CN117362778A - 一种液压系统专用密封圈混炼胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种液压系统专用密封圈混炼胶及其制备方法。按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、有机活性剂0.05—8份、金属氧化物3—20份、补强填料50—120份、增塑剂2—20份、促进剂2—15份、交联剂0.5—18份、硫化剂0.5—5份；所述补强填料包括炭黑，所述促进剂为二硫代氨基甲酸盐类、秋兰姆类、噻唑类和二硫代二吗啉；通过制备原料的协同作用，本发明制得的丁腈橡胶具有优异的回弹、耐油性能，压缩永久变形小，制成的往复运动液压系统密封圈抗高压性能好，使用寿命长。胶料工艺简单，防止了焦烧现象，提高了胶料的流动性能、大大降低了次品率，降低了生产成本。

Description

一种液压系统专用密封圈混炼胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种液压系统专用密封圈混炼胶及其制备方法。

背景技术

在许多工业设备上，液压系统是决定其能否正常工作的关键，液压系统的密封性能直接影响设备的功能、性能和可靠性。随着国内液压传动控制技术的飞速发展，液压系统已被要求向高压力、大流量的趋势发展，这对液压系统的密封性能提出了更高的要求。但是，目前在往复运动液压系统的密封圈使用过程中，其力学性能如拉伸强度、拉断伸长率、硬度、回弹性、压缩永久变形性、耐磨损等逐渐下降，从而导致密封圈耐压性能等失效，因此，急需开发一种高耐压的密封圈材料以满足液压系统的使用要求。

中国专利CN219102029U公开了一种用于双系统活动密封部位的组合密封结构，该密封结构简单易装配、低摩擦，满足液压作动器的使用环境和寿命要求，但是其密封圈为丁腈橡胶密封材料，该材料硬度高、回弹差、压缩永久变形比较大，已经不能满足液压系统目前的使用要求；另外，丁腈橡胶在加工过程中还存在混炼性能差、生热高、不易包辊、吃料慢、填料分散困难等缺点。中国专利CN103408809A公开了一种高耐磨损液压密封垫及其制备方法，其复配使用不同的纳米无机材料改善密封垫的耐磨性和机械强度，但是其压缩永久变形性仍然存在改善空间。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种液压系统专用密封圈混炼胶；按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、有机活性剂0.05—8份、金属氧化物3—20份、补强填料50—120份、增塑剂2—20份、促进剂2—15份、交联剂0.5—18份、硫化剂0.5—5份。

进一步地，按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、有机活性剂0.5—6份、金属氧化物6—15份、补强填料80—110份、增塑剂5—10份、促进剂4—12份、交联剂4—10份、硫化剂1—3份。

进一步地，所述的丁腈胶为NBR2845。

进一步地，所述有机活性剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。

优选的，所述有机活性剂包括硬脂酸。

进一步地，所述金属氧化物包括氧化锌和/或氧化镁。

进一步地，所述金属氧化物包括氧化锌和氧化镁，两者重量比为（1-7）：（2-13），优选为（3-6）：（3-10），更优选为（3-5.6）：（4-5）。

进一步地，所述补强填料包括但不限于炭黑、石墨、碳酸钙、纳米纤维、高岭土、膨润土、钛白粉、滑石粉中的至少一种。

优选的，所述补强填料包括炭黑。

进一步地，所述炭黑包括但不限于N220、N234、N326、N330、N339、N375、N550、N539、N660、N754、N774中的任意一种或多种的组合。

进一步地，所述炭黑包括DBP值≥120×10^-5m³/kg、DBP值在90-116×10^-5m³/kg、DBP值≤85×10^-5m³/kg的炭黑中的至少一种。

进一步地，所述炭黑包括DBP值≥120×10^-5m³/kg和DBP值≤85×10^-5m³/kg的炭黑，两者重量比为（0.1-0.8）：1。

进一步地，所述DBP值≥120×10^-5m³/kg的炭黑包括N234、N339、N550中的至少一种。

进一步地，所述DBP值≤85×10^-5m³/kg的炭黑包括N774。

在一种优选的实施方式中，所述炭黑包括N550和N774，两者重量比为（0.2-0.6）：1。N550炭黑粒子的表面光滑，结构高，补强性能较佳，对于混炼胶的强度、弹性和复原性能都有提升；当同时使用在体系中分散性良好的N774炭黑使用，并规定N550和N774的质量比为（0.2-0.6）：1，两者复配的粒径和DBP值可使混炼胶及其产品的硬度、抗撕裂强度和康张强度等达到最优。

进一步优选的，所述N550和N774的重量比为（0.4-0.52）：1。

进一步地，所述增塑剂选自苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪酸酯类、聚酯类、环氧类中的至少一种。

进一步地，所述苯二甲酸酯类选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二（α-乙基己酯）、邻苯二甲酸二异壬酯中的至少一种。

