CN117719185A - 一种纤维框架金属橡胶复合密封板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及密封板材制备技术领域，且公开了一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，具体包括以下步骤：S1、金属基材清理：将金属卷材架设在卷材架上，并对展开后的金属基材进行清洗、除油、干燥处理后，连续进入下一工序中；S2、涂刷粘合剂：在经过步骤S1处理后的金属基材表面涂刷酚醛树脂粘合剂，从而能够使橡胶和金属之间能够产生化学反应，从而紧密的结合在一起。通过在成品中加入不锈钢纤维和芳纶纤维组成的复合纤维，同时在加入之前对复合纤维进行拉伸处理，从而使复合纤维上产生预应力，进而能够使最终的成品具有综合力学性能优越，不仅撕裂比强度和拉伸比模量较高，而且可耐弯折、韧性良好；具有很好的导电性，能防静电。
Description
技术领域
本发明涉及密封板材制备技术领域，更具体的公开了一种纤维框架金属橡胶复合密封板材及其制备方法。
背景技术
橡胶金属复合板材是目前应用于各种内燃机、各型发动机动力密封的主流材料，由金属芯板与橡胶复合，经粘接、硫化、表面处理后制成密封材料。随着汽车行业的不断发展进步，发动机不断小型化、高功率化的趋势越加明显，对密封材料的性能需求也大大提升，主要表现在密封温度更高、压力更大、使用寿命更长、密封介质多样化等特点。传统的金属橡胶密封板材，其工艺技术形成于本世纪五六十年代，受限于其已有的工艺特点，已经无法进行更新换代，在产品性能上逐渐体现出应用的局限性，表现在材料应力松驰率高、抗撕裂性差、扯断强度底、抗压性差，耐磨性、耐老化性能不理想等等，已经跟不上汽车行业技术进步对密封材料的要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种纤维框架金属橡胶复合密封板材及其制备方法，能够解决传统的金属橡胶密封板的材料应力松驰率高、抗撕裂性差、扯断强度底、抗压性差，耐磨性、耐老化性能不理想等问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，更具体的说是一种纤维框架金属橡胶复合密封板材，包括以下组分：橡胶NBR、炭黑填料、无机填料滑石粉、增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)、硫磺、秋兰姆类、纤维、氧化锌、对苯二胺类防老剂和酮胺类防老剂。
更进一步的，所述板材具体包括以下按重量份计的组分：橡胶NBR 10-30份、炭黑填料20-110份、无机填料滑石粉5-70份、增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)10-30份、硫磺1-5份、秋兰姆类0.2-1份、纤维4-20份、氧化锌5-15份、对苯二胺类防老剂1-6份和酮胺类防老剂2-3份。
更进一步的，所述纤维为不锈钢纤维和芳纶纤维的复合纤维，其制备过程为：首先将芳纶纤维和不锈钢纤维按照2∶1的比例进行捻合，形成复合纤维，然后将捻合后形成的复合纤维通过拉伸设备施加一定的拉力，从而在复合纤维上形成预应力，提高纤维的抗负荷能力；然后将聚酰亚胺树脂在350-400℃热熔，形成聚酰亚胺熔液，再将聚酰亚胺熔液涂刷在复合纤维表面，涂刷厚度为0.3mm-0.5mm，待干燥凝固后，将符合纤维从拉伸设备上取下即可。
更进一步的，在对不锈钢纤维和芳纶纤维进行捻合的过程中，施加在不锈钢纤维和芳纶纤维上的捻合强度为：
其中，S为施加在不锈钢纤维和芳纶纤维上的捻合强度，Sm为不锈钢纤维的捻合强度，Sf为芳纶纤维的捻合强度；
在对复合纤维进行拉伸的过程中，施加在复合纤维上的拉力为：
其中，F为施加在复合纤维的拉力，Fm、Ff分别为不锈钢纤维和芳纶纤维所能承受的最大拉力，Rm、Rf分别为不锈钢纤维和芳纶纤维的线径，F0为复合纤维后期所需要承受的负载力。
根据本发明的另外一个方面，提供一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，该方法基于以上所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材中的组分实现，具体包括以下步骤：
