阅读说明：本技术 一种高温耐磨密封圈及其制备方法 (High-temperature wear-resistant sealing ring and preparation method thereof ) 是由 倪立伟 徐健 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温耐磨密封圈及其制备方法,涉及密封圈技术领域,解决了因密封圈在高温环境中的耐磨损性能较差,而导致其整体应用效果不佳的问题。一种高温耐磨密封圈,其包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶70-90份；三元乙丙橡胶10-30份；硫磺3-8份；硬脂酸1-3份；聚二甲基硅氧烷0.6-1.2份；碳纤维2-5份；增强填料15-20份；增塑剂2-3份；防老剂1-5份；促进剂0.5-1份；聚四氟乙烯3-6份；氟硅树脂10-15份；纳米氧化铝陶瓷短纤维5-9份。本发明中的高温耐磨密封圈不仅具有良好的耐高温性能,还在高温环境中具有良好的耐磨损性能,且整体应用效果好。(The invention discloses a high-temperature wear-resistant sealing ring and a preparation method thereof, relates to the technical field of sealing rings, and solves the problem that the whole application effect of the sealing ring is poor due to poor wear resistance in a high-temperature environment. A high-temperature wear-resistant sealing ring comprises the following components in parts by weight: 70-90 parts of nitrile rubber; 10-30 parts of ethylene propylene diene monomer; 3-8 parts of sulfur; 1-3 parts of stearic acid; 0.6-1.2 parts of polydimethylsiloxane; 2-5 parts of carbon fiber; 15-20 parts of reinforcing filler; 2-3 parts of a plasticizer; 1-5 parts of an anti-aging agent; 0.5-1 part of an accelerator; 3-6 parts of polytetrafluoroethylene; 10-15 parts of fluorosilicone resin; 5-9 parts of nano alumina ceramic short fiber. The high-temperature wear-resistant sealing ring disclosed by the invention not only has good high-temperature resistance, but also has good wear resistance in a high-temperature environment, and the whole application effect is good.)

一种高温耐磨密封圈及其制备方法

技术领域

本发明涉及密封圈技术领域，更具体地说，它涉及一种高温耐磨密封圈及其制备方法。

背景技术

丁腈橡胶密封圈:适合于石油系液压油、甘醇系液压油、二酯系润滑油、汽油、水、硅润滑脂、硅油等介质中使用。是目前用途最广、成本最低的橡胶密封件。

在公开号为CN102260380A的中国发明专利中公开了用于耐臭氧耐低温密封圈的丁腈橡胶/三元乙丙橡胶，胶料组份为：丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、增容剂CPE、防老剂MB、硬脂酸、石蜡、增塑剂DOP、炭黑N550、陶土、偶联剂KH-550、高苯乙烯、中和剂TRA、交联剂DCP、助交联剂TMPTMA和助交联剂TAIC。将丁晴橡胶(NBR)与三元乙丙橡胶(EPDM)并用，可以使两者取长补短，既可以改善丁睛橡胶的耐臭氧性能差、耐低温性差，耐热温度范围较窄、同时可以提高产品的使用温度范围。

上述申请文件中，在丁睛橡胶中添加少量的EPDM以后，可以使共混后的橡胶制品提高其耐臭氧性能和耐低温性能，耐热性能同时比丁晴橡胶本身和氯丁橡胶具有更宽的使用温度范围、更好的工艺性能、更低的原材料及生产成本，但其整体的耐磨损性能较差，尤其在温度较高的环境中，容易出现较大的磨损，进而导致其整体应用效果不佳。因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中因密封圈在高温环境中的耐磨损性能较差，而导致其整体应用效果不佳的问题，本发明的目的一在于提供一种高温耐磨密封圈，以解决上述技术问题，其不仅具有良好的耐高温性能，还在高温环境中具有良好的耐磨损性能，且整体应用效果好。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种高温耐磨密封圈，包括如下重量份数的组分：

