CN116285039A - 一种凸轮橡胶转子及其制备方法以及应用该凸轮橡胶转子的凸轮泵 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及凸轮泵的领域，尤其是涉及一种凸轮橡胶转子及其制备方法以及应用该凸轮橡胶转子的凸轮泵。凸轮橡胶转子包括以下重量份的原料丁腈橡胶100份、硫化剂1‑2份、氧化锌2‑5份、氧化镁0.5‑5份、硬脂酸1‑3份、促进剂1‑4份、耐磨粒子23‑57份，所述耐磨粒子由重量比为（8‑11）：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。本申请具有提高橡胶转子的耐磨性的效果。
Description
技术领域
本申请涉及凸轮泵的领域，尤其是涉及一种凸轮橡胶转子及其制备方法以及应用该凸轮橡胶转子的凸轮泵。
背景技术
凸轮转子泵，又称凸轮泵，是容积式泵里一个非常重要的角色。凸轮转子泵结构简单，占地面积小，广泛应用于各种行业，转子的材质类型及泵的安装形式多样，更好的内满足工况需求。
工作原理上，凸轮转子泵是一种低转速、高扬程、高效率的正排量容积泵，一对凸轮转子在两根平行轴的带动下，作同步、反向运动，形成吸入腔、封闭腔、排出腔。随着转子的不断运动、吸入腔形成真空、吸入介质流经封闭腔由排出腔排出。由于泵的转速低，自吸能力强，流动性较差的高粘度、高浓度介质有充分的时间和速度填满空穴。转子和泵腔内壁间隙容积效率高达98％以上，对低粘度的介质也有很好的适用性。
目前，常见的有凸轮橡胶转子泵，其中，凸轮转子是关键部分，通常采用的凸轮泵转子弹性材料主要有:丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、聚乙烯合成橡胶、四丙氟橡胶、氟橡胶等。
然而，对于丁腈橡胶的改性研究，主要还是关注于，以提高NBR橡胶的耐高温高寒、耐天候、耐臭氧老化等性。对于采用丁腈橡胶的凸轮泵转子弹性材料，其在泵体超强自吸能力以及输送高粘度和固定含量高的介质时，磨损严重。
发明内容
为了提高橡胶转子的耐磨性，本申请提供一种凸轮橡胶转子以及应用该凸轮橡胶转子的凸轮泵。
本申请提供的一种凸轮橡胶转子,采用如下的技术方案：
包括以下重量份的原料
所述耐磨粒子由重量比为(8-11)：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
通过采用上述技术方案，本申请采用纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成的耐磨粒子，可大大提升凸轮橡胶转子的耐磨性。其中纳米石墨可作为润滑剂，流通通过橡胶转子流动时，石墨基体可吸附各种气体分子和其他杂原子，从而缓解了石墨晶格缺陷所引起的力场不平衡，降低了石墨的表面能。同时，石墨烯是由单层碳原子组成的二维平面结构，石墨烯与石墨相互堆叠配合，形成由抗冲击-润滑平面，从而协同提升丁腈橡胶的耐磨性。炭黑则以补强加入，不仅提升丁腈橡胶的耐老化性，同时提升丁腈橡胶的耐磨性。
另外，由重量比为(8-11)：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成的耐磨粒子，三者可相互协同提升丁腈橡胶的耐磨性，同时在混炼时具有更佳的相容性，降低加工难度。
氧化锌、氧化镁、活性剂硬脂酸和促进剂的硫化体系，使得氯丁橡胶硫化产生交联粘着作用。同时，按照本申请的配比，提升丁腈橡胶与硫化剂、氧化锌、氧化镁、硬脂酸、促进剂以及耐磨粒子的相容性，从而使凸轮橡胶转子整体强度更加均一，提升凸轮橡胶转子的耐磨性。
可选的，包括以下重量份的原料
硫化剂的种类可以为本领域的常规选择，例如可以选自硫磺、过氧化苯甲酰、氨基甲酸乙酯和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷中的一种或多种。
促进剂例如可以为二苯胍(促进剂D)、二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)、2-硫醇基苯骈噻唑、亚乙基硫脲(促进剂NA-22)、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)、2,2’-二硫化二苯并噻唑(市售品如促进剂DM)、N-叔丁基-双(2-苯并噻唑)次磺酰亚胺、促进剂TAIC和N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺中的一种或多种。优选的，可以是促进剂CZ和促进剂TAIC的组合作为硫化促进剂。
炭黑为N550炭黑、N774炭黑、N330炭黑中的以一种或多种的组合。
可选的，所述纳米石墨的粒径为35-100nm。
通过采用上述技术方案，纳米石墨的粒径为35-100nm时具有较好的补强以及相容性，从而提升丁腈橡胶的耐磨性。
可选的，所述耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
通过采用上述技术方案，耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成时，丁腈橡胶整体的耐磨性最佳。
可选的，所述所述丁腈橡胶中丙烯腈含量为42-46％。
第二方面，本申请提供一种上述凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶、硫化剂、氧化锌、氧化镁、硬脂酸按配比混合后，再加入耐磨粒子进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和硫化促进剂进行二阶混炼。
可选的，所述一阶混炼温度为75-125℃，混炼6-10min，再将温度降温至55-60℃，混炼2-4min。
通过采用上述技术方案，一阶混炼时温度降低，使得丁腈橡胶在初次升温硫化后，进入补硫阶段，使得纳米石墨、炭黑等补强材料更相容分散于丁腈橡胶内。
