CN116162295A - 一种橡胶密封件复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种橡胶密封件复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种橡胶密封件复合材料及其制备方法，涉及密封件复合材料技术领域。该橡胶密封件复合材料，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶50～70份、天然橡胶30～50份、热固性酚醛树脂粉20～50份、四氟乙烯15～20份、硅藻土粉末8～12份、纳米碳酸钙4～8份、粉煤灰4～8份、氧化镁3～7份、苯甲酸2～6份、硅烷偶联剂12～16份、防老剂1～3份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～3份、硫磺1～3份、促进剂1～3份。本发明中，通过在原料中添加有热固性酚醛树脂粉，不仅降低了丁腈橡胶复合材料的生产成本，而且还实现了废旧丁腈橡胶的资源化利用和合理处置，对解决废旧热固性塑料造成的环境污染问题具有很好的促进效果。

Description

一种橡胶密封件复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及密封件复合材料技术领域，具体为一种橡胶密封件复合材料及其制备方法。
背景技术
橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，在加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。其是高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成，合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。
丁腈橡胶是由丙烯腈与丁二烯单体聚合而成的共聚物，具有优异的耐油性和物理机械性能，被广泛应用在耐油管、耐油胶板、密封件、耐油橡胶零部件等领域。
橡胶密封件是密封装置中的一类通用基础元件，橡胶密封件是密封技术中广泛应用的一类橡胶制品，由于其具有弹性模量小，伸长率高，耐透气性等优点而被广泛适用于安装在各种机械设备上。但是，目前所使用的橡胶密封件符合材料还存在以下问题：其拉伸强度较低，力学性能不佳，无法满足高铁密封件等领域的力学性能要求，并且其耐老化性能差，弹性较差，压缩永久变形率较高，耐高温性能等较差，导致综合性能较差。
因此，本领域技术人员提供了一种橡胶密封件复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种橡胶密封件复合材料及其制备方法，解决了目前所使用的橡胶密封件符合材料还存在以下问题：其拉伸强度较低，力学性能不佳，无法满足高铁密封件等领域的力学性能要求，并且其耐老化性能差，弹性较差，压缩永久变形率较高，耐高温性能等较差，导致综合性能较差的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种橡胶密封件复合材料，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶50～70份、天然橡胶30～50份、热固性酚醛树脂粉20～50份、四氟乙烯15～20份、硅藻土粉末8～12份、纳米碳酸钙4～8份、粉煤灰4～8份、氧化镁3～7份、苯甲酸2～6份、硅烷偶联剂12～16份、防老剂1～3份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～3份、硫磺1～3份、促进剂1～3份。
优选的，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶50份、天然橡胶30份、热固性酚醛树脂粉20份、四氟乙烯15份、硅藻土粉末8份、纳米碳酸钙4份、粉煤灰4份、氧化镁3份、苯甲酸2份、硅烷偶联剂12份、防老剂1份、氧化锌3份、硬脂酸1份、硫磺1份、促进剂1份。
优选的，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶60份、天然橡胶40份、热固性酚醛树脂粉35份、四氟乙烯18份、硅藻土粉末10份、纳米碳酸钙6份、粉煤灰6份、氧化镁5份、苯甲酸4份、硅烷偶联剂14份、防老剂2份、氧化锌4份、硬脂酸2份、硫磺2份、促进剂2份。
优选的，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶70份、天然橡胶50份、热固性酚醛树脂粉50份、四氟乙烯20份、硅藻土粉末12份、纳米碳酸钙8份、粉煤灰8份、氧化镁7份、苯甲酸6份、硅烷偶联剂16份、防老剂3份、氧化锌5份、硬脂酸3份、硫磺3份、促进剂3份。
