CN115368654B - 一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及橡胶技术领域，具体公开了一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料及其制备方法和应用。低压缩永久变形的氯丁橡胶材料主要由以下重量份的原料制成：氯丁生胶81‑121份、氧化镁2‑4份、氧化锌4‑6份、促进剂0.2‑1.8份、硬脂酸0.5‑2份、炭黑50‑65份、操作油5‑10份、偶联剂2‑6份、防老剂1‑3份、吸酸剂2‑5份；氯丁生胶的门尼粘度为45‑55。本申请的氯丁橡胶材料，硬度邵氏A为70‑80度，常温23℃压缩永久变形＜5%，高温100℃压缩永久变形＜10%，具有硬度适中、低压缩永久变形的优点，且有良好的力学性能。应用在处理清洁或污浊的气体和液体、泥状及糊状物料的阀门橡胶密封零件上。
Description
技术领域
本申请涉及橡胶技术领域，更具体地说，它涉及一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会的发展，污水处理行业也得到了快速的进步。在工业污水处理中，不可避免的需要使用大量的阀门。阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。
为了实现阀门的密封性，一般在阀芯的表面包覆橡胶层，阀芯在带动下偏心旋转，进而带动橡胶层转动，橡胶层在不断转动中受到挤压变形，实现密封作用。大部分厂家的橡胶层采用NBR丁腈胶材料制备而成，但是其经过1万次循环压制后，具有明显的压痕，影响橡胶层的密封性，进而降低阀门的使用寿命。也有厂家的橡胶层采用CR氯丁橡胶材料制备而成，其经过1万次循环压制后，仍然具有明显的压痕，无法满足更高的要求。
发明内容
为了降低氯丁橡胶材料的压缩永久变形，本申请提供一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，采用如下的技术方案：一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其主要由以下重量份的原料制成：氯丁生胶81-121份、氧化镁2-4份、氧化锌4-6份、促进剂0.2-1.8份、硬脂酸0.5-2份、炭黑50-65份、操作油5-10份、偶联剂2-6份、防老剂1-3份、吸酸剂2-5份；所述氯丁生胶的门尼粘度为45-55。
申请人发现，橡胶层采用的氯丁橡胶材料于1万次循环压制后产生压痕，其和氯丁橡胶材料的压缩永久变形有直接关系，氯丁橡胶材料压缩永久变形越小，产生的压痕越不明显，能够提高橡胶层的使用寿命。同时，阀门在工作时需要不断打开闭合，橡胶层不断的循环压制，橡胶层还需要保持合适的硬度，橡胶层的硬度邵氏A为70-80度时，阀门处于打开状态时，橡胶层能迅速恢复，处于工作状态时，又能起到良好的密封作用。
进一步的，申请人对氯丁橡胶材料进行研究，且发现常用的氯丁橡胶材料常温压缩永久变形>10％、高温压缩永久变形>20％，其于1万次循环压制后仍然具有一定的压痕，无法满足更高的要求。本申请的氯丁橡胶材料应用于阀芯的橡胶层，硬度邵氏A为70-80度，常温压缩永久变形为＜5％、高温压缩永久变形为＜10％，经过1万次循环压制后，表面几乎看不到压痕，增加橡胶层的密封性，提高阀门的使用寿命，满足市场需求。
理论而言，氯丁生胶的分子量越大，分子链内彼此缠结而导致的“准交联”效应越多，有利于提高氯丁橡胶材料的弹性，分子量分布越宽，对弹性越不利。但是，氯丁生胶分子间还存在相互作用力和内旋转阻力，会妨碍分子链段的运动，使分子链变形。
在氯丁生胶中加入氧化镁、氧化锌，氧化镁和氧化锌对氯丁生胶具有硫化作用，能够使氯丁橡胶材料形成交联三维网状结构，通过氯化镁、氯化锌之间的协同增效，增强氯丁橡胶材料的拉伸强度、弹性、硬度，降低氯丁橡胶材料的压缩永久变形。在氯丁生胶中加入炭黑，其不仅对氯丁生胶具有补强的作用，而且基于其具有较多的孔隙，氯丁生胶、炭黑之间容易以吸留或包容的方式形成炭黑凝胶，有效的增加氯丁橡胶材料的弹性，提高氯丁橡胶材料的拉伸强度、定伸应力等。
