CN116903940A - 一种密封圈胶料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种密封圈胶料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种密封圈胶料及其制备方法和应用，属于橡胶领域。本发明提供的密封圈胶料，以质量份数计，包括以下组分：丁腈橡胶100份；硫化活化剂2.5～11份；硫化促进剂0.3～2.5份；防老剂1～5份；炭黑N33030～60份；喷雾炭黑20～90份；癸二酸二辛酯5～30份；壬二酸二辛酯5～20份；过氧化物硫化剂0.3～2.5份；硫磺0.1～0.8份；补强剂1.5～6份；所述增塑剂为癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯。本发明中选用炭黑N330和喷雾炭墨并用，该体系易分散，可大量填充，补强效果佳，填充后胶料加工性能好，硫化胶耐低温性好，弹性大，变形小；采用耐寒性能优异的增塑剂，使密封圈胶料硫化后具有优异的耐寒性、低挥性。

Description

一种密封圈胶料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及橡胶领域，尤其涉及一种密封圈胶料及其制备方法和应用。
背景技术
航用密封圈在正常使用过程中承受载荷大、内外压力变化复杂，且使用工况条件复杂，故要求密封圈气密性、耐油性能、耐高低温性能俱佳。
丁腈橡胶是由丙烯腈与丁二烯单体聚合而成的共聚物，主要采用低温乳液聚合法生产，其耐油性和气密性非常好，耐热性也较好。但是用丁腈橡胶制备的密封项圈，其耐低温性能和弹性仍不能满足航用密封圈的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密封圈胶料及其制备方法和应用，本发明的密封圈胶料硫化后具有优异的耐低温性能和弹性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种密封圈胶料，以质量份数计，包括以下组分：
所述增塑剂为癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯。
优选的，所述癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯的质量比为0.25～6:1。
优选的，所述防老剂包括喹啉类防老剂。
优选的，所述硫化活化剂包括氧化锌和硬脂酸。
优选的，所述氧化锌和硬脂酸的质量比为0.5～16:1。
优选的，所述过氧化物硫化剂包括BIBP。
优选的，所述硫化促进剂包括促进剂CZ和促进剂TBzTD。
优选的于，所述促进剂CZ和促进剂TBzTD的质量比为0.2～15:1。
本发明还提供了上述方案所述密封圈胶料的制备方法，包括以下步骤：
将丁腈橡胶、炭黑N330、炭黑N330、癸二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、硫化活化剂和防老剂进行第一混炼后进行停放，得到混炼胶；
将所述混炼胶、硫化促进剂、硫磺和过氧化物硫化剂进行第二混炼，得到所述密封圈胶料。
本发明还提供了上述方案所述密封圈胶料或上述方案所述制备方法制备得到的密封圈胶料在航空密封领域中的应。
本发明提供了一种密封圈胶料，以质量份数计，包括以下组分：丁腈橡胶100份；硫化活化剂2.5～11份；硫化促进剂0.3～2.5份；防老剂1～5份；炭黑N33030～60份；喷雾炭黑20～90份；癸二酸二辛酯5～30份；壬二酸二辛酯5～20份；过氧化物硫化剂0.3～2.5份；硫磺0.1～0.8份；补强剂1.5～6份；所述增塑剂为癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯。本发明中选用炭黑N330和喷雾炭墨并用，该体系易分散，可大量填充，补强效果佳，填充后密封圈胶料加工性能好，硫化胶耐低温性好，生热低，变形小；本发明采用耐寒性能优异的增塑剂，使密封圈胶料硫化后具有优异的耐寒性、低挥性。实施例结果表明，本发明密封圈胶料硫化后拉断伸长率为160～252％，-65℃无破坏，压缩耐寒系数为0.26～0.51。
进一步的，本发明采用耐热的过氧化物硫化剂BIBP，获得了热稳定的碳-碳交联键，提高了密封圈胶料的耐热性、降低了密封圈胶料压缩永久变形。
具体实施方式
本发明提供了一种密封圈胶料，以质量份数计，包括以下组分：
所述增塑剂为癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯。