丁腈橡胶70-90份；

三元乙丙橡胶10-30份；

硫磺3-8份；

硬脂酸1-3份；

聚二甲基硅氧烷0.6-1.2份；

碳纤维2-5份；

增强填料15-20份；

增塑剂2-3份；

防老剂1-5份；

促进剂0.5-1份；

聚四氟乙烯3-6份；

氟硅树脂10-15份；

纳米氧化铝陶瓷短纤维5-9份。

通过采用上述技术方案，丁腈橡胶是耐油、耐磨性、耐老化性能较好的合成橡胶，其加工性能良好，为高温耐磨密封圈的主要成分。而随着丁腈橡胶结构中的丙炼腈含量其相对密度增大，硫化速度加快，拉伸强度性能提高，但其回弹性能下降，耐寒性变差。三元乙丙橡胶耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，并可以和丁腈橡胶起到良好的互补作用，进而使高温耐磨密封圈整体具有良好稳定的品质。硫磺是良好的硫化机，能够使高温耐磨密封圈具有良好的力学性能。硬脂酸是一种良好的活性剂，其可以减少促进剂的用量，平衡高温耐磨密封圈的各项性能。碳纤维具有良好的耐高温性能，且是一种良好的增强材料，可使高温耐磨密封圈保持良好稳定的耐高温性能。

在生产或实际使用过程中，由于搅拌，使高温耐磨密封圈的内部形成微小气泡，而在成型过程中，内部的微小起泡容易发生迁移并聚合在一起形成较大的气泡，而聚二甲基硅氧烷能够很好的去除起泡，进而能够保证高温耐磨密封圈的整体品质。氟硅树脂具有优异的耐温性、抗粘性和耐化学品性，纳米氧化铝陶瓷短纤维具有良好结构强度和耐磨性能，可以使高温耐磨密封圈磨损表面的温度降低，能够有效阻止持续磨损的发生，而纳米氧化铝陶瓷短纤维和氟硅树脂之间能够起到良好的联合复配效果，由于纳米氧化铝陶瓷短纤维的表面原子数对且配位严重不足，使其极易与氟硅树脂中的氟起键合作用，且在发挥出自身良好特性的同时，并在高温耐磨密封圈的内部形成相互穿设的网络结构，进而能够使高温耐磨密封圈的耐磨损性能大大提高。

进一步优选为，所述高温耐磨密封圈的组分中还加入有重量份数2-4份的功能助剂，功能助剂为双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯的混合物，且双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯的重量份数比为1:(2-3)。

通过采用上述技术方案，双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维可以使高温耐磨密封圈的耐磨损性能大大提高，且其整体在高温下的稳定性不佳，因此加入高苯乙烯，组成功能助剂，不仅利用高苯乙烯的优良的耐热性能和相容性能，使双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维可以完全有效的作用于高温耐磨密封圈，还可以使高温耐磨密封圈具有更高的结构强度，进而使高温耐磨密封圈的整体品质大大提高。

进一步优选为，所述高温耐磨密封圈的组分中还加入有重量份数3-5份的增强助剂，增强助剂为氮化硅和氯磺化聚乙烯的混合物，且氮化硅和氯磺化聚乙烯的重量份数比为(1-3):1。

通过采用上述技术方案，氮化硅是一种良好的结构陶瓷材料，本身具有良好的耐磨损性能，对冷热冲击具有良好的抵抗性，而在高温环境中，氯磺化聚乙烯中的氯磺酰基与氮化硅表面的活泼基团之间容易发生物理键合，不仅使氮化硅之间不易发生团聚，还能大大提高高温耐磨密封圈在高温环境的中稳定性，且整体耐磨损性能大大提高。

进一步优选为，所述增强填料选用膨润土、白炭黑和碳黑中的任意一种。

通过采用上述技术方案，膨润土、白炭黑和碳黑均为良好的增强填料，其具有良好的分散性和填充性，且能够使高温耐磨密封圈中的各组分间的结合强度大大提高，并能够使高温耐磨密封圈具有良好稳定的结构强度和耐磨损性能，整体品质大大提高。

进一步优选为，所述增塑剂选用石蜡、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二辛酯中的任意一种。

通过采用上述技术方案，上述增塑剂与各组分原料之间具有很好的相容性，能够减弱树脂分子间的次价键，增加树脂分子键的移动性，降低树脂分子的结晶性，增加树脂分子的可塑性，使其柔韧性和延展性增强，容易加工，并使高温耐磨密封圈具有良好的塑性强度。

进一步优选为，所述防老剂选用N-苯基-α-苯胺、N-苯基-β-萘胺和对苯二胺中的任意一种。

通过采用上述技术方案，防老剂能够延缓高温耐磨密封圈的老化，而N-苯基-α-苯胺、N-苯基-β-萘胺和对苯二胺均为良好的防牢记，其能够减弱或降低高温耐磨密封圈对外界破坏作用的抵抗能力，延缓或抑制老化过程，从而延长高温耐磨密封圈的贮存期和使用寿命。

进一步优选为，所述促进剂选用三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡和N，N-二甲基对甲基苯胺中的任意一种。