本申请的氯丁橡胶材料具有低压缩永久变形，还具有良好的硬度、拉伸强度、定伸应力、撕裂强度，满足对橡胶各性能的需求。
可选的，所述氯丁橡胶材料的含胶率为50-60wt％。
通过采用上述技术方案，含胶率越高，氯丁橡胶材料交联三维网状结构中的空隙越大，受压后容易塌陷，不易恢复，压缩永久变形越大。含胶率越低，氯丁橡胶材料交联三维网状结构越紧凑，压缩永久变形越小。且氯丁橡胶材料的含胶率在50-60wt％时，氯丁橡胶材料保持良好的硬度和较低的压缩永久变形。
可选的，所述氧化锌的添加量大于氧化镁的添加量。
通过采用上述技术方案，氧化锌不仅能加快硫化速度，还能提高交联度，氧化镁提高加工安全性，对氧化镁、氧化锌的添加量进行优化，可以平衡氯丁橡胶材料加工的安全性，又能保证硫化速度，提高氯丁橡胶材料的综合性能。
可选的，所述炭黑的粒度≤510μm，且500μm筛余量≤0.001wt％、150μm筛余量≤0.02wt％、45μm筛余量≤0.1wt％。
通过采用上述技术方案，对炭黑的粒度进行优化，降低因炭黑粒度过小而发生团聚影响分散性，也降低炭黑粒度过大而降低其和氯丁橡胶材料的结合强度。
可选的，所述吸酸剂为氧化铁。
通过采用上述技术方案，便于吸酸剂的选择。相比氧化镁、氢氧化钙而言，吸酸剂选用氧化铁，用来中和氯丁橡胶硫化过程产生的氯化氢，起到了吸酸的作用，且氧化铁密度适中，具备价格优势。
可选的，所述促进剂为硫脲类促进剂；所述操作油为芳烃油；所述偶联剂为锡偶联剂。
通过采用上述技术方案，便于促进剂、操作油、偶联剂的选择。硫脲类促进剂能够促进氧化镁、氧化锌对氯丁生胶的硫化效果。芳烃油对氯丁生胶具有软化的作用，能够有效的把各助剂混合在一起，能够有效的降低氯丁橡胶材料的硬度。锡偶联剂能够有效的增加氯丁橡胶材料和金属的粘结强度。
第二方面，本申请提供一种上述所述的低压缩永久变形的氯丁橡胶材料的制备方法，采用如下的橡胶制备技术方案：
一种上述所述的低压缩永久变形的氯丁橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：
将炭黑分为三份，分别为炭黑a、炭黑b、炭黑c，且炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:(0.5-2):(0.5-2)；
S1、在氯丁生胶中加入氧化镁、炭黑a，然后加入偶联剂、吸酸剂、防老剂，混炼处理3-8min，加入炭黑b、硬脂酸，混炼处理3-8min，加入炭黑c、操作油，混炼处理3-8min，之后降温至20-30℃，获得预混料；
S2、在预混料中加入促进剂、氧化锌，混炼处理5-15min，之后降温至20-30℃，获得混炼胶；
S3、在温度为23±2℃下，对混炼胶放置20-28h；
S4、对步骤S3放置后的混炼胶进行硫化处理，获取氯丁橡胶材料。
不同混炼顺序的加入，不仅影响原料的分散程度，而且可能造成不同部位混炼胶的交联网络结构不同，甚至存在缺陷，降低了氯丁橡胶材料的性能，或者增加了压缩永久变形。本申请中，预先加入防老剂，可以降低氯丁生胶出现老化的情况。将炭黑分为三份，且分批次加入氯丁生胶中，增加炭黑对氯丁橡胶材料的补强效果，提高氯丁橡胶材料的拉伸强度、硬度，降低压缩永久变形。
在氯丁生胶中加入氧化镁、炭黑、偶联剂、吸酸剂、防老剂、硬脂酸、操作油后降温处理，降低混炼胶于混炼过程中因机械摩擦、化学反应而产生升温的影响。然后加入促进剂、氧化锌后降温处理，降低混炼胶的温度。同时，先加入氧化镁，然后加入氧化锌，降低氧化镁、氧化锌对混炼胶出现烧焦的情况，提高氯丁橡胶材料的硫化效果，降低氯丁橡胶材料的压缩永久变形。
本申请氯丁橡胶材料制备方法中，分步骤在氯丁生胶中加入各原料，加料顺序合理、科学，增强混炼均匀性以及氯丁橡胶材料的性能。
进一步的，炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:1:1。
可选的，步骤S4中，硫化工艺：硫化压力5-8MPa、硫化温度150-170℃、硫化时间30-50min。优选的，硫化压力6MPa、硫化温度160℃。
