CN117327351A - 一种车用密封圈橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种车用密封圈橡胶材料及其制备方法。所述车用密封圈橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：80~90份三元乙丙橡胶、14~22份共聚氯醚橡胶、6~10份丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶，30~40份白炭黑、50~65份炭黑N550、10~20份轻质碳酸镁、25~35份氧化锌、3~5份硬脂酸、2~4份防老剂4020、1.5~2.5份防老剂RD、6~10份松焦油、3~7份促进剂TMTD、0.5~1.5份促进剂DM、2~6份交联剂DCP。本发明通过在密封圈橡胶材料中添加丁苯橡胶，能提高橡胶材料的耐溶剂特性；通过对丁苯橡胶接枝丙烯酸树脂，进一步提高了丁苯橡胶的耐溶剂特性；在接枝过程中，先对丁苯橡胶进行等离子体处理以及硅烷偶联剂处理，能有效提高丁苯橡胶与丙烯酸树脂的接枝率，从而使橡胶材料的耐酸碱特性得到最大程度的优化。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种车用密封圈橡胶材料及其制备方法。
背景技术
橡胶和其它辅助材料，如填料、助剂等辅料混合均匀后通过交联剂在一定温度及压力下成型，橡胶混合料通过交联剂使之发生网状交联结构，分子之间相互结合后可以提供各种性能的有价值的材料。生橡胶是最主要的原材料，但是单纯使用生胶是不能制成所要求的橡胶制品的。为了使橡胶具有所要求的性能，必须在生胶中加入各种不同的配合剂材料。由于橡胶制品的配合剂及硫化等过程具有多重的特性，导致其制备的材料具有各种特性。
密封圈对于密封件的密封效果起着至关重要的作用，密封圈一般要满足以下条件：适当的机械强度，包括扩张强度、伸长率和抗撕裂强度等；能稳定，在介质中不易溶胀，热收缩效应小；易加工成型，并能保持精密的尺寸；不腐蚀接触面，不污染介质等。然而，在化工行业中，很多时候都要求液体不能够接触金属，因此现有技术中常用的带有金属弹簧的高压密封圈则无法适用；此外，如果将金属弹簧替换成其他材质，还需要考虑到强度、耐酸碱腐蚀性、耐溶剂性等问题。
基于上述情况，本发明提出了一种车用密封圈橡胶材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用密封圈橡胶材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种车用密封圈橡胶材料，所述车用密封圈橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：80~90份三元乙丙橡胶、14~22份共聚氯醚橡胶、6~10份丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶，30~40份白炭黑、50~65份炭黑 N550、10~20份轻质碳酸镁、25~35份氧化锌、3~5份硬脂酸、2~4份防老剂4020、1.5~2.5份防老剂RD、6~10份松焦油、3~7份促进剂TMTD、0.5~1.5份促进剂DM、2~6份交联剂DCP。
优选地，所述丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶通过以下步骤的方法制备而成：以去离子水配制质量分数为 40~45%的丙烯酸树脂溶液，并加入质量分数 1.5%的光引发剂，黑暗条件下磁力搅拌 15 min；将硅烷处理的丁苯橡胶浸入丙烯酸树脂溶液，以紫外光照射，紫外光强度为 120 mW/cm2，反应时间为 150 s；反应结束后，依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗 10 min，重复 2~3 次，得丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶。
优选地，所述光引发剂为1-羟基-环己基-苯甲酮。
优选地，所述丙烯酸树脂为甲基丙烯酸羟乙酯。
优选地，所述硅烷处理的丁苯橡胶通过以下方法制备而成：将丁苯橡胶进行氧气气氛等离子体处理，处理功率为400W，处理时长为300 s，气流为2 L/min，得到表面活化后的丁苯橡胶；取硅烷偶联剂、去离子水、无水乙醇按体积比1:1:3混溶，调节硅烷溶液pH值至3.5 ±0.5，静置15±1min；将经等离子体处理后的表面活化丁苯橡胶置于硅烷溶液中浸泡5~6min，之后依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复 2~3 次，得硅烷处理的丁苯橡胶，静置24 h后待用。
优选地，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570的其中一种或两种以上的组合。
优选地，所述白炭黑的比表面积为300m2/g，粒径为7nm。
优选地，所述三元乙丙橡胶为中灰分含量为0.6%，挥发物含量为0.8%，氮含量为0.6%，塑性初值为40%，塑性保持率为60%。
优选地，所述共聚氯醚橡胶为三元共聚氯醚橡胶，包括GECO、GPCO、PECO的其中一种或两种以上的组合。在其中一个实施例中，所述为三元共聚氯醚橡胶为GECO，牌号为hydrinT3102，门尼粘度为90。
本发明还提供一种车用密封圈橡胶材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）依次添加三元乙丙橡胶、共聚氯醚橡胶、丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶、白炭黑、轻质碳酸镁、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、松焦油，在180~185℃以50~55 r/min搅拌10~15min，得一段母胶；