优选的，所述硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]二硫化物、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物。
优选的，所述防老剂为胺类防老剂、酚类防老剂、亚磷酸酯类防老剂、含硫有机物类防老剂中的一种或多种混合物。
优选的，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、胍类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂中的一种或多种混合物。
优选的，一种橡胶密封件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.原料准备
按以下重量份依次称取原材料：丁腈橡胶50～70份、天然橡胶30～50份、热固性酚醛树脂粉20～50份、四氟乙烯15～20份、硅藻土粉末8～12份、纳米碳酸钙4～8份、粉煤灰4～8份、氧化镁3～7份、苯甲酸2～6份、硅烷偶联剂12～16份、防老剂1～3份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～3份、硫磺1～3份、促进剂1～3份，以作备用；
S2.原料混合
将丁腈橡胶、天然橡胶、四氟乙烯、硅藻土粉末、粉煤灰等加入到搅拌机中，进行搅拌混合，得到混合絮凝物；
S3.热固性酚醛树脂粉表面改性
将硅烷偶联剂溶液喷洒在热固性酚醛树脂粉表面，进行表面改性，得到硅烷偶联剂改性的热固性酚醛树脂粉；
S4.一次混炼
向获得的混合絮凝物中加入改性的热固性酚醛树脂粉、纳米碳酸钙、氧化镁和苯甲酸进行一次混炼，得到混合物；
S5.二次混炼
向上述得到的混合物中加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂进行二次混炼，得到混炼胶；
S6.硫化处理
将得到的混炼胶进行硫化处理，最终得到橡胶密封件复合材料。
优选的，所述步骤S2中的混合处理过程每搅拌5-8mi n静置3-6mi n，如此重复3-6次，所述步骤S3中表面改性在60℃-90℃下进行，改性时间为2-3h，所述步骤S4中一次混炼的温度设置为40-60℃，时间设置为20-30mi n，所述步骤S5中二次混炼的温度设置为45-55℃，时间设置为10-20mi n，所述步骤S6中的硫化温度为140-180℃、压力为10-20MPa，硫化时间为10-30mi n。
(三)有益效果
本发明提供了一种橡胶密封件复合材料及其制备方法。具备以下有益效果：
1、本发明提供的一种橡胶密封件复合材料及其制备方法，该材料在原料中添加有由热固性酚醛树脂粉和粉煤灰复配而成的填料，热固性酚醛树脂的极性较大，与丁腈橡胶的相容性好，且热固性酚醛树脂含有大量的苯环、酚羟基、醇羟基等官能团，能够与丁腈橡胶反应，在热固性酚醛树脂粉与丁腈橡胶分子链的界面处产生化学结合，提高了填料与橡胶之间的作用力，最终可以有效提高丁腈橡胶的撕裂强度、硬度和耐热油老化性能，进而提高橡胶密封件复合材料的使用性能。
2、本发明提供的一种橡胶密封件复合材料及其制备方法，该材料在原料中添加有热固性酚醛树脂粉，其来源广泛、价格低廉、处理过程简单，不仅降低了丁腈橡胶复合材料的生产成本，而且还实现了废旧丁腈橡胶的资源化利用和合理处置，对解决废旧热固性塑料造成的环境污染问题具有很好的促进效果。
3、本发明提供的一种橡胶密封件复合材料及其制备方法，该方法通过将丁腈橡胶、天然橡胶、四氟乙烯、硅藻土粉末、粉煤灰等进行混合得到絮凝物，然后向絮凝物中添加改性的热固性酚醛树脂粉、纳米碳酸钙、氧化镁和苯甲酸进行一次混炼得到混合物，再往混合物中添加防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂进行二次混炼，得到混炼胶，最后对混炼胶进行硫化处理，操作简单，制备过程简便，使得到的橡胶密封件复合材料耐高温性能更好，能够满足使用的要求，利于推广和使用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明实施例提供一种橡胶密封件复合材料，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶50份、天然橡胶30份、热固性酚醛树脂粉20份、四氟乙烯15份、硅藻土粉末8份、纳米碳酸钙4份、粉煤灰4份、氧化镁3份、苯甲酸2份、硅烷偶联剂12份、防老剂1份、氧化锌3份、硬脂酸1份、硫磺1份、促进剂1份。
该橡胶密封件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.原料准备
按以下重量份依次称取原材料：丁腈橡胶50份、天然橡胶30份、热固性酚醛树脂粉20份、四氟乙烯15份、硅藻土粉末8份、纳米碳酸钙4份、粉煤灰4份、氧化镁3份、苯甲酸2份、硅烷偶联剂12份、防老剂1份、氧化锌3份、硬脂酸1份、硫磺1份、促进剂1份，以作备用；
