CN103183875A - 具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其组成为：生胶基体、阻燃体系、炭黑、填充剂、硫化剂、硫化促进剂。其中，生胶基体为充油三元乙丙橡胶，阻燃体系的主要有效成份为卤-锑阻燃剂。成型过程中，在开炼机或密炼机中将薄通后的充油橡胶及其它物料按比例依次加入混合均匀并停放；将混炼胶加入单螺杆挤出机中，使胶料连续挤出，并间接硫化罐内加热成型，蒸汽压力与时间分别为0.5±0.05MPa与120±10min。将聚四氟乙烯溶液、四氟乙烯粉末与无水乙醇混合均匀后喷涂在硫化胶表面，加热固化后即可得本发明所述材料。该材料应用在运输船上的橡胶密封制品，具有极低的摩擦系数并且具有优良的阻燃性能。

Description

具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种船用橡胶密封制品，具体涉及一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料及其制备方法。
背景技术
三元乙丙橡胶（EPDM）由乙烯、丙烯及第三单体共聚而成，其大分子主链完全饱和，第三单体作为活***联点存在于支链上。EPDM由于分子链的高饱和性，使之与其它通用橡胶相比，具有优异的耐候性、耐臭氧性、耐热性、良好的电绝缘性和耐化学介质腐蚀性；而且EPDM相对密度低，填充量大，对各种常规的橡胶加工工艺具有很好的适应性。随着各行业技术的不断发展，对EPDM也提出了更高的要求，如要求提高其阻燃性能和降低表面摩擦系数等。
EPDM主要由碳氢元素组成，非常容易燃烧，且产生大量的黑色浓烟。实际生产中，常通过在EPDM中添加阻燃剂来提高其阻燃性。阻燃剂按作用机理不同可以分为含卤阻燃剂与无机氢氧化物阻燃剂。含卤阻燃剂由于其高效性而受到广泛应用。但含卤阻燃剂燃烧时产生的卤化氢气体具有腐蚀性和毒性，其制品只适合应用于开放性空间。专利CN1542042公开了一种含卤阻燃弹性体，该阻燃橡胶由于采用了卤-锑协同体系（十溴二苯醚/三氧化二锑），因而具有填充量低、阻燃效果优良、力学性能损失小的优点。以氢氧化物为代表的无机阻燃剂无毒环保，但由于其阻燃效率低下，需大量填充，往往影响橡胶制品的其它性能。专利CN201210237762.4介绍了一种环保型橡胶阻燃体系。其具体主要成分为改性氢氧化镁、改性氢氧化铝、氧化锑、水滑石等并用。依据该专利提供的方法可制得阻燃优良的橡胶制品，但其力学性能和挤出性能较差。
许多橡胶制品都是在动态滑动状态下工作的，如旋转轴密封圈和汽车雨刷条等。减小橡胶的摩擦因数有助于减小摩擦力从而有效降低橡胶的磨损。常用的减小橡胶摩擦因数的方法有配合法(如在胶料中加入二硫化钼和碳纤维等耐磨润滑剂)、橡塑共混法(在橡胶中混入聚丙烯或聚乙烯)和表面改性法。配合法和橡塑共混法对基础胶料的性能有较大的影响，而表面改性法则是在保持基础胶料性能基本不变的前提下改变橡胶表面的摩擦性能。研究表明，橡胶复合材料在运动过程中主要是表面部分材料的磨损和降解，而内部材料基本不发生变化，因此对橡胶表面改性确有实际意义。表面改性分为表面化学改性和物理包覆。表面化学改性主要有氟化、溴化、磺化和碘化等；物理包覆主要有对亚苯基二甲基高聚物薄膜包覆、表面涂覆润滑膜与聚四氟乙烯包覆等。郑文博在《低摩擦橡胶油封材料的研究》中对比了三种不同改性方法（添加内润滑剂、表面卤化与表面增覆聚四氟乙烯）对丁腈油封材料的摩擦系数的影响。结果表明，涂覆聚四氟乙烯膜的效果最佳；另外，加入内润滑剂、增加胶料硬度和提高硫化程度等方法均可不同程度地降低摩擦系数。吴新国在《低摩擦丁腈橡胶复合材料配合及摩擦性能研究》中对比了在丁腈橡胶中添加不同的自润滑剂（碳纳米管、二硫化钼、石墨和聚四氟乙烯）的形态、粒径与表面处理对摩擦系数的影响；研究表明表面处理后的粒子易分散形成均匀相，三维粒子更有利于降低表面摩擦系数，粒子尺寸越小则表面摩擦系数越小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料及其制备方法，其制品可用为密封制品应用在滚装船上。
本发明的目的是这样实现的：
一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其配方组成质量份数为：
生胶基体                        150份
复合阻燃剂                      70-170份
炭黑                            50-100份
硫化剂                          2-5份
硫化促进剂                      1-3份；
其中，所述生胶基体为充油三元乙丙橡胶， 
所述复合阻燃剂是由下列有效成分的质量份复配而成：
十醚联苯醚                      50-100份
三氧化二锑                      10-30份
微胶囊化红磷                    0-20份
硼酸锌                          0-20份；
该配方材料制得的硫化制品的表面喷涂有聚四氟乙烯涂层，所述聚四氟乙烯涂层的喷涂材料由双组分聚四氟乙烯溶液（美国Whitford公司所产的Xylan 2320）、聚四氟乙烯粉末（上海三爱富公司所产的FR002A）与无水乙醇按质量比2:1:1复配而成。
