丁腈橡胶金属复合密封垫片的制备.docx

夏龙贵李冠刘杰全水清（江西省化学工业学校，南昌 ；江西科威生物化学有限公司，南昌 ；南昌大学环境与化学工程学院；南昌 ）摘 要 介绍了丁腈橡胶金属复合密封垫 片 制 备 方 法 及 最 佳 配 方：生 胶 选 用 丁 腈 橡 胶 ，用 量 ，补 强 填 料选用炭黑 与热固性酚醛树脂的配合，用量都为 份，硫化体系采用过氧化物硫化体系， 用量为 份，其他助剂 为：氧化锌 份、硬脂酸 份；增塑剂 份；防老剂 份；溶剂 份；垫片的施工工艺为：用清洗液（脱脂液） 浸泡金属板材，然后用清洗机 清 洗、烘 干 后，采 用 喷 涂 或 浸 涂 的 方 式 将 涂 料 施 工 于 板 材 表 面，然 后 放 入 烘 箱 中 ，取出冷却，最后经冲压、裁切成型。 由本试验制备的垫片已应用于密封领域。关键词 丁腈橡胶，密封，复合垫片 （，；，；，） （）：， ，： ， ， ， （），丁腈橡胶（）是丁二烯与丙烯腈（）两种单体经乳液或溶液聚合而制得的一种高分子无规共聚 物，以 优 异 的 耐油性著称，在现 有 的 橡 胶 中，其 耐 油 性 仅 次 于 聚 硫 橡 胶、聚 丙烯酸酯橡胶和 氟 橡 胶，它作为一种耐油橡胶广泛应用 于 制 造胶管、胶带、胶辊、密封制品、垫圈、隔膜等耐油制品中，可 通 过对丁腈橡胶的填料、硫化体系的优化，制得具有综 合 性 能 较 好的密封用丁腈橡胶制品。将丁腈橡胶生胶与填料、硫化体系等组分 经 塑 炼、混 炼 后 制成的丁腈橡胶涂料涂覆于金属基材表面，固 化 后 的 复 合 板 材经冲压成型制成的复合密封垫片，可 应 用 于 机 械、设 备、管 道等的的密 封，具 有 优 良 的 耐 热、耐 油、耐 老 化、耐 溶 剂 等 性 能，可替代目前广泛使用的非金属垫片（如 石 棉 垫 片，非 石 棉 垫片，纸垫片，橡 胶 垫 片），而大大延长了 使 用 寿 命，减 少 了 因 渗漏，流体腐蚀等带来的经济损失。），天津利华进化工 炭 黑 厂；凯 姆 洛 克 （），南 京 辰 工 胶粘剂有限公 司；热 固 性 酚 醛 树 脂、活 性 氧 化 锌、硬 脂 酸、白 炭 黑、氧化镁、增塑 剂 ，、过氧化二异丙苯 （）、硫 化 促进剂 、硫化促 进 剂 、防 老 剂 ，市 售；乙 酸 乙酯，乙酸丁酯，丙酮，有机溶剂均为市售，分析纯。实验设备热空气老化箱 （），江 都 市 明 珠 试 验 机 械 厂；混 炼 机（），南京凯驰机械有限公 司；漆膜冲击试验器（）， 上海飞岭仪器有 限 公 司；铅笔划痕试验仪 （），上 海 飞 岭仪器有限公司；外 径 千 分 尺，上 海 九 量 工 具 有 限 公 司；电 子 分析天平，上海光正医疗仪器有限公司，精度。试样的制备涂料的制备生胶和填料、助剂 在 混 炼 机 上 混 炼，加 料 顺 序 为：丁 腈 橡胶生胶，补强填料，一 半 炭 黑，一 半 增 塑 剂，剩 余 一 半 炭 黑，剩 余一半增塑剂，硫化剂。 混炼后的胶料用溶 剂 溶 解，加 入 各 种 硫化助剂及一些小料，搅拌均匀，研磨，调整黏度，过滤，检验。实验部分主要原材料丁腈橡胶生胶（），日本瑞翁公司产品；炭黑（、复合垫片的制备基金项目：江西省自然科学基金项目（）；江西省科技攻关项目（；）作者简介：夏龙贵（），男，讲师，本科，主要研究方向：化学工艺。联 系 人：全水清，副教授，硕士，主要研究方向：清洁生产与废物处理。第 期夏龙贵等：丁腈橡胶金属复合密封垫片的制备 将过滤后的涂料喷涂于金属基材上，冲压、裁切成型。性能测试硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定 ；在 份时，涂层的硬度由 变 为 ，硬度的增大会降低涂 层质感及密封效果，所 以 炭 黑 的 用 量 为 份 时 涂 层 的 综合性能为最佳状态。