一种复合橡胶、高耐磨密封件复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种复合橡胶、高耐磨密封件复合材料及其制备方法。本发明专利技术高耐磨密封件复合材料包括如下重量份数的组分：复合橡胶：133～150份、炭黑：50～70份、硫化剂：4～8份、偶联剂：4～7份、增塑剂：2～8份、防老剂：3.5～7份、活性氧化锌：3～5份、硬脂酸：0.5～1.5份；所述复合橡胶包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶：80～90份、聚氨酯橡胶：20～10份、聚四氟乙烯微粉：20～30份、纳米补强剂：12～18份、有机锡热稳定剂：1～2份。本发明专利技术在制备复合材料时先单独炼制复合橡胶，再分步添加其他材料进行混炼，通过合理的配方设计和工艺优化，制得的复合材料具有优异的耐磨性能，可满足高速往复运动密封件产品的高耐磨要求，大幅提高了产品的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种复合橡胶、高耐磨密封件复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种复合橡胶、高耐磨密封件复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着国家产业转型升级步伐的加快，自动化设备和智能化设备出现井喷式增长，对高精度、长使用寿命的气动元器件和液压元器件的需求增长十分迅速。其中安装于液压和气动元器件或相关机械设备上的往复运动密封件在一定温度、压力及不同液体和气体中，可于静止或运动状态下起到密封作用，防止液体或气体泄漏。因此，作为液压和启动元器件的核心配件，往复运动密封件不仅需要有良好的弹性和密封性，对耐磨损、耐高温、耐腐蚀、耐油、抗老化、耐疲劳等性能也有较高要求。然而，现有的往复运动密封件因耐磨性能差、动态生热高、易产生老化变硬等缺陷，导致元器件密封失效而泄漏时有发生，产品使用寿命短，仅能承受大约10～100万次的往复运动，设备维修频次高，无法满足液压和气动元器件或其他密封机械设备高往复运动的使用要求。目前往复运动密封件主要由氟橡胶、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶等材料制得，这类常见材料虽然有一定的弹性和密封性，但耐磨性能较差。由于液压和气动元器件在往复运动中会对设备造成不可避免的磨损，因而提高往复运动密封件的耐磨性能显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，提供一种合理配方的复合橡胶，并通过优化的工艺制得耐磨性能优异的密封件复合材料，进而大大提高产品使用寿命。本专利技术的上述目的通过以下技术方案得以实施：一种复合橡胶，包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶：80～90份、聚氨酯橡胶：20～10份、聚四氟乙烯微粉：20～30份、纳米补强剂：12～18份、有机锡热稳定剂：1～2份。耐磨、耐油、耐高温老化是往复运动密封件最重要的性能，提高耐磨、耐油和耐高温等性能也是延长产品使用寿命的关键。基于此，本专利技术的复合橡胶以耐油性和密封弹性良好的丁腈橡胶作为主材，但丁腈橡胶的耐磨性难以满足高速往复运动密封件的要求，需配合具有优异耐磨性和弹性的聚氨酯，同时添加低摩擦系数的聚四氟乙烯微粉，共同降低复合材料的摩擦系数，提高耐磨性能。聚四氟乙烯微粉还有较好的耐热性和耐候性，而聚氨酯的耐热性较差，本专利技术还添加了少量有机锡热稳定剂以改善复合橡胶的耐热性，有助于产品在高温、长时间运动状态下仍能维持复合橡胶足够的密封性能，而纳米补强剂则进一步增加复合橡胶的强度，使其具有更长的使用寿命。在丁腈橡胶的基础上配合聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯微粉实现性能上的互补，同时在纳米补强剂和有机锡热稳定剂的协作下共同改善了复合橡胶的耐磨、耐油和耐高温老化性能。若聚氨酯橡胶或聚四氟乙烯微粉的比例过大，反而会缩短产品的使用寿命，并且增大聚四氟乙烯份数还会影响橡胶密封件的强度。进一步地，本专利技术所述复合橡胶包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶：85份、聚氨酯橡胶：15份、聚四氟乙烯微粉：25份、纳米补强剂：15份、有机锡热稳定剂：2份。进一步地，本专利技术所述聚四氟乙烯微粉的粒径为0.5～5μm。进一步地，本专利技术所述纳米补强剂的粒径为5～20nm。进一步地，本专利技术所述纳米补强剂可以选自纳米碳酸钙或纳米二氧化硅中的至少一种。进一步地，本专利技术所述复合橡胶通过如下方法制得：(1)按比例称取丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯微粉、纳米补强剂和有机锡热稳定剂；(2)开启密炼机预热至160～175℃，加入丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯微粉和有机锡热稳定剂进行混炼；(3)再加入纳米补强剂进行加压混炼，将混合胶料排至开炼机出片，冷却，室温放置24～72小时；(4)将混合胶料置于开炼机上，在60～70℃条件下进行热炼，调整辊距至0.3～0.6mm，薄通4～6次，再调整辊距至3～5mm出片得复合橡胶。本专利技术复合橡胶中，由于不同组分间组成比例相差较大，且纳米补强剂粒径小，添加份数少，与大粒径的橡胶颗粒混匀难度大。