CN109777010B - 一种低压变合金弹性体密封件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压变合金弹性体密封件及其制备方法，以氟橡胶为主体，将氢化丁腈橡胶并用，并且采用两种独立的硫化交联体系，采用分步混炼的加工方式，综合利用了两种橡胶单体的优点，得到的密封件制品加工性能良好，成本降低，压缩永久变形小，耐高温性能优异，综合性价良好，其材料可用于汽车进气歧管的制备。
Description
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域，涉及一种橡胶并用混炼胶，具体地说是一种低压变合金弹性体密封件及其制备方法，可用于汽车进气歧管的制备。
背景技术
橡胶密封件制品作为国防、化工、石油、交通运输和机械制造等国民经济行业中的基础部件和配件之一，在国民经济发展中占有相当重要的地位。根据工况不同，对密封件制品的要求也不同。总的来说，要求橡胶密封件制品能承受高温环境，有着较高的强度以及一定的尺寸稳定性、化学稳定性和热老化稳定性。
目前的密封制品主要是氟橡胶材料，氟橡胶具有高度的化学稳定性。具文献报道，氟橡胶是目前所有的弹性体中耐介质性能最好的材料，其次耐高温性能优异，而且还具有极好的耐老化性能。但是氟橡胶弹性和耐寒性能差，加工性能不佳，而且价格昂贵，尤其是国外的氟橡胶，其中氟醚橡胶价格极高，从而限制了其在密封件制品的应用。此外，作为橡胶密封件制品，压缩永久变形是其关键性能，然而氟橡胶的压缩永久变形性能并不是很好。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，旨在提供一种低压变合金弹性体密封件及其制备方法。本发明采用氟橡胶与氢化丁腈橡胶并用，优化配方，获得的合金弹性体密封件具有良好的压缩永久变形性能，而且综合性能优异。
本发明低压变合金弹性体密封件，其组份按质量份数构成如下：
所述氟橡胶生胶为国产氟橡胶246，F含量为68％，门尼粘度ML(1+4)100℃为105.4，购于上海氟康新材料股份有限公司。
所述氢化丁腈橡胶牌号为A3406，氰基含量为34％，门尼粘度ML(1+4)100℃为57.5。
所述助交联剂1为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、三烯丙基氰脲酸酯(TAC)、二烯丙基邻苯二酸酯(DAP)中的至少一种，优选为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)。
所述助交联剂2为N,N-间苯撑双马来酰亚胺(HVA-2)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三羟甲基丙烷三丙烯(TMPTA)中的至少一种，优选为N,N-间苯撑双马来酰亚胺(HVA-2)。
所述增容剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3-脲丙基三甲氧基硅烷(UP-906)、3-脲丙基三乙氧基硅烷(UP-9061)中的至少一种与低分子量液体羧基丁腈橡胶、低分子量液体羟基丁腈橡胶(分子量2300-3000)中的一种进行并用；优选为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与低分子量液体羟基丁腈橡胶并用。
所述增塑剂优选为偏苯三酸三辛酯(TOTM)。
所述氧化镁优选为高活性氧化镁-150。
进一步的，本发明低压变合金弹性体密封件，其组份按质量份数优选构成如下：
本发明低压变合金弹性体密封件的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将氟橡胶生胶通过开炼机在60-70℃下塑炼，调整辊距至1mm以内，打三角包，薄通，出料；在氟橡胶中依次加入氧化镁、氢氧化钙和35-45％的炭黑N990，混炼均匀后加入硫化剂双酚AF和硫化促进剂BPP，薄通出片得到母炼胶1；
步骤2：将氢化丁腈橡胶生胶通过开炼机在60-70℃下塑炼，薄通出片后置于烘箱中70℃下烘30min，最后置于开炼机中，依次加入硬脂酸、氧化锌、增塑剂和余量的炭黑N990，混炼均匀后加入无味DCP、助交联剂1和助交联剂2，混炼均匀，薄通出片得到母炼胶2；
步骤3：将步骤1获得的母炼胶1与步骤2获得的母炼胶2置于开炼机中混炼，加入增容剂，混炼均匀，打三角包，出片得到混炼胶，静置24h；
步骤4：将步骤3所得混炼胶加入模具中硫化，即得成品。
硫化参数设置如下：一段硫化条件为：硫化温度170℃，时间10min，压力10MPa，二段硫化在鼓风干燥箱中，从室温开始每隔半个小时阶梯式逐步升温至180℃，从升温开始到硫化结束持续时间为4-6h。
