高强度高耐磨橡胶复合材料及制法和在盾构机密封中应用制造技术

本发明专利技术提供了一种高强度高耐磨橡胶复合材料及制法和在盾构机密封中应用。以重量份计，制备该橡胶复合材料的原料组分包括100份的丁腈橡胶、6～12份的超高分子量聚乙烯、3～15份的辉钼矿、0.4～2份的偶联剂、50～120份的炭黑、1～5份的纳米氧化锌、2～5份的防老剂、0.5～2份的促进剂、1～5份的软化剂、0.5～2份的硫化剂和0.1～1份的防焦剂。该橡胶复合材料具有强度高、耐磨性高的特点，能够有效适用于盾构机的密封，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高强度高耐磨橡胶复合材料及制法和在盾构机密封中应用
本专利技术属于橡胶密封材料
，涉及一种高强度高耐磨橡胶复合材料及制法和在盾构机密封中应用。
技术介绍
随着城市基础建设和公路铁路等交通的进一步规划和发展，盾构机的需求将具有更广阔的需求量和市场前景。盾构机技术不断的发展，盾构机正在逐渐向超大直径、超长距离、超大埋深方向发展，此时对密封系统和材料提出要求更高。目前，国内市场中的主驱动密封材料的硬度低、不耐磨、寿命短，为了实现这一目标，需要对传统的密封件进行改性，从而提高其强度、耐磨性及寿命周期性，用来保证盾构机的密封效果。耐磨性能是影响密封件的寿命一项非常重要的指标，在盾构机工作时，密封件和与金属材料相互摩擦，随着使用时间的增加，密封件的磨损量也随之增加，进而使密封件失效。因此提高密封件的耐磨性以及填料对密封件耐磨性的影响成为当前密封领域的研究热点。
技术实现思路
基于现有技术现有密封材料低强度、低耐磨性和低寿命等缺陷，本专利技术的第一目的在于提供一种橡胶复合材料；本专利技术的第二目的在于提供该橡胶复合材料的制备方法；本专利技术的第三目的在于提供该橡胶复合材料作为密封材料在盾构机密封中的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案得以实现：一方面，本专利技术提供一种橡胶复合材料，以重量份计，制备该橡胶复合材料的原料组分包括：本专利技术上述的原料中，辉钼矿为天然辉钼矿，是钼的二硫化物，其主要成分是MoS2，是最重要的钼矿资源，主要分布在我国河南、陕西、辽宁等地。本专利技术辉钼矿优选采用河南栾川产的天然辉钼矿。MoS2具有很好润滑性、化学稳定性、高温稳定性、抗辐射性、较低的摩擦系数，是一种很有潜力的聚合物填料。本专利技术采用的辉钼矿来源广泛，具有价廉量丰、绿色低碳的特点，含有大量的MoS2具有优异的润滑性，在橡胶中易形成连续的润滑膜而起到保护作用提高橡胶的耐磨性能。此外，本专利技术制备橡胶复合材料的原料中采用超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯的分子量超过其临界分子量时，分子链会相互缠结，随着分子量的增加，其分子链缠结的程度也逐渐增大，聚合物的微观结构发生变化，从而改变聚合物的宏观性能，超高分子量聚乙烯具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能强，其与辉钼矿具有较佳的协同作用，能够进一步提高丁腈橡胶的强度和耐磨性能，采用本专利技术的原料组分制备的橡胶复合材料具有强度高、耐磨性高的特点，能够有效适用于盾构机的密封。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述超高分子量聚乙烯的分子量为(6～8)×106，该分子量为“重均分子量”。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述偶联剂包括KH570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)、KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)和十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或多种的组合，但不限于此。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述炭黑包括N774、N234、N326、N330、N550和N660中的一种或多种的组合，但不限于此。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述防老剂包括防老剂RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体)、防老剂AW(6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉)、防老剂BLE(9,9-二甲基吖啶)、防老剂4010NA(N-异丙基-N’-苯基对苯二胺)、防老剂D(N-苯基-2-萘胺)和防老剂H(N,N’-二苯基对苯二胺)中的一种或多种的组合，但不限于此。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述促进剂包括促进剂D(二苯胍)、促进剂TMTD(二硫化四甲基秋兰姆)、促进剂ZDC(二乙基二硫代氨基甲酸锌)、促进剂NA-22(乙撑硫脲)、促进剂M(2-巯基苯并噻唑)和促进剂DM(2,2'-二硫代二苯并噻唑)中的一种或多种的组合，但不限于此。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述软化剂包括DBP(邻苯二甲酸二丁酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、DOS(双鸿癸二酸二辛酯)、TCP(磷酸三甲苯酯)、硬脂酸、松焦油、松香、油膏和石蜡中的一种或多种的组合，但不限于此。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述硫化剂包括硫磺、双酚AF(六氟双酚A)和DCP(过氧化二异丙苯)中的一种或多种的组合，但不限于此。上述的橡胶复合材料中，优选地，所述防焦剂包括CTP(N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺)、草酸、琥珀酸、乳酸、邻苯二甲酸酐、水杨酸、苯甲酸和油酸中的一种或多种的组合，但不限于此。另一方面，本专利技术还提供上述的橡胶复合材料的制备方法，其包括以下步骤：按照重量份比例将辉钼矿进行球磨处理，得到超细辉钼矿；将超细辉钼矿分散于有机溶剂中获得超细辉钼矿溶液；按照重量份比例将偶联剂分散于有机溶剂中获得偶联剂溶液；采用超声喷雾方法将偶联剂溶液喷入至超细辉钼矿溶液中；加热搅拌浓缩，干燥研磨后得到改性辉钼矿；按照重量份比例依次将丁腈橡胶、炭黑、纳米氧化锌、促进剂、防焦剂、防老剂、上述的改性辉钼矿和软化剂加入到密炼机中进行密炼，得到密炼胶；按照重量份比例将硫化剂、超高分子量聚乙烯和上述的密炼胶混合进行混炼，得到混炼胶，硫化后得到橡胶复合材料。本专利技术的制备方法中，首先采用天然的辉钼矿，其具有价廉量丰、绿色低碳的特点，同时对辉钼矿改性方法具有工艺简便、环保节能等优势，有效的降低了MoS2制备和改性中化学试剂的使用，大大降低了量产中的成本；其次，制备方法中进一步对辉钼矿进行球磨超细化处理，同时利用超声喷雾法将偶联剂包覆于辉钼矿的表面，能够有效改善辉钼矿和橡胶界面结合不好的问题，从而提高橡胶材料的强度和耐磨性能。上述的制备方法中，优选地，采用球磨机对辉钼矿进行球磨处理。上述的制备方法中，优选地，所述球磨机中所采用的磨球包括氧化铝球、氧化锆球、莫来石球和不锈钢球中的一种或多种。上述的制备方法中，优选地，所述磨球的直径为3～15mm。上述的制备方法中，优选地，所述磨球与所述辉钼矿的质量比为(3～6)：1。上述的制备方法中，优选地，进行球磨的球磨转速为300～600rpm；球磨时间为1～5h。上述的制备方法中，优选地，球磨后的超细辉钼矿的粒度为1～3μm。上述的制备方法中，优选地，所述超细辉钼矿与所述有机溶剂的质量比为1：(10～50)。上述的制备方法中，优选地，所述偶联剂与所述有机溶剂的质量比为1：(10～50)。上述的制备方法中，优选地，所述有机溶剂包括乙醇。本专利技术采用的有机溶剂乙醇不仅可以挥发，而且还能够起到使偶联剂部分水解的作用。上述的制备方法中，优选地，所述超声喷雾方法具体过程为：将偶联剂溶液连接到超声喷雾软管中，通过超声喷雾的探头喷入至超细辉钼矿溶液中。上述的制备方法中，优选地，所述加热搅拌浓缩的加热温度为60～100℃；浓缩时间为1～3.5h。上述的制备方法中，优选地，所述密炼机的转速为20～100rpm，温度为30～90℃。上述的制备方法中，优选地，依次加入丁腈橡胶密炼10～50s，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种橡胶复合材料，以重量份计，制备该橡胶复合材料的原料组分包括：/n

