CN113004619B - 应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条及制备方法，建筑密封条包括以下质量份的原料：三元乙丙橡胶100份，乙烯基硅橡胶20份，硫化活性剂7‑10份，炭黑40‑80份，无机填料10‑30份，增塑剂40‑70份，硫化剂1‑3份，硫化促进剂3‑8份，所述硫化活性剂为氧化锌、硬脂酸和聚乙二醇的复配物，所述乙烯基硅橡胶中乙烯含量低于50%，采用盐浴硫化工艺。本发明的应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条具有优异耐寒性能，在低温条件下可保持良好的弹性，并且在高强度紫外线辐照下不产生裂口。
Description
技术领域
本发明属于橡胶密封材料技术领域，具体涉及一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条及制备方法。
背景技术
建筑密封条大都应用于门窗构件上，门窗构件包括框与扇之间、扇与扇之间以及玻璃与框扇等的结合处，可以有效阻止雨水、沙尘等的侵入具有减震、密封、隔热和消声等作用的弹性体材料。按照材质的不同，建筑密封条可分为PVC密封条、硅橡胶密封条和EPDM密封条。
建筑密封条通常安装在门窗型材上，会有部分裸露在环境中。由于我国地理环境复杂，各地气候条件不同，因此对应用于建筑门窗密封胶条的要求也存在较大的差异。以青藏高原为例，其平均海拔在4000米以上，年平均气温低于0℃，最暖的月平均气温也低于10℃；而且由于海拔较高，空气稀薄云层稀少，所受到阳光辐照也高于平原地区，紫外线强度比同纬度的平原地区高出30%左右。在常年零下的气温条件下，橡胶大分子链段的活动性会下降，很容易变硬、发脆呈现玻璃态从而失去弹性和密封效果；而高强度的紫外线辐照会造成橡胶大分子链断裂，表现为表面出现裂纹甚至发生破裂，导致使用寿命下降，更换和维护较为麻烦。因此对于高海拔地区的建筑密封条不仅仅要求有好的物理机械强度和较低的压缩永久变形，更要求具有优异的耐寒性和耐紫外线辐照能力。
中国专利CN 106810872A公开了一种耐寒硅橡胶的制备方法，但是硅橡胶的价格相对昂贵，对于建筑门窗的大量使用和推广存在一定的障碍，而且硅橡胶的物理机械性能相对较低；普通的EPDM密封条虽然大分子主链饱和，耐辐照性能较好，但是其最低使用温度在-40℃左右，相对来说还是不能满足高寒的使用环境；其他常用的PVC密封条和CR密封条由于分子链上极性基团的存在，限制了分子链的运动能力，因此耐寒性能差（脆性温度仅为-20℃），仅能满足低海拔地区的使用要求，用于高海拔地区是不可行的。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，具有优异耐寒性能，在低温条件下可保持良好的弹性，并且在高强度紫外线辐照下不产生裂口。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，包括以下质量份的原料：
三元乙丙橡胶 100份
乙烯基硅橡胶 20份
硫化活性剂 7-10份
炭黑 40-80份
无机填料 10-30份
增塑剂 40-70份
硫化剂 1-3份
硫化促进剂 3-8份
其中，所述硫化活性剂为氧化锌、硬脂酸和聚乙二醇的复配物，所述乙烯基硅橡胶中乙烯含量低于50%。
优选的，所述密封条的邵尔A硬度为50-70。
优选的，所述氧化锌、硬脂酸和聚乙二醇的质量比为5:2:2~3。
优选的，所述炭黑的粒径为50-100nm，所述炭黑为N550或SPV-5000。
优选的，所述增塑剂为石蜡油、癸二酸二辛酯（DOS）、羟基硅油的复配物，所述石蜡油、癸二酸二辛酯、羟基硅油质量比为40～60：5～15：2～10。
更优选的，所述石蜡油的闪点＞260℃。
优选的，所述硫化剂为硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷的复配物，所述硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷的质量比为0.5～2：0.2～1。
优选的，所述硫化促进剂为二丁基二硫代氨基甲酸锌（BZ）、2，2'-二硫代二苯并噻唑（DM）、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ）、二甲基二硫代氨基甲酸锌（PZ）、四硫化双戊撑秋兰姆（DPTT）中一种或几种。
本发明的另一目的是提供一种应用于高海拔地区耐寒耐紫外建筑密封条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照上述的配比将各原料进行称量。
（2）将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料、增塑剂、硫化活性剂按比例投入到密炼机中混炼，排胶冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫化剂、硫化促进剂按比例依次加入并混炼，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料。
（3）将步骤（2）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经盐浴硫化成型后制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
优选的，一种应用于高海拔地区耐寒耐紫外建筑密封条的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照上述的配比将各原料进行称量。