本发明选择γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与低分子量液体羟基丁腈橡胶(分子量2300～3000)并用作为反应性增容剂，双酚AF与氟胶交联时分为两步，第一步是它的第一个羟基接到氟胶主链上后，另一个羟基则有机会和KH560的环氧基而发生接枝反应，支链末端的硅三甲氧基和低分子量的液体羟基丁腈胶或羧基丁腈胶的活泼氢缩合而接上丁腈胶的分子链，液体丁腈橡胶或者液体羧基丁腈橡胶与氢化丁腈橡胶结构相似，有极好的相容性，从而可以对FKM和HNBR并用体系起到良好增容效果。
本发明密封件制品采用氟橡胶、氢化丁腈橡胶、吸酸剂、补强剂、配合剂等的组合配方，采用两种独立的硫化交联体系，改善共混胶的相容性，制得的密封件具有优异的压缩永久变形性能和良好的力学性能以及低温性能，而且具有很好的耐高温性能。
附图说明
图1是本发明低压变合金弹性体密封件的制备流程示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的详细的说明。
实施例1：
1、本实施例中低压变合金弹性体密封件的组份按质量份数构成如下：
2、制备方法：
将氟橡胶生胶通过开炼机在60℃下塑炼，依次加入高活性氧化镁、氢氧化钙和炭黑N990，混炼均匀，随后加入双酚AF和硫化促进剂BPP，薄通出片后得到母炼胶1；
将氢化丁腈橡胶在开炼机上60℃塑炼，依次加入硬脂酸、氧化锌、偏苯三酸三辛酯、炭黑N990，混炼均匀，加入无味DCP、三丙烯基异氰脲酸酯和N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，混炼均匀，薄通出片后得到母炼胶2；
在开炼机上将母炼胶1与母炼胶2混练，加入液体羟基丁腈橡胶和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混炼均匀，打三角包，出片得到混炼胶，静置24h；
将混炼胶加入模具中硫化，一段硫化条件为179℃×10min，压力为10MPa，二段硫化在鼓风干燥箱中，从室温开始每个半个小时阶梯式逐步升温至180℃，从升温开始到硫化结束持续时间为4h。
实施例2：
1、本实施例中低压变合金弹性体密封件的组份按质量份数构成如下：
2、制备方法：
将氟橡胶生胶通过开炼机在60℃下塑炼，依次加入高活性氧化镁、氢氧化钙和炭黑N990，混炼均匀，加入硫化剂双酚AF和BPP，薄通出片后得到母炼胶1；
将氢化丁腈橡胶在开炼机上60℃塑炼，依次加入硬脂酸、氧化锌、偏苯三酸三辛酯和炭黑N990，混炼均匀，加入无味DCP、三丙烯基异氰脲酸酯和N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，混炼均匀，薄通出片得到母炼胶2；
开炼机上将母炼胶1与母炼胶2混炼，加入液体羟基丁腈橡胶和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混炼均匀，打三角包，出片得到混炼胶，静置24h；
将混炼胶加入模具中硫化，一段硫化条件为170℃×10min，压力为10MPa，二段硫化在鼓风干燥箱中，从室温开始每个半个小时阶梯式逐步升温至180℃，从升温开始到硫化结束持续时间为4h。
对比例1：
1、一种氟橡胶制备密封件，它是由以下质量配比的原料制成：
2、制备方法如下：
将100份氟橡胶生胶通过开炼机在60℃下塑炼，依次加入高活性氧化镁、氢氧化钙和炭黑N990，混炼均匀，加入硫化剂双酚AF和BPP，薄通出片得到混炼胶。
将混炼胶加入模具中硫化，一段硫化条件为170℃×10min，压力为10MPa，二段硫化在鼓风干燥箱中，从室温开始每个半个小时阶梯式逐步升温至210℃，从升温开始到硫化结束持续时间为6h。
对比例2：
1、一种氢化丁腈橡胶制备密封件，它是由以下质量配比的原料制成：
2、制备方法如下：
将100份氢化丁腈橡胶在开炼机上60℃塑炼，依次加入硬脂酸、氧化锌、偏苯三酸三辛酯和炭黑N990，混炼均匀，加入无味DCP、三丙烯基异氰脲酸酯和N,N’-间苯撑双马来酰亚胺，混炼均匀，薄通出片得到混炼胶。
将混炼胶加入模具中硫化，一段硫化条件为170℃×10min，压力为10MPa，二段硫化在鼓风干燥箱中，从室温开始每个半个小时阶梯式逐步升温至180℃，从升温开始到硫化结束持续时间为4h。
对比例3：一种氟橡胶并用氢化丁腈制备密封件，它是由以下质量配比的原料制成：
将利用上述重量比组分和方法制备的实施例1、实施例2、对比例1、对比例2以及对比例3分别进行力学性能、压缩永久变形性能、热重分析和动态力学性能测试。
本发明各实施例制得的密封件制品性能数据如下表1所示。
表1密封件性能数据
