CN1887945A - 一种用于制作复合水封的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制作复合水封的材料及其制备方法，该材料由基材和塑胶片复合制成，基材由1#烟片胶、硫磺、Z－硫醇基苯并噻唑、二硫代二苯并噻唑、炭黑、陶土、轻质碳酸钙、N－苯基－α－萘胺、N－苯基－β－萘胺、氧化锌、硬脂酸、石腊、松焦油制成；塑胶片由1#烟片胶、高苯乙烯、氯醋树、炭黑、白炭黑、硫磺、TMTD二硫代四甲基秋兰姆、CZN－环己基－2－苯并噻唑次磺酰胺、DM二硫代二苯并噻唑、氧化锌、硬脂酸、二丁脂、硬脂酸锌、硬脂酸钡、N－异丙基－N－苯基对苯二胺、N－苯基－α－萘胺制成。本发明摩擦系数低，产品能任意弯曲，解决了水封专用包装费用及大额的运输费问题，生产工艺简洁，所制作的水封相对于其它水封的正品率高，经济性更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利闸门用橡胶密封件，具体说是一种复合水封的制备材料及制备方法。
背景技术
塑胶复合水封产品广泛应用于大。中水利、水电、船舶、港口、化工、石油、冶金、机械和市政工程建设的各类闸门的止水装置，特别适用于大孔径、高水头深孔的平面闸门和弧形闸门的止水装置等。
现有的水封是橡胶水封或在橡胶水封上置于四氟乙烯带采用胶粘热合而成。橡胶水封由于橡胶物质自身性质的种种原因，虽然在其应用方面具有良好的密封性能，但在使用过程中它的磨擦系数及磨损率都较大，对其工程的运行速度和工程质量及其工程质量的时效性带来极大的难题，所以全国每年造成的浪费非常惊人。
在八十年代末期，人们采用四氟乙烯带用胶粘或是热合技术在橡胶水封的表面粘上一层四氟乙烯带，虽然老的技术问题得到了解决，但又带来新的问题：
1、由于橡胶与四氟乙烯带再加上它们间的胶粘或热合剂，其性质有根本的区别，从力学角度来看，它们的力学相容性是相当差，在静置状态下是问题不大，但在动态状态下(例如产品的搬移)很容易引起四氟层与橡胶的开裂，特别是在弯曲状态下。且生产工艺也较为复杂。
2、四氟乙烯带成品由于长度的限定，对于超长水封的加工还是要采用胶粘的方法进行结头的处理，另外水封由于应用的场所不同，它的造型(外形)也不同，四氟乙烯带的粘合只能在一个面上进行粘合，其水封的角拐及弧形还需裁剪相应尺寸的四氟乙烯带胶合拼接。目前，虽然对于水封产品的生产工艺进行了改进，在一定范围内可以说是无节型，但实质上还是有节的。
3、采用四氟乙烯带与橡胶胶合而成的水封不管其有无节，由于一的原因，该产品不能任意弯曲，所以在运输过程中给产品的包装带来了严格的要求，在安装使用及生产过程中难度大、费用高，相应的缺陷也较多。
发明内容
本发明要解决用现有的工艺生产橡塑复合水封存在的工序复杂、产品的产量、正品率不高、成本高及包装运输极为不易等问题，提供一种能任意弯曲的无节型塑胶复合水封材料及其制备方法。
基材由以下原料及重量份配制而成：塑胶片由以下原料及重量份配制而成：
本发明由基材和塑胶片复合而成，其中基材由以下原料及重量份配制成：1#烟片胶10发硫磺2～2.3份、Z-硫醇基苯并噻唑0.4～0.5份、二硫代二苯并噻唑0.5～0.6份，炭黑28～30份，陶土4～5份，轻质碳酸钙6～7份，N-苯基-α-萘胺1.0～11份，N-苯基-β-萘胺1.1～1.2份，氧化锌4.5～5份，硬酯酸1.5～2份、石腊0.8～1.0份和松焦油7.5～8.0份；