通过采用上述技术方案，促进剂可加快橡胶的硫化速度，降低硫化温度，缩短硫化时间，并减少硫磺的用量，使高温耐磨密封圈既能够保持良好的结构强度和耐磨损性能，还有利于降低生产成本，实现环保生产。

本发明的目的二在于提供一种高温耐磨密封圈的制备方法，采用该方法制备的高温耐磨密封圈不仅具有良好的耐高温性能，还在高温环境中具有良好的耐磨损性能，且整体应用效果好。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案，包括以下步骤：

步骤一，炼胶处理：将相应重量份数的丁腈橡胶和三元乙丙橡胶破碎后，放入炼胶机中，炼胶10-30min，温度为130-150℃；

步骤二，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维和碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为15-25min；

步骤三，预混料的制备：然后再加入相应重量份数的硫磺、硬脂酸、聚二甲基硅氧烷、增强填料、增塑剂、防老剂和促进剂，继续混炼均匀，时间为20-30min，得到预混料；

步骤四，硫化成型：将预混料加入到硫化设备的模具内进行硫化，得到胚体，然后将相应重量份数的聚四氟乙烯硫化处理在胚体的表面，硫化温度为190-200℃，硫化时间为10-15min，硫化压力为12-16MPma，脱模修边，即可得到高温耐磨密封圈。

通过采用上述技术方案，将丁腈橡胶和三元乙丙橡胶炼胶完毕后，先加入氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维和碳纤维，能够使其相互之间充分作用，并形成稳定良好的基料，然后加入其它原料，混炼均匀后得到预混料，再经过硫化成型后，得到品质良好稳定的高温耐磨密封圈。同时，该工艺操作简单，生产效率较高，且不会对环境产生较大污染，在实际使用过程中具有良好的应用性。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)氟硅树脂具有优异的耐温性、抗粘性和耐化学品性，纳米氧化铝陶瓷短纤维具有良好结构强度和耐磨性能，由于纳米氧化铝陶瓷短纤维的表面原子数对且配位严重不足，使其极易与氟硅树脂中的氟起键合作用，且在发挥出自身良好特性的同时，并在高温耐磨密封圈的内部形成相互穿设的网络结构，进而能够使高温耐磨密封圈的耐磨损性能大大提高；

(2)加入由双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯混合组成的功能助剂，能够使高温耐磨密封圈的耐磨损性能大大提高，且其整体在高温下的稳定性大大提高，且具有更高的结构强度，整体品质大大提高；

(3)加入由氮化硅和氯磺化聚乙烯混合组成的增强助剂，使高温耐磨密封圈对冷热冲击具有良好的抵抗性，且在高温环境中，其整体耐磨损性能大大提高。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种高温耐磨密封圈，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：

步骤一，炼胶处理：将相应重量份数的丁腈橡胶和三元乙丙橡胶破碎后，放入炼胶机中，炼胶20min，温度为145℃；

步骤二，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维和碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为20min；

步骤三，预混料的制备：然后再加入相应重量份数的硫磺、硬脂酸、聚二甲基硅氧烷、膨润土、石蜡、N-苯基-α-苯胺和三乙醇胺，继续混炼均匀，时间为25min，得到预混料；

步骤四，硫化成型：将预混料加入到硫化设备的模具内进行硫化，得到胚体，然后将相应重量份数的聚四氟乙烯硫化处理在胚体的表面，硫化温度为195℃，硫化时间为12.5min，硫化压力为14MPma，脱模修边，即可得到高温耐磨密封圈。

实施例2：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：

步骤一，炼胶处理：将相应重量份数的丁腈橡胶和三元乙丙橡胶破碎后，放入炼胶机中，炼胶10min，温度为150℃；

步骤二，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维和碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为15min；

步骤三，预混料的制备：然后再加入相应重量份数的硫磺、硬脂酸、聚二甲基硅氧烷、膨润土、石蜡、N-苯基-α-苯胺和三乙醇胺，继续混炼均匀，时间为20min，得到预混料；

步骤四，硫化成型：将预混料加入到硫化设备的模具内进行硫化，得到胚体，然后将相应重量份数的聚四氟乙烯硫化处理在胚体的表面，硫化温度为190℃，硫化时间为15min，硫化压力为16MPma，脱模修边，即可得到高温耐磨密封圈。

实施例3：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：

步骤一，炼胶处理：将相应重量份数的丁腈橡胶和三元乙丙橡胶破碎后，放入炼胶机中，炼胶30min，温度为130℃；

步骤二，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维和碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为25min；

