一种无硫耐过热水密封圈
文献发布时间：2023-06-19 18:25:54
技术领域
本发明属于密封圈材料领域，具体涉及一种无硫且耐过热水的密封圈。
背景技术
在密封圈的生产过程中，胶料的压缩永久变形性能直接影响密封圈的使用寿命和密封性能，在用于热水管的密封圈中由于环境的高温，对橡胶的压缩永久变形的要求更加苛刻。密封圈应用于高压热水管中不仅要求胶料的机械性能而且对胶料的耐老化性、耐热水性能提出新的要求。
三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯单体加入少量非共轭二烯烃聚合而成，因此三元乙丙橡胶的主链上没有不饱和双键，其优异性体现在耐热、耐臭氧、耐候以及良好的加工性能和低压缩永久变形，是非极性密封圈的首选材料。三元乙丙橡胶是非极性橡胶，耐热水性能优良，采用硫黄硫化时橡胶之间的交联键以C-S~S-C键为主，相较于过氧化物硫化生产的C-C键其键长更长、耐热性更差、压缩永久变形差。因此选用乙丙橡胶的过氧化物硫化制备的密封圈适用于高压热水环境中。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一现有技术中的耐过热水能力差的缺点，提供一种新的密封圈配方，该密封圈具有低压缩永久变形、耐过热水、无味无臭的特点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种密封圈的制造方法。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下。
无硫耐过热水密封圈，重量计其组成成分如下：
三元乙丙橡胶，100份；炭黑，35~60份；氧化锌，2~10份；过氧化物硫化剂，1~5份；硫化促进剂，5~15份；石蜡油，5~15份；防老剂HVA-2@MB，2~4份；硅烷偶联剂2~5份。
所述防老剂HVA-2@MB的制作方法如下：
将2-5g HVA-2和2-5g MB加入150mL四氢呋喃中，超声完全溶解后，将溶液转移到装有回流冷凝器和磁力搅拌器的三颈烧瓶中。在N2气氛的保护下，将反应溶液加热至50-80℃,然后用注射器注射0.1-1 g催化剂三乙胺。24小时后反应完成，然后通过旋转蒸发除去反应混合物中的溶剂，得到固体粗产物。用甲醇洗涤固体粗产物，然后离心以获得纯化的产物，然后将其在真空烘箱中干燥24小时。
为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：
密封圈的制造方法，包括采用压板成型法或注射成型法将上述技术问题之一的技术方案中任一项所述组合物加工成密封圈。
上述技术方案中，当采用所述挤出压板成型法时，可选包括以下步骤：包括以下步骤：
(1) 根据重量称取原料，使用密炼机进行混炼，密炼机起始温度为70~80℃，转速为30~40rad/min，然后按重量比1.1~1..5加入各种配料，加入配料顺序为：氧化锌、硬脂酸、丙烯酸锌、防老剂、过氧化物、硅烷偶联剂，最后加入炭黑。使用密炼机进行混炼混合均匀。
(2)将混炼胶置于模具中，使用平板硫化仪进行硫化；将平板硫化仪预热到110~150℃，把模具放入平板硫化仪，预压5~10min后排气，硫化15~20min得到密封圈。
本发明有益效果在于：
HVA-2是一种过氧化物硫化体系中的助硫化剂，防老剂MB作为防老剂对过氧化物硫化体系中交联键的形成有抑制作用，交联密度降低后对永久压缩变形性能有很大影响。当HVA-2与防老剂MB接枝后，MB中的反应性巯基已被HVA-2@MB消耗，这样减少了MB与烷氧基自由基的反应。因此，HVA-2@MB的辅助交联作用弥补了MB对烷氧基自由基的清除作用，最终HVA-2@MB/EPDM可以使橡胶的交联密度增加。此外HVA-2@MB中存在的氮氧原子可以形成氢键，增强橡胶分子链之间的相互作用，从而提高橡胶的机械性能。
力学性能测试
断裂伸长率采用GB/T 528-2009标准通过万能拉伸试验机进行测试，测试的哑铃状样品采用GB/T2941-2006哑铃状试样裁刀制备,每个实验样条在25℃以拉伸速度为50mm/min的条件下进行5次测试，最终结果取其平均值。
邵A硬度测试
使用邵氏A硬度仪测定试样的硬度，在样品上选取5个点进行测试取平均值。
撕裂强度测试
撕裂强度采用GB/T 529-2008标准通过万能拉伸试验机进行测试，测试的直角形样品采用GB/T 529-2008 直角撕裂裁刀制备，每个实验样条在25℃以拉伸速度为50 mm/min的条件下进行5次测试，最终结果取其平均值。
压缩永久变形测试
压缩永久变形按照GB/T 1687-1993标准通过压缩屈挠试验机进行测试，测试的圆柱状样品满足GB 5723试样尺寸要求，直径为17.8±0.15mm，高为25±0.25mm。将试样按GB2491规定，在125℃*24h压缩率为15%的条件下进行压缩永久变形试验。
耐热水性能测试
耐热水性能的测定参考按ISO 9361：2004测试标准，将圆柱体试样浸入110℃釜内过热水中进行500 h老化后测试压缩永久变形。
具体实施方式
实施例1
1、乙丙橡胶配方
所述橡胶配方，以重量份计，组成为：
乙丙橡胶，100份；