塑胶片由以下原料及重量份配制成：1#烟片胶60～65份、高苯乙烯20～23份、氯醋树脂10～12份、炭黑18～20份、白炭黑4～5份、硫磺0.4～0.5份、TMTD二硫代四基兰姆1.7～2份、CZN-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0～1.2份、DM二硫代二苯并噻唑0.3～0.4份、氧化锌4.5～5份、硬脂酸0.8～1.0份、二丁脂4.5～5份、硬脂酸锌0.3～0.4份、硬脂酸钡0.3～0.4份、N-异丙基-N-苯基对苯二胺0.9～1.1份和N-苯基-α-萘胺1.3～1.4份。前述石腊mp℃″＞133℃，炭黑为炭黑N330。
本发明制备方法步骤如下：
1)基材制备：取制备基材所需的原料，按一般止水橡胶混炼工艺制成半成品胶料，然后将混炼好的止水胶料经捏炼后在挤出机上挤出成型，成型后的产品再存放4小时后使用；
2)塑胶片制备：取制备塑胶片所需的原料，按现有制备橡塑的通用工艺制成塑胶片；
3)将步骤1)制备的基材放入硫化机模腔，上覆步骤2)制备的塑胶片合模进行模压生产。
合模生产时应反复上下合模4-5次，合模时的温度控制在138℃到154℃，合模生产时的硫化时间为30～60min。
本发明与现有技术相比具有如下明显优点：
1、摩擦系数低，对一般闸门为0.05～0.08，对不锈钢为0.04～0.06，且摩擦系数稳定。
2、抗磨损性强，在1Mpa载荷下与不锈钢对磨，行程3000米，干磨损厚度为0.0105mm，湿磨损厚度为0.25mm。
3、产品能任意弯曲，解决了聚四氟乙烯复合水封专用包装费用及大额的运输费问题，包装费几乎为零，运输费是前者的10～30％，在小批量运输中更见效益。
4、剥离强度高，在室温、低温及高温下橡塑层与橡胶的剥离强度均大于18KN/m且二年不减弱，由于二者相熔性极好，不需专用粘合剂，在恶劣环境中更显优异性。
5、生产工艺简洁，产品相对于其它水封的正品率高，经济性更好。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，具体实施例中用于制备基材和塑胶片的各原料的重量份数和重量百分比关系见表一、表二。
1、基材制备：
第一步：按表一配方称重原料；
第二步：将1#烟片胶投入炼胶机内进行二段塑炼，然后分别按顺序投入Z-硫醇基苯并噻唑、二硫代二苯并噻唑、N-苯基-α-萘胺、N-苯基-β-萘胺、氧化锌、硬酯酸、石腊，投毕再将炭黑、陶土、轻质碳酸钙的二分之一投入；
第三步：在完成上述工艺时将松焦油的二分之一和余下的炭黑、陶土、轻质碳酸钙的二分之一料投入，然后再将余下松焦油的二分之一投入进行充分塑炼。
第四步：投入硫磺，在两边切割四次(分别捣胶)，然后经薄通三次挤出成型(按产品规格所需尺寸而定)，成型后的产品需经存放4小时后使用。
2、塑胶片制备：
第一步：按表二配方称重原料
第二步：将高苯乙烯和氯醋树脂投进高温炼胶机内进行掺合薄通，机内温度控制在160～180℃，蒸汽压力控制在0.4Mpa。
第三步：将1#烟片胶投入机内进行混合，在机内余温达50～70℃时，分别将TMTD二硫代四甲基秋兰姆、CZN-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、DM二硫代二苯并噻唑、氧化锌、硬脂酸和硬脂酸锌、硬脂酸钡、N-异丙基-N-苯基对苯二胺、N-苯基-α-萘胺按序投入机内混炼均匀，然后再按序将炭黑、白炭黑、二丁脂各自二分之一量投入机内混炼十五分钟再将余下的炭黑、白炭黑、二丁自二分之一量投入机内混炼十五分钟；
第四步：将硫磺投入分二边切割四次(分别捣胶)，薄通三次出片(出片厚度为2.2～2.5mm)待用。
3.模压
第一步：将预成型后的橡胶基材放入硫化机的模腔。
第二步：将预成型户的塑胶片复合在橡胶基材表面，塑胶片厚度为2.2～2.5mm长度按基材长度，宽度为70～75mm.