S1、金属基材清理：将金属卷材架设在卷材架上，并对展开后的金属基材进行清洗、除油、干燥处理后，连续进入下一工序中；
S2、涂刷粘合剂：在经过步骤S1处理后的金属基材表面涂刷酚醛树脂粘合剂，从而能够使橡胶和金属之间能够产生化学反应，从而紧密的结合在一起；
S3、橡胶金属复合：将橡胶和各种填料以及纤维混合精炼，制成混炼胶；然后通过挤出机连续供料通过橡胶压延机精确胶片厚度，再将得到的胶片与已经涂刷有粘合剂的金属基材复合成型，并进行表面光滑平整处理；
S4、硫化处理：采用电加热和天然气加热的方式，精确控制硫化温度的变化，通过分子间作用力结合产生化学反应实现橡胶与金属基材之间的紧密粘合；
S5、表面防粘处理：采用辊涂或喷涂方式，将蜡、硅油、石墨材料涂覆在硫化后的板材表面，让硫化后的橡胶金属复合板材表面形成一层高性能膜，从而在橡胶金属复合板材表面形成永久防粘层；
S6、卷材成品：经过以上步骤和精细检查后，取卷进行保存。
更进一步的，所述金属基材的厚度为0.15-0.8(±0.01)mm之间。
更进一步的，所述S2中，在对粘合剂进行涂刷的时候，涂刷方式可采用淋涂、浸涂或辊涂的方式进行，并且涂刷的厚度为0.025-0.035mm。
更进一步的，所述S3中，在将橡胶和各种填料以及纤维混合精炼制成混炼胶的时候，先将橡胶在140-180℃下进行熔化，得到橡胶熔液，然后往橡胶熔液中加入各种填料和纤维，并在转子轴转速(前/后)30/24.5rpm，上顶栓0.6-0.7mpa，温度100-120℃，以下振动量：
其中，P为振动量，Li为填料i在1000Hz下1min在100℃橡胶熔液中的偏移量，x为纤维在1000Hz下1min在100℃橡胶熔液中的偏移量，Z为填料类型总数，D为当前橡胶熔液的粘稠度；混合15-20min后，即可得到混炼胶。
更进一步的，所述S3中，通过橡胶压延机制得胶片的过程中，温度控制在40-60℃，压力为0.2-0.3mpa，然后精确控制产品厚度为0.6-1.2(±0.2)mm、1.2(±0.3)mm以上，宽度为900(±0.5)mm。
更进一步的，所述S4中，硫化温度为80-150℃，硫化时间为10-30min；在S5中，在橡胶金属复合板材表面形成的防粘层的厚度为0.02-0.05mm。
本发明一种纤维框架金属橡胶复合密封板材及其制备方法的有益效果为：通过在成品中加入不锈钢纤维和芳纶纤维组成的复合纤维，同时在加入之前对复合纤维进行拉伸处理，从而使复合纤维上产生预应力，进而能够使最终的成品具有综合力学性能优越，不仅撕裂比强度和拉伸比模量较高，而且可耐弯折、韧性良好；具有很好的导电性，能防静电；具有耐高温性能、更优越的耐老化和疲劳性、使用寿命更长以及更高的密封性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为方法流程示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据本发明的一个方面，提供了一种纤维框架金属橡胶复合密封板材，具体包括以下按重量份计的组分：橡胶NBR 10-30份、炭黑填料20-110份、无机填料滑石粉5-70份、增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)10-30份、硫磺1-5份、秋兰姆类0.2-1份、纤维4-20份、氧化锌5-15份、对苯二胺类防老剂1-6份和酮胺类防老剂2-3份。
其中，纤维为不锈钢纤维和芳纶纤维的复合纤维，其制备过程为：首先将芳纶纤维和不锈钢纤维按照2∶1的比例并在以下捻合强度下进行捻合，形成复合纤维：
通过将不锈钢纤维和芳纶纤维捻合在一起，从而能够大大增加复合纤维的强度、抗断裂性能，同时具有更优良的柔韧性；在以上捻合强度下进行捻合操作，能够避免不锈钢纤维过度捻合，从而造成纤维出现断裂的情况，同时避免捻合强度不足，造成在后续使用的时候，出现相互脱开的情况。S为施加在不锈钢纤维和芳纶纤维上的捻合强度，Sm为不锈钢纤维的捻合强度，Sf为芳纶纤维的捻合强度。然后将捻合后形成的复合纤维通过拉伸设备施加以下拉力，从而在复合纤维上形成预应力，提高纤维的抗负荷能力：
