CN116063800B - 一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈及其制备方法，属于密封圈技术领域，包括第一密封唇口和第二密封唇口，第一密封唇口与第二密封唇口之间设置有环形凹槽，第二密封唇口内侧环形阵列设置有若干个内唇齿，包括以下重量份组分：30‑40份主体体系、40‑50份补强体系、15份润滑体系、2份辅助体系、1份防护体系、3份硫化体系；本发明在产品材料配方技术方面，选用3种生胶作为主链，对补强体系、防护体系、阻燃及抗老化体系进行全面综合改进，突破传统EPDM配方体系，使材料各项综合性能理化指数在原来基础上提高了15％，在结构设计方面，本发明采用双唇双项密封，密封性能和实用价值高。
Description
技术领域
本发明属于密封圈技术领域，具体涉及一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈及其制备方法。
背景技术
随着电机的运行温度升高，轴承润滑脂变稀，为有效阻止润滑油脂泄漏，长时间保护轴承的润滑性能，常采用O形结构密封圈进行密封，其侧面一般呈U形、Y形、V形等。该结构密封线路较短，密封内圈不能产生阻尼作用，密封性能一般，防水性能较差。在电机运行中空气可能积聚在内外唇间的空谷部，开始运行时未将空气排尽，空气很快被压缩产生高温，长时间运行易造成密封件部分被烧焦、碳化，从而失去密封性能。侧U形密封件装入安装机轴轴承挡，唇口与电机轴相接触易发生形变，从而降低密封效果。侧Y形和侧V形在电机使用，装配密封件时没有使用专用工具，而其配合面因结构限制不能倒角，安装易损伤，背压偏高，速度过快，脉冲压力过大，都会造成唇口开裂等情况影响密封质量，对电机运行造成不利影响。
因此，有必要提供一种性能更好的电机用自润滑氟硅橡胶密封圈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，采用双唇双项密封，第二密封唇口主控密封对象为电机工作时旋转内压，第一密封唇口抗4倍0海拔气压，第二密封唇口内侧环形阵列设置有若干个内唇齿，用于产品压缩时的空间释放。本发明主要采用改性氟硅橡胶材料，利用模具预成型，经一段硫化、二段硫化制作而成。由于电机的复杂使用工况，对该密封圈的设计外观、压缩变形、抗环境逆变、抗介质质变等方面的特殊要求，采用改性材料及制备工艺，从而实现产品性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括第一密封唇口和第二密封唇口，为双唇密封圈，第一密封唇口与第二密封唇口之间设置有环形凹槽，第二密封唇口内侧环形阵列设置有若干个内唇齿，由混炼胶经过混炼、硫化一体成型得到。
其中，第二密封唇口主控密封对象为电机工作时旋转内压，第一密封唇口抗4倍0海拔气压，第二密封唇口内侧环形阵列设置有若干个内唇齿，用于产品压缩时的空间释放。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括以下重量份组分：30-40份主体体系、40-50份补强体系、15份润滑体系、2份辅助体系、1份防护体系、3份硫化体系；
所述主体体系包括以下重量份原料：45-50份三元乙丙橡胶K512、40-50份三元乙丙橡胶K512-50、5-10份氟橡胶FKM；
所述补强体系包括以下重量份原料：30-40份半补强炭黑SRF、15-25份快压出炭黑FEF、20-30份炭黑N990；
所述润滑体系包括以下重量份原料：15-25份氟化钙、94-96份蜡酯、4-6份羟基硅油；
所述辅助体系包括以下重量份原料：75份氧化锌、8份硬脂酸、17份硬脂酸锌；
所述防护体系包括以下重量份原料：50份低分子蜡、50份二苯胺类防护剂；
所述硫化体系包括以下重量份原料：80份过氧化二丙苯D40、20份改性交联助剂W70A。
进一步地，氟橡胶FKM采用日本大金氟橡胶，分子量在30万-50万单位范围；门尼粘度ML100℃1+4在40-60之间。
进一步地，改性交联助剂W70A由聚丁二烯、三烯丙基异氰尿酸酯和氢氧化镁按照质量比3：4：3组成。
进一步地，低分子蜡为聚乙烯蜡。
进一步地，二苯胺类防护剂为防老剂445和防老剂BLE中的一种或两种。
本发明主料体系采用高强度、抗腐蚀的三元乙丙橡胶和氟橡胶结合，并配合补强体系、润滑体系、辅助体系、防护体系、硫化体系等原料，得到密封圈使用于高温、高压和高湿环境下的电器类使用的密封材料，由于其材料混合效应，抗极性介质物与非极性介质物均超过单一材料。
一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
第一步、按配方比例称取原料，将称取的主体体系、补强体系、润滑体系、辅助体系、防护体系、硫化体系原料加入螺杆混炼机中，于90℃下混炼均匀，得到混炼胶；
