CN104311904B - 一种高水头用的耐磨水封橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高水头用的耐磨水封橡胶及其制备方法，属于橡胶材料技术领域。包括有按重量份计的如下组分：天然橡胶100份、硫化剂4～6份、促进剂0.5～1份、氧化锌4～6份、硬脂酸2～3份、炭黑55～65份、防老剂3.5～4.5份、软化剂2～5份。现有常规的超高水头闸门水封干摩擦系数为0.08～0.13，水润滑摩擦系数为0.10～0.15，拉伸强度为20。本发明水封的干摩擦系数为0.08，水润滑摩擦系数为0.08，拉伸强度为27，具有高强度、高耐磨的特性，适用于超高水头用高耐磨水封的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种高水头用的耐磨水封橡胶及其制备方法，属于橡胶材料技术领域。
背景技术
门水封是水电工程闸门的一个重要组成部分，是保证闸门密闭封水、正常运行的关键部件。好的闸门水封应该具有相对造价低、结构简单、运行操作简便、止水效果好、安全、适用寿命长等优点，要实现此效果，首先应解决的问题是水封的型式及于之相适应的材质。闸门水封材料可以根据水头高低和孔口大小等具体条件进行选择，最常用的是橡胶闸门水封。超高水头（水深180~250米）水封因承受的作用力相对于常规水封较大，其受磨程度也相应比较大，目前国内的超高水头水封的强度及耐磨性能仍存在缺陷，需进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决超高水头用的水封橡胶的强度及耐磨性能不高的问题，对于组成及制备方法进行了改进，提出一种高水头用的耐磨水封橡胶及其制备方法。
技术方案：
一种高水头用的耐磨水封橡胶，包括有按重量份计的如下组分：天然橡胶100份、硫化剂4～6份、促进剂0.5～1份、氧化锌4～6份、硬脂酸2～3份、炭黑55～65份、防老剂3.5～4.5份、软化剂2～5份。
所述的炭黑是指N330炭黑。
所述的硫化剂为硫磺或其预分散体。
所述的促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑中的其中一种或两种的混合物。
所述的防老剂为防老剂4010NA、石蜡的一种或两种的混合物。
所述的软化剂为机油。
所述的耐磨水封橡胶中还包括有碳化硅3～5份。
所述的碳化硅是经过环氧树脂包覆改性的。
所述的环氧树脂的环氧当量在150～250之间。
所述的环氧树脂是脂环族环氧树脂，其环氧当量为180。
所述的高水头用的耐磨水封橡胶的制备方法，包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、软化剂通过混炼制得混炼胶；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机或鼓式硫化机进行硫化，即得。
所述的第1步中，还加入碳化硅3～5份。
有益效果
现有常规的超高水头闸门水封干摩擦系数为0.08～0.13，水润滑摩擦系数为0.10～0.15，拉伸强度为20。本发明水封的干摩擦系数为0.08，水润滑摩擦系数为0.08，拉伸强度为27，具有高强度、高耐磨的特性，适用于超高水头用高耐磨水封的生产。
具体实施方式
实施例1
高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂4Kg、促进剂0.5Kg、氧化锌4Kg、硬脂酸2Kg、炭黑55Kg、防老剂3.5Kg、软化剂2Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
制备方法包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、软化剂通过混炼制得混炼胶，混炼温度110℃，混炼时间4min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度100℃，时间3min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
实施例2
高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂6Kg、促进剂1Kg、氧化锌6Kg、硬脂酸3Kg、炭黑65Kg、防老剂4.5Kg、软化剂5Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
制备方法包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、软化剂通过混炼制得混炼胶，混炼温度120℃，混炼时间4～5min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度110℃，时间4min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
实施例3
高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂5Kg、促进剂0.7Kg、氧化锌5Kg、硬脂酸2Kg、炭黑60Kg、防老剂4Kg、软化剂4Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
制备方法包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、软化剂通过混炼制得混炼胶，混炼温度115℃，混炼时间4min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度105℃，时间3min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
对照例1
与实施例3的区别在于：未加入防老剂。
高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂5Kg、促进剂0.7Kg、氧化锌5Kg、硬脂酸2Kg、炭黑60Kg、软化剂4Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
制备方法包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、软化剂通过混炼制得混炼胶，混炼温度115℃，混炼时间4min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度105℃，时间3min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
对照例2
与实施例3的区别在于：未加入软化剂。
高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂5Kg、促进剂0.7Kg、氧化锌5Kg、硬脂酸2Kg、炭黑60Kg、防老剂4Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
