CN116041880B

CN116041880B - 一种膨润型高密封垫片材料及其制备方法

Info

Publication number: CN116041880B
Application number: CN202310268139.3A
Authority: CN
Inventors: 马琼秀
Original assignee: Chengdu Junma Sealing Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Junma Sealing Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2043-03-20
Also published as: CN116041880A

Abstract

本申请涉及密封材料技术领域，具体公开了一种膨润型高密封垫片材料及其制备方法。材料包含以下重量份的原料：丁腈乳液20‑35份、天然橡胶乳液10‑20份、吸油树脂40‑60份、混合纤维50‑70份、炭黑7‑12份、填料100‑110份、氧化锌3‑5份、硫磺1‑3份和促进剂1‑5份；吸油树脂选自丁苯乳液、丁基乳液、乙苯乳液和丙烯酸酯中的任意一种；混合纤维选自聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维中的至少两种。采用本申请的配方和制备方法制得的垫片材料遇油后适度膨胀，强度高、蠕变小、压缩回弹率高、密封性好、耐高温、耐老化、使用寿命长。

Description

一种膨润型高密封垫片材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及密封材料技术领域，更具体地说，它涉及一种膨润型高密封垫片材料及其制备方法。

背景技术

内燃机、工程机械的油、水衬垫密封使用温度要求在150℃范围内，在低面压条件下，保证油、水不渗漏的衬垫材料必须具备压缩率大，回弹率好、抗拉强度高、应力松弛小、耐热老化性好，遇油能湿度膨胀器自密封作用的特性，才能满足现代机械的密封要求。传统的，一般采用软木橡胶板、石棉橡胶板、工业纸版以及石棉乳胶板等，但是，这些材料由于原材料的组合特性，在生产使用过程中都不同程度的存在着油渗漏和环境污染，危害人体健康问题。

近年来开发的石棉膨润型密封板（简称AT板），虽然在油密封方面有一定突破，但强度低、耐老化性能差、耐腐蚀性强、拆装更换不方便。

发明内容

为了提高密封材料的耐老化性能和密封性能，本申请提供一种膨润型高密封垫片材料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种膨润型高密封垫片材料，采用如下的技术方案：

一种膨润型高密封垫片材料，包含以下重量份的原料：

丁腈乳液20-35份、天然橡胶乳液10-20份、吸油树脂40-60份、混合纤维50-70份、炭黑7-12份、填料100-110份、氧化锌3-5份、硫磺1-3份和促进剂1-5份；

所述吸油树脂选自丁苯乳液、丁基乳液、乙苯乳液和丙烯酸酯中的任意一种；

所述混合纤维选自聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维中的至少两种。

通过采用上述技术方案，可制得综合性能优异的高密封垫片材料。丁苯乳液、丁基乳液、乙苯乳液和丙烯酸酯中的任意一种吸油树脂的吸油性相对较好，遇油时可发生膨胀，从而保证密封垫的高密封性；丁腈乳液的加入可弥补吸油树脂遇油后物理性能降低的缺陷，此外，天然橡胶的加入，增加了材料的韧性。吸油树脂、丁腈乳液和天然橡胶相互配合得到的密封垫片材料吸油膨胀好，从而可弥补使用过程中法兰的变形和螺栓扭矩的衰减等因素导致的法兰压力不足而可能引起的泄露，具有优异的密封性能。本申请中，聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维中的至少两种纤维混合得到的混合纤维、炭黑、填料等各种组分相互配合，可得到耐老化性等基本综合性能优异的高密封垫片材料。

优选的，所述吸油树脂为丁苯乳液。

进一步优选的，所述丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液的重量份数之比为（2.7-3.2）：（1-1.5）：（4.7-5.5）。

再进一步优选，所述丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液的重量份数之比为2.7:1:5.3。

通过采用上述技术方案，丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液的相容性最好，得到的密封垫片的密封性好，发明人发现，丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液按重量份数之比为（2.7-3.2）：（1-1.5）：（4.7-5.5）配合，能提升密封性能，特别是以2.7:1:5.3混合是时，遇油后适度膨胀，密封性达到最优。

优选的，所述混合纤维由聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维混合得到。

进一步优选，所述聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维的重量份数之比为（7-10）：（3-7）：（1-5）。

再进一步优选，聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维的重量份数之比为8:5:2。

通过采用上述技术方案，聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维相互混合成为混合纤维，混合纤维具有较好的耐高温性能、足够的韧性，耐腐蚀性和耐老化性，且与丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液等基材的抓附性好，使密封垫片材料具有优异的耐老化性、耐热性和压缩回弹性。