由于本发明形状特殊，在硫化过程中产品易发生坍塌等不良现象，故生胶基体应选择高黏度、较高乙烯含量的充油橡胶牌号。作为优选方案，本发明中采用的EPDM为充油33wt.%的充油橡胶 (即，在100份的三元乙丙橡胶里面加了50份的油，充油胶里油占充油胶的质量分数为1/3)。
本发明采用的复合阻燃剂的主要有效成分为含卤阻燃剂复配三氧化二锑，并辅以适量微胶囊化红磷和/或硼酸锌作为阻燃协效剂，有助于形成卤－锑高效阻燃体系，达到优良的阻燃效果。
本发明采用的炭黑为卡博特公司所产的中等补强或低补强炭黑N550、SP5000与N774中的一种或几种并用。炭黑的加入有利于改善未硫化橡胶复合材料的加工性能和提升硫化胶的强度。
本发明所采用的硫化剂为硫黄，所述硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑(M)、二硫代二苯并噻唑(DM)、二丁基二硫代氨基甲酸锌(BZ)、四硫化双五亚甲基秋兰姆(DPTT)、二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)或N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ)中的一种或几种并用。
一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料的硫化成型方法，先将充油三元乙丙橡胶薄通5-10遍，然后使用开炼胶或密炼机将生胶基体、炭黑、复合阻燃剂、硫化促进剂与硫黄等按比例依次加入混炼至均匀，混炼总时间控制在30分钟以内。将停放24小时后的混炼胶加入单螺杆挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度在50-80℃，螺杆的转速在20-30r/min内，使胶料连续挤出，并在间接式硫化罐内硫化成型，压力控制为0.5±0.05MPa，时间控制在120±10分钟。
一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料的喷涂方法，其特征在于，用无水乙醇擦拭硫化胶喷涂面，并使用目数小于600的砂纸打磨喷涂面，保证喷涂面清洁干净；将混合均匀的聚四氟乙烯溶液倒入喷枪内进行喷涂，***喷嘴口径控制为1.3±0.1mm，喷枪进气压及雾化压力等根据制品喷涂面大小、距离远近，涂料性状进行自行调节，保证喷涂层不起花斑、不流淌、涂层均匀，涂层厚度控制在15-20μm。 将喷涂后的产品移至烘箱内，在60±3℃和10±5min的条件下进行表干，紧接着在在150±5℃和20±5min的条件下进行固化，自然冷却即得本发明所述产品。
通过在充油三元乙丙橡胶中配合阻燃体系、炭黑、硫化促进剂、硫化剂等多种添加剂，并在硫化胶表面喷涂聚四氟乙烯涂层，最终制备出一种物理机械性能和阻燃性能良好的且具有较低摩擦系数的橡胶复合材料。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但不作为对本发明的限制。
实施例1
橡胶材料各组份及质量份数为：EPDM(Keltan 4455)，150份；炭黑N550，60份；十溴联苯醚，70份；三氧化二锑，20份；硼酸锌，10份；氧化锌， 5份；硬酯酸，1份；促进剂CZ，2份；促进剂TMTD，0.5份；硫黄，1份。
喷涂材料为美国Whitford公司所产的Xylan 2320，上海三爱富公司所产的FR002A与无水乙醇按质量比2:1:1混合均匀。
实施例1的制备工艺为：                                               
Figure 2013100652176100002DEST_PATH_IMAGE002
先将EPDM薄通10遍后使用开炼机将其与炭黑、复合阻燃剂、硫化促进剂与硫黄等按比例依次加入混炼至均匀，混炼总时间控制在30分钟以内，温度混炼在50℃以下，停放24小时。
Figure 2013100652176100002DEST_PATH_IMAGE004
将混炼胶加入单螺杆挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度分别为70℃、60℃、80℃与50℃，螺杆的转速在20r/min内，使胶料连续挤出，并在间接式硫化罐内硫化成型，压力控制为0.5MPa，时间为120分钟。
Figure 2013100652176100002DEST_PATH_IMAGE006
用无水乙醇擦拭硫化胶喷涂面，并使用400目数的砂纸打磨喷涂面，保证喷涂面清洁干净；将混合均匀的聚四氟乙烯溶液倒入喷枪内进行喷涂，***喷嘴口径控制为1.3mm，调节喷枪进气压及雾化压力，保证喷涂层不起花斑、不流淌、涂层均匀，涂层厚度控制在15-20μm。 将喷涂后的产品移至烘箱内，在60℃*10min的条件下进行表干，紧接着在在150℃*20min的条件下进行固化，然后移出烘箱自然冷却。
实施例2
橡胶材料各组份及质量份数为：EPDM(JSR EP96)，150份；炭黑SP5000，80份；十溴联苯醚，100份；三氧化二锑，25份；微胶囊化红磷（市售），10份；硼酸锌，10份；氧化锌， 5份；硬酯酸，1份；促进剂CZ，1.5份；促进剂TMTD，0.5份；促进剂M，0.5份；促进剂D，0.5份；硫黄，1.5份。
喷涂材料为美国Whitford公司所产的Xylan 2320，上海三爱富公司所产的FR002A与无水乙醇按质量比2:1:1混合均匀。