进一步地，所述磷酸酯类选自磷酸三（丁氧基乙）酯、磷酸三辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯中的至少一种。

进一步地，所述脂肪酸酯类选自己二酸二（2－乙基已）酯、癸二酸二（2－乙基已）酯、壬二酸二（2－乙基已）酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、癸二酸二辛酯中的至少一种。

进一步地，所述聚酯类选自聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯、聚二甲酸二甘醇酯、聚己内酯中的至少一种。

进一步地，所述环氧类选自环氧化大豆油、环氧化亚麻子油、环氧油酸丁酯、辛酯、四氢糠醇酯中的至少一种。

优选的，所述增塑剂选自苯二甲酸酯类中的至少一种。

进一步地，所述促进剂选自二硫代氨基甲酸盐类、秋兰姆类、噻唑类、次黄酰胺类、胍类、醛胺类、硫脲类、二硫代氨基甲酸环酯、二硫代二吗啉（促进剂DTDM）中的至少一种。

进一步地，所述促进剂为二硫代氨基甲酸盐类、秋兰姆类、噻唑类和二硫代二吗啉。

进一步地，所述二硫代氨基甲酸盐类包括但不限于二硫代氨基甲酸钠、二硫代氨基甲酸钾、二硫代氨基甲酸铵、二乙基二硫代氨基甲酸碲中的至少一种；优选为二乙基二硫代氨基甲酸碲（促进剂TE）。

进一步地，所述秋兰姆类包括但不限于一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、四硫化双（1,5－亚戊基）秋兰姆中的至少一种；优选为二硫化四甲基秋兰姆（促进剂TT）。

进一步地，所述噻唑类包括但不限于2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑锌盐中的至少一种；优选为二硫化二苯并噻唑（促进剂DM）。

进一步地，按重量份计，所述促进剂由0.5—5份二硫代氨基甲酸盐类、0.5—5份秋兰姆类、0.5—5份噻唑类和0.5—5份二硫代二吗啉组成。

在一种优选的实施方式中，按重量份计，所述促进剂由1—3份二乙基二硫代氨基甲酸碲、1—3份二硫化四甲基秋兰姆、1—3份二硫化二苯并噻唑和1—3份二硫代二吗啉所组成。促进剂DM属于巯基促进剂且具有防焦作用，但产生的交联程度比较低，混炼胶的回弹性能也不理想，当其复配促进剂TT使用后，可以提升混炼胶的硫化速度和模量；但促进剂TT在体系中主要形成双硫交联键，这种键容易发生重排和返原，用量过多时混炼胶的动态承载能力和耐屈挠疲劳性能将显著降低；促进剂DTDM呈现碱性作用，对促进剂TT具有活化和推进作用，且促进作用持续时间长，能够有效改善混炼胶的抗返原和抗热老化性能，但是其用量过高时则延迟硫化时间；促进剂TE和促进剂DM、促进剂TT等复配使用可进一步缩短硫化时间并增强模量，但是混炼胶的扯断伸长率和耐屈挠疲劳性能存在一定的削弱现象，主要是因为促进剂DM对促进剂TT比较敏感，两者共存时会增加焦烧的风险。以上四个促进剂复配发挥协同作用，配合特定含量的硬脂酸和氧化锌，可有效提高混炼胶及其产品的耐老化性、强力和弹性性能，并有效避免其返原现象的发生。

进一步地，所述交联剂选自丙烯酸锌、甲基丙烯酸锌、甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸钙中的至少一种；优选为甲基丙烯酸镁。

进一步地，所述硫化剂为过氧化物硫化剂，选自过氧化二异丙苯、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯、1，1－二叔丁基过氧基-3、3，5-三甲基环己烷、2，5－二甲基-2，5（二叔丁过氧基）己烷中的至少一种。

优选的，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

在一种优选的实施方式中，按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、有机活性剂1—5份、金属氧化物7—11份、补强填料100—106份、增塑剂6—8份、促进剂6—7.5份、交联剂5—6份、硫化剂1—1.5份。

进一步地，所述混炼胶的制备原料还包括软化剂，包括但不限于环烷烃、芳烃、石蜡油、重油、凡士林、石油树脂、古马隆树脂、煤焦油、油膏、松焦油、松香、妥尔油中的至少一种；优选为PE蜡。

进一步地，所述软化剂的用量为0.5—6份，优选为1—3份。

进一步地，所述混炼胶的制备原料还包括防老剂，包括但不限于防老剂RD、防老剂4010、4010NA、防老剂4020、防老剂SP、SP-C、防老剂3100中的至少一种。