在硫化压力为6MPa、硫化温度为160℃下，随着硫化时间的不断增加，混炼胶的硫化程度先增加很快而后变慢，这主要是由于硫化时间过长会出现过硫化的情况，对氯丁橡胶材料的性能提高很小，造成工艺时间成本的浪费。在硫化时间为30-50min时，氯丁橡胶材料具有更优的综合性能和最优的工艺成本。
进一步的，氯丁生胶是结晶型橡胶，混炼前进行烘胶，烘胶温度为50-60℃、烘胶时间为3-5h。
混炼胶对温度和时间较为敏感，步骤S3中，混炼胶放置时间最长不宜超过一周。
第三方面，本申请提供一种阀芯，采用如下的技术方案：
一种阀芯，包括阀芯本体，阀芯本体表面包覆橡胶层，所述橡胶层由上述所述的低压缩永久变形的氯丁橡胶材料制备而成。
第四方面，本申请提供一种上述所述的阀芯的制作工艺，采用如下的技术方案：
一种上述所述的阀芯的制作工艺，包括如下步骤：
将炭黑分为三份，分别为炭黑a、炭黑b、炭黑c，且炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:(0.5-2):(0.5-2)；
SA、在氯丁生胶中加入氧化镁、炭黑a，然后加入偶联剂、吸酸剂、防老剂，混炼处理3-8min，加入炭黑b、硬脂酸，混炼处理3-8min，加入炭黑c、操作油，混炼处理3-8min，之后降温至20-30℃，获得预混料；
SB、在预混料中加入促进剂、氧化锌，混炼处理5-15min，之后降温至20-30℃，获得混炼胶；
SC、在温度为23±2℃下，对混炼胶放置20-28h；
SD、在阀芯本体表面做喷砂处理，然后涂覆粘结剂，之后铺裹步骤SC放置后的混炼胶，进行硫化处理，获得包覆橡胶层的阀芯。
通过采用上述技术方案，不仅便于阀芯的制备，而且在阀芯表面喷砂处理后涂覆粘结剂，然后粘接混炼胶、硫化处理，通过喷砂处理、粘结剂、硫化处理之间的相互配合，增加橡胶层、阀芯本体之间的结合强度，提高阀芯使用稳定性和寿命。
进一步的，炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:1:1。
步骤SD中，硫化工艺：硫化压力5-8MPa、硫化温度150-170℃、硫化时间30-50min。优选的，硫化压力6MPa、硫化温度160℃。
综上所述，本申请至少具有以下有益效果：
1、本申请的低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，通过原料之间的协同增效，氯丁橡胶材料硬度邵氏A为70-80度、常温23℃压缩永久变形＜5％，高温100℃压缩永久变形＜10％，且经过1万次循环压制后，表面几乎看不到压痕，满足市场需求。而且氯丁橡胶材料还具有良好的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度等综合性能。
2、本申请氯丁橡胶材料的制备方法中，预先加入防老剂，可以降低氯丁生胶出现老化的情况，将炭黑分为三份分别加入，氧化镁、氧化锌分别加入，降温处理，能够有效降低混炼胶出现烧焦的情况，提高氯丁橡胶材料制备的稳定性和性能。本申请氯丁橡胶材料制备方法中，分步骤在氯丁生胶中加入各原料，加料顺序合理、科学混炼均匀性以及增强氯丁橡胶材料的性能。
附图说明
图1是应用例1循环压制后的阀芯示意图。
图2是应用对比例1循环压制后的阀芯示意图。
图3是应用对比例2循环压制后的阀芯示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
表1氯丁橡胶材料各原材料(单位：份)
注：含胶率％＝氯丁生胶份数/总份数×100％，每份为20g。
实施例1
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其原料配比见表1所示。
其中，氯丁生胶为氯丁生胶CR210，其门尼粘度为50；促进剂为硫脲类促进剂，硫脲类促进剂为促进剂NA-22；硬脂酸为硬脂酸SA；操作油为芳烃油；偶联剂为锡偶联剂，锡偶联剂为锡偶联剂SSBR；防老剂为防老剂4020；吸酸剂为氧化铁；炭黑为炭黑N774，炭黑的粒度为小于550μm的连续级配，且500μm筛余量为0.0005wt％、150μm筛余量为0.01wt％、45μm筛余量为≤0.05wt％。