（2）将一段母胶与炭黑 N550在180~185℃以50~55 r/min搅拌5~10min后排胶，得二段母胶；
（3）将二段母胶与促进剂TMTD、促进剂DM在180~185℃以20~25 r/min搅拌5~10min后排胶，即得所述车用密封圈橡胶材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过在密封圈橡胶材料中添加丁苯橡胶，能提高橡胶材料的耐溶剂特性；通过对丁苯橡胶接枝丙烯酸树脂，进一步提高了丁苯橡胶的耐溶剂特性；在接枝过程中，先对丁苯橡胶进行等离子体处理以及硅烷偶联剂处理，能有效提高丁苯橡胶与丙烯酸树脂的接枝率，从而使橡胶材料的耐酸碱特性得到最大程度的优化。
2.本发明的制备方法、操作方便，易于大规模生产，且质量稳定。
3.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制。
具体实施方式
实施例1
各原料的用量见表1。
（1）将丁苯橡胶进行氧气气氛等离子体处理，处理功率为400 W，处理时长为300s，气流为 2 L/min，得到表面活化后的丁苯橡胶；取硅烷偶联剂、去离子水、无水乙醇按体积比1:1:3混溶，调节硅烷溶液pH值至 3.5±0.5，静置15±1min；将经等离子体处理后的表面活化丁苯橡胶置于硅烷溶液中浸泡5min，之后依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复 2 次，得硅烷处理的丁苯橡胶，静置 24 h 后待用；
（2）以去离子水配制质量分数为40%的甲基丙烯酸羟乙酯溶液，并加入质量分数1.5%的光引发剂，黑暗条件下磁力搅拌15 min；将硅烷处理的丁苯橡胶浸入甲基丙烯酸羟乙酯溶液，以紫外光照射，紫外光强度为120 mW/cm2，反应时间为150 s；反应结束后，依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复 2次，得甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶；
（3）依次添加三元乙丙橡胶、共聚氯醚橡胶、甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶、白炭黑、轻质碳酸镁、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、松焦油，在180℃以50 r/min搅拌15min，得一段母胶；
（4）将一段母胶与炭黑 N550在180℃以50 r/min搅拌10min后排胶，得二段母胶；
（5）将二段母胶与促进剂TMTD、促进剂DM在180℃以20r/min搅拌10min后排胶，即得所述车用密封圈橡胶材料。
实施例2
各原料的用量见表1。
（1）将丁苯橡胶进行氧气气氛等离子体处理，处理功率为400W，处理时长为300 s，气流为2 L/min，得到表面活化后的丁苯橡胶；取硅烷偶联剂、去离子水、无水乙醇按体积比1:1:3混溶，调节硅烷溶液pH值至3.5 ±0.5，静置15±1min；将经等离子体处理后的表面活化丁苯橡胶置于硅烷溶液中浸泡 6min，之后依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复 2~3 次，得硅烷处理的丁苯橡胶，静置 24 h 后待用；
（2）以去离子水配制质量分数为 40~45%的甲基丙烯酸羟乙酯溶液，并加入质量分数1.5%的光引发剂，黑暗条件下磁力搅拌15min；将硅烷处理的丁苯橡胶浸入甲基丙烯酸羟乙酯溶液，以紫外光照射，紫外光强度为120mW/cm2，反应时间为150s；反应结束后，依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复 3 次，得甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶；
（3）依次添加三元乙丙橡胶、共聚氯醚橡胶、甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶、白炭黑、轻质碳酸镁、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、松焦油，在185℃以55 r/min搅拌10min，得一段母胶；
（4）将一段母胶与炭黑 N550在185℃以55 r/min搅拌5min后排胶，得二段母胶；
（5）将二段母胶与促进剂TMTD、促进剂DM在185℃以25 r/min搅拌5min后排胶，即得所述车用密封圈橡胶材料。
实施例3
各原料的用量见表1。
（1）将丁苯橡胶进行氧气气氛等离子体处理，处理功率为400 W，处理时长为300s，气流为 2 L/min，得到表面活化后的丁苯橡胶；取硅烷偶联剂、去离子水、无水乙醇按体积比1:1:3混溶，调节硅烷溶液pH值至3.5 ±0.5，静置15±1min；将经等离子体处理后的表面活化丁苯橡胶置于硅烷溶液中浸泡6min，之后依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10min，重复3次，得硅烷处理的丁苯橡胶，静置24 h后待用；
（2）以去离子水配制质量分数为45%的甲基丙烯酸羟乙酯溶液，并加入质量分数1.5%的光引发剂，黑暗条件下磁力搅拌15 min；将硅烷处理的丁苯橡胶浸入甲基丙烯酸羟乙酯溶液，以紫外光照射，紫外光强度为120mW/cm2，反应时间为150s；反应结束后，依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复3 次，得甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶；
