CN113527774A - 一种橡胶密封圈的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种橡胶密封圈的加工工艺，包括以下步骤：S1、原料的称取；S2、原料的预处理；S3、胶料的制备；S4、活化处理；S5、混炼胶的制备；S6、硫化成型；S7、修边处理。本发明中橡胶密封圈的加工工艺，步骤简单，操作方便，制备出的产品具有优异的抗老化性能、抗压性及综合力学性能，有效的延长了产品的使用寿命。

Description

一种橡胶密封圈的加工工艺
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，具体涉及一种橡胶密封圈的加工工艺。
背景技术
橡胶密封圈是防止流体或固体微粒从相邻结合面之间泄漏以及防止外界灰尘或水分等杂质侵入设备内部的零部件的零件。橡胶密封圈按材质可分为：硅橡胶系列、氟橡胶系列、聚四氟乙烯系列、丁腈橡胶系列、氯丁腈系列以及三元乙丙橡胶系列，不同材质的橡胶密封圈在不同压力和温度条件下的密封效果不同。
目前，由于橡胶密封圈的抗老化性较差，会大幅度缩短橡胶密封圈的使用寿命，同时老化的橡胶密封圈会与设备发生粘结，导致力学性能及热稳定性急剧下降，导致橡胶密封圈的密封性能降低甚至是失效，将会导致阀门发生泄漏，影响设备的正常使用，严重时会导致事故的发生，就需要频繁更换密封圈甚至是更换阀门，给用户带来了巨大的经济损失和安全隐患。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种橡胶密封圈的加工工艺，加工工艺步骤简单，操作方便，制备出的产品具有优异的抗老化性能、抗压性及综合力学性能，有效的延长了产品的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种橡胶密封圈的加工工艺，包括以下步骤：
S1、原料的称取：称取以下质量份的各原料：丁腈橡胶80-100份、纳米二氧化硅4-7份、石英纤维5-9份、活性氧化镁2-4份、纳米氧化锌3-8份、填料剂14-26份、偶联剂0.3-1.5份、热稳定剂20-30份、促进剂0.1-1份、硫化剂1-3份、溶剂180-250份和防老化剂2-5 份；
S2、原料的预处理：将步骤S1中称取的各原料分别进行粉碎处理，然后过筛备用；
S3、胶料的制备：将丁腈橡胶和溶剂加入至密炼机中进行塑炼，搅拌速度为100-110r/min，温度为110-120℃，搅拌时间为10-15min，得到胶料待用；
S4、活化处理：将纳米二氧化硅、石英纤维、活性氧化镁、纳米氧化锌和填料剂加入至高速混合机中，加热至混合物料温度为100-120℃，充分搅拌30-50min，再向其中加入偶联剂进行活化处理，活化处理时间为8-10min；
S5、混炼胶的制备：将步骤S4中经过活化处理后的混合物料加入至步骤S3得到的胶料中，混炼20-30min后，再向其中加入热稳定剂、促进剂、硫化剂和防老化剂继续混炼15-20min，得到混炼胶，其中混炼温度为100-110℃；
S6、硫化成型：将步骤S5中得到的混炼胶排出至模具模腔内，在平板硫化机中依次进行一段硫化和二段硫化，一段硫化的硫化压力为9-12MPa，硫化温度为160-180℃，硫化时间为 2-4min，二段硫化的硫化压力为14-16MPa，硫化温度为240-260℃，硫化时间为4-6min；
S7、修边处理：经过硫化成型后的橡胶密封圈经过检测合格后，进行修边处理，即可得到成品。
优选地，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂，所述橡胶密封圈的原料中还包括环氧甲酯 0.5-2份。钙锌复合热稳定剂选为钙锌复合热稳定剂CH400、CH401或CH402，锌钙复合热稳定剂在橡胶密封圈加工过程中具有很好的相容性、加工流动性，使得产品表面光滑，且热稳定和光稳定性能优异，具有高效的耐候性能，由于将其与环氧甲酯配合使用时效果更加。
优选地，所述防老化剂为防老剂MB、防老剂4010、防老剂DNP、防老剂AP中的一种或几种混合物。
硫化剂的加入可以使得橡胶分子链发生交联反应，使线型分子形成立体网状结构，提高橡胶密封圈的力学性能，本发明中硫化剂选为有机硫化剂中的过氧化二异丙苯。促进剂的加入，可缩短橡胶的硫化时间并降低橡胶的硫化温度，减少硫化机的用量，并提高橡胶的物理机械性能，促进剂可分为有机促进剂和无机促进剂，本发明中选用有机促进剂中的促进剂 DETU、促进剂DPG、促进剂TMTD等。