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：
将炭黑分为三份，分别为炭黑a、炭黑b、炭黑c，且炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:1:1。
对氯丁生胶进行烘胶，烘胶温度为55℃、烘胶时间为4h。
S1、在混炼机中加入氯丁生胶，加入氧化镁、炭黑a。加入偶联剂、吸酸剂、防老剂，混炼处理5min。加入炭黑b、硬脂酸，混炼处理5min；加入炭黑c、操作油，混炼处理5min；之后降温至23℃，获得预混料。
S2、在预混料中加入促进剂、氧化锌，混炼处理10min。之后降温至23℃，获得混炼胶。
S3、在温度为23℃下，对混炼胶放置24h，自然消除内应力。
S4、在硫化机内加入步骤S3放置后的混炼胶，然后于压力为6MPa、温度为160℃下，对混炼胶硫化处理40min，获得氯丁橡胶材料。
实施例2-7
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料配比不同，且氯丁橡胶材料的原料配比见表1所示。
实施例8
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，氯丁生胶的门尼粘度为45。
实施例9
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，氯丁生胶的门尼粘度为55。
实施例10
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的制备方法中，炭黑a、炭黑b、炭黑c一起添加，即加入炭黑a时，一并加入炭黑b、炭黑c。
实施例11
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的制备方法不同。
氯丁橡胶材料采用以下方法制备：
对氯丁生胶进行烘胶，烘胶温度为55℃、烘胶时间为4h。
S1、在混炼机中加入氯丁生胶，加入氧化镁、炭黑、偶联剂、吸酸剂、防老剂、硬脂酸、操作油、促进剂、氧化锌，混炼处理25min，之后降温至23℃，获得混炼胶。
S2、在温度为23℃下，对混炼胶放置24h，自然消除内应力。
S3、在硫化机内加入步骤S2放置后的混炼胶，然后于压力为6MPa、温度为160℃下，对混炼胶硫化处理40min，获得氯丁橡胶材料。
实施例12
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的制备方法中，硫化处理时间为20min。
实施例13
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的制备方法中，硫化处理时间为30min。
实施例14
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的制备方法中，硫化处理时间为50min。
实施例15
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的制备方法中，硫化处理时间为60min。
应用例
应用例1
一种阀芯，包括阀芯本体，阀芯本体表面包覆橡胶层，橡胶层的厚度为3.175mm。橡胶层由实施例1的氯丁橡胶材料制备而成。
一种阀芯的制作工艺，包括如下步骤：
将炭黑分为三份，分别为炭黑a、炭黑b、炭黑c，且炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:1:1。
对氯丁生胶进行烘胶，烘胶温度为55℃、烘胶时间为4h。
SA、在混炼机中加入氯丁生胶，加入氧化镁、炭黑a。加入偶联剂、吸酸剂、防老剂，混炼处理5min。加入炭黑b、硬脂酸，混炼处理5min；加入炭黑c、操作油，混炼处理5min；之后降温至23℃，获得预混料。
SB、在预混料中加入促进剂、氧化锌，混炼处理10min。之后降温至23℃，获得混炼胶。
