、棕榈蜡1％、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷1％、苄基三苯基氯化磷0.5％。

上述耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法包括如下步骤：

混炼橡胶的制备：按上述配方备料并将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，得到邵氏硬度77，拉伸强度16MPa，拉断伸长率235％的合格混炼橡胶；

对实施例1-5中获得的橡胶材料硫化后进行性能检测，检测结果如下表所示：

本发明中，通过选择合适的原料，调整各原料的配比，使各原料的性能协同促进，得到的氟橡胶耐高温、低挥发、耐燃油、耐混合油气以及使用寿命长等特性。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种耐高温低挥发氟橡胶材料，其特征在于，由如下重量百分比原料加工制备而成：氟橡胶生胶40～80％、炭黑1～30％、补强填充剂、稀土氧化物1～5％、添加剂、吸酸剂、棕榈蜡0.5～3％、硫化剂。

所述硫化剂包括2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷与苄基三苯基氯化磷，其中2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷添加量为原料总重的0.6～2.5％，苄基三苯基氯化磷添加量为原料总重的0.3～1.5％；

所述吸酸剂包括高活性氧化镁和超细氢氧化钙，其中超细氢氧化钙添加量为原料总重的1～8％，高活性氧化镁添加量为原料总重的1～8％；

所述添加剂包括石墨与聚丁二烯，其中石墨添加量为原料总重的1～10％，聚丁二烯添加量为原料总重的1～5％；

所述补强填充剂包括硅土与轻质填料，其中硅土添加量为原料总重的1～20％，轻质填料添加量为原料总重的1～20％。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料，其特征在于，所述氟橡胶生胶为偏氟乙烯-六氟丙烯共聚弹性体，门尼粘度1+10，121℃为60～100。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料，其特征在于，所述炭黑为热裂解法炭黑。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料，其特征在于，所用稀土氧化物为氧化钇与氧化铈中的一种或两种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料，其特征在于，所述硅土经过甲基丙烯酰氧基硅烷表面处理。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，混炼橡胶的制备：按照重量份将所有原料送入密炼机，通过密炼机混炼分散得到混炼橡胶，室温停放16h后对混炼橡胶进行二次密炼，使混炼橡胶分散更均匀，性能更稳定，再对其硬度、强度以及伸长率进行检测，得到合格的混炼橡胶；

第二步，橡胶的成型及硫化：将检测合格的混炼橡胶通过开炼机在60～70℃下进行开炼成型，再将成型后的橡胶放入硫化设备中的模具内，在压力为170～190Kgf/cm2、温度为170～190℃的条件下，对橡胶进行硫化处理，硫化时间为200～600秒；

第三步，后处理及检验：对硫化后的产品进行修边，修边后将产品放在烘箱230～250℃二次硫化，二次硫化时间16～24h，然后再对尺寸、外观进行检验，得到合格的成品。

7.根据权利要求6所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料的制备方法，其特征在于，第一步中合格的混炼橡胶的参数为：邵氏A硬度70～80度，拉伸强度≥12MPa，拉断伸长率≥200％。

8.权利要求1-5任一所述的一种耐高温低挥发氟橡胶材料在发动机油封和氧传感器的高温密封中的应用。