酚醛树脂用量对涂层性能的影响酚醛树脂与丁腈橡胶具有良好的 相 溶 性，丁 腈 橡 胶 与 酚 醛树脂并用 后的硫化胶硬度高，抗 张 性 能、抗撕裂性能极优 良，热老化及耐溶胀性能也有很大改善。 在 硫 化 时，酚 醛 树 脂 不仅自身固化，还能在一定程度上与丁腈橡胶产生反 应 而 引 起交联，从而可以减少硫化胶和炭黑补强 剂 的 用 量。 另 外，丁 腈橡胶与酚醛树脂并用时，由于酚醛树脂是极性 材 料，从 而 能 强化与金属基材的粘合强度。 不同用量的酚醛树 脂 对 涂 料 性 能的影响见表。硫化橡胶耐液 体 实 验 方 法 ；橡胶热空气老化 实验方法 ；涂 膜 硬 度 铅 笔 测 定 法 ；漆膜耐冲击测 定 法 ；色 漆 和 清 漆 漆 膜 的 划 格试验 ，硫化橡胶与金属粘接拉伸剪切强度 测定方法 。结果与讨论丁腈橡胶涂料基本配方丁腈橡 胶 ；热固性酚醛树脂 ；填 料 表酚醛树脂用量对涂层的影响；氧化锌 ；硬脂酸 ；硫 化 剂 ；硫 化 促 进 剂 ；增塑剂 ；防老剂；溶剂，其它助剂。酚醛树脂 份 份 份 份 份剪切强度铅笔硬度划格实验附着力等级 级 级 级 级 级填料体系种类丁腈橡胶属于高分子无规共聚物，自身的 强 度 较 低，需 要 进行补强后才能进行各种应用，一般通用的丁腈橡胶补 强 填 料有炭黑、氧化镁、碳酸钙、白炭黑、滑石 粉 等。 通 过 不 同 填 料 下硫化的剪切强度和涂层性能来确定填料的种类。 不 同 种 类 的补强填料对丁腈橡胶涂料性能的影响见表 。 补 强 填 料 的 种类为变量，硫化条件为 。从表 中可以看出，随着酚醛树脂量 的 增 加，硫 化 胶 的 剪切强度越大，在 份时剪切强度达到了 ；划 格 实 验 测试结果附着力 等 级 达 到 了 级，这是因为酚醛树 脂 与 丁 腈 橡胶的相容性很好，且酚醛树脂本身具有增加粘 结 力 的 作 用。 当用量在 份时，其剪切强度没有明显 的 提 高，最 终 确 定 酚 醛树脂的用量为 份。表不同填料种类对丁腈橡胶涂层的影响填料白炭黑氧化镁碳酸钙 滑石粉耐冲击性能 铅笔硬度 划格试验附着力等级剪切强度硫化体系及硫化条件的确定丁腈橡胶的硫化体系分为硫磺硫 化 体 系、过 氧 化 物 硫 化 体系以及含硫和过氧化物的复合硫化体系，其具 体 用 量 为，硫 磺硫化体系：硫磺与促进剂 并 用， 份、 份；过 氧 化 物 硫化体系：（过氧化二异丙苯）， 份；复合硫化体系：硫磺、 、促进剂 与促进剂 ， 份、 份、 份、 份。 种 硫化体系的涂层强度、耐温及耐液体性能测试结果如表、 所示。 级 级 级 级 级 级如表 所示，碳酸钙的补强效果最差，附着力等级也很 差，从表观上也能 看 出，涂 层 较 软，压缩变形也很大；氧 化 镁、 白炭黑和滑石粉的补强效果一般，涂层附着力差，剪 切 强 度 与 有一定的差距； 的补强效果与 的补强效果较 好，但 的粒径较小，容易分散，其流动性好，混合更均匀， 硫化过程更彻底，补强效果明显，剪切强度，从总体性 能上考虑，用 更合适作为丁腈橡胶的补强填料。表不同硫化体系下的涂层强度测试结果硫磺硫化体系过氧化物硫化体系复合硫化体系硫化体系剪切强度划格实验附着力等级 铅笔硬度 级 级 级补强填料用量的确定炭黑 用量 分 别 为：、。 用 量 对 涂 层 的 影 响如表 所示。结果（）耐冲击性能 冲击后附着力等级 级 级 级表 用量对涂料性能的影响炭黑 份 份 份 份表不同硫化体系下涂层耐温性能测试结果剪切强度铅笔硬度划格实验附着力等级 级 级 级 级硫磺硫化体系过氧化物硫化体系复合硫化体系硫化体系表面附着力等级 铅笔硬度无变化 级无变化 级无变化 级从表 可以看 出， 的 用 量 越 大，硫化胶的剪切强度 越大， 的的加入显著的提高 了丁腈橡胶的强度，附 着 力 的等级也符合要 求；炭 黑 用 量 达 到 份 之 后，附 着 力 等 级 下 降，是因为炭黑用量过多导致橡胶分子链不能完全包覆 