SC、在温度为23℃下，对混炼胶放置24h，自然消除内应力。
SD、在阀芯本体表面喷砂处理，并在喷砂后30min内均匀涂涂黑色6100开姆洛克粘结剂，直到看不到金属表面，然后涂灰色205开姆洛克粘结剂，直到看不到黑色6100开姆洛克粘结剂，获得涂有粘结剂的阀芯本体。
在硫化机内加入步骤SC静置后的混炼胶，固定好涂有粘结剂的阀芯本体，之后调节压力为6MPa。升温至120℃，在阀芯本体涂有开姆洛克粘结剂表面铺裹混炼胶，继续升温至160℃，开始计时，硫化处理40min，获得包覆橡胶层的阀芯。
应用例2-15
一种阀芯，其和应用例1的区别之处在于，橡胶层依次分别由实施例2-15的氯丁橡胶材料制备而成。
对比例
对比例1
一种丁腈胶材料，其采用NBR丁腈胶，NBR丁腈胶为丁腈胶WRS-24。
对比例2
一种氯丁橡胶材料，其采用CR氯丁胶，CR氯丁橡胶为氯丁胶DCR-34。
对比例3
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，氯丁生胶的门尼粘度为35。
对比例4
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，氯丁生胶的门尼粘度为65。
对比例5
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，氯丁生胶的添加量为70份。
对比例6
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，氯丁生胶的添加量为140份。
对比例7
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，炭黑的添加量为40份。
对比例8
一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其和实施例1的区别之处在于，氯丁橡胶材料的原料中，炭黑的添加量为80份。
应用对比例
应用对比例1
一种阀芯，其和应用例1的区别之处在于，橡胶层由对比例1的丁腈胶材料制备而成。
应用对比例2
一种阀芯，其和应用例1的区别之处在于，橡胶层由对比例2的氯丁橡胶材料制备而成。
应用对比例3-8
一种阀芯，其和应用例1的区别之处在于，橡胶层依次分别由对比例3-8的氯丁橡胶制备而成。
性能检测试验
(1)分别取实施例1-15的氯丁橡胶、对比例1的丁腈橡胶材料、对比例2的氯丁橡胶材料、对比例3-11的氯丁橡胶材料作为试样，且对试样进行下述性能检测，检测结果如表2所示。
其中，依据ASTM D2240-2005，对试样的硬度邵氏A进行检测。
依据ASTM D412-2006，对试样的拉伸强度、100％定伸应力进行检测。
依据ASTM 395B-2003，对试样的常温压缩永久变形、高温压缩永久变形进行检测；常温压缩永久变形量采用以下方法：在温度为23℃下，对试样施力进行预压缩变形25％，预压缩70h后，撤去作用力，让试样自由恢复30min，检测试样压缩变形量。
高温压缩永久变形量采用以下方法：对试样施力进行预压缩变形25％，在温度为100℃下，保持压缩70h后，撤去作用力，然后在温度为23℃下，让试样自由恢复30min，检测试样压缩变形量。
依据ASTM D624-2007，对试样的撕裂强度进行检测。
表2氯丁橡胶材料的检测结果
从表2中可以看出，本申请的氯丁橡胶材料具有良好的硬度邵氏A，硬度邵氏A为70-80度，硬度适中，适用于阀门橡胶密封。而且其还具有较低的常温压缩永久变形、高温压缩永久变形，常温23℃压缩永久变形为3.23-4.98％、高温100℃压缩永久变形8.59-9.99％。同时其还具有良好的拉伸强度、100％定伸应力、撕裂强度，拉伸强度为13.22-18.89MPa、100％定伸应力为4.86-7.09MPa、撕裂强度为43.68-50.94KN/M。本申请的氯丁橡胶材料，硬度适中，还具有较低的压缩永久变形，良好的力学性能，满足市场需求。