第二步、将混炼胶置于模具中，进行一段真空硫化定型，之后进行二段微波硫化，得到电机用自润滑氟硅橡胶密封圈。
进一步地，所述一段真空硫化定型工艺参数为：温度165-175℃，压力20MPa,真空度-76cmHg，硫化时间5min。
进一步地，所述二段微波硫化工艺参数为：温度145-155℃，硫化时间4h。
目前橡胶混炼工艺按其使用的设备，可分为以下两种：开放式炼机混炼和密炼机混炼；开放式炼胶机混炼的缺点是粉剂飞扬大、劳动强度大、生产效率低，生产规模也比较小；优点是适合混炼的胶料品种多或制造特殊胶料。密炼机混炼与开放式炼胶机混炼相比，机械化程度高，劳动强度小，混炼时间短，生产效率高，此外，因混炼室为密闭的，减少了粉剂的飞扬。本发明创新采用螺杆混炼机(传递式混炼机)混炼法，并进行了PLC控制设计，实现连续混炼，生产效率高，可使混炼与压延、压出联动力，实现自动化生产。
传统硫化工艺是将胶料采用蒸汽或远红外加热等硫化工艺，加热温度是由介质外部向内部慢慢地热传导，但是橡胶物料是不良导热材料，对橡胶来说加热依靠物料表面向里层其传热速率是很慢的，大部分时间耗费在让橡胶达到硫化温度上；所以加热时间长、效率低、硫化均匀性不好，而且橡胶整体硫化状态并不理想，这是因为，常规热传导情况下，被硫化胶料表面升温与里层的时间不一，出现硫化不均匀的现象。
本发明采用分段硫化：即一段真空硫化定型，二段微波硫化提高物性，增加橡胶制品的扯断强度和撕裂强度，特别是压缩永久变形的提高；本品材料配方使用过氧化物硫化，过氧化物的分解引发高聚物反应后，生成了低分子化合物存在于橡胶中将影响橡胶的综合机械性能。因此，橡胶在第一阶段加热成型后，受时间影响，其交联密度不够，要使其进一步反应，必须增加时间或升高温度，这就占用了模具和硫化机的时间，影响效率。二段硫化中，过氧化物实际上已经很少，主要是靠氧作用增加交联，采用微波加热使物体分子间的运动相互摩擦效应，将微波场能转化为热能，从物体内部进行热体传导，使产品加热均匀(即分子交联均匀)；并且微波可以在较短的时间内使产品受热，节约时间，降低大量能耗。
微波加热与传统加热方式完全不同，是将微波能量穿透到被加热介质内部直接进行整体加热，因此加热迅速，高效节能，大大缩短了橡胶硫化时间，使其加热均匀性更好，硫化质量较高。
因此，本发明生产工艺可使大多数生产工序集中在一条生产线上完成，自动化程度高，能耗低，节省人力，生产稳定，产品质量均匀等，大大改善了生产劳动条件。
本发明的有益效果：
1、在产品材料配方技术方面，本发明选用3种生胶作为主链，对补强体系、防护体系、阻燃及抗老化体系进行全面综合改进，突破传统EPDM配方体系，使材料各项综合性能理化指数在原来基础上提高了15％，在产品材料环保方面各项指标也完全超越ROHS标准。
2、在结构设计方面，本发明采用双唇双项密封，第二密封唇口主控密封对象为电机工作时旋转内压，第一密封唇口抗4倍0海拔气压，第二密封唇口内侧环形阵列设置有若干个内唇齿，用于产品压缩时的空间释放。该结构与内圈的密封线路较长，中间与内圈防尘槽止口处的密封唇与止口径的间隙小，运转过程中起到保护异物进入，且中间的密封唇亦能起到保护作用，形成阻尼作用。同时(1)具有更好的机械物理性能，抗张强度；(2)有较好的弹性、硬度合适，并且压缩永久变形小；(3)耐磨，有一定的抗撕性能；(4)安装方便，且安装时不易受到损伤；(5)在复杂的工作环境，如温度、压力、介质以及运动方式变化情形下，产品的组合结构的形式发挥各自的特长，达到更加全面的效果。
3、本发明创新采用螺杆混炼机(传递式混炼机)混炼法，并进行了PLC控制设计，实现连续混炼，生产效率高，可使混炼与压延、压出联动力，实现自动化生产。
4、本发明采用分段硫化：即一段真空硫化定型，二段微波硫化提高物性，增加橡胶制品的扯断强度和撕裂强度，特别是压缩永久变形的提高；本，采用微米加热将微波能量穿透到被加热介质内部直接进行整体加热，因此加热迅速，高效节能，大大缩短了橡胶硫化时间，使其加热均匀性更好，硫化质量较高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的结构示意图。
图中：1、第一密封唇口；2、第二密封唇口；3、内唇齿。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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