【技术特征摘要】
1.一种橡胶复合材料，以重量份计，制备该橡胶复合材料的原料组分包括：





2.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其中，所述超高分子量聚乙烯的分子量为(6～8)×106。


3.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其中，所述偶联剂包括KH570、KH550和十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或多种的组合；
优选地，所述炭黑包括N774、N234、N326、N330、N550和N660中的一种或多种的组合；
优选地，所述防老剂包括防老剂RD、防老剂AW、防老剂BLE、防老剂4010NA、防老剂D和防老剂H中的一种或多种的组合；
优选地，所述促进剂包括促进剂D、促进剂TMTD、促进剂ZDC、促进剂NA-22、促进剂M和促进剂DM中的一种或多种的组合；
优选地，所述软化剂包括DBP、DOP、DOS、TCP、硬脂酸、松焦油、松香、油膏和石蜡中的一种或多种的组合；
优选地，所述硫化剂包括硫磺、双酚AF和DCP的一种或多种的组合；
优选地，所述防焦剂包括CTP、草酸、琥珀酸、乳酸、邻苯二甲酸酐、水杨酸、苯甲酸和油酸中的一种或多种的组合。


4.权利要求1～3任一项所述的橡胶复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
按照重量份比例将辉钼矿进行球磨处理，得到超细辉钼矿；
将超细辉钼矿分散于有机溶剂中获得超细辉钼矿溶液；
按照重量份比例将偶联剂分散于有机溶剂中获得偶联剂溶液；
采用超声喷雾方法将偶联剂溶液喷入至超细辉钼矿溶液中；加热搅拌浓缩，干燥研磨后得到改性辉钼矿；
按照重量份比例依次将丁腈橡胶、炭黑、纳米氧化锌、促进剂、防焦剂、防老剂、上述的改性辉钼矿和软化剂加入到密炼机中进行密炼，得到密炼胶；
按照重量份比例将硫化剂、超高分子量聚乙烯和上述的密炼胶混合进行混炼，得到混炼胶，硫化后得到橡胶复合材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，采用球磨机对辉钼矿进行球磨处理；
优选地，所述球磨机中所采用的磨球包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳衡，贾连辉，龙伟漾，孙淑兰，彭占杰，赵明恩，张新异，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41