（2）将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料、增塑剂、硫化活性剂按比例投入到密炼机中混炼2～4min，待温度达到140℃时排胶，将排出的胶料冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫化剂、硫化促进剂按比例依次加入后混炼30～60s，待温度达到70℃时排胶，出片后冷却至室温，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料。
（3）将步骤（2）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度为50℃，螺杆的转速为15～40r/min，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经过温度为230℃的盐浴硫化成型后制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明建筑密封条具有较低的脆性温度和较强的耐紫外线辐照性能，可以满足高海拔地区极端的气候环境，其物理性能满足GB/T 24498标准，可以稳定的批量生产。
（2）本发明建筑密封条原料中添加具有耐寒和耐紫外线辐照性能的乙烯基硅橡胶，其具有优异的物理机械性能和优秀的抗撕裂强度，且大分子主链是高度饱和的且不含极性基团，大大提高了与三元乙丙橡胶的相容性，密封条综合了两种胶料的特性；且三元乙丙橡胶的乙烯含量低于50%，不仅具有极好的耐寒性（乙烯含量高于50%的三元乙丙在低温的情况下会产生结晶的现象，变硬发脆），且与盐浴连续挤出硫化工艺相配合，可大大提升耐紫外线辐射性能。
（3）本发明建筑密封条采用石蜡油、癸二酸二辛酯以及羟基硅油复配的增塑剂，在具有增塑效果的同时，产生了极佳的耐寒作用，通过混炼进入橡胶大分子链之后可有效降低分子间的相互作用力并且抑制了结晶过程，赋予大分子链较高的运动能力和柔顺性，从而大大提高了橡胶的耐寒能力。为了更好的实现本发明的技术效果，防止癸二酸二辛酯因迁移性较大易被烃类抽出，出现喷出现象，降低产品耐寒性能，增塑剂采用质量比40～60：5～15：2～10石蜡油、癸二酸二辛酯以及羟基硅油。单一石蜡油耐寒性差，不利于提高橡胶的耐寒性能。
（4）本发明采用的硫黄/2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷（双-2，5）的复配硫化物可将原料深度硫化，避免了硫化不足造成的弹性差和物理性能不稳定的缺点，使得产品质量波动较小，保证了极端环境下密封结构的可靠性。为了更好的实现本发明的技术效果，提高硫化交联程度，采用质量比0.5～2：0.2～1的硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷复配物。单一使用硫磺，无法交联硅橡胶，单一使用双2，5硫化剂硫化效率偏慢，不利于深度硫化，因此采用质量比0.5～2：0.2～1的硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷，可以提高产品性能。
（5）相比于一般的微波和热空气硫化，本发明采用盐浴硫化在生产过程中避免产品与氧气接触，从而避免氧原子侵入橡胶分子链后造成的断裂或分子链僵硬，保持了橡胶原有的弹性，因此使用盐浴生产的橡胶材料具有更加优异耐寒性能和耐老化性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，包括以下质量份的原料：
三元乙丙橡胶（8550C）40份，三元乙丙橡胶（4045M）60份，乙烯基硅橡胶20份，氧化锌5份，硬脂酸2份，聚乙二醇2.5份，炭黑（N550）60份，无机填料（碳酸钙）10份，增塑剂（石蜡油YB6100）40份，增塑剂（DOS）5份，增塑剂（羟基硅油）5份，硫黄1.5份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷0.8份，硫化促进剂DM/PZ/BZ所用的份数分别为1.8/1.5/2.5份。
其中，为适应连续挤出硫化的生产工艺，两种三元乙丙橡胶的第三单体均为硫化速度较快的ENB，三元乙丙橡胶8550C在125℃下的ML（1+4）为80，乙烯含量48%，第三单体ENB的含量为5.5%；三元乙丙橡胶4045M在100℃下的ML（1+4）为45，乙烯含量47%，第三单体ENB的含量为5%。
一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照上述配方将各原料进行称量，将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料碳酸钙、增塑剂（石蜡油YB6100、DOS、羟基硅油）、硫化活性剂（氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇）按比例投入到密炼机中，混炼3min，待温度达到140℃时排胶，将排出的胶料冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、硫化促进剂（DM、PZ、BZ）按比例依次加入，混炼50s，待温度达到70℃时排胶，出片后冷却至室温，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料。