在活性氧化镁和纳米氧化锌的作用下，防止在硫化成型过程中产生焦烧倾向，同时可防止胶料早期硫化。
优选地，所述填料剂为白炭黑、氧化铝、碳酸钙、硅藻土中的一种或几种混合物。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂。
纳米二氧化硅、石英纤维和填料剂的加入，增强了橡胶密封圈的耐压变性能，提高了橡胶密封圈尺寸的稳定性，柔韧性，耐候性和耐热性，提高了橡胶密封圈的使用寿命。采用偶联剂对纳米二氧化硅、石英纤维和填料剂进行活化处理，由于偶联剂中极性基团的存在，在纳米二氧化硅、石英纤维、填料剂与丁腈橡胶基体之间形成了较强的结合力，使得上述材料在丁腈橡胶基体高温交联成型形成的网状结构中起到了物理交联支撑作用，两者相容性更好，使得纳米二氧化硅、石英纤维和填料剂材料的耐压变性、尺寸稳定性和热稳定性与丁腈橡胶的耐磨损性、耐化学腐蚀性进行完美结合。
优选地，所述溶剂为丁酮、甲基异丁酮、乙酸乙酯或乙酸丁酯。
优选地，所述步骤S4中，偶联剂分两次加入，每次隔4-5min加入。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中通过采用丁腈橡胶为基体材料，向其中加入一定的辅料，并调节辅料用量，使上述原料组分各自的性质相互平衡，相互配合，得到的橡胶密封圈具有较高的韧性、耐压变性、尺寸稳定性和热稳定性，而且使用寿命更长；各原料经过胶料的制备、活化处理、混炼胶的制备、硫化成型、修边处理等工序的相互配合，制得的产品质量好，物料分散均匀，色泽度好，适于大范围推广；其中，在硫化成型过程中经过两段硫化后产品的邵氏硬度、拉伸强度及断裂伸长率均显著提升。该发明所制得的橡胶密封圈抗压性、尺寸稳定性、热稳定性、抗老化性及综合力学性能得到了极大的提升，且制备过程简单，方便操作。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明中橡胶密封圈的加工工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种橡胶密封圈的加工工艺，包括以下步骤：
S1、原料的称取：称取以下质量份的各原料：丁腈橡胶86Kg、纳米二氧化硅4Kg、石英纤维8Kg、活性氧化镁3Kg、纳米氧化锌5Kg、填料剂19Kg、偶联剂1.5Kg、热稳定剂25Kg、环氧甲酯2Kg、促进剂0.3Kg、硫化剂2Kg、溶剂220Kg和防老化剂5Kg；
其中，上述原料中，热稳定剂为钙锌复合热稳定剂CH400；防老化剂为防老剂4010和防老剂DNP的混合物；填料剂为白炭黑、碳酸钙、硅藻土的混合物；偶联剂为铝酸酯偶联剂；溶剂为丁酮；有机硫化剂中的过氧化二异丙苯；促进剂为促进剂DPG；
S2、原料的预处理：将步骤S1中称取的各原料分别进行粉碎处理，然后过1000-1500目筛备用；
S3、胶料的制备：将丁腈橡胶和溶剂加入至密炼机中进行塑炼，搅拌速度为100r/min，温度为110℃，搅拌时间为15min，得到胶料待用；
S4、活化处理：将纳米二氧化硅、石英纤维、活性氧化镁、纳米氧化锌和填料剂加入至高速混合机中，加热至混合物料温度为110℃，充分搅拌30min，偶联剂分两次加入其中进行活化处理，每次隔4min加入；
S5、混炼胶的制备：将步骤S4中经过活化处理后的混合物料加入至步骤S3得到的胶料中，混炼20min后，再向其中加入热稳定剂、促进剂、硫化剂和防老化剂继续混炼20min，得到混炼胶，其中混炼温度为110℃；
S6、硫化成型：将步骤S5中得到的混炼胶排出至模具模腔内，在平板硫化机中依次进行一段硫化和二段硫化，一段硫化的硫化压力为10MPa，硫化温度为160℃，硫化时间为3min，二段硫化的硫化压力为15MPa，硫化温度为260℃，硫化时间为4min；
S7、修边处理：经过硫化成型后的橡胶密封圈经过检测合格后，进行修边处理，即可得到成品。
实施例2
一种橡胶密封圈的加工工艺，包括以下步骤：
S1、原料的称取：称取以下质量份的各原料：丁腈橡胶80Kg、纳米二氧化硅7Kg、石英纤维5Kg、活性氧化镁2Kg、纳米氧化锌8Kg、填料剂26Kg、偶联剂0.3Kg、热稳定剂30Kg、环氧甲酯0.5Kg、促进剂0.1Kg、硫化剂1Kg、溶剂180Kg和防老化剂2Kg；