进一步地，所述防老剂的用量为0.01—6份，优选为1—3份。

其次，本申请还提供了所述混炼胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丁腈橡胶加入密炼机塑炼；

S2、加入有机活性剂、金属氧化物、增塑剂、1/4-3/4重量的补强填料到密炼机中混炼；

S3、加入剩余的补强填料继续混炼，待密炼温度达到115-135℃时将混炼胶倒出，薄通下片，停放一段时间；

S4、将混炼胶包在开炼机的慢辊上，加入硫化剂和促进剂，完全混料后，每边割刀1—5次，排下胶料后薄通混匀，出片后常温停放至少12h；

S5、在160-180℃下硫化1—10min，即可。

进一步地，所述S1的塑炼温度为80-90℃，塑炼时间为1—4min。

进一步地，所述S2的混炼温度为100-145℃，优选为110-130℃；混炼时间为2—6min。

进一步地，所述S3的混炼温度为110-130℃，混炼时间为2—4min。

进一步地，所述S4中慢辊的温度为80±5℃。

优选的，所述S5中的硫化条件为170℃、15min。

以上温度可保证混合料具有合适的流动性能，保证原料间的均匀分散，降低焦烧风险。

有益效果

1、本申请制得的混炼胶门尼粘度低，优化原料的添加顺序，有效提高混炼胶的包辊性、增加胶料的弹性模量和拉伸模量，提高胶料的抗拉性能、加工效率和质量，延长胶料制品的使用寿命；

2、本申请的制备工艺简单，防止了胶料加工过程中焦烧现象，同时提高了胶料的流动性能、大大降低了次品率，降低了生产成本；

3、本申请的配方中不使用硫黄作为硫化剂，减少了对人体和环境的影响，配方符合环保要求，更符合国家绿色发展理念；

4、本申请的混炼胶原料彼此协同作用，所制得的丁腈橡胶具有优异的回弹、耐油性能，且压缩永久变形小，可用于液压系统中使用；当其用作往复运动液压系统的密封圈时，该密封圈抗高压性能好、使用寿命长，完全满足行业现有要求。

具体实施方式

实施例

实施例1

本实施例提供了一种液压系统专用密封圈混炼胶；按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、硬脂酸1份、氧化锌5.56份、氧化镁5份、N550炭黑30份、N774炭黑70份、增塑剂（邻苯二甲酸二辛酯）6份、促进剂DM 3份、促进剂TT 1份、促进剂TE 1份、促进剂DTDM 1份、交联剂（甲基丙烯酸镁）5份、硫化剂（过氧化二异丙苯）1份、PE蜡2份、防老剂4020 5份；

本申请还提供了所述混炼胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丁腈橡胶加入密炼机中，于85℃塑炼2min；

S2、加入硬脂酸、氧化锌、氧化镁、1/2重量的炭黑、防老剂、增塑剂、PE蜡到密炼机中，于120℃加压混炼4min；

S3、加入剩余的炭黑，于120℃混炼3min；待密炼机温度达到120℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通5遍，下片，停放1天；

S4、将停放后的混炼胶包在温度为80℃、辊距为1.5mm开炼机慢辊上，加入硫化剂、促进剂DM、促进剂TT、促进剂TE、促进剂DTDM，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀，后按产品要求调整大辊距出片，常温停放30小时，得到混炼胶。

S3、硫化：170℃硫化5分钟；即可。

实施例2

本实施例提供了一种液压系统专用密封圈混炼胶；按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、硬脂酸3份、氧化锌3份、氧化镁4份、N550炭黑30份、N774炭黑75份、增塑剂（邻苯二甲酸二辛酯）6份、促进剂DM 3份、促进剂TT 1.5份、促进剂TE 1.5份、促进剂DTDM 1.5份、交联剂（甲基丙烯酸镁）6份、硫化剂（过氧化二异丙苯）1.5份、PE蜡1.5份、防老剂4020 3份；

本申请还提供了所述混炼胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丁腈橡胶加入密炼机中，于80℃塑炼3min；

S2、加入硬脂酸、氧化锌、氧化镁、1/2重量的炭黑、防老剂、增塑剂、PE蜡到密炼机中，于110℃加压混炼5min；

S3、加入剩余的炭黑，于110℃混炼4min；待密炼机温度达到115℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通6遍，下片，停放1天；

S4、将停放后的混炼胶包在温度为75℃、辊距为1.5mm开炼机慢辊上，加入硫化剂、促进剂DM、促进剂TT、促进剂TE、促进剂DTDM，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀，后按产品要求调整大辊距出片，常温停放24小时，得到混炼胶。

S3、硫化：170℃硫化5分钟；即可。

实施例3

本实施例提供了一种液压系统专用密封圈混炼胶；按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、硬脂酸3份、氧化锌3份、氧化镁5份、N550炭黑35.32份、N774炭黑70份、增塑剂（邻苯二甲酸二辛酯）8份、促进剂DM 3份、促进剂TT 1.5份、促进剂TE 1.5份、促进剂DTDM 1.5份、交联剂（甲基丙烯酸镁）6份、硫化剂（过氧化二异丙苯）1.5份、PE蜡1.2份、防老剂4020 2份；