在本发明中，以质量份数计，所述密封圈胶料的组分包括丁腈橡胶100份。在本发明中，所述丁腈橡胶的牌号优选包括NBR1704、NBR1965和DN401中的一种或多种。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括硫化活化剂2.5～11份，优选为5～10份，更优选为3～8份。在本发明中，所述硫化活化剂优选包括氧化锌和硬脂酸，所述氧化锌和硬脂酸的质量比优选为0.5～16:1，更优选为4～12:1，进一步优选为8～10:1。氧化锌：在丁腈橡胶中是硫化工艺的促进剂，是多功能橡胶配合剂，加速硫化，提高硫化胶的导热性。硬脂酸：软化增塑作用、有利于炭黑的充分扩散、与氧化锌反应促进氧化锌活性。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括硫化促进剂0.3～2.5份，优选为0.5～2份，更优选为1～1.5份。在本发明中，所述硫化促进剂优选包括促进剂CZ和促进剂TBzTD，所述促进剂CZ和促进剂TBzTD的质量比优选为0.2～15:1，更优选为5～10:1，进一步优选为6～8:1。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括防老剂1～5份，优选为2～4份，更优选为2.5～3份。在本发明中，所述防老剂优选包括喹啉类防老剂。所述喹啉类防老剂优选包括防老剂AW、防老剂RD和防老剂BLE中的一种或多种。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括炭黑N33030～60份，优选为40～50份，更优选为45～48份。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括喷雾炭黑20～90份，优选为30～70份，更优选为40～60份。
本发明中选用炭黑N330和喷雾炭墨并用，该体系易分散，可大量填充，补强效果佳，填充后胶料加工性能好，硫化胶耐低温性好，弹性大，生热低，变形小。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括增塑剂10～50份，优选为20～45份，更优选为30～40份。在本发明中，所述增塑剂为癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯，所述癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯的质量比优选为0.25～6:1，更优选为1～5:1，进一步优选为2～4:1。本发明采用耐寒性能优异的增塑剂，使密封圈胶料硫化后具有优异的耐寒性、低挥性。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括过氧化物硫化剂0.3～2.5份，优选为0.5～2份，更优选为1～1.5份。在本发明中，所述过氧化物硫化剂优选包括BIBP。本发明采用耐热的过氧化物硫化剂BIBP，获得了热稳定的碳-碳交联键，提高了密封圈胶料的耐热性、降低了密封圈胶料压缩永久变形。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括硫磺0.1～0.8份，优选为0.3～0.6份，更优选为0.4～0.5份。在本发明中，所述硫磺优选包括不溶性硫磺，所述不溶性硫磺优选包括非充油系列不溶性硫磺和/或充油系列不溶性硫磺，所述非充油系列不溶性硫磺的牌号优选包括IS-60，所述充油系列不溶性硫磺优选包括HS70-20和/或HS75-20。
以所述丁腈橡胶的1质量份数为基准，所述密封圈胶料的组分包括补强剂1.5～6份，优选为2～5份，进一步优选为3～4份；所述补强剂优选包括氧化镁。
本发明还提供了上述方案所述密封圈胶料的制备方法，包括以下步骤：
将丁腈橡胶、炭黑N330、炭黑N330、癸二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、硫化活化剂和防老剂进行第一混炼后进行停放，得到混炼胶；
将所述混炼胶、硫化促进剂、硫磺和过氧化物硫化剂进行第二混炼，得到所述密封圈胶料。
本发明将丁腈橡胶、炭黑N330、喷雾炭黑、癸二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、硫化活化剂和防老剂进行第一混炼后进行停放，得到混炼胶。在本发明中，所述第一混炼优选将丁腈橡胶进行塑炼后加入炭黑N330和喷雾炭黑进行第一’混炼后再加入癸二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、硫化活化剂和防老剂进行第一”混炼。在本发明中，所述塑炼、第一’混炼和第一”混炼优选在密炼机中进行；所述塑炼的温度优选为80℃，压力优选为0.5MPa，时间优选为25～35s，更优选为28～32s。在本发明中，所述塑炼时的辊筒转速为40r/min。在本发明中，所述第一’混炼的温度优选为80～100℃，压力优选为0.5MPa，时间优选为60～80s，更优选为70～75s。
在本发明中，所述第一”混炼的温度优选为130～150℃，更优选为140～145℃；压力优选为0.5MPa，时间优选为40～60s，更优选为45～50s。
停放前，本发明优选将第一混练所得胶料进行压延、冷却。本发明对所述压延没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案压延成片即可。
在本发明中，所述停放的时间优选为16～24h，更优选为18～20h。停放可以使各组分分散得更加均匀，与橡胶大分子链发生吸附、亲和、提高橡胶性能。