（3）依次添加三元乙丙橡胶、共聚氯醚橡胶、甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶、白炭黑、轻质碳酸镁、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、松焦油，在185℃以55 r/min搅拌10~15min，得一段母胶；
（4）将一段母胶与炭黑 N550在185℃以55 r/min搅拌10min后排胶，得二段母胶；
（5）将二段母胶与促进剂TMTD、促进剂DM在180~185℃以25 r/min搅拌10min后排胶，即得所述车用密封圈橡胶材料。
对比例1
与实施例3不同的是，未添加甲基丙烯酸羟乙酯接枝丁苯橡胶。其余同实施例3。各原料的用量见表1。
对比例2
与实施例3不同的是，步骤（1）中丁苯橡胶未用硅烷偶联剂处理。其余同实施例3。各原料的用量见表1。
对比例3
与实施例3不同的是，步骤（1）中丁苯橡胶未用氧气气氛等离子体处理。其余同实施例3。各原料的用量见表1。
对比例4
与实施例3不同的是，省略步骤（2），即未对硅烷处理后的丁苯橡胶接枝丙烯酸树脂。其余同实施例3。各原料的用量见表1。
表1
性能测试及评价
取实施例1~3以及对比例1~4制备所得的密封圈橡胶材料分别经碱处理或酸处理后，按GB/T 528-2009测试拉伸应力应变性能，按GB/T 7759.1-2015测试压缩永久变形，酸处理条件为：常温下，在质量浓度20％盐酸中处理72h；碱处理条件为：常温下，在质量浓度20％氢氧化钠中处理72h。测试结果见表2。
表2 性能测试
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述车用密封圈橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：80~90份三元乙丙橡胶、14~22份共聚氯醚橡胶、6~10份丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶，30~40份白炭黑、50~65份炭黑 N550、10~20份轻质碳酸镁、25~35份氧化锌、3~5份硬脂酸、2~4份防老剂4020、1.5~2.5份防老剂RD、6~10份松焦油、3~7份促进剂TMTD、0.5~1.5份促进剂DM、2~6份交联剂DCP。
2.根据权利要求1所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶通过以下步骤的方法制备而成：以去离子水配制质量分数为 40~45%的丙烯酸树脂溶液， 并加入质量分数 1.5%的光引发剂，黑暗条件下磁力搅拌 15 min；将硅烷处理的丁苯橡胶浸入丙烯酸树脂溶液，以紫外光照射，紫外光强度为 120 mW/cm2，反应时间为 150 s；反应结束后，依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗 10 min，重复 2~3次，得丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶。
3.根据权利要求2所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述光引发剂为1-羟基-环己基-苯甲酮。
4.根据权利要求2所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述丙烯酸树脂为甲基丙烯酸羟乙酯。
5.根据权利要求2所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述硅烷处理的丁苯橡胶通过以下方法制备而成：将丁苯橡胶进行氧气气氛等离子体处理，处理功率为400 W，处理时长为300 s，气流为2 L/min，得到表面活化后的丁苯橡胶；取硅烷偶联剂、去离子水、无水乙醇按体积比1:1:3混溶，调节硅烷溶液pH 值至3.5 ±0.5，静置15±1min；将经等离子体处理后的表面活化丁苯橡胶置于硅烷溶液中浸泡5~6min，之后依次置于去离子水、乙醇及丙酮中分别进行超声波清洗10 min，重复2~3次，得硅烷处理的丁苯橡胶，静置24 h后待用。
6.根据权利要求5所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570的其中一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述白炭黑的比表面积为300m2/g，粒径为7nm。
8.根据权利要求1所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶中灰分含量为0.6%，挥发物含量为0.8%，氮含量为0.6%，塑性初值为40%，塑性保持率为60%。
9.根据权利要求1所述的车用密封圈橡胶材料，其特征在于，所述共聚氯醚橡胶为三元共聚氯醚橡胶，包括GECO、GPCO、PECO的其中一种或两种以上的组合。
10.根据权利要求1~9任一所述的车用密封圈橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）依次添加三元乙丙橡胶、共聚氯醚橡胶、丙烯酸树脂接枝丁苯橡胶、白炭黑、轻质碳酸镁、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、松焦油，在180~185℃以50~55 r/min搅拌10~15min，得一段母胶；
（2）将一段母胶与炭黑 N550在180~185℃以50~55 r/min搅拌5~10min后排胶，得二段母胶；
（3）将二段母胶与促进剂TMTD、促进剂DM在180~185℃以20~25 r/min搅拌5~10min后排胶，即得所述车用密封圈橡胶材料。
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