可选的，所述二阶混炼温度为18-33℃，混炼5-10min，再将温度升温至42-56℃，混炼2-4min，再将温度降温至10-15℃，混炼2-4min。
第三方面，本申请提供一种凸轮泵。
一种凸轮泵，应用上述凸轮橡胶转子。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过耐磨粒子补入丁腈橡胶，并配合整体的硫化体系，可大大提升丁腈橡胶的耐磨性；
2.通过纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成的耐磨粒子形成润滑-抗冲击以及补强面，进一步提升丁腈橡胶的耐磨性；
3.通过耐磨粒子的配比以及整体体系的配比，不仅提升了丁腈橡胶的耐磨性，同时使得各组分相容性分散性更佳，丁腈橡胶整体结构的均一性更加。
具体实施方式
本申请所涉及的原料均为市售。
为了更好的获得适用于作为转子橡胶的密封材料，丁腈橡胶中，更优选地，丙烯腈提供的结构单元的含量为42-46％，丁二烯提供的结构单元的含量为54-58％。同时，采用ML(1+4)100℃为63的丁腈橡胶，使得丁腈橡胶与本申请的其他组分相容性更好。
硫化剂的种类可以为本领域的常规选择，例如可以选自硫磺、过氧化苯甲酰、氨基甲酸乙酯和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷中的一种或多种。
促进剂例如可以为二苯胍(促进剂D)、二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)、2-硫醇基苯骈噻唑、亚乙基硫脲(促进剂NA-22)、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)、2,2’-二硫化二苯并噻唑(市售品如促进剂DM)、N-叔丁基-双(2-苯并噻唑)次磺酰亚胺、促进剂TAIC和N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺中的一种或多种。优选的，可以是促进剂CZ和促进剂TAIC的组合作为硫化促进剂，重量比例如可以为1:2。
纳米石墨粒径为35-100nm。
炭黑为N550炭黑、N774炭黑、N330炭黑中的以一种或多种的组合。本申请中炭黑由N550炭黑和N774炭黑按1：1的重量比组成。
实施例1
本申请提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂1g、氧化锌2g、氧化镁0.5g、硬脂酸3g混合后，再加入耐磨粒子23份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为75℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼2min。
二阶混炼温度为18℃，混炼5min，再将温度升温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例2-10
与实施例1的区别在于，组分配比不同，参见表1。
表1实施例1-10组分配比表
实施例13-15
与实施例12的区别在于，耐磨粒子组分配比不同，参见表2。
表2耐磨粒子组分配比表
| 纳米石墨 | 石墨烯 | 炭黑 | |
| 实施例12 | 8 | 3 | 15 |
| 实施例13 | 9 | 3 | 15 |
| 实施例14 | 10 | 3 | 15 |
| 实施例15 | 11 | 3 | 15 |
实施例16
实施例16提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼2min。
二阶混炼温度为18℃，混炼5min，再将温度升温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例17
实施例17提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为125℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼2min。
二阶混炼温度为18℃，混炼5min，再将温度升温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例18
实施例18提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼10min，再将温度降温至55℃，混炼2min。
二阶混炼温度为18℃，混炼5min，再将温度升温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例19
实施例19提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼10min，再将温度降温至60℃，混炼2min。
二阶混炼温度为18℃，混炼5min，再将温度升温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例20
实施例20提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼4min。
二阶混炼温度为18℃，混炼5min，再将温度升温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例21
实施例21提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼4min。
二阶混炼温度为26℃，混炼5min，再将温度降温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例22
实施例22提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼4min。