住 炭 黑粒子，影响了丁腈橡胶与金属底材之间的粘接，且 炭 黑 用 量表面附着力等级 铅笔硬度变黄 级无明显变化 级无变化 级化 工 新 型 材 料第 卷 表不同硫化体系耐液体性能测试结果化体系， 用量为 份，其他助剂为：氧化锌 份、硬脂酸表丁腈橡胶金属复合垫片的测试结果硫磺硫化体系过氧化物硫化体系复合硫化体系硫化体系测试项目实验结果接受标准划格实验实验前附着力等级 级 级 级涂层厚度附着力（交叉划格试验）铅笔硬度涂层耐冲力硫化胶低温脆性温度 级 级 油实验，外观变化附着力无变化 级无变化 级无变化 级 质量变化 外观变化附着力质量变化颜色变浅 级颜色变浅 级颜色变浅 级燃油 实验，室温表面无裂纹、起泡、变色 级表面无裂纹、起泡、变色 级垫片外观耐热性 耐冷却液实验，沸腾 回流外观变化附着力质量变化无变化 级无变化 级无变化 级实验后附着力实验后铅笔硬度表面无橘皮、起泡、起皱 级外观无明显变化 油实验 实验后附着力实验后铅笔硬度 质量变化率 级不同硫化体系的硫化胶的各项性能 都 不 同，从 表 中 可 看出 种硫化体系下涂层的附着力过氧化物硫化体系和 复 合 硫 化体系能达到 级，硫磺硫化体系的附着力也 能 达 到 级；过 氧化物硫化体系和复合硫化体系的耐温性能明显比其它 两 种 硫化体系要好；在 油 实 验 中，各种硫化体系下都能 表现出良好的耐油性能，这是因为丁腈橡胶 是 一 种 耐 油性良好的胶种，自身的耐油性很好；在 燃 油 实 验 后，涂 层 颜色变浅，说明涂层中有一部分未硫化的物质被燃油 抽出， 但从质量变化可以知道只有过氧化物硫化体系和复合硫 化 体 系的质量变化率是在可接受范围内（质量变化 率 ），而 复 合硫化体系的抽出率小于过氧化物硫化体系；耐 冷 却 液 实 验 中，复合硫化体系的质量变化范围最小，附 着力等级保持不 变，而过氧化物硫化体系的质量变化较大，且附着力 等 级 降 到 级，说明过氧化物硫化体系的溶胀率较高，在 长 时 间 的 水 煮 条件下，附着力 越 来 越 差。 以上各种测试结 果表明复合硫化 体系和过氧化物硫化体系的剪切强度、耐温性能、耐 液 体 性 能 都比较好，复合硫化体的耐温、耐液体实验结果略优 于 过 氧 化 物硫化体系系，最终确定采用复合硫化体系。颜色变浅，无其他变化 级表面无橘皮、起泡、起皱 级外观燃料 实验室温实验后附着力实验后铅笔硬度 质量变化率表面无橘皮、起泡、起皱防冻液（乙二醇 水）沸腾回流外观无明显变化实验后附着力实验后铅笔硬度 质量变化率级级份；增塑剂 份；防老剂 份；溶剂 份；垫片的施工工艺为：用清洗液（脱脂液）浸泡金属板材，然 后 由 清 洗 机清洗、烘干 后，采用喷涂或浸涂方式将 涂料施工于板材表 面，然后放入烘箱中 ，取出冷却，最后经冲压、裁 切成型。本试验制得 的 丁 腈 橡 胶金属复合垫片 可应用于空调压 缩机、空压机、水泵密封垫以及摩托车汽缸 垫，且 已 由 多 家 密 封产品生产厂家批量采购生产，产 品 符 合 密 封 要 求。 丁 腈 橡 胶涂料以其优异的耐油、耐溶剂性能和较低的生 产 成 本，已 广 泛应用于各个领域。最佳配方的确定通过以上实验，丁腈橡胶涂料的最优化配 方 为：胶 种 选 用 丁腈橡胶 ，用 量 ，补 强 填 料 选 用 炭 黑 与 热 固 性酚醛树脂的配 合，用 量 都 为 份，硫 化 体系采用复合硫化 体系，硫磺硫化剂 促进剂 促进剂 分别为 份、 份、 份、 份，其他助剂为氧化锌 份、硬脂酸 份；增塑 剂 份；防老剂 份；溶剂 份。参考文献 谢遂 志橡 胶 工 业 手 册 （第 一 分 册）北 京：化 学 工 业 出 版社， 汪多仁世界橡胶工业，（）：， 秦怀 德 译合 成 橡 胶 （第 二 版 ）北 京：中国石化出版社，复合垫片的制备及性能测试结果金属板材经清洗 液 （脱 脂 液）浸 泡、清 洗 机 清