第三步：加压5～Mpa，随后放压(以模具分开为宜)
第四步：再加压至10～12Mpa，随后放压(以模具分开为宜)
第五步：再加压至20Mpa，连续放压三次(上下模不须分开，压力表至0为宜)，硫化42-62min
在模压工序中，实施例1、2、4、4中硫化机温度分别控制在140±2℃、144±2℃、148±2℃和152±2℃，硫化时间分别控制在60～62min、55～60min、52～56min和42～50min。
4.起模
第一步：卸压后，将产品小心取出，清除废边，并拆除一端堵头成开放形。
第二步：打毛接头，再用锉刀锉成不光滑端面并清洁干净。
第三步：涂刷特制节头胶浆，放入模腔约45～50Cm处。
5.连续
第一步：在接头处生胶端取塑胶片一条长8～10mm，宽70～75mm，厚2.2～2.5mm，衬在基材与塑胶片中间。
第二步：重复模压工序第三步和第四步步骤，即可制成任意长塑胶复合水封产品。
表三、表四是本发明的性能实测对比数据，其中表三列出了国家HG/3096-2001《水闸橡胶密封件》性能指标和采用本发明制作的能任意弯曲的新型无节型复合水封性能实测对比数据，表四是本发明制备的能任意弯曲的新型无节型塑胶复合水封与聚四氟乙烯复合水封在应用方面的成本及工艺产品成品率的对比数据。
表一：基材配方
| 材料名称 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | |||||
| 份 | ％ | 份 | ％ | 份 | ％ | 份 | ％ | ||
| 1 | 1#烟片胶(100份) | 100.00 | 63.57 | 100.00 | 62.94 | 100.00 | 62.15 | 100.00 | 61.09 |
| 2 | 硫磺(2～2.3份) | 2.00 | 1.27 | 2.10 | 1.32 | 2.20 | 1.37 | 2.30 | 1.41 |
| 3 | Z-硫醇基苯并噻唑(0.4～0.5份) | 0.40 | 0.25 | 0.43 | 0.27 | 0.46 | 0.29 | 0.50 | 0.31 |
| 4 | 二硫代二苯并噻唑(0.5～0.6份) | 0.50 | 0.31 | 0.53 | 0.33 | 0.56 | 0.35 | 0.60 | 0.37 |
| 5 | 炭黑(28～30份) | 28.00 | 17.8 | 28.6 | 18 | 29.40 | 18.27 | 30.00 | 18.33 |
| 6 | 陶土(4～5份) | 4.00 | 2.54 | 4.30 | 2.71 | 4.60 | 2.86 | 5.00 | 3.05 |
| 7 | 轻质碳酸钙(6～7份) | 6.00 | 3.81 | 6.30 | 3.97 | 6.60 | 4.11 | 7.00 | 4.28 |
| 8 | N-苯基-α-萘胺(1.0～1.1份) | 1.00 | 0.64 | 1.03 | 0.65 | 1.06 | 0.66 | 1.10 | 0.67 |
| 9 | N-苯基-β-萘胺(1.1～1.2份) | 1.10 | 0.70 | 1.13 | 0.71 | 1.16 | 0.72 | 1.20 | 0.73 |
| 10 | 氧化锌(4.5～5份) | 4.50 | 2.86 | 4.53 | 2.85 | 4.56 | 2.83 | 5.00 | 3.05 |
| 11 | 硬酯酸(1.5～2份) | 1.50 | 0.95 | 1.53 | 0.96 | 1.56 | 0.97 | 2.00 | 1.22 |
| 12 | 石腊mp℃″＞133℃(0.8～1.0份) | 0.80 | 0.51 | 0.86 | 0.54 | 0.94 | 0.58 | 1.00 | 0.61 |
| 13 | 松焦油(75～8.0份) | 7.50 | 4.77 | 7.55 | 4.75 | 7.80 | 4.85 | 8.00 | 4.89 |
| 合计157.3～163.7份 | 157.30 | 99.98 | 158.89 | 100 | 160.90 | 100.01 | 163.70 | 100.01 | |
