一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及密封圈材料技术领域，具体为一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料及其制备方法。


背景技术：

2.发动机是汽车的动力装置，由2大机构5大系组成：曲柄连杆机构、配气机构、冷却系、燃料供给系、润滑系、点火系、启动系组成，但是柴油机比汽油机少一个点火系统。
3.1.冷却系：一般由水箱、水泵、散热器、风扇、节温器、水温表和放水开关等组成。汽车发动机采用两种冷却方式，即空气冷却和水冷却。一般汽车发动机多采用水冷却。
4.2.润滑系：发动机润滑系由机油泵、集滤器、机油滤清器、油道、限压阀、机油表、感压塞及油尺等组成。
5.3.燃油供给系：
6.汽油机燃油系统包括汽油箱、汽油表、汽油管、汽油滤清器、汽油泵、化油器、空气滤清器等。
7.发动机上多个系统内均会用到密封圈来提高系统密封性能，密封圈材料的选择对其工作寿命具有明显的影响，密封圈材料的性能直接影响密封圈的使用性能，市场上常见的密封圈为橡胶和硅胶材质。
8.然而现有的密封圈材料的阻燃性能相对较差，导致其在高温环境下工作时的寿命会大幅度的降低。
9.基于此，我们提出了一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，希冀解决现有技术中的不足之处。


技术实现要素：

10.(一)解决的技术问题
11.针对现有技术的不足，本发明提供了一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料及其制备方法。
12.(二)技术方案
13.为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：
14.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，包括以下成分组成：
15.丁腈橡胶70-75份、硬脂酸1-3份、硫化剂1-1.5份、促进剂0.8-1.2份、氧化锌3-6份、有机硅10-15份、复合阻燃剂30-38份、发泡剂2-4份、树脂助剂5-7份。
16.高饱和丁腈橡胶由乙烯一丙烯腈共聚法制成；
17.作为进一步的技术方案，所述复合阻燃剂制备方法为：
18.(1)将氢氧化镁与硼酸锌进行混合后，然后再进行研磨，得到混合粉料；
19.(2)将步骤(1)制备得到的混合粉料添加到去离子水中，搅拌均匀，得到混合浆液；
20.(3)将混合浆液温度加热至60-70℃，保温10min，然后再添加油酸钠与马来酸钠，
继续保温搅拌3小时，然后进行抽滤，采用去离子水清洗10min，然后再进行干燥，得到预处理混合料；
21.(4)将步骤(3)制备得到的预处理混合料添加到乙醇溶液中，然后再添加的甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈，在惰性气体保护下，搅拌反应5小时，然后进行抽滤，采用去离子水进行清洗，干燥，得到复合阻燃剂。
22.作为进一步的技术方案，步骤(1)中所述氢氧化镁与硼酸锌混合质量比为3:1；
23.所述研磨的转速为2000r/min；
24.其中，研磨的时间为1小时；
25.混合粉料粒度为500目。
26.作为进一步的技术方案：步骤(2)所述混合粉料、离子水混合质量比为1-2:6。
27.作为进一步的技术方案：步骤(3)所述油酸钠与马来酸钠、混合浆液混合质量比为2-3:1:30。
28.作为进一步的技术方案，步骤(4)所述预处理混合料、乙醇溶液混合质量比为1:15；
29.其中，乙醇溶液质量分数为50％；
30.预处理混合料、甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈混合质量比为30:0.8:0.05；
31.所述惰性气体为氮气。
32.作为进一步的技术方案，所述丁腈橡胶为高饱和丁腈橡胶。
33.作为进一步的技术方案，所述硫化剂为硫磺；
34.所述促进剂为dtdm；
35.所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
36.作为进一步的技术方案，所述有机硅为硅油；
37.所述树脂助剂为氢化松香季戊四醇酯。
38.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料的制备方法，包括：
39.将丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂进行混合后，然后再加入密炼机混炼均匀，密炼温度为145℃，时间为18min，然后进行出料、冷却，停放5h以上，得胶料；
40.将胶料在平板硫化仪上返炼得到橡胶材料；
41.返炼条件为温度168℃，压力12mpa，返炼时间15min。
42.(三)有益效果