S2.原料混合
将丁腈橡胶、天然橡胶、四氟乙烯、硅藻土粉末、粉煤灰等加入到搅拌机中，进行搅拌混合，得到混合絮凝物；
S3.热固性酚醛树脂粉表面改性
将硅烷偶联剂溶液喷洒在热固性酚醛树脂粉表面，进行表面改性，得到硅烷偶联剂改性的热固性酚醛树脂粉；
S4.一次混炼
向获得的混合絮凝物中加入改性的热固性酚醛树脂粉、纳米碳酸钙、氧化镁和苯甲酸进行一次混炼，得到混合物；
S5.二次混炼
向上述得到的混合物中加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂进行二次混炼，得到混炼胶；
S6.硫化处理
将得到的混炼胶进行硫化处理，最终得到橡胶密封件复合材料。
硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]二硫化物、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物。
防老剂为胺类防老剂、酚类防老剂、亚磷酸酯类防老剂、含硫有机物类防老剂中的一种或多种混合物。
促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、胍类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂中的一种或多种混合物。
步骤S2中的混合处理过程每搅拌8mi n静置6mi n，如此重复4次，步骤S3中表面改性在80℃下进行，改性时间为3h，步骤S4中一次混炼的温度设置为50℃，时间设置为30min，步骤S5中二次混炼的温度设置为50℃，时间设置为20mi n，步骤S6中的硫化温度为160℃、压力为20MPa，硫化时间为20mi n。
实施例2：
本发明实施例提供一种橡胶密封件复合材料，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶60份、天然橡胶40份、热固性酚醛树脂粉35份、四氟乙烯18份、硅藻土粉末10份、纳米碳酸钙6份、粉煤灰6份、氧化镁5份、苯甲酸4份、硅烷偶联剂14份、防老剂2份、氧化锌4份、硬脂酸2份、硫磺2份、促进剂2份。
该橡胶密封件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.原料准备
按以下重量份依次称取原材料：丁腈橡胶60份、天然橡胶40份、热固性酚醛树脂粉35份、四氟乙烯18份、硅藻土粉末10份、纳米碳酸钙6份、粉煤灰6份、氧化镁5份、苯甲酸4份、硅烷偶联剂14份、防老剂2份、氧化锌4份、硬脂酸2份、硫磺2份、促进剂2份，以作备用；
S2.原料混合
将丁腈橡胶、天然橡胶、四氟乙烯、硅藻土粉末、粉煤灰等加入到搅拌机中，进行搅拌混合，得到混合絮凝物；
S3.热固性酚醛树脂粉表面改性
将硅烷偶联剂溶液喷洒在热固性酚醛树脂粉表面，进行表面改性，得到硅烷偶联剂改性的热固性酚醛树脂粉；
S4.一次混炼
向获得的混合絮凝物中加入改性的热固性酚醛树脂粉、纳米碳酸钙、氧化镁和苯甲酸进行一次混炼，得到混合物；
S5.二次混炼
向上述得到的混合物中加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂进行二次混炼，得到混炼胶；
S6.硫化处理
将得到的混炼胶进行硫化处理，最终得到橡胶密封件复合材料。
实施例3：
本发明实施例提供一种橡胶密封件复合材料，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶70份、天然橡胶50份、热固性酚醛树脂粉50份、四氟乙烯20份、硅藻土粉末12份、纳米碳酸钙8份、粉煤灰8份、氧化镁7份、苯甲酸6份、硅烷偶联剂16份、防老剂3份、氧化锌5份、硬脂酸3份、硫磺3份、促进剂3份。
该橡胶密封件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.原料准备
按以下重量份依次称取原材料：丁腈橡胶70份、天然橡胶50份、热固性酚醛树脂粉50份、四氟乙烯20份、硅藻土粉末12份、纳米碳酸钙8份、粉煤灰8份、氧化镁7份、苯甲酸6份、硅烷偶联剂16份、防老剂3份、氧化锌5份、硬脂酸3份、硫磺3份、促进剂3份，以作备用；
S2.原料混合
将丁腈橡胶、天然橡胶、四氟乙烯、硅藻土粉末、粉煤灰等加入到搅拌机中，进行搅拌混合，得到混合絮凝物；
S3.热固性酚醛树脂粉表面改性
将硅烷偶联剂溶液喷洒在热固性酚醛树脂粉表面，进行表面改性，得到硅烷偶联剂改性的热固性酚醛树脂粉；
S4.一次混炼
向获得的混合絮凝物中加入改性的热固性酚醛树脂粉、纳米碳酸钙、氧化镁和苯甲酸进行一次混炼，得到混合物；
S5.二次混炼