表二：塑胶片配方
| 材料名称 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | |||||
| 份 | ％ | 份 | ％ | 份 | ％ | 份 | ％ | ||
| 1 | 1#烟片胶；(60～65份) | 60.00 | 46.88 | 61.70 | 46.45 | 63.40 | 45.98 | 65.00 | 45.33 |
| 2 | 高苯乙烯(20～23份) | 20.00 | 15.63 | 21.00 | 15.81 | 22.00 | 15.96 | 23.00 | 16.04 |
| 3 | 氯醋树脂(10～12份) | 10.00 | 7.81 | 10.65 | 8.02 | 11.35 | 8.23 | 12.00 | 8.37 |
| 4 | 炭黑N330(18～20份) | 18.00 | 14.06 | 18.65 | 14.04 | 19.35 | 14.03 | 20.00 | 13.95 |
| 5 | 白炭黑(4～5份) | 4.00 | 3.13 | 4.30 | 3.24 | 4.70 | 3.41 | 5.00 | 3.49 |
| 6 | 硫磺(0.4～0.5份) | 0.40 | 0.31 | 0.43 | 0.32 | 0.46 | 0.33 | 0.50 | 0.35 |
| 7 | TMTD二硫代四甲基秋兰姆(1.7～2份) | 1.70 | 1.33 | 1.80 | 1.36 | 1.90 | 1.38 | 2.00 | 1.39 |
| 8 | CZN-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(1.0～1.2份) | 1.00 | 0.78 | 1.07 | 0.81 | 1.13 | 0.82 | 1.20 | 0.84 |
| 9 | DM二硫代二苯并噻唑(0.3～0.4份) | 0.30 | 0.23 | 0.33 | 0.25 | 0.37 | 0.27 | 0.40 | 0.28 |
| 10 | 氧化锌(4.5～5份) | 4.50 | 3.52 | 4.53 | 3.41 | 4.57 | 3.31 | 5.00 | 3.49 |
| 11 | 硬脂酸(0.8～1.0份) | 0.80 | 0.63 | 0.87 | 0.66 | 0.93 | 0.67 | 1.00 | 0.70 |
| 12 | 二丁脂(4.5～5份) | 4.50 | 3.52 | 4.53 | 3.41 | 4.57 | 3.31 | 5.00 | 3.49 |
| 13 | 硬脂酸锌(0.3～0.4份) | 0.30 | 0.23 | 0.33 | 0.25 | 0.37 | 0.27 | 0.40 | 0.28 |
| 14 | 硬脂酸钡(0.3～0.4份) | 0.30 | 0.23 | 0.33 | 0.25 | 0.37 | 0.27 | 0.40 | 0.28 |
| 15 | N-异丙基-N-苯基对苯二胺(0.9～1.1份) | 0.90 | 0.70 | 0.97 | 0.73 | 1.04 | 0.75 | 1.10 | 0.77 |
| 16 | N-苯基-α-萘胺(1.3～1.4份) | 1.30 | 1.02 | 1.33 | 1.00 | 1.37 | 0.99 | 1.40 | 0.98 |
| 合计(128～143.4份) | 128.00 | 100.01 | 132.82 | 100.01 | 137.88 | 99.98 | 143.40 | 100.03 | |
表三：
| 项目名称 | HG/3096-2001 | 本方法抽样实测 | |||||||||
| I类 | II类 | 实施例编号 | |||||||||
| S7774 | S6674 | S6474 | S6574 | SG6571 | 1 | 2 | 3 | 4 | |||
| 硬度，IRHD(邵尔A)度 | 70±5 | 60±5 | 60±5 | 60±5 | 60±5 | 59 | 61 | 63 | 63 | ||