二阶混炼温度为33℃，混炼5min，再将温度降温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例23
实施例23提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼4min。
二阶混炼温度为27℃，混炼10min，再将温度降温至42℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例24
实施例24提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼4min。
二阶混炼温度为27℃，混炼10min，再将温度降温至47℃，混炼2min，再将温度降温至10℃，混炼2min。
实施例25
实施例25提供的一种凸轮橡胶转子的制备方法，包括将丁腈橡胶100g、硫化剂2g、氧化锌1g、氧化镁2g、硬脂酸5g混合后，再加入耐磨粒子57份进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和1份促进剂进行二阶混炼。耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
其中，一阶混炼温度为100℃，混炼6min，再将温度降温至55℃，混炼4min。
二阶混炼温度为27℃，混炼10min，再将温度降温至56℃，混炼4min，再将温度降温至15℃，混炼2min。
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，耐磨粒子为炭黑。
对比例2
与实施例1的区别在于，耐磨粒子由重量比为3：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
性能检测
对实施例和对比例进行拉伸强度测试和耐磨测试，结果参见表3。
其中，橡胶耐磨测试根据GB/T 9867-2008硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定的记载；拉伸强度根据GB/T528-92的记载。
表3实施例和对比例性能测试表
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种凸轮橡胶转子，其特征在于：包括以下重量份的原料
丁腈橡胶 100份
硫化剂 1-2份
氧化锌 2-5份
氧化镁 0.5-5份
硬脂酸 1-3份
促进剂 1-4份
耐磨粒子 23-57份，
所述耐磨粒子由重量比为（8-11）：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
2.根据权利要求1所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：包括以下重量份的原料
丁腈橡胶 100份
硫化剂 2份
氧化锌 3份
氧化镁 2.5份
硬脂酸 1份
促进剂 3份
耐磨粒子 52份。
3.根据权利要求1所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：所述纳米石墨的粒径为35-100nm。
4.根据权利要求2所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：所述耐磨粒子由重量比为8：3：15的纳米石墨、石墨烯以及炭黑组成。
5.根据权利要求1所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：所述所述丁腈橡胶中丙烯腈含量为42-46%。
6.根据权利要求1所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：所述炭黑为N550。
7.一种权利要求1-6任一项所述的凸轮橡胶转子的制备方法，其特征在于：包括将丁腈橡胶、硫化剂、氧化锌、氧化镁、硬脂酸混合后，再加入耐磨粒子进行一阶混炼获得的母炼胶；再将母炼胶和硫化促进剂进行二阶混炼。
8.根据权利要求7所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：所述一阶混炼温度为75-125℃，混炼6-10min，再将温度降温至55-60℃，混炼2-4 min。
9.根据权利要求7所述的凸轮橡胶转子，其特征在于：所述二阶混炼温度为18-33℃，混炼5-10min，再将温度升温至42-56℃，混炼2-4 min，再将温度降温至10-15℃，混炼2-4min。
10.一种凸轮泵，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的凸轮橡胶转子。
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| CN106566028A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-04-19 | 桐乡市斯普林橡塑科技有限公司 | 一种耐磨橡胶及其制备方法 |
| CN109181033A (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 刘勇 | 一种优质汽车防尘套用橡胶材料 |
| CN115716948A (zh) * | 2022-11-03 | 2023-02-28 | 盐城海之星车轮有限公司 | 一种石墨烯掺杂的具有高强度丁腈橡胶制备方法 |
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- 2023-03-22 CN CN202310282452.2A patent/CN116285039B/zh active Active
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