炭黑，40份；
硬脂酸，2份；
氧化锌，5份；
BIBP，3份；
TAIC，2份；
PDM,2份；
石蜡油，6份；
防老剂HVA-2@MB，1.5份。
2、乙丙橡胶的制造
步骤一：根据重量称取原料，使用密炼机进行混炼，密炼机起始温度为75℃，转速为35rad/min，首先加入乙丙橡胶，然后按氧化锌、硬脂酸、氧化锌、防老剂、过氧化物、石蜡油、炭黑的加料顺序加入各种配料。使用密炼机进行混炼混合均匀。
步骤二：将混炼胶置于模具中，使用平板硫化仪进行硫化；将平板硫化仪预热到140℃，把模具放入平板硫化仪，预压5min后排气，硫化15min得橡胶材料。
经过测试，橡胶的拉伸强度为10.4 MPa，硬度为54邵A，压缩永久变形为16%，撕裂强度为21.6KN/m，压缩永久变形为16.8%，110℃*500h热水老化后压缩永久变形为61.5% 。
为便有比较，将橡胶的性能和硫化方式方法列于表1。
实施例2
1、乙丙橡胶配方
所述橡胶配方，以重量份计，组成为：
乙丙橡胶，100份；
炭黑，40份；
硬脂酸，2份；
氧化锌，5份；
DCP，3份；
TAIC，2份；
PDM,2份；
石蜡油，6份；
防老剂RD，1.5份；
防老剂MB,1.5份。
2、乙丙橡胶的制造
步骤一：根据重量称取原料，使用密炼机进行混炼，密炼机起始温度为75℃，转速为35rad/min，首先加入乙丙橡胶，然后按氧化锌、硬脂酸、氧化锌、防老剂、过氧化物、石蜡油、炭黑的加料顺序加入各种配料。使用密炼机进行混炼混合均匀。
步骤二：将混炼胶置于模具中，使用平板硫化仪进行硫化；将平板硫化仪预热到140℃，把模具放入平板硫化仪，预压5min后排气，硫化15min得橡胶材料。
经过测试，橡胶的拉伸强度为8.3 MPa，硬度为55邵A，撕裂强度为15.1 KN/m，压缩永久变形为27.6%，110℃*500h热水老化后压缩永久变形为69.3% 。
为便有比较，将橡胶的性能和硫化方式方法列于表1。
实施例3
1、乙丙橡胶配方
乙丙橡胶，100份；
炭黑，40份；
硬脂酸，2份；
氧化锌，5份；
BIBP，3份；
升华硫，0.5份；
PDM,2份；
石蜡油，6份；
防老剂HVA-2@MB，1.5份。
2、乙丙橡胶的制造
步骤一：根据重量称取原料，使用密炼机进行混炼，密炼机起始温度为75℃，转速为35rad/min，首先加入乙丙橡胶，然后按氧化锌、硬脂酸、氧化锌、防老剂、升华硫、过氧化物、石蜡油、炭黑的加料顺序加入各种配料。使用密炼机进行混炼混合均匀。
步骤二：将混炼胶置于模具中，使用平板硫化仪进行硫化；将平板硫化仪预热到120℃，把模具放入平板硫化仪，预压3min后排气，硫化12min得橡胶材料。
经过测试，橡胶的拉伸强度为14.5 MPa，硬度为55邵A，撕裂强度为24.1 KN/m，压缩永久变形为29.2%，110℃*500h热水老化后压缩永久变形为77.5% 。
为便有比较，将橡胶的性能和硫化方式方法列于表1。
实施例4
1、乙丙橡胶配方
所述橡胶配方，以重量份计，组成为：
乙丙橡胶，100份；
炭黑，40份；
硬脂酸，2份；
氧化锌，5份；
DCP，3份；
升华硫，0.5份；
PDM,2份；
石蜡油，6份；
防老剂RD，1.5份；
防老剂MB,1.5份。
2、乙丙橡胶的制造
步骤一：根据重量称取原料，使用密炼机进行混炼，密炼机起始温度为75℃，转速为35rad/min，首先加入乙丙橡胶，然后按氧化锌、硬脂酸、氧化锌、防老剂、升华硫、过氧化物、石蜡油、炭黑的加料顺序加入各种配料。使用密炼机进行混炼混合均匀。
步骤二：将混炼胶置于模具中，使用平板硫化仪进行硫化；将平板硫化仪预热到120℃，把模具放入平板硫化仪，预压3min后排气，硫化12min得橡胶材料。
经过测试，橡胶的拉伸强度为13.7 MPa，硬度为56邵A，撕裂强度为26.2KN/m，压缩永久变形为34.1%，110℃*500h热水老化后压缩永久变形为79.4% 。
为便有比较，将橡胶的性能和硫化方式方法列于表1。
比较例
1、乙丙橡胶配方
所述橡胶配方，以重量份计，组成为：
乙丙橡胶，100份；
炭黑，40份；
硬脂酸，2份；
氧化锌，5份；
促进剂 M，2.5份；
促进剂 TT，1份；
促进剂 BZ，1.5份；
升华硫，1.5份；
石蜡油，6份；
防老剂RD，1.5份；
防老剂MB,1.5份。
2、乙丙橡胶的制造
步骤一：根据重量称取原料，使用密炼机进行混炼，密炼机起始温度为75℃，转速为35rad/min，首先加入乙丙橡胶，然后按氧化锌、硬脂酸、氧化锌、防老剂、升华硫、石蜡油、炭黑的加料顺序加入各种配料。使用密炼机进行混炼混合均匀。
步骤二：将混炼胶置于模具中，使用平板硫化仪进行硫化；将平板硫化仪预热到120℃，把模具放入平板硫化仪，预压8min后排气，硫化10min得橡胶材料。
经过测试，橡胶的拉伸强度为11.1MPa，硬度为58邵A，撕裂强度为23.2KN/m，压缩永久变形为40.6%，110℃*500h热水老化后压缩永久变形为86.7% 。
为便有比较，将橡胶的性能和硫化方式方法列于表1。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
表1 实例与对比例测试性能汇总