| 拉伸强度，Mpa最小 | 22 | 18 | 13 | 14 | 14 | 18.6 | 19 | 19.5 | 193 | ||
| 拉斯伸长率，％最小 | 400 | 450 | 450 | 400 | 400 | 520 | 510 | 480 | 485 | ||
| 压缩永久变形(B型试样，70℃×22h)，％最大 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 35 | 33 | 34 | 32 | ||
| 热空气老化 | 70℃×96h，拉伸强度变化率％ | -20～10 | -20～10 | -20～10 | -10～10 | -20～10 | -8 | -10 | -12 | -11 | |
| 100℃×96h，拉伸强度变化率，％ | |||||||||||
| 蒸馏水浸泡(70℃×96h)质量变化率，％最大 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 3.8 | 3.9 | 3.5 | 2.9 | ||
| 粘合强度(试样宽度25mm)，Kn/m最小 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 7.8 | 8.0 | 7.9 | 8.3 | ||
| 脆性温度，℃不高于 | -40 | -40 | -40 | -30 | -50 | -46 | -45 | -43 | -43 | ||
| 定伸应力，Mpa | 100％ | 2.0～4.0 | 1.6～2.0 | 1.6～2.0 | 1.6～2.0 | 1.6～2.0 | 1.7 | 1.9 | 1.8 | 1.7 | |
| 200％ | 2.5～5.0 | 1.8～4.5 | 1.8～4.5 | 1.8～4.5 | 1.8～4.5 | 3.8 | 3.5 | 3.6 | 3.8 | ||
| 压缩模量，Mpa | 20％ | 5.8～8.0 | 5.5～6.0 | 5.5～6.0 | 5.5～6.0 | 5.5～6.0 | 5.6 | 5.7 | 5.5 | 5.6 | |
| 30％ | 5.6～8.0 | 5.6～6.0 | 5.6～6.0 | 5.6～6.0 | 5.6～6.0 | 5.6 | 5.6 | 5.5 | 5.7 | ||
| 40％ | 6.0～9.0 | 6.2～6.8 | 6.2～6.8 | 6.2～6.8 | 6.2～6.8 | 6.3 | 6.5 | 6.4 | 6.6 | ||
| 密度，Mg/m2 | 1.10～1.30 | 1.05～1.25 | 1.10～1.30 | 1.20～1.50 | 1.00～1.30 | 1.20 | 1.20 | 1.21 | 1.20 | ||
表四
| 类别 | 聚四氟乙烯复合水封产品 | 本发明产品 | 备注 | ||||||
| 运输费(元) | 包装费(元) | 运输量(1吨) | 成品率(％) | 运输费(元) | 运输量(吨) | 包装费(元) | 成品率(％) | ||
| 10件≤10m | 1500 | 1000 | 0.55 | 90 | 600 | 0.55 | 50 | 97 | (1)运输费按1000公里计算；(2)≤10m按10m计算；(3运输量要视产品的长度来确定车辆规格；(4)＞20mm〖★〗的改用特种车辆运输。 |
| 门型 | 4000 | 2000 | 0.55 | - | 600 | 0.55 | 50 | - | |
| 10件10～15m | 1800 | 1200～1800 | 0.6～0.83 | 86 | 800 | 0.83 | 100 | 95 | |
| 门型 | 4500 | 2000～3500 | 0.6～0.83 | - | 800 | 0.83 | 100 | - | |
| 10件15～20m | 2000～5000 | 1800～2400 | 0.85～1.1 | 80 | 1000 | 1.1 | 150 | 95 | |