请参阅图1所示，一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括第一密封唇口1和第二密封唇口2，为双唇密封圈，第一密封唇口1与第二密封唇口2之间设置有环形凹槽，第二密封唇口2内侧环形阵列设置有若干个内唇齿3。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括以下重量份组分：30份主体体系、40份补强体系、15份润滑体系、2份辅助体系、1份防护体系、3份硫化体系；
其中，主体体系包括以下重量份原料：45份三元乙丙橡胶K512、40份三元乙丙橡胶K512-50、5份氟橡胶FKM；补强体系包括以下重量份原料：30份半补强炭黑SRF、15份快压出炭黑FEF、20份炭黑N990；润滑体系包括以下重量份原料：15份氟化钙、94份蜡酯、4份羟基硅油；辅助体系包括以下重量份原料：75份氧化锌、8份硬脂酸、17份硬脂酸锌；防护体系包括以下重量份原料：50份低分子蜡、50份二苯胺类防护剂；硫化体系包括以下重量份原料：80份过氧化二丙苯D40、20份改性交联助剂W70A。
所述氟橡胶FKM采用日本大金氟橡胶，分子量在30万-50万单位范围；门尼粘度ML100℃1+4在40-60之间，改性交联助剂W70A由聚丁二烯、三烯丙基异氰尿酸酯和氢氧化镁按照质量比3：4：3组成，低分子蜡为聚乙烯蜡，二苯胺类防护剂为防老剂BLE。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
第一步、按配方比例称取原料，将称取的主体体系、补强体系、润滑体系、辅助体系、防护体系、硫化体系原料加入螺杆混炼机中，于90℃下混炼均匀，得到混炼胶；
第二步、将混炼胶置于模具中，进行一段真空硫化定型，温度165℃，压力20MPa,真空度-76cmHg，硫化时间5min，之后进行二段微波硫化，温度145℃，硫化时间4h，得到电机用自润滑氟硅橡胶密封圈。
实施例2
一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括第一密封唇口1和第二密封唇口2，为双唇密封圈，第一密封唇口1与第二密封唇口2之间设置有环形凹槽，第二密封唇口2内侧环形阵列设置有若干个内唇齿3。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括以下重量份组分：35份主体体系、45份补强体系、15份润滑体系、2份辅助体系、1份防护体系、3份硫化体系；
其中，主体体系包括以下重量份原料：48份三元乙丙橡胶K512、45份三元乙丙橡胶K512-50、8份氟橡胶FKM；补强体系包括以下重量份原料：35份半补强炭黑SRF、20份快压出炭黑FEF、25份炭黑N990；润滑体系包括以下重量份原料：20份氟化钙、95份蜡酯、5份羟基硅油；辅助体系包括以下重量份原料：75份氧化锌、8份硬脂酸、17份硬脂酸锌；防护体系包括以下重量份原料：50份低分子蜡、50份二苯胺类防护剂；硫化体系包括以下重量份原料：80份过氧化二丙苯D40、20份改性交联助剂W70A。
所述氟橡胶FKM采用日本大金氟橡胶，分子量在30万-50万单位范围；门尼粘度ML100℃1+4在40-60之间，改性交联助剂W70A由聚丁二烯、三烯丙基异氰尿酸酯和氢氧化镁按照质量比3：4：3组成，低分子蜡为聚乙烯蜡，二苯胺类防护剂为防老剂445。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
第一步、按配方比例称取原料，将称取的主体体系、补强体系、润滑体系、辅助体系、防护体系、硫化体系原料加入螺杆混炼机中，于90℃下混炼均匀，得到混炼胶；
第二步、将混炼胶置于模具中，进行一段真空硫化定型，温度170℃，压力20MPa,真空度-76cmHg，硫化时间5min，之后进行二段微波硫化，温度150℃，硫化时间4h，得到电机用自润滑氟硅橡胶密封圈。
实施例3
一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括第一密封唇口1和第二密封唇口2，为双唇密封圈，第一密封唇口1与第二密封唇口2之间设置有环形凹槽，第二密封唇口2内侧环形阵列设置有若干个内唇齿3。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，包括以下重量份组分：40份主体体系、50份补强体系、15份润滑体系、2份辅助体系、1份防护体系、3份硫化体系；
其中，主体体系包括以下重量份原料：50份三元乙丙橡胶K512、50份三元乙丙橡胶K512-50、10份氟橡胶FKM；补强体系包括以下重量份原料：40份半补强炭黑SRF、25份快压出炭黑FEF、30份炭黑N990；润滑体系包括以下重量份原料：25份氟化钙、96份蜡酯、6份羟基硅油；辅助体系包括以下重量份原料：75份氧化锌、8份硬脂酸、17份硬脂酸锌；防护体系包括以下重量份原料：50份低分子蜡、50份二苯胺类防护剂；硫化体系包括以下重量份原料：80份过氧化二丙苯D40、20份改性交联助剂W70A。