得到混炼胶后，本发明将所述混炼胶、硫化促进剂、硫磺和过氧化物硫化剂进行第二混炼，得到所述密封圈胶料。在本发明中，所述第二混炼优选在密炼机中进行。在本发明中，所述第二混炼的时间优选为80～100s，更优选为85～90s；温度优选为90～100℃；压力优选为0.5MPa；所述第二混炼时的辊筒转速优选为20r/min。
第二混炼后，本发明优选将第二混炼所得胶料进行压延、冷却和再次停放，得到所述密封圈胶料。本发明对所述压延没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案压延成片即可。本发明对所述再次停放的时间没有特殊的限定，任意时间均可。
本发明还提供了上述方案所述密封圈胶料或上述方案所述制备方法制备得到的密封圈胶料在航空密封领域中的应用。
在本发明中，所述应用优选为用于航空密封圈，所述密封圈的制备方法优选包括以下步骤：
将所述密封圈胶料挤出，得到半成品胶条；
将所述半成品胶条裁切后放入模具进行硫化，得到所述密封圈。
在本发明中，根据要求对半成品胶条的周长进行裁切，所述裁切后的切口角度为45°。裁切后的半成品胶条放入模具后搭接的切口无缝隙。
在本发明中，所述硫化的温度优选为160℃，压力优选为0.52MPa，时间优选为20min。
下面结合实施例对本发明提供的密封圈胶料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3
按照表1所示的配方，将丁腈橡胶投入密炼机，在80℃、0.5MPa的条件下塑炼30s。其中，辊筒转速为40r/min；
塑炼结束后加入炭黑N330和炭黑N330，在100℃、0.5MPa的条件下混炼80s；然后加入癸二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、硫化活化剂和防老剂在130℃、0.5MPa的条件下混炼60s，随后将所得混合物排出密炼机至压片机下片，冷却，停放24h，得到混炼胶；
将所得混炼胶与硫化促进剂、硫磺和过氧化物硫化剂在90℃、0.5MPa的条件下混炼90s。其中，辊筒转速为20r/min。混炼结束后，将所得胶料进行压延、冷却，停放4h，得到所述密封圈胶料。
表1实施例1～3密封圈胶料的配方
对实施例1～3的密封圈胶料在160℃、0.52MPa的条件下硫化20min后进行性能测试，结果如表2所示。
表2实施例1～3的密封圈胶料硫化后的性能
由表2可知，各实施例的机械性能和耐老化性能相差不大，但胶料的耐油性能同时受补强体系和增塑体系影响，需综合考虑达到胶料耐油性能和耐低温性能的良好配合。通过调整补强体系和增塑剂体系，达到了胶料耐油性稳定的同时提高混炼胶的耐低温性能。
实施例4
与实施例1不同的仅是：将喷雾炭黑份数降低至20份。
对比例1的混炼胶的邵尔A型硬度为74度，拉伸强度为13.1MPa，拉断永久变形为4％，耐老化性能和机械性能同样相差不大；其耐油性能体积变化率为13％，恒定形变压缩永久变形率为15％，低温性能脆性温度-65℃无破坏，压缩耐寒系数-50℃为0.20。
实施例5
与实施例1不同的仅是：将DOS份数增加至15份。
对比例1的混炼胶的邵尔A型硬度为75度，拉伸强度13.7MPa，拉断永久变形为2％，同样耐老化性能和机械性能相差不大；其耐油性能体积变化率为15％，恒定形变压缩永久变形率为17％，低温性能脆性温度-65℃无破坏，压缩耐寒系数-50℃为0.27。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种密封圈胶料，其特征在于，以质量份数计，包括以下组分：
所述增塑剂为癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯。
2.根据权利要求1所述的密封圈胶料，其特征在于，所述癸二酸二辛酯和壬二酸二辛酯的质量比为0.25～6:1。
3.根据权利要求1所述的密封圈胶料，其特征在于，所述防老剂包括喹啉类防老剂。
4.根据权利要求1所述的密封圈胶料，其特征在于，所述硫化活化剂包括氧化锌和硬脂酸。
5.根据权利要求4所述的密封圈胶料，其特征在于，所述氧化锌和硬脂酸的质量比为0.5～16:1。
6.根据权利要求1所述的密封圈胶料，其特征在于，所述过氧化物硫化剂包括BIBP。
7.根据权利要求1所述的密封圈胶料，其特征在于，所述硫化促进剂包括促进剂CZ和促进剂TBzTD。
8.根据权利要求7所述的密封圈胶料，其特征在于，所述促进剂CZ和促进剂TBzTD的质量比为0.2～15:1。
9.权利要求1～8任一项所述密封圈胶料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将丁腈橡胶、炭黑N330、炭黑N330、癸二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、硫化活化剂和防老剂进行第一混炼后进行停放，得到混炼胶；
将所述混炼胶、硫化促进剂、硫磺和过氧化物硫化剂进行第二混炼，得到所述密封圈胶料。
10.权利要求1～8任一项所述密封圈胶料或权利要求9所述制备方法制备得到的密封圈胶料在航空密封领域中的应用。
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