故在制备复合材料前需先单独炼制复合橡胶，并需要在较高的温度下混炼使不同物料可以充分融为一体。纳米补强剂粒径尺寸小，表面具有较大比例配位不全的原子，使它表面物理吸附的和化学吸附的基团和分子、固有的空位、悬键和非化学比等活性中心，表面活性大，可与橡胶分子产生强烈的物理作用。但如果直接将纳米补强剂与橡胶颗粒混炼，则易出现局部结合导致分散不均匀，影响材料的整体性能，所以在其他材料混匀后再加入纳米补强剂更好地保证复合橡胶混炼的均一性。而聚四氟乙烯微粉相容性和分散性好，且无自凝聚性和无静电效应，自润滑性高，相比于常规的聚四氟乙烯反而更易与橡胶组分混合均匀。进一步地，上述步骤(2)和(3)的混炼具体为先混炼3～5分钟，提起上顶栓停留20～40秒，再加压混炼3～5分钟。中间提起上顶栓并停留是为了使密炼机内各组分材料换位重新分布，避免材料混合不均、局部打滑等问题。本专利技术的另一目的还在于提供一种高耐磨密封件复合材料，包括如下重量份数的组分：复合橡胶：133～150份、炭黑：50～70份、硫化剂：4～8份、偶联剂：4～7份、增塑剂：2～8份、防老剂：3.5～7份、活性氧化锌：3～5份、硬脂酸：0.5～1.5份。进一步地，所述复合材料，包括如下重量份数的组分：复合橡胶：142份、炭黑：60份、硫化剂：5份、偶联剂：6份、增塑剂：5份、防老剂：5.5份、活性氧化锌：4份、硬脂酸：1份。进一步地，所述防老剂为包含N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(4010NA)、2-巯基苯并咪唑(MB)和二丁基二硫代氨基甲酸镍(NBC)中的至少两种的复合防老剂。进一步优选，所述防老剂为4010NA、MB和NBC按质量比(2～4):(1～2):0.5混合的复合防老剂。再进一步优选，所述防老剂为4010NA、MB和NBC按质量比3:2:0.5混合的复合防老剂。进一步地，所述偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(SI-69s)与乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷(A172)中的任意一种合用的偶联剂。其中，硅烷偶联剂SI-69s不仅可作为偶联剂，还有促进硫化的作用。进一步优选，硅烷偶联剂SI-69s的重量份数不低于2.5份。进一步地，所述硫化剂可以为单一硫化剂或添加有促进剂的复合硫化剂。进一步地，所述硫化剂至少包含过氧化二异丙苯(DCP)。进一步优选，所述促进剂为二硫代磷酸锌、苯并噻唑和次磺酰胺类促进剂中至少两种的组合促进剂。进一步优选，所述硫化剂为DCP、硫磺、二硫代磷酸锌、苯并噻唑和次磺酰胺类促进剂组成的复合硫化剂。本专利技术的另一目的在于提供一种高耐磨密封件复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)称取复合橡胶，投入密炼机中预热，预热温度为70～80℃；(2)按比例称取炭黑、偶联剂、增塑剂、防老剂、活性氧化锌和硬脂酸，投入密炼机中与复合橡胶搅拌，加压混炼至130～140℃排胶；(3)捣胶、出片，冷却至室温后放置24小时以上，得到混炼胶；(4)将混炼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合橡胶，其特征在于，所述复合橡胶包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶：80～90份、聚氨酯橡胶：20～10份、聚四氟乙烯微粉：20～30份、纳米补强剂：12～18份、有机锡热稳定剂：1～2份。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合橡胶，其特征在于，所述复合橡胶包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶：80～90份、聚氨酯橡胶：20～10份、聚四氟乙烯微粉：20～30份、纳米补强剂：12～18份、有机锡热稳定剂：1～2份。


2.根据权利要求1所述的复合橡胶，其通过如下方法制得：
(1)按比例称取丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯微粉、纳米补强剂和有机锡热稳定剂；
(2)开启密炼机预热至160～175℃，加入丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯微粉和有机锡热稳定剂进行混炼；
(3)再加入纳米补强剂进行加压混炼，将混合胶料排至开炼机出片，冷却，室温放置；
(4)将混合胶料置于开炼机上，在60～70℃下进行热炼，调整辊距至0.3～0.6mm，薄通4～6次，再调整辊距至3～5mm出片得复合橡胶。


3.一种高耐磨密封件复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下重量份数的组分：如权利要求1所述的复合橡胶：133～150份、炭黑：50～70份、硫化剂：4～8份、偶联剂：4～7份、增塑剂：2～8份、防老剂：3.5～7份、活性氧化锌：3～5份、硬脂酸：0.5～1.5份。


4.根据权利要求3所述的高耐磨密封件复合材料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：古伍贤，古小军，张江龙，初浩晖，
申请(专利权)人：宁波柯林斯橡塑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33