| 门型 | 4500～10000 | 3500～4500 | 0.85～1.1 | - | 1000 | 1.1 | 150 | - | |
| 10件＞20m | 〖★〗 | 2400～3500 | 1.2～1.65 | 72 | 1200 | 1.2～1.65 | 200 | 94 | |
| 门型 | 〖★〗 | 4500～6000 | 1.2～1.65 | - | 1200 | 1.2～1.65 | 200 | - | |
| 20件≤10m | 2000 | 1500 | 1.1 | 90 | 1000 | 1.1 | 100 | 97 | |
| 门型 | 6000 | 4000 | 1.1 | - | 1000 | 1.1 | 100 | - | |
| 20件10～15m | 3600 | 2400～3600 | 1.1～1.66 | 86 | 800～1400 | 1.1～1.66 | 200 | 95 | |
| 门型 | 6500 | 3500～6000 | 1.1～1.66 | - | 800～1400 | 1.1～1.66 | 200 | - | |
| 20件15～20m | 4000～10000 | 4800～6400 | 1.65～2.2 | 80 | 1500～2000 | 1.65～2.2 | 300 | 95 | |
| 门型 | 6000～15000 | 6500 | 1.65～2.2 | 80 | 1500～2000 | 1.65～2.2 | 300 | 95 | |
| 20件＞20m | 〖★〗 | 13000～15000 | 2.2～2.6 | 72 | 2000～3000 | 22～2.6 | 500 | 95 | |
| 门型 | 〖★〗 | 16000～20000 | 2.2～2.6 | 72 | 2000～3000 | 22～2.6 | 500 | 95 | |
Claims (5)
1、一种用于制作复合水封的材料，由基材和塑胶片复合制成，其特征在于：
基材由以下原料及重量份配制而成：1#烟片胶100份、硫磺2～2.3份、Z-硫醇基苯并噻唑0.4～0.5份、二硫代二苯并噻唑0.5～0.6份，炭黑28～30份，陶土4～5份，轻质碳酸钙6～7份，N-苯基-α-萘胺1.0～1.1份，N-苯基-β-萘胺1.1～1.2份，氧化锌4.5～5份，硬酯酸1.5～2份、石腊0.8～1.0份和松焦油7.5～8.0份；
塑胶片由以下原料及重量份配制而成：1#烟片胶60～65份、高苯乙烯20～23份、氯醋树脂10～12份、炭黑18～20份、白炭黑4～5份、硫磺0.4～0.5份、TMTD二硫代四甲基秋兰姆1.7～2份、CZN-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0～1.2份、DM二硫代二苯并噻唑0.3～0.4份、氧化锌4.5～5份、硬脂酸0.8～1.0份、二丁脂4.5～5份、硬脂酸锌0.3～0.4份、硬脂酸钡0.3～0.4份、N-异丙基-N-苯基对苯二胺0.9～1.1份和N-苯基-α-萘胺1.3～1.4份。
2、根据权利要求1所述的用于制作复合水封的材料，其特征在于石腊mp℃″＞133℃，炭黑为炭黑N330。
3、权利要求1或2所述用于制作复合水封的材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)基材制备：取制备基材所需的原料，按一般止水橡胶混炼工艺制成半成品胶料，然后将混炼好的止水胶料经捏炼后在挤出机上挤出成型，成型后的产品再存放4小时后使用；
2)塑胶片制备：取制备塑胶片所需的原料，按现有制备橡塑的通用工艺制成塑胶片；
3)将步骤1)制备的基材放入硫化机的模腔，上覆步骤2)制备的塑胶片合模进行模压生产。
4、根据权利要求3所用于制作复合水封的材料的制备方法，其特征在于步骤3)所述合模的次数为4-5次。
5、根据权利要求3所述用于制作复合水封的材料的制备方法，其特征在于步骤3)所述模压的温度控制在138℃到154℃，模压生产时硫化时间为42～62min。
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