本申请中，混合纤维的长径比为（35-50）:1。

优选的，所述聚砜芳纶纤维的拉伸强度为0.6-0.8GPa，模量为12-18 GPa，从而可赋予密封垫片优异的回弹性能。

优选的，所述聚砜芳纶纤维和玻璃纤维使用前需要进行表面处理，所述表面处理包括如下步骤：

将聚砜芳纶纤维和玻璃纤维分别在浓度为1%-5%，温度为30-60℃的硅烷偶联液中浸泡1-4h，烘干。

进一步优选，聚砜芳纶纤维的表面处理包括如下步骤：将聚砜芳纶纤维在浓度为3%-5%，温度为50-60℃的硅烷偶联液中浸泡1-2h，烘干。浸泡时，可向硅烷偶联液加入丙烯酰胺，所述丙烯酰胺的体积占硅烷偶联液体积的10%-20%，且所述丙烯酰胺的浓度为1%-3%。

进一步优选，玻璃纤维的表面处理包括如下步骤：将玻璃纤维在浓度为1%-3%，温度为50-60℃的硅烷偶联液中浸泡1-2h，烘干。

优选的，所示硅烷偶联剂选自乙烯基硅烷、氨基硅烷或甲基丙烯酰氧基硅烷中的任意一种。进一步优选，本申请优先选用乙烯基硅烷。

用硅烷偶联方法对聚砜芳纶纤维和玻璃纤维进行表面处理，可令二者的表面粗糙，克服聚砜芳纶纤维和玻璃纤维与其余物质的亲和性差的缺陷，增强与其他物质的亲和性，提高密封垫片的整体性能，从而使制得的密封垫片表面光滑平整、美观。

本申请中，对聚砜芳纶纤维进行表面处理时，向硅烷偶联液加入丙烯酰胺，可防止后期物料混合过程中，出现破乳现象，有利于体系的均匀分散。

优选的，所述硫磺和促进剂的重量份数之比为（1.0-1.7）：（1.0-2.5）。

进一步优选，所述硫磺和促进剂的重量份数之比为1:1。

进一步优选，所述促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD，质量比2.5:0.4

通过采用上述技术方案，硫磺和促进剂CZ、促进剂TMTD相互配合，在制备密封垫材时胶料具有合适的诱导期和正硫化时间，在保证生产效率的同时具备了较长的安全操作时间，可实现最佳的生产效果，且硫化的耐热耐老化性能较好。

次外，硫磺还能改善体系的吸油能力，硫磺用量越高，越能促进体系吸油，本申请中硫磺的质量与促进剂的质量比为1:1，密封垫材的吸油能力好的同时，不损害力学性能；若硫磺的质量与促进剂的质量比大于1，虽然能提高密封垫材的吸油能力，但是也会损害其力学性能。

优选的，所述炭黑的总表面积为107×10³-121×10³m²/kg。

优选的，所述炭黑的质量占丁苯橡胶质量的18%-25%，进一步优选为22%。

通过采用上述技术方案，将炭黑的总表面积控制在107×10³-121×10³m²/kg，可很好的为密封垫片的膨胀提供补强作用且分散程度不那么困难。发明人发现，不同炭黑对吸油树脂（丁苯橡胶）的补强效果不同，炭黑的粒径越小比表面积越大，对橡胶的补强效果越好，但胶料的粘度越大，分散越困难，混炼越困难。炭黑的质量占丁苯橡胶质量的18%-25%，对丁苯橡胶的补强效果好，最优的，炭黑的质量占丁苯橡胶质量的22%，补强效果最好。

优选的，所述填料为滑石粉和云母粉，且所述滑石粉和云母粉的质量比为（1-3）：（1-5）。

通过采用上述技术方案，滑石粉和云母粉相互配合，可改善密封垫片的耐磨性，与不添加滑石粉和云母粉相比，密封垫片的耐磨性可提高8%-10%。

第二方面，本申请提供一种膨润型高密封垫片材料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种如上所述的膨润型高密封垫片材料的制备方法，包括如下步骤：

按配方比例，将丁腈乳液、天然橡胶乳液和吸油树脂混合均匀，得到混合乳胶；

按配方比例，将混合纤维、炭黑、填料、氧化锌、硫磺、促进剂与水混合均匀，打浆，得到浆液；

将混合乳胶和浆液混合均匀，絮凝、脱水、成型、干燥、硫化，得到密封垫片材料。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中，丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液按配方比例混合，可赋予密封垫片优异的高密封性能；聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维相互混合作为体系的混合纤维，可赋予密封垫片优异的耐老化性能；