（2）将步骤（1）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度为50℃，螺杆的转速为40r/min，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经过温度为230℃的盐浴硫化成型后即可制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
实施例2
一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，包括以下质量份的原料：
三元乙丙橡胶（8550C）50份，三元乙丙橡胶（4045M）50份，乙烯基硅橡胶20份，氧化锌5份，硬脂酸2份，聚乙二醇2.5份，炭黑（N550）60份，无机填料（碳酸钙）10份，增塑剂（石蜡油YB6100）50份，增塑剂（DOS）10份，增塑剂（羟基硅油）5份，硫黄1.5份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷0.8份，硫化促进剂DM/PZ/BZ所用的份数分别为1.8/1.5/2.5份。
其中，为适应连续挤出硫化的生产工艺，两种乙丙橡胶的第三单体均为硫化速度较快的ENB，三元乙丙橡胶8550C在125℃下的ML（1+4）为80，乙烯含量48%，第三单体ENB的含量为5.5%；三元乙丙橡胶4045M在100℃下的ML（1+4）为45，乙烯含量47%，第三单体ENB的含量为5%。
一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照上述配方将各原料进行称量，将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料碳酸钙、增塑剂（石蜡油YB6100、DOS、羟基硅油）、硫化活性剂（氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇）按比例投入到密炼机中，混炼4min，待温度达到140℃时排胶，将排出的胶料冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、硫化促进剂（DM、PZ、BZ）按比例依次加入，混炼40s，待温度达到70℃时排胶，出片后冷却至室温，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料。
（2）将步骤（1）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度为50℃，螺杆的转速为40r/min，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经过温度为230℃的盐浴硫化成型后即可制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
实施例3
一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，包括以下质量份的原料：
三元乙丙橡胶（8550C）50份，三元乙丙橡胶（4045M）40份，乙烯基硅橡胶10份，氧化锌5份，硬脂酸2份，聚乙二醇2.5份，炭黑（N550）60份，无机填料（碳酸钙）10份，增塑剂（石蜡油YB6100）50份，增塑剂（DOS）15份，增塑剂（羟基硅油）5份，硫黄1.2份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷1份，硫化促进剂DM/PZ/BZ/DPTT所用的份数分别为1.8/1.5/2.5/1.5份。
其中，为适应连续挤出硫化的生产工艺，两种乙丙橡胶的第三单体均为硫化速度较快的ENB，三元乙丙橡胶8550C在125℃下的ML（1+4）为80，乙烯含量48%，第三单体ENB的含量为5.5%；三元乙丙橡胶4045M在100℃下的ML（1+4）为45，乙烯含量47%，第三单体ENB的含量为5%，两种乙丙橡胶的乙烯含量均低于50%。
一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照上述配方将各原料进行称量，将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料碳酸钙、增塑剂（石蜡油YB6100、DOS、羟基硅油）、硫化活性剂（氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇）按比例投入到密炼机中，混炼4min，待温度达到140℃时排胶，将排出的胶料冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、硫化促进剂（DM、PZ、BZ、DPTT）按比例依次加入，混炼45s，待温度达到70℃时排胶，出片后冷却至室温，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料。
（2）将步骤（1）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度为50℃，螺杆的转速为40r/min，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经过温度为230℃的盐浴硫化成型后即可制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：不包括乙烯基硅橡胶。
对比例2
与实施例2的区别仅在于：不包括DOS。
对比例3
与实施例3的区别仅在于：不包括硫化剂2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷。