其中，上述原料中，热稳定剂为钙锌复合热稳定剂CH402；防老化剂为防老剂AP；填料剂为白炭黑、氧化铝、碳酸钙的混合物；偶联剂为硅烷偶联剂；溶剂为甲基异丁酮；有机硫化剂中的过氧化二异丙苯；促进剂为促进剂DETU；
S2、原料的预处理：将步骤S1中称取的各原料分别进行粉碎处理，然后过1000-1500目筛备用；
S3、胶料的制备：将丁腈橡胶和溶剂加入至密炼机中进行塑炼，搅拌速度为110r/min，温度为120℃，搅拌时间为10min，得到胶料待用；
S4、活化处理：将纳米二氧化硅、石英纤维、活性氧化镁、纳米氧化锌和填料剂加入至高速混合机中，加热至混合物料温度为100℃，充分搅拌30min，偶联剂分两次加入其中进行活化处理，每次隔4min加入；
S5、混炼胶的制备：将步骤S4中经过活化处理后的混合物料加入至步骤S3得到的胶料中，混炼20min后，再向其中加入热稳定剂、促进剂、硫化剂和防老化剂继续混炼15min，得到混炼胶，其中混炼温度为100℃；
S6、硫化成型：将步骤S5中得到的混炼胶排出至模具模腔内，在平板硫化机中依次进行一段硫化和二段硫化，一段硫化的硫化压力为9MPa，硫化温度为160℃，硫化时间为2min，二段硫化的硫化压力为14MPa，硫化温度为240℃，硫化时间为5min；
S7、修边处理：经过硫化成型后的橡胶密封圈经过检测合格后，进行修边处理，即可得到成品。
实施例3
一种橡胶密封圈的加工工艺，包括以下步骤：
S1、原料的称取：称取以下质量份的各原料：丁腈橡胶100Kg、纳米二氧化硅6Kg、石英纤维9Kg、活性氧化镁4Kg、纳米氧化锌3Kg、填料剂14Kg、偶联剂1.2Kg、热稳定剂20Kg、环氧甲酯1.4Kg、促进剂1Kg、硫化剂3Kg、溶剂250Kg和防老化剂4Kg；
其中，上述原料中，热稳定剂为钙锌复合热稳定剂CH401；防老化剂为防老剂MB和防老剂4010的混合物；填料剂为白炭黑、碳酸钙、硅藻土的混合物；偶联剂为铝酸酯偶联剂；溶剂为乙酸乙酯；有机硫化剂中的过氧化二异丙苯；促进剂为促进剂TMTD等；
S2、原料的预处理：将步骤S1中称取的各原料分别进行粉碎处理，然后过1000-1500目筛备用；
S3、胶料的制备：将丁腈橡胶和溶剂加入至密炼机中进行塑炼，搅拌速度为100r/min，温度为120℃，搅拌时间为10min，得到胶料待用；
S4、活化处理：将纳米二氧化硅、石英纤维、活性氧化镁、纳米氧化锌和填料剂加入至高速混合机中，加热至混合物料温度为120℃，充分搅拌50min，偶联剂分两次加入其中进行活化处理，每次隔5min加入；
S5、混炼胶的制备：将步骤S4中经过活化处理后的混合物料加入至步骤S3得到的胶料中，混炼30min后，再向其中加入热稳定剂、促进剂、硫化剂和防老化剂继续混炼15min，得到混炼胶，其中混炼温度为110℃；
S6、硫化成型：将步骤S5中得到的混炼胶排出至模具模腔内，在平板硫化机中依次进行一段硫化和二段硫化，一段硫化的硫化压力为12MPa，硫化温度为180℃，硫化时间为4min，二段硫化的硫化压力为16MPa，硫化温度为240℃，硫化时间为6min；
S7、修边处理：经过硫化成型后的橡胶密封圈经过检测合格后，进行修边处理，即可得到成品。
对比例1
对比例1为实施例1的对比试验，区别点在于对比例1中橡胶密封圈的原料中未加入纳米二氧化硅、石英纤维和活性氧化镁，其余组分、工艺流程及参数均与实施例1相同。
对比例2
对比例2为实施例1的对比试验，区别点在于对比例2中橡胶密封圈的原料中未加入热稳定剂，其余组分、工艺流程及参数均与实施例1相同。
对比例3
对比例3为实施例1的对比试验，区别点在于对比例3中加工工艺中步骤S6中，硫化成型工艺采用常规的一次硫化成型工艺，硫化压力为硫化压力为16MPa，硫化温度为260℃，硫化时间为6min。
试验例