如表1所示，对比例1和对比例2分别为单一氟橡胶硫化胶和单一氢化丁腈硫化胶的基础性能。可以看到单一氟橡胶橡胶材料的拉伸强度欠佳，但有着良好的断裂伸长率，然而单一氢化丁腈橡胶的断裂伸长率欠佳，却有着极佳的拉伸强度。此外，压缩永久变形作为密封件制品的重要性能，按照国标ISO 825-1进行测试，结果中对比例1和2的压缩永久变形结果，无论在150℃还是200℃下都达不到理想指标。在对比例3中，我们未添加增容剂制备硫化胶，并且与实例1中有着同样共混胶比例。通过添加反应性增容剂可显著提高两种聚合物共混体系的相容性，从而使共混胶的综合性能获得提升。通过实例1和对比例3明显看到，实例1中添加增容剂后，其物理机械性有显著提高。在实施例1和实施例2中，通过橡胶材料并用，加入了液体羟基丁腈橡胶并用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷作为增容剂，并且优化配方设计和改善加工工艺，制备合金弹性体密封件材料，其中拉伸强度可以达到16MPa以上，断裂伸长率可以达到350％以上，在150℃下以及在更高温度200℃下的压变性能都能达到≤30％，可以看到本发明制备的密封件制品物理机械性能大大改善。此外，这种密封材料仍然保持的较好的耐高温性能，在实施例1和实施例2中制品的耐高温都达到了450℃以上。因此，通过本发明的制备的合金弹性体密封件制品不仅有着良好的物理机械性能，而且耐高温性能优异。
本发明选择合适的橡胶生胶原料，调整优化配方，改善加工工艺，制备橡胶密封件制品有着良好的耐高温性能、压缩永久变形小，可长期使用等特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以根据需求的技术方案以及发明的构思同等改变替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种低压变合金弹性体密封件，其特征在于其组份按质量份数构成如下：
所述氟橡胶生胶为国产氟橡胶246，F含量为68％，门尼粘度ML(1+4)100℃为105.4；
所述氢化丁腈橡胶牌号为A3406，氰基含量为34％，门尼粘度ML(1+4)100℃为57.5；
所述增容剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、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、3-脲丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙基三乙氧基硅烷中的至少一种与低分子量液体羧基丁腈橡胶、低分子量液体羟基丁腈橡胶中的一种进行并用；
所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯；
所述氧化镁为高活性氧化镁-150；
所述低压变合金弹性体密封件是通过包括如下步骤的方法制备获得：
步骤1：将氟橡胶生胶通过开炼机在60-70℃下塑炼，调整辊距至1mm以内，打三角包，薄通，出料；在氟橡胶中依次加入氧化镁、氢氧化钙和35-45％的炭黑N990，混炼均匀后加入硫化剂双酚AF和硫化促进剂BPP，薄通出片得到母炼胶1；
步骤2：将氢化丁腈橡胶生胶通过开炼机在60-70℃下塑炼，薄通出片后置于烘箱中70℃下烘30min，最后置于开炼机中，依次加入硬脂酸、氧化锌、增塑剂和余量的炭黑N990，混炼均匀后加入无味DCP、助交联剂1和助交联剂2，混炼均匀，薄通出片得到母炼胶2；
步骤3：将步骤1获得的母炼胶1与步骤2获得的母炼胶2置于开炼机中混炼，加入增容剂，混炼均匀，打三角包，出片得到混炼胶，静置24h；
步骤4：将步骤3所得混炼胶加入模具中硫化，即得成品。
2.根据权利要求1所述的低压变合金弹性体密封件，其特征在于：
所述助交联剂1为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、二烯丙基邻苯二酸酯中的至少一种；
所述助交联剂2为N,N-间苯撑双马来酰亚胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的低压变合金弹性体密封件，其特征在于其组份按质量份数构成如下：
4.根据权利要求1所述的低压变合金弹性体密封件，其特征在于：
硫化参数设置如下：一段硫化条件为：硫化温度170℃，时间10min，压力10MPa，二段硫化在鼓风干燥箱中，从室温开始每隔半个小时阶梯式逐步升温至180℃。
5.根据权利要求1所述的低压变合金弹性体密封件，其特征在于：
从升温开始到硫化结束持续时间为4-6h。
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