制备方法包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂通过混炼制得混炼胶，混炼温度115℃，混炼时间4min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度105℃，时间3min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
实施例4
与实施例3的区别在于：还加入有碳化硅4Kg。
高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂5Kg、促进剂0.7Kg、氧化锌5Kg、硬脂酸2Kg、炭黑60Kg、防老剂4Kg、软化剂4Kg、碳化硅4Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
制备方法包括如下步骤：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、软化剂、碳化硅通过混炼制得混炼胶，混炼温度115℃，混炼时间4min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度105℃，时间3min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
实施例5
与实施例4的区别在于：是将碳化硅通过环氧树脂进行包覆的。
首先备取原料：高水头用的耐磨水封橡胶，由如下组分所制成：天然橡胶100Kg、硫化剂5Kg、促进剂0.7Kg、氧化锌5Kg、硬脂酸2Kg、炭黑60Kg、防老剂4Kg、软化剂4Kg、碳化硅4Kg；炭黑是指N330炭黑，硫化剂为硫磺，促进剂为二硫化二苯并噻唑，防老剂为防老剂4010NA，软化剂为机油。
再利用环氧树脂对碳化硅进行包覆，方法如下：取碳化硅4Kg、脂环族环氧树脂（环氧当量130）、溶剂，在400转/分的速度下搅拌2小时，混合均匀；然后加入固化剂和稀释剂，升温至80℃，再在200转/分的转速下，搅拌4小时，将得到的粉末在50℃的烘箱中烘干20个小时，得到环氧树脂包覆的碳化硅。环氧树脂的重量是碳化硅重量的8%，溶剂的重量是碳化硅重量的1.1倍，固化剂的重量是重量是碳化硅的重量的2%，稀释剂的重量是碳化硅重量的0.4%。所述的固化剂是胺类固化剂，更优选自二乙烯三胺、间苯二胺、二氨基二苯基甲烷中的一种或者几种的混合物，本实施例中采用二乙烯三胺；所述的稀释剂选自正丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚中的一种或者几种的混合物，本实施例中采用苯基缩水甘油醚。所述的溶剂可以采用醇类溶剂，本实施例中采用乙醇。
接下来，再进行橡胶组合物材料的制备：
第1步：使用天然橡胶，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、软化剂、环氧包覆的碳化硅通过混炼制得混炼胶，混炼温度115℃，混炼时间4min；
第2步：将混炼胶再单独加入硫化剂、促进剂即得胶料；
第3步：将上述胶料返炼、预成型，得到预成型的胶料，反炼温度105℃，时间3min；
第4步：将聚四氟乙烯带涂刷粘接剂，得到涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带；
第5步：将上述预成型的胶料和涂刷粘接剂的聚四氟乙烯带放入模具，在平板硫化机进行硫化，硫化温度150℃，硫化时间30min，硫化压力10MPa，即得船闸用高耐磨水封橡胶。
性能试验结果
从表中可以看出，本发明提供的橡胶材料具有良好的摩擦性能，而且具有较好的拉断伸长率。通过实施例3和实施例4对比可以看出，通过加入碳化硅之后，可以提高材料耐水热浸泡的稳定性，在蒸馏水浸泡之后，质量损失率变小；另外，通过实施例3和实施例5进行对照可以看出，通过对碳化硅进行环氧树脂改性之后，可以提高橡胶材料的粘着强度，并且可以降低橡胶材料的压缩永久变形量。对比例1中未加入防老剂，导致橡胶材料的粘着强度有所降低，对比例2中未加入软化剂，导致橡胶材料的蒸馏水浸泡后的质量损失出现增大。
实施例6
与实施例5的区别在于：环氧树脂的环氧当量分别调整为120、150、180、220、250；分别作为和第1～5组。
从表中可以看出，第3组中的环氧树脂控制环氧当量在180时，可以提高橡胶材料的粘着强度以及经过老化之后的拉断强度变化率。
Claims (8)
1.一种高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于，包括有按重量份计的如下组分：天然橡胶100份、硫化剂4～6份、促进剂0.5～1份、氧化锌4～6份、硬脂酸2～3份、炭黑55～65份、防老剂3.5～4.5份、软化剂2～5份；所述的耐磨水封橡胶中还包括有碳化硅3～5份。
2.根据权利要求1所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的炭黑是指N330炭黑。
3.根据权利要求1所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的硫化剂为硫磺或其预分散体。
4.根据权利要求1所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑中的其中一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的防老剂为防老剂4010NA、石蜡的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的软化剂为机油。
7.根据权利要求6所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的碳化硅是经过环氧树脂包覆改性的。
8.根据权利要求7所述的高水头用的耐磨水封橡胶，其特征在于：所述的环氧树脂是脂环族环氧树脂，其环氧当量为150～250。
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Denomination of invention: The invention relates to a wear-resistant water seal rubber for high water head and a preparation method thereof Effective date of registration: 20210730 Granted publication date: 20160217 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Gaochun branch Pledgor: NANJING DONGRUN SPECIAL RUBBER Co.,Ltd. Registration number: Y2021980007108 |
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