向上述得到的混合物中加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂进行二次混炼，得到混炼胶；
S6.硫化处理
将得到的混炼胶进行硫化处理，最终得到橡胶密封件复合材料。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶50～70份、天然橡胶30～50份、热固性酚醛树脂粉20～50份、四氟乙烯15～20份、硅藻土粉末8～12份、纳米碳酸钙4～8份、粉煤灰4～8份、氧化镁3～7份、苯甲酸2～6份、硅烷偶联剂12～16份、防老剂1～3份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～3份、硫磺1～3份、促进剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶50份、天然橡胶30份、热固性酚醛树脂粉20份、四氟乙烯15份、硅藻土粉末8份、纳米碳酸钙4份、粉煤灰4份、氧化镁3份、苯甲酸2份、硅烷偶联剂12份、防老剂1份、氧化锌3份、硬脂酸1份、硫磺1份、促进剂1份。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶60份、天然橡胶40份、热固性酚醛树脂粉35份、四氟乙烯18份、硅藻土粉末10份、纳米碳酸钙6份、粉煤灰6份、氧化镁5份、苯甲酸4份、硅烷偶联剂14份、防老剂2份、氧化锌4份、硬脂酸2份、硫磺2份、促进剂2份。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料组份：丁腈橡胶70份、天然橡胶50份、热固性酚醛树脂粉50份、四氟乙烯20份、硅藻土粉末12份、纳米碳酸钙8份、粉煤灰8份、氧化镁7份、苯甲酸6份、硅烷偶联剂16份、防老剂3份、氧化锌5份、硬脂酸3份、硫磺3份、促进剂3份。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]二硫化物、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，所述防老剂为胺类防老剂、酚类防老剂、亚磷酸酯类防老剂、含硫有机物类防老剂中的一种或多种混合物。
7.根据权利要求1所述的一种橡胶密封件复合材料，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、胍类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂中的一种或多种混合物。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种橡胶密封件复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.原料准备
按以下重量份依次称取原材料：丁腈橡胶50～70份、天然橡胶30～50份、热固性酚醛树脂粉20～50份、四氟乙烯15～20份、硅藻土粉末8～12份、纳米碳酸钙4～8份、粉煤灰4～8份、氧化镁3～7份、苯甲酸2～6份、硅烷偶联剂12～16份、防老剂1～3份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～3份、硫磺1～3份、促进剂1～3份，以作备用；
S2.原料混合
将丁腈橡胶、天然橡胶、四氟乙烯、硅藻土粉末、粉煤灰等加入到搅拌机中，进行搅拌混合，得到混合絮凝物；
S3.热固性酚醛树脂粉表面改性
将硅烷偶联剂溶液喷洒在热固性酚醛树脂粉表面，进行表面改性，得到硅烷偶联剂改性的热固性酚醛树脂粉；
S4.一次混炼
向获得的混合絮凝物中加入改性的热固性酚醛树脂粉、纳米碳酸钙、氧化镁和苯甲酸进行一次混炼，得到混合物；
S5.二次混炼
向上述得到的混合物中加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂进行二次混炼，得到混炼胶；
S6.硫化处理
将得到的混炼胶进行硫化处理，最终得到橡胶密封件复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种橡胶密封件复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的混合处理过程每搅拌5-8min静置3-6min，如此重复3-6次，所述步骤S3中表面改性在60℃-90℃下进行，改性时间为2-3h，所述步骤S4中一次混炼的温度设置为40-60℃，时间设置为20-30min，所述步骤S5中二次混炼的温度设置为45-55℃，时间设置为10-20min，所述步骤S6中的硫化温度为140-180℃、压力为10-20MPa，硫化时间为10-30min。
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