所述氟橡胶FKM采用日本大金氟橡胶，分子量在30万-50万单位范围；门尼粘度ML100℃1+4在40-60之间，改性交联助剂W70A由聚丁二烯、三烯丙基异氰尿酸酯和氢氧化镁按照质量比3：4：3组成，低分子蜡为聚乙烯蜡，二苯胺类防护剂为防老剂445。
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
第一步、按配方比例称取原料，将称取的主体体系、补强体系、润滑体系、辅助体系、防护体系、硫化体系原料加入螺杆混炼机中，于90℃下混炼均匀，得到混炼胶；
第二步、将混炼胶置于模具中，进行一段真空硫化定型，温度175℃，压力20MPa,真空度-76cmHg，硫化时间5min，之后进行二段微波硫化，温度155℃，硫化时间4h，得到电机用自润滑氟硅橡胶密封圈。
对比例1
与实施例1相比，在电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的制备方法第二步中，不采用微波硫化工艺，具体为：一段硫化在平板硫化剂上进行，硫化温度为164℃，油压16MPa，硫化时间为12min，二段硫化在恒温箱中进行，以15℃/min升温至150℃，以10℃升温至170℃，硫化24h，之后冷却至室温，其余原料及制备步骤同实施例1。
对比例2
与实施例1相比，将电机用自润滑氟硅橡胶密封圈的主体体系全部采用氟橡胶FKM，其余原料及制备步骤同实施例1。
将实施例1-3和对比例1-2所制备的密封圈进行测试，其中拉伸性能和硬度分别按照GB/T 528-2009和GB/T 531.1-2008测定，耐油性能按照GB/T 1690-2006测定，介质为1#标准油(ASTM N901)，条件150℃×70h，测试结果见表1。
表1
由表1可以看出，相比于对比例1-2，实施例1-3所制备的电机用自润滑氟硅橡胶密封圈性能更高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，其特征在于，包括第一密封唇口(1)和第二密封唇口(2)，第一密封唇口(1)与第二密封唇口(2)之间设置有环形凹槽，第二密封唇口(2)内侧环形阵列设置有若干个内唇齿(3)；
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈包括以下重量份组分：30-40份主体体系、40-50份补强体系、15份润滑体系、2份辅助体系、1份防护体系、3份硫化体系；
所述主体体系包括以下重量份原料：45-50份三元乙丙橡胶K512、40-50份三元乙丙橡胶K512-50、5-10份氟橡胶FKM；
所述补强体系包括以下重量份原料：30-40份半补强炭黑SRF、15-25份快压出炭黑FEF、20-30份炭黑N990；
该电机用自润滑氟硅橡胶密封圈制备方法包括以下步骤：
第一步、按配方比例称取原料，将称取的主体体系、补强体系、润滑体系、辅助体系、防护体系、硫化体系原料加入螺杆混炼机中，于90℃下混炼均匀，得到混炼胶；
第二步、将混炼胶置于模具中，进行一段真空硫化定型，二段微波硫化，得到电机用自润滑氟硅橡胶密封圈；
所述一段真空硫化定型工艺参数为：温度165-175℃，压力20MPa,真空度-76cmHg，硫化时间5min；
所述二段微波硫化工艺参数为：温度145-155℃，硫化时间4h。
2.根据权利要求1所述的一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，其特征在于，所述润滑体系包括以下重量份原料：15-25份氟化钙、94-96份蜡酯、4-6份羟基硅油。
3.根据权利要求1所述的一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，其特征在于，所述辅助体系包括以下重量份原料：75份氧化锌、8份硬脂酸、17份硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，其特征在于，所述防护体系包括以下重量份原料：50份低分子蜡、50份二苯胺类防护剂。
5.根据权利要求1所述的一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，其特征在于，所述硫化体系包括以下重量份原料：80份过氧化二丙苯D40、20份改性交联助剂W70A。
6.根据权利要求5所述的一种电机用自润滑氟硅橡胶密封圈，其特征在于，改性交联助剂W70A由聚丁二烯、三烯丙基异氰尿酸酯和氢氧化镁按照质量比3：4：3组成。
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