2、采用本申请的配方和制备方法制得的垫片材料遇油后适度膨胀，强度高、蠕变小、压缩回弹率高、密封性好、耐高温、耐老化、使用寿命长。

实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

本申请具体实施例方式中：

炭黑的总表面积为115×10³m²/kg；

聚砜芳纶纤维的拉伸强度为0.8GPa，模量为16 GPa；

硅烷偶联液为乙烯基硅烷。

聚砜芳纶纤维的制备例1

聚砜芳纶纤维的表面处理如下：将聚砜芳纶纤维在浓度为3%，温度为60℃的硅烷偶联液中浸泡2h，烘干，得到聚砜芳纶纤维1。

聚砜芳纶纤维的制备例2

聚砜芳纶纤维的表面处理如下：将聚砜芳纶纤维在浓度为4.5%，温度为60℃的硅烷偶联液中浸泡2h，烘干，得到聚砜芳纶纤维2。

聚砜芳纶纤维的制备例3

聚砜芳纶纤维的表面处理如下：将聚砜芳纶纤维在浓度为4.5%，温度为60℃的硅烷偶联液中浸泡2h，烘干，得到聚砜芳纶纤维3。

浓度为4.5%的硅烷偶联液中包含浓度为3%的丙烯酰胺，丙烯酰胺的体积占硅烷偶联液体积的10%。

聚砜芳纶纤维的制备例4

聚砜芳纶纤维的表面处理如下：将聚砜芳纶纤维在浓度为4.5%，温度为60℃的硅烷偶联液中浸泡2h，烘干，得到聚砜芳纶纤维4。

浓度为4.5%的硅烷偶联液中包含浓度为1%的丙烯酰胺，丙烯酰胺的体积占硅烷偶联液体积的20%。

玻璃纤维的制备例1

玻璃纤维的表面处理包括如下步骤：将玻璃纤维在浓度为1%，温度为50℃的硅烷偶联液中浸泡2h，烘干，得到玻璃纤维1。

玻璃纤维的制备例2

玻璃纤维的表面处理包括如下步骤：将玻璃纤维在浓度为2.5%，温度为50℃的硅烷偶联液中浸泡2h，烘干，得到玻璃纤维2。

实施例1

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将200g丁腈乳液、200g天然橡胶乳液和400g乙苯乳液混合均匀，得到混合乳胶；

将250g聚砜芳纶纤维1、250g玻璃纤维1、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、10g硫磺、25g促进剂CZ、25g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例2

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将350g丁腈乳液、100g天然橡胶乳液和600g丙烯酸酯混合均匀，得到混合乳胶；

实施例3

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将270g丁腈乳液、150g天然橡胶乳液和470g丁苯乳液混合均匀，得到混合乳胶；

实施例4

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g丁腈乳液、100g天然橡胶乳液和550g丁苯乳液混合均匀，得到混合乳胶；

实施例5

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将270g丁腈乳液、100g天然橡胶乳液和530g丁苯乳液混合均匀，得到混合乳胶；

实施例6

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将233.3g聚砜芳纶纤维1、233.3g玻璃纤维1、233.3g 植物纤维、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、10g硫磺、25g促进剂CZ、25g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例7

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g聚砜芳纶纤维1、200g玻璃纤维1、80g 植物纤维、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、10g硫磺、25g促进剂CZ、25g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例8

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将381.85g聚砜芳纶纤维1、163.64g玻璃纤维1、54.55g 植物纤维、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、10g硫磺、25g促进剂CZ、25g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例9

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g聚砜芳纶纤维1、200g玻璃纤维1、80g 植物纤维、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、29g硫磺、25g促进剂CZ、4g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例10

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g聚砜芳纶纤维1、200g玻璃纤维1、80g 植物纤维、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、29.58g硫磺、37.5g促进剂CZ、6g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例11

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g聚砜芳纶纤维1、200g玻璃纤维1、80g 植物纤维、70g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、29g硫磺、29g促进剂D与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例12

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g聚砜芳纶纤维1、200g玻璃纤维1、80g 植物纤维、116.6g炭黑、500g滑石粉、500g云母粉、30g氧化锌、29g硫磺、25g促进剂CZ、4g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例13

一种膨润型高密封垫片材料的制备方法如下：

将320g聚砜芳纶纤维1、200g玻璃纤维1、80g 植物纤维、116.6g炭黑、687.5g滑石粉、412.5g云母粉、50g氧化锌、29g硫磺、25g促进剂CZ、4g促进剂TMTD与10kg水混合均匀，打浆，得到浆液；