实施例2的制备工艺同实施例1。
对比例1
重复郑文博在《低摩擦橡胶油封材料的研究》中的优化配方。配方组成如下：丁腈橡胶N240S，100份；氧化锌，5份；硬酯酸，1.5份；高耐磨炭黑，50份；半补强炭黑，20份；癸二酸二辛酯，10份；防老剂4010NA，1.5份；防老剂RD，1.5份；促进剂TMTD，1.5份；促进剂DM，2份；硫黄，0.5份。
对比例1的制备工艺：先将丁腈橡胶在开炼机上薄通10遍，再按比例依次加入炭黑、增塑剂、防老剂、促进剂与硫黄等按比例依次加入至混炼均匀；炼胶时间控制在20分钟左右并停放24小时。在150℃条件下，在平板硫化机中进行硫化，压力选择10MPa，时间为20分钟，即得到2毫米厚的试片。再停放24小时后表面贴聚四氟乙烯膜。
对比例2
重复杨建在《二硫化钼对NBR胶料性能的影响》公布的优化配方。各材料组成如下：NBR240S，100份；氧化锌，5份；硬酯酸，1；炭黑N330，50份；防老剂4010NA，2份；促进剂DM，1.5份；硫黄1.5份；二硫化钼，30份。
对比例2的制备工艺：先将丁腈橡胶在开炼机上薄通10遍，再按比例依次加入炭黑、增塑剂、防老剂、促进剂与硫黄等按比例依次加入至混炼均匀；炼胶时间控制在20分钟左右并停放24小时。在150℃条件下，在平板硫化机中进行硫化，压力选择10MPa，时间为20分钟，即得到2毫米厚的试片。
表1本发明实施例与对比例的性能数据
性能 单位 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
橡胶硬度 邵A 58 65 83 75
拉伸强度 MPa 13.4 14.2 24.3 21.2
扯断伸长率 % 531 462 454 390
氧指数 % 30.1 32.9 21.1 20.3
摩擦系数 － 0.32 0.29 0.83 1.12

Claims (8)

1.一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其特征在于：所述密封材料的配方包含如下质量份数材料：
生胶基体                        150份
复合阻燃剂                      70-170份
炭黑                            50-100份
硫化剂                          2-5份
硫化促进剂                      1-3份；
其中，所述生胶基体为充油三元乙丙橡胶； 
所述复合阻燃剂是由下列有效成分的质量份复配而成：
十醚联苯醚                      50-100份
三氧化二锑                      10-30份
微胶囊化红磷                    0-20份
硼酸锌                          0-20份；
该配方材料制得的硫化制品的表面喷涂有聚四氟乙烯涂层，所述聚四氟乙烯涂层的喷涂材料由双组分聚四氟乙烯溶液、聚四氟乙烯粉末与无水乙醇按质量比2:1:1复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其特征在于，所述炭黑为中等补强或低补强炭黑N550、SP5000与N774中的一种或几种并用。
3.根据权利要求1所述的一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其特征在于，所述充油三元乙丙橡胶的充油质量百分数为生胶基体的25% ~40%。
4.根据权利要求3所述的一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其特征在于，所述充油三元乙丙橡胶的充油质量分数为生胶基体的1/3。
5.根据权利要求1所述的一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯涂层厚度为15-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料，其特征在于，所述双组分聚四氟乙烯溶液为美国Whitford公司所产的Xylan 2320；所述聚四氟乙烯粉末为上海三爱富公司所产的FR002A。
7.一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料的制备方法，其特征在于，根据权利要求1-6之一准备好物料，制成硫化成半成品，在进行喷涂，所述喷涂过程如下：将混合均匀的聚四氟乙烯涂层用的喷涂材料倒入喷枪内进行喷涂；将喷涂后的产品移至烘箱内，在60±3℃和10±5min的条件下进行表干，紧接着在在150±5℃和20±5min的条件下进行固化，自然冷却即得产品。
8.根据权利要求7所述的一种具有低摩擦系数的阻燃船用橡胶密封材料的制备方法，其特征在于，所述硫化成半成品的制备过程为：
先将充油三元乙丙橡胶薄通5-10遍，然后使用开炼胶或密炼机将个原料按比例依次加入混炼至均匀，混炼总时间控制在30分钟以内；将停放24小时后的混炼胶加入单螺杆挤出机中，控制机头、机身、口型和装料口的温度在50-80℃，螺杆的转速在20-30r/min内，使胶料连续挤出，并在间接式硫化罐内硫化成型，压力控制为0.5±0.05MPa，时间控制在120±10分钟，制成硫化半成品。
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