将实施例1和对比例1进行比较，由此可以看出，NBR丁腈胶的硬度邵氏A和实施例1相同，但是NBR丁腈胶的常温压缩永久变形、高温压缩永久变形均＞10％。结合对比例2，氯丁胶DCR-34的硬度邵氏A＜70度，且常温压缩永久变形、高温压缩永久变形＞10％。且本申请的氯丁橡胶材料温永久压缩变形和高温永久压缩变形约是NBR丁腈胶的30％、约是氯丁胶DCR-34的40％，本申请的氯丁橡胶材料，在保持具有硬度适中的基础上，明显降低压缩永久变形。
将实施例1、对比例3-4、实施例8-9进行比较，由此可以看出，氯丁生胶的门尼粘度对氯丁橡胶材料的硬度、压缩永久变形、力学性能具有很大的影响。随着氯丁生胶的门尼粘度的不断增加，硬度、拉伸强度、100％定伸应力、撕裂强度逐渐增加，而常温压缩永久变形、高温压缩永久变形逐渐降低。氯丁生胶的门尼粘度过高，表明氯丁橡胶材料分子量大，压缩永久变形就小些，但可塑性变差，门尼粘度太高，不易于加工；氯丁生胶的门尼粘度过低，氯丁橡胶材料抗拉强度等力学性能会偏低，达不到要求。因此，氯丁生胶的门尼粘度为45-55时，有利于氯丁橡胶材料的混炼、压延、挤出、注射和模压硫化等加工工艺，从而使氯丁橡胶材料具有良好的综合性能。
将实施例1和对比例5-6、实施例4-5进行比较，由此可以看出，氯丁生胶添加量不同，即含胶率不同也对氯丁橡胶材料的硬度、压缩永久变形、力学性能有很大影响。随着含胶率的不断增加，硬度、拉伸强度、100％定伸应力、撕裂强度逐渐降低，而常温压缩永久变形、高温压缩永久变形逐渐增大。含胶率高，填料相对少，硫化后，氯丁橡胶材料的交联键的空间网状结构中的空隙大，受力后容易塌陷，压缩永久变形就较大，硬度也随降低。含胶率低，硬度高，则压缩永久变形就会小。
将实施例1和对比例7-8进行比较，炭黑作为补强剂，表面有许多微小孔隙，容易与混炼胶形成炭黑凝胶，可以提高氯丁橡胶材料的拉伸强度、100％定伸应力、硬度，其抗压缩永久变形的能力就大，压缩永久变形就小。但是炭黑用量过少时，含胶率变大，此时，炭黑的孔隙不足以把混炼胶形成炭黑凝胶，从而降低氯丁橡胶材料的性能。而炭黑用量增加过多时，混炼胶不足以填充炭黑表面的孔隙，其抗压缩永久变形的能力就变小，压缩永久变形就大，反倒对压缩永久变形不利。且炭黑的添加量为50-65份时，炭黑与混炼胶能够很好的结合，使氯丁橡胶材料保持良好的综合性能。
将实施例1和实施例6-7进行比较，由此可以看出，氧化锌的含量多些有利于获取降低永久压缩变形。这是由于氧化锌的加入，不仅能加快硫化速度，还能提高交联度，因此降低氧化镁的添加量，这样可以平衡氯丁橡胶材料加工的安全性，又能保证硫化速度，提高氯丁橡胶材料的综合性能。
将实施例1和实施例10-11进行比较，由此可以看出，因为不同的混炼工艺，即加料顺序、混炼时间、混炼温度会引起硫化剂、促进剂、补强剂等助剂的分散程度不同，造成不同部位胶料的交联网络结构不同，甚至存在缺陷，使性能下降。本申请氯丁橡胶材料制备方法中，分步骤在氯丁生胶中加入各原料，加料顺序合理、科学，增强混炼均匀性以及氯丁橡胶材料的性能。
(2)分别取应用例1的阀芯、应用对比例1的阀芯、应用对比例2的阀芯作为试样，且将阀芯安装到阀门中，对试样进行1万次循环压制，观察压痕情况，应用例1循环压制后的阀芯如图1、应用对比例1循环压制后的阀芯如图2、应用对比例2循环压制后的阀芯如图3。进一步的，采用三坐标检测压痕深度，检测结果如表3所示。
如图1所示，采用实施例1的氯丁橡胶材料，表面几乎看不到压痕。如图2所示，采用对比例1的丁腈胶材料，表面具有明显的圆弧压痕。如图3所示，采用对比例2的氯丁橡胶材料，表面仍然具有一定的圆弧压痕，且压痕介于图1、图2之间。
(3)分别取应用例1的阀芯、应用对比例1的阀芯、应用对比例2的阀芯作为试样，对包胶的阀芯进行压缩25％变形量、常温压缩永久变形量、高温压缩永久变形量进行检测，检测结果如表3所示。
其中，阀芯表面包覆的橡胶层的厚度为3.175mm。
压缩25％变形量采用以下方法：在温度为23℃下，对试样施力且压缩25％时，试样压缩变化量。
表3阀芯的检测结果
从表3中可以看出，本申请的氯丁橡胶材料具有较低的压缩变形量，且将其应用于阀芯上，也具有较低的压缩变形量。经过1万次循环压制后，压痕深度为0.02mm，几乎看不到压痕，满足市场需求。