实施例14

实施例14与实施例12的区别仅在于，实施例14中，用等量的聚砜芳纶纤维2代替聚砜芳纶纤维1，其余均与实施例12保持一致。

实施例15

实施例15与实施例12的区别仅在于，实施例15中，用等量的聚砜芳纶纤维3代替聚砜芳纶纤维1，其余均与实施例12保持一致。

实施例16

实施例16与实施例12的区别仅在于，实施例16中，用等量的聚砜芳纶纤维4代替聚砜芳纶纤维1，其余均与实施例12保持一致。

实施例17

实施例17与实施例16的区别仅在于，实施例17中，用等量的玻璃纤维2代替玻璃纤维1，其余均与实施例16保持一致。

实施例18

实施例18与实施例17的区别仅在于，实施例18中，聚砜芳纶纤维和玻璃纤维均不进行表面处理，其余均与实施例17保持一致。

对比例1

对比例1与实施例5的区别仅在于，对比例1中，不添加丁腈乳液，其余均与实施例5保持一致。

对比例2

对比例2与实施例5的区别仅在于，对比例2中，不添加天然橡胶乳液，其余均与实施例5保持一致。

对比例3

对比例3与实施例7的区别仅在于，对比例3中，不添加玻璃纤维1和植物纤维，其余均与实施例5保持一致。

检测实施例1-18和对比例1-3中制得的各密封垫片样品的基本性能，具体检测数据如下表1所示。

根据GB/T 20671.3-2006检测样品的膨胀增厚率；

根据GB/T 20671.2检测样品的回弹性；

根据GB/T2941检测样品的耐老化性能；

密封性热循环台架试验；台架试验以模拟设备按具体应用的工况条件进行：循环步骤如下：

步骤1：升温至350℃，内压加至17MPa，维持20分钟；

步骤2：用30分钟时间调低温度至270℃，内压至15MPa，维持温度和压力状20分钟；

反复步骤1和2进行循环试验，试验结果以20次循环为准，20次循环无泄漏，试样无击穿为合格。合格后继续测试，记录开始泄漏的次数，开始泄漏的循环次数越高，说明样品的密封性越好。

表1

结合实施例1-5和对比例1-2并结合表1可以看出，胶料的选择和用量会影响密封垫片材料的性能，当丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液的质量之比为（2.7-3.2）：（1-1.5）：（4.7-5.5）时，密封垫片材料的性能较好。

结合实施例5-8和对比例3并结合表1可以看出，混合纤维的选择和用量会影响密封垫片材料的性能，当聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维按质量比为（7-10）：（3-7）：（1-5）混合作为体系的混合纤维时，密封垫片材料的耐老化性好。

结合实施例12、14-18并结合表1可以看出，聚砜芳纶纤维和玻璃纤维的表面处理工艺也会影响密封垫片材料的性能，不对聚砜芳纶纤维和玻璃纤维进行表面处理，密封垫片材料的性能较差。

结合实施例9-11并结合表1可以看出，硫磺和促进剂的比例，促进剂的选择和用量也会影响密封垫片材料的性能，当硫磺和促进剂的质量比为1:1，且促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD，质量比2.5:0.4时，密封垫片材料的性能最好。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种膨润型高密封垫片材料，其特征在于：包含以下重量份的原料：

所述填料为滑石粉和云母粉，且所述滑石粉和云母粉的质量比为（1-3）：（1-5）；

所述吸油树脂为丁苯乳液；

所述混合纤维由聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维混合得到；

所述聚砜芳纶纤维和玻璃纤维使用前需要进行表面处理，所述表面处理包括如下步骤：

将所述聚砜芳纶纤维和所述玻璃纤维分别在浓度为1%-5%、温度为30-60℃的硅烷偶联液中浸泡1-4h，烘干；

所述聚砜芳纶纤维的表面处理包括如下步骤：将所述聚砜芳纶纤维在浓度为3%-5%、温度为50-60℃的所述硅烷偶联液中浸泡1-2h，烘干；或者在浸泡时，向所述硅烷偶联液加入丙烯酰胺，所述丙烯酰胺的体积占所述硅烷偶联液体积的10%-20%，且所述丙烯酰胺的浓度为1%-3%；

所述玻璃纤维的表面处理包括如下步骤：将所述玻璃纤维在浓度为1%-3%、温度为50-60℃的硅烷偶联液中浸泡1-2h，烘干；

所述硅烷偶联液中含有硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷。

2.根据权利要求1所述的膨润型高密封垫片材料，其特征在于：所述丁腈乳液、天然橡胶乳液和丁苯乳液的重量份数之比为（2.7-3.2）：（1-1.5）：（4.7-5.5）。

3.根据权利要求1所述的膨润型高密封垫片材料，其特征在于：所述聚砜芳纶纤维、玻璃纤维和植物纤维的重量份数之比为（7-10）：（3-7）：（1-5）。

4.根据权利要求1所述的膨润型高密封垫片材料，其特征在于：所述硫磺和促进剂的重量份数之比为（1.0-1.7）：（1.0-2.5）。

5.根据权利要求1所述的膨润型高密封垫片材料，其特征在于：所述炭黑的总表面积为107×10³-121×10³m²/kg。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的膨润型高密封垫片材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

按配方比例，将混合纤维、炭黑、滑石粉、云母粉、氧化锌、硫磺、促进剂与水混合均匀，打浆，得到浆液；