步骤三，预混料的制备：然后再加入相应重量份数的硫磺、硬脂酸、聚二甲基硅氧烷、膨润土、石蜡、N-苯基-α-苯胺和三乙醇胺，继续混炼均匀，时间为30min，得到预混料；

步骤四，硫化成型：将预混料加入到硫化设备的模具内进行硫化，得到胚体，然后将相应重量份数的聚四氟乙烯硫化处理在胚体的表面，硫化温度为200℃，硫化时间为10min，硫化压力为12MPma，脱模修边，即可得到高温耐磨密封圈。

实施例4-5：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。

表1实施例1-5中各组分及其重量份数

实施例6：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的膨润土替换为等质量的白炭黑。

实施例7：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的膨润土替换为等质量的碳黑。

实施例8：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的石蜡替换为等质量的邻苯二甲酸二甲酯。

实施例9：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的石蜡替换为等质量的邻苯二甲酸二辛酯。

实施例10：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的N-苯基-α-苯胺替换为等质量的N-苯基-β-萘胺。

实施例11：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的N-苯基-α-苯胺替换为等质量的对苯二胺。

实施例12：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的三乙醇胺替换为等质量的二月桂酸二丁基锡。

实施例13：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤三中的三乙醇胺替换为等质量的N，N-二甲基对甲基苯胺。

实施例14：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维、碳纤维和3份的功能助剂，功能助剂由重量份数比为1:2.5的双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯混合而得，然后维持原有温度，混炼均匀，时间为20min。

实施例15：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维、碳纤维和2份的功能助剂，功能助剂由重量份数比为1:2的双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯混合而得，然后维持原有温度，混炼均匀，时间为20min。

实施例16：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维、碳纤维和4份的功能助剂，功能助剂由重量份数比为1:3的双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯混合而得，然后维持原有温度，混炼均匀，时间为20min。

实施例17：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维、碳纤维和4份的增强助剂，增强助剂由重量份数比为2:1的氮化硅和氯磺化聚乙烯混合而得，然后维持原有温度，混炼均匀，时间为20min。

实施例18：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维、碳纤维和3份的增强助剂，增强助剂由重量份数比为1:1的氮化硅和氯磺化聚乙烯混合而得，然后维持原有温度，混炼均匀，时间为20min。

实施例19：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂、纳米氧化铝陶瓷短纤维、碳纤维和5份的增强助剂，增强助剂由重量份数比为3:1的氮化硅和氯磺化聚乙烯混合而得，然后维持原有温度，混炼均匀，时间为20min。

对比例1：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的氟硅树脂和碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为20min。

对比例2：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的纳米氧化铝陶瓷短纤维和碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为20min。

对比例3：一种高温耐磨密封圈，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，改性混合：在炼胶机中继续加入相应重量份数的碳纤维，维持原有温度混炼均匀，时间为20min。

性能测试

试验样品：采用实施例1-19中获得的高温耐磨密封圈作为试验样品1-19，采用对比例1-3中获得的高温耐磨密封圈作为对照样品1-3。

试验方法：截取相同大小的试验样品1-19和对照样品1-3作为标准样品，分别测量每个标准样品的初始质量，精确至0.01g，然后将个标准样品分别放置在恒温试验箱中，设置温度为130℃，放置2h，然后取出用TX020 NBS橡胶磨耗试验机对其进行磨耗，5分钟后，称量每个标准样品的最终质量，而初始质量和最终质量的差值，即为磨损值，并记录。

试验结果：试验样品1-19和对照样品1-3的测试结果如表2所示。由表2可知，由试验样品1-5和对照样品1-3的测试结果对照可得，加入氟硅树脂或纳米氧化铝陶瓷短纤维，均能降低高温耐磨密封圈在高温下的磨损值，且其混合使用时，能够起到良好的复配增效作用，进而能够大大降低磨损值。由试验样品14-16、试验样品17-19和试验样品1的测试结果分别对照可得，加入由双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维和高苯乙烯混合组成的功能助剂，以及加入由氮化硅和氯磺化聚乙烯混合组成的增强助剂，均可以使高温耐磨密封圈在高温环境中，其整体耐磨损性能大大提高。由试验样品6-13和试验样品1的测试结果分别对照可得，本发明所公开的增强填料、增塑剂、防老剂和促进剂均使用于高温耐磨密封圈的制备，且得到的高温耐磨密封圈具有良好稳定的耐磨损性能。

表2试验样品1-19和对照样品1-3的测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。