基于肉眼能够分辨≥0.1mm的高度差，本申请的阀芯，常温压缩永久变形量为0.021-0.038mm，其＜0.1mm，高温压缩永久变形量为0.047-0.094mm，其＜0.1mm，阀芯表面几乎看不到压痕。同时，橡胶层的厚度为3.175mm，压缩25％时，压缩变形量为0.790mm，满足阀门工作状态的密封极限压合量0.79mm的需求。
本申请的氯丁橡胶材料应用于阀门中，起到密封的作用。阀门不断打开闭合，或者长期处于闭合的工作状态。一旦打开，橡胶层仍然能保持很好的弹性，肉眼看不到有工作压痕。一旦闭合，又能够起到很好的密封作用。能够应用在各种用来处理清洁及污浊的气体和液体、泥状及糊状物料的阀门橡胶密封零件上，满足市场需求。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (4)
1.一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其特征在于：其由以下重量份的原料制成：氯丁生胶81-121份、氧化镁2-4份、氧化锌4-6份、促进剂0.2-1.8份、硬脂酸0.5-2份、炭黑50-65份、操作油5-10份、偶联剂2-6份、防老剂1-3份、吸酸剂2-5份；所述氯丁生胶的门尼粘度为45-55；
所述氯丁橡胶材料的含胶率为50-60wt%；所述吸酸剂为氧化铁；所述促进剂为硫脲类促进剂；所述操作油为芳烃油；所述偶联剂为锡偶联剂；所述炭黑的粒度≤510μm，且500μm筛余量≤0.001wt%、150μm筛余量≤0.02wt%、45μm筛余量≤0.1wt%；
低压缩永久变形的氯丁橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：
将炭黑分为三份，分别为炭黑a、炭黑b、炭黑c，且炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:(0.5-2):(0.5-2)；
S1、在氯丁生胶中加入氧化镁、炭黑a，然后加入偶联剂、吸酸剂、防老剂，混炼处理3-8min，加入炭黑b、硬脂酸，混炼处理3-8min，加入炭黑c、操作油，混炼处理3-8min，之后降温至20-30℃，获得预混料；
S2、在预混料中加入促进剂、氧化锌，混炼处理5-15min，之后降温至20-30℃，获得混炼胶；
S3、在温度为23±2℃下，对混炼胶放置20-28h；
S4、对步骤S3放置后的混炼胶进行硫化处理，获取氯丁橡胶材料；
步骤S4中，硫化工艺：硫化压力5-8MPa、硫化温度150-170℃、硫化时间30-50min。
2.根据权利要求1所述的一种低压缩永久变形的氯丁橡胶材料，其特征在于：所述氧化锌的添加量大于氧化镁的添加量。
3.一种阀芯，包括阀芯本体，阀芯本体表面包覆橡胶层，其特征在于：所述橡胶层由权利要求1-2中任一项所述的低压缩永久变形的氯丁橡胶材料制备而成。
4.一种如权利要求3所述的阀芯的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：
将炭黑分为三份，分别为炭黑a、炭黑b、炭黑c，且炭黑a、炭黑b、炭黑c的重量配比为1:(0.5-2):(0.5-2)；
SA、在氯丁生胶中加入氧化镁、炭黑a，然后加入偶联剂、吸酸剂、防老剂，混炼处理3-8min，加入炭黑b、硬脂酸，混炼处理3-8min，加入炭黑c、操作油，混炼处理3-8min，之后降温至20-30℃，获得预混料；
SB、在预混料中加入促进剂、氧化锌，混炼处理5-15min，之后降温至20-30℃，获得混炼胶；
SC、在温度为23±2℃下，对混炼胶放置20-28h；
SD、在阀芯本体表面做喷砂处理，然后涂覆粘结剂，之后铺裹步骤SC放置后的混炼胶，进行硫化处理，获得包覆橡胶层的阀芯。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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