对实施例1至实施例3、对比例1至对比例3制得的橡胶密封圈进行性能指标测试，其中，耐油性能测试，将橡胶密封圈置于200℃油中22h后测试其体积变化，测试标准参考HG/T2579-94；断裂伸长率测试，测试标准参考HG/T2579-94；压缩永久变形测试，测试标准参考HG/T2579-94；硬度测试，测试标准参考HG/T2579-94；拉伸强度测试，测试标准参考HG/T2579-94；老化性能测试，测试过程为将橡胶密封圈在200℃环境下老化处理72小时后，测试其硬度变化、拉伸强度变化及断裂伸长率变化(测试标准参考HG/T2579-94)。具体测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002453393140000061
由表1中测试结果可知，实施例1至3制得的橡胶密封圈均具有优异的耐油性、伸长率、拉伸强度、硬度、抗压性及抗老化性，且实施例2制得的橡胶密封圈的耐油性、伸长率、拉伸强度、硬度、抗压性及抗老化性优于实施例2和实施例3。且由对比例1和对比例2的测试结果可知，当整体配方中缺少纳米二氧化硅、石英纤维和活性氧化镁或缺少热稳定剂时，制得的橡胶密封圈的整体性能均较差，这说明纳米二氧化硅、石英纤维和活性氧化镁及热稳定剂的添加使得橡胶密封圈在加工过程中呈现很好的综合力学性能、热稳定、光稳定性能及耐候性能。由对比例3中的测试结果可知，硫化成型过程中经过两段硫化后产品的邵氏硬度、拉伸强度及断裂伸长率均显著提升。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原料的称取：称取以下质量份的各原料：丁腈橡胶80-100份、纳米二氧化硅4-7份、石英纤维5-9份、活性氧化镁2-4份、纳米氧化锌3-8份、填料剂14-26份、偶联剂0.3-1.5份、热稳定剂20-30份、促进剂0.1-1份、硫化剂1-3份、溶剂180-250份和防老化剂2-5份；
S2、原料的预处理：将步骤S1中称取的各原料分别进行粉碎处理，然后过筛备用；
S3、胶料的制备：将丁腈橡胶和溶剂加入至密炼机中进行塑炼，搅拌速度为100-110r/min，温度为110-120℃，搅拌时间为10-15min，得到胶料待用；
S4、活化处理：将纳米二氧化硅、石英纤维、活性氧化镁、纳米氧化锌和填料剂加入至高速混合机中，加热至混合物料温度为100-120℃，充分搅拌30-50min，再向其中加入偶联剂进行活化处理，活化处理时间为8-10min；
S5、混炼胶的制备：将步骤S4中经过活化处理后的混合物料加入至步骤S3得到的胶料中，在密炼机中混炼20-30min后，再向其中加入热稳定剂、促进剂、硫化剂和防老化剂继续混炼15-20min，得到混炼胶，其中混炼温度为100-110℃；
S6、硫化成型：将步骤S5中得到的混炼胶排出至模具模腔内，在平板硫化机中依次进行一段硫化和二段硫化，一段硫化的硫化压力为9-12MPa，硫化温度为160-180℃，硫化时间为2-4min，二段硫化的硫化压力为14-16MPa，硫化温度为240-260℃，硫化时间为4-6min；
S7、修边处理：经过硫化成型后的橡胶密封圈经过检测合格后，进行修边处理，即可得到成品。
2.根据权利要求1所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂，所述橡胶密封圈的原料中还包括环氧甲酯0.5-2份。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述防老化剂为防老剂MB、防老剂4010、防老剂DNP、防老剂AP中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求3所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求4所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述填料剂为白炭黑、氧化铝、碳酸钙、硅藻土中的一种或几种混合物。
6.根据权利要求5所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求1所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述溶剂为丁酮、甲基异丁酮、乙酸乙酯或乙酸丁酯。
8.根据权利要求1所述的橡胶密封圈的加工工艺，其特征在于，所述步骤S4中，偶联剂分两次加入，每次隔4-5min加入。
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