本申请还提供了所述混炼胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丁腈橡胶加入密炼机中，于90℃塑炼2min；

S2、加入硬脂酸、氧化锌、氧化镁、1/2重量的炭黑、防老剂、增塑剂、PE蜡到密炼机中，于130℃加压混炼3min；

S3、加入剩余的炭黑，于30℃混炼2min；待密炼机温度达到125℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通4遍，下片，停放1天；

S4、将停放后的混炼胶包在温度为85℃、辊距为1.5mm开炼机慢辊上，加入硫化剂、促进剂DM、促进剂TT、促进剂TE、促进剂DTDM，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀，后按产品要求调整大辊距出片，常温停放48小时，得到混炼胶。

S3、硫化：170℃硫化5分钟；即可。

实施例4

本实施例提供了一种液压系统专用密封圈混炼胶；按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、硬脂酸5份、氧化锌3份、氧化镁5份、N550炭黑30份、N774炭黑75份、增塑剂（邻苯二甲酸二辛酯）8份、促进剂DM 3份、促进剂TT 1.5份、促进剂TE 1.5份、促进剂DTDM 1.5份、交联剂（甲基丙烯酸镁）5份、硫化剂（过氧化二异丙苯）1.5份、PE蜡1.5份、防老剂4020 3份；

本申请还提供了所述混炼胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丁腈橡胶加入密炼机中，于85℃塑炼2min；

S2、加入硬脂酸、氧化锌、氧化镁、1/2重量的炭黑、防老剂、增塑剂、PE蜡到密炼机中，于120℃加压混炼4min；

S3、加入剩余的炭黑，于120℃混炼3min；待密炼机温度达到120℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通5遍，下片，停放1天；

S4、将停放后的混炼胶包在温度为80℃、辊距为1.5mm开炼机慢辊上，加入硫化剂、促进剂DM、促进剂TT、促进剂TE、促进剂DTDM，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀，后按产品要求调整大辊距出片，常温停放30小时，得到混炼胶。

S3、硫化：170℃硫化5分钟；即可。

以上实施例性能测试方法和结果：

测试结果见表1。

表1

Claims (10)

1.一种液压系统专用密封圈混炼胶，其特征在于，按重量份计，所述混炼胶的制备原料包括：丁腈橡胶100份、有机活性剂0.05—8份、金属氧化物3—20份、补强填料50—120份、增塑剂2—20份、促进剂2—15份、交联剂0.5—18份、硫化剂0.5—5份。

2.根据权利要求1所述的混炼胶，其特征在于，所述有机活性剂包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的混炼胶，其特征在于，所述金属氧化物包括氧化锌和氧化镁，两者重量比为（1-7）：（2-13）。

4.根据权利要求3所述的混炼胶，其特征在于，所述补强填料包括炭黑；所述炭黑包括DBP值≥120×10^-5m³/kg、DBP值在90-116×10^-5m³/kg、DBP值≤85×10^-5m³/kg的炭黑中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的混炼胶，其特征在于，所述炭黑包括DBP值≥120×10^-5m³/kg和DBP值≤85×10^-5m³/kg的炭黑，两者重量比为（0.1-0.8）：1。

6.根据权利要求5所述的混炼胶，其特征在于，所述促进剂选自二硫代氨基甲酸盐类、秋兰姆类、噻唑类、次黄酰胺类、胍类、醛胺类、硫脲类、二硫代氨基甲酸环酯、二硫代二吗啉中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的混炼胶，其特征在于，所述促进剂为二硫代氨基甲酸盐类、秋兰姆类、噻唑类和二硫代二吗啉。

8.根据权利要求6所述的混炼胶，其特征在于，按重量份计，所述促进剂由0.5—5份二硫代氨基甲酸盐类、0.5—5份秋兰姆类、0.5—5份噻唑类和0.5—5份二硫代二吗啉组成。

9.根据权利要求7或8所述的混炼胶，其特征在于，所述交联剂选自丙烯酸锌、甲基丙烯酸锌、甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸钙中的至少一种。

10.根据权利要求1-9任一项所述的混炼胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将丁腈橡胶加入密炼机塑炼；

S2、加入有机活性剂、金属氧化物、增塑剂、1/4-3/4重量的补强填料到密炼机中混炼；

S3、加入剩余的补强填料继续混炼，待密炼温度达到115-135℃时将混炼胶倒出，薄通下片，停放一段时间；

S4、将混炼胶包在开炼机的慢辊上，加入硫化剂和促进剂，完全混料后，每边割刀1—5次，排下胶料后薄通混匀，出片后常温停放至少12h；

S5、在160-180℃下硫化1—10min，即可。