避免在拉伸的过程中，施加的拉力过大，从而造成纤维出现断裂的情况，同时避免拉力施加不够，导致在纤维上形成的预应力不足以使纤维承载后续负荷的情况。F为施加在复合纤维的拉力，Fm、Ff分别为不锈钢纤维和芳纶纤维所能承受的最大拉力，Rm、Rf分别为不锈钢纤维和芳纶纤维的线径，F0为复合纤维后期所需要承受的负载力。然后将聚酰亚胺树脂在350-400℃热熔，形成聚酰亚胺熔液，再将聚酰亚胺熔液涂刷在复合纤维表面，涂刷厚度为0.3mm-0.5mm，待干燥凝固后，将符合纤维从拉伸设备上取下即可。
根据本发明的另一个方面，如图1所示，提供了一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，该方法基于以上一种纤维框架金属橡胶复合密封板材中的组分实现，具体包括以下步骤：
第一步、金属基材清理：将厚度为0.15-0.8(±0.01)mm的金属基材形成的金属卷材架设在卷材架上，并对展开后的金属基材进行清洗、除油、干燥处理后，连续进入下一工序中。金属基材的标准如表1所示。
表1金属基材标准
第二步、涂刷粘合剂：在经过第一步处理后的金属基材表面通过淋涂、浸涂或辊涂的方式涂刷厚度为0.025-0.035mm的酚醛树脂粘合剂，从而能够使橡胶和金属之间能够产生化学反应，从而紧密的结合在一起。
第三步、橡胶金属复合：先将橡胶在140-180℃下进行熔化，得到橡胶熔液，然后往橡胶熔液中加入纤维和以上除橡胶和以外的所有填料，并在转子轴转速(前/后)30/24.5rpm，上顶栓0.6-0.7mpa，温度100-120℃，以下振动量：
其中，P为振动量，Li为填料i在1000Hz下1min在100℃橡胶熔液中的偏移量，x为纤维在1000Hz下1min在100℃橡胶熔液中的偏移量，Z为填料类型总数，D为当前橡胶熔液的粘稠度；混合15-20min后，即可得到混炼胶；然后通过挤出机连续供料通过橡胶压延机精确胶片厚度，温度控制在40-60℃，压力为0.2-0.3mpa，然后精确控制产品厚度为0.6-1.2(±0.2)mm、1.2(±0.3)mm以上，宽度为900(±0.5)mm，单、双层胶片与已经涂刷有粘合剂的金属基材复合成型，并进行表面光滑平整处理。
第四步、硫化处理：采用电加热和天然气加热的方式，精确控制硫化温度的变化，硫化温度为80-150℃，硫化时间为10-30min，通过分子间作用力结合产生化学反应实现橡胶与金属基材之间的紧密粘合。
第五步、表面防粘处理：采用辊涂或喷涂方式，将蜡、硅油、石墨材料涂覆在硫化后的板材表面，让硫化后的橡胶金属复合板材表面形成一层高性能膜，从而在橡胶金属复合板材表面形成厚度为0.02-0.05mm的永久防粘层。
第六步、卷材成品：经过以上步骤和精细检查后，取卷进行保存。
通过以上步骤操作得到的产品的具体性能测试结果如下：
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种纤维框架金属橡胶复合密封板材，其特征在于，包括以下组分：橡胶NBR、炭黑填料、无机填料滑石粉、增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)、硫磺、秋兰姆类、纤维、氧化锌、对苯二胺类防老剂和酮胺类防老剂。
2.根据权利要求1所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材，其特征在于：所述板材具体包括以下按重量份计的组分：橡胶NBR 10-30份、炭黑填料20-110份、无机填料滑石粉5-70份、增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)10-30份、硫磺1-5份、秋兰姆类0.2-1份、纤维4-20份、氧化锌5-15份、对苯二胺类防老剂1-6份和酮胺类防老剂2-3份。
3.根据权利要求1所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材，其特征在于：所述纤维为不锈钢纤维和芳纶纤维的复合纤维，其制备过程为：首先将芳纶纤维和不锈钢纤维按照2∶1的比例进行捻合，形成复合纤维，然后将捻合后形成的复合纤维通过拉伸设备施加一定的拉力，从而在复合纤维上形成预应力，提高纤维的抗负荷能力；然后将聚酰亚胺树脂在350-400℃热熔，形成聚酰亚胺熔液，再将聚酰亚胺熔液涂刷在复合纤维表面，涂刷厚度为0.3mm-0.5mm，待干燥凝固后，将符合纤维从拉伸设备上取下即可。