对比例4
与实施例1的区别仅在于：用热烘道代替盐浴生产装置。
对比例5
与实施例1的区别仅在于：DOS的加入量为20份。
将实施例1-3与对比例1-4所制备的密封条进行性能测试和耐寒（脆性温度）/耐紫外性能测试，其中，材料性能测试方法：按照GB/T531.1-2008测定硫化胶的硬度，按照GB/T528-2009测试拉伸性能；脆性温度测试：按照GB/T1682-2014测试硫化胶的脆性温度；耐紫外性能测试：按照GB/T24498测试硫化胶的耐紫外老化性能。测试结果如表1所示：
表1 实施例及对比例的性能数据对比
从上表中可以看出，在硅橡胶和增塑剂DOS的双重作用下，复合胶料的硬度和拉伸强度均保持了较高的水平，耐寒和耐紫外性能较好；不加硅橡胶或DOS会导致脆性温度上升，耐寒性能显著下降；硫化剂2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷是复合胶料必须的硫化剂，不加会导致复配材料交联程度的下降和硫化不足，严重影响了硫化胶的硬度、拉伸和耐低温性能；盐浴硫化是复合胶料硫化所必需的工艺，否则会造成硫化胶变软，强度下降，耐寒性能也变差；增加DOS的用量后，由于DOS与三元乙丙橡胶的相容性不好，导致了DOS喷出，不但没有达到预期的效果，还降低了胶料性能。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，其特征在于：包括以下质量份的原料：
三元乙丙橡胶 100份
乙烯基硅橡胶 20份
硫化活性剂 7-10份
炭黑 40-80份
无机填料 10-30份
增塑剂 40-70份
硫化剂 1-3份
硫化促进剂 3-8份
所述硫化活性剂为氧化锌、硬脂酸和聚乙二醇的复配物，所述乙烯基硅橡胶中乙烯含量低于50%；所述增塑剂为质量比为40～60：5～15：2～10的石蜡油、癸二酸二辛酯、羟基硅油的复配物；所述硫化剂为硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷的复配物，所述硫黄、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷的质量比为0.5～2：0.2～1；所述密封条由盐浴连续挤出硫化工艺制备得到。
2.根据权利要求1所述的应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，其特征在于：所述密封条的邵尔A硬度为50-70。
3.根据权利要求1所述的应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，其特征在于：所述氧化锌、硬脂酸和聚乙二醇的质量比为5:2:2~3。
4.根据权利要求1所述的应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，其特征在于：所述炭黑的粒径为50-100nm，所述炭黑为N550或SPV-5000。
5.根据权利要求1所述的应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，其特征在于：所述石蜡油的闪点＞260℃。
6.根据权利要求1所述的应用于高海拔地区的耐寒耐紫外线建筑密封条，其特征在于：所述硫化促进剂为二丁基二硫代氨基甲酸锌BZ、2，2'-二硫代二苯并噻唑DM、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二甲基二硫代氨基甲酸锌PZ、四硫化双戊撑秋兰姆DPTT中一种或几种。
7.一种应用于高海拔地区耐寒耐紫外建筑密封条的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述的配比将各原料进行称量；
（2）将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料、增塑剂、硫化活性剂按比例投入到密炼机中混炼，排胶冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫化剂、硫化促进剂按比例依次加入并混炼，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料；
（3）将步骤（2）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经盐浴硫化成型后制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
8.根据权利要求7所述的应用于高海拔地区耐寒耐紫外建筑密封条的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述的配比将各原料进行称量；
（2）将三元乙丙橡胶、乙烯基硅橡胶、炭黑、无机填料、增塑剂、硫化活性剂按比例投入到密炼机中混炼2～4min，待温度达到140℃时排胶，将排出的胶料冷却至室温，再将其投入密炼机，将硫化剂、硫化促进剂按比例依次加入后混炼30～60s，待温度达到70℃时排胶，出片后冷却至室温，制得三元乙丙/硅橡胶的复合胶料；
（3）将步骤（2）所得的三元乙丙/硅橡胶复合胶料加入挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度为50℃，螺杆的转速为15～40r/min，使复合胶料连续稳定的挤出，将挤出的胶条经过温度为230℃的盐浴硫化成型后制成具有优良耐寒和耐紫外辐射性能的橡胶密封条。
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