4.根据权利要求3所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材，其特征在于：在对不锈钢纤维和芳纶纤维进行捻合的过程中，施加在不锈钢纤维和芳纶纤维上的捻合强度为：
其中，S为施加在不锈钢纤维和芳纶纤维上的捻合强度，Sm为不锈钢纤维的捻合强度，Sf为芳纶纤维的捻合强度；
在对复合纤维进行拉伸的过程中，施加在复合纤维上的拉力为：
其中，F为施加在复合纤维的拉力，Fm、Ff分别为不锈钢纤维和芳纶纤维所能承受的最大拉力，Rm、Rf分别为不锈钢纤维和芳纶纤维的线径，F0为复合纤维后期所需要承受的负载力。
5.一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-2中任意一项所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材中的组分实现，具体包括以下步骤：
S1、金属基材清理：将金属卷材架设在卷材架上，并对展开后的金属基材进行清洗、除油、干燥处理后，连续进入下一工序中；
S2、涂刷粘合剂：在经过步骤S1处理后的金属基材表面涂刷酚醛树脂粘合剂，从而能够使橡胶和金属之间能够产生化学反应，从而紧密的结合在一起；
S3、橡胶金属复合：将橡胶和各种填料以及纤维混合精炼，制成混炼胶；然后通过挤出机连续供料通过橡胶压延机精确胶片厚度，再将得到的胶片与已经涂刷有粘合剂的金属基材复合成型，并进行表面光滑平整处理；
S4、硫化处理：采用电加热和天然气加热的方式，精确控制硫化温度的变化，通过分子间作用力结合产生化学反应实现橡胶与金属基材之间的紧密粘合；
S5、表面防粘处理：采用辊涂或喷涂方式，将蜡、硅油、石墨材料涂覆在硫化后的板材表面，让硫化后的橡胶金属复合板材表面形成一层高性能膜，从而在橡胶金属复合板材表面形成永久防粘层；
S6、卷材成品：经过以上步骤和精细检查后，取卷进行保存。
6.根据权利要求5所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，其特征在于：所述金属基材的厚度为0.15-0.8(±0.01)mm之间。
7.根据权利要求5所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，其特征在于：所述S2中，在对粘合剂进行涂刷的时候，涂刷方式可采用淋涂、浸涂或辊涂的方式进行，并且涂刷的厚度为0.025-0.035mm。
8.根据权利要求5所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，其特征在于：所述S3中，在将橡胶和各种填料以及纤维混合精炼制成混炼胶的时候，先将橡胶在140-180℃下进行熔化，得到橡胶熔液，然后往橡胶熔液中加入各种填料和纤维，并在转子轴转速(前/后)30/24.5rpm，上顶栓0.6-0.7mpa，温度100-120℃，以下振动量：
其中，P为振动量，Li为填料i在1000Hz下1min在100℃橡胶熔液中的偏移量，x为纤维在1000Hz下1min在100℃橡胶熔液中的偏移量，Z为填料类型总数，D为当前橡胶熔液的粘稠度；混合15-20min后，即可得到混炼胶。
9.根据权利要求5所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，其特征在于：所述S3中，通过橡胶压延机制得胶片的过程中，温度控制在40-60℃，压力为0.2-0.3mpa，然后精确控制产品厚度为0.6-1.2(±0.2)mm、1.2(±0.3)mm以上，宽度为900(±0.5)mm。
10.根据权利要求5所述的一种纤维框架金属橡胶复合密封板材的制备方法，其特征在于：所述S4中，硫化温度为80-150℃，硫化时间为10-30min；在S5中，在橡胶金属复合板材表面形成的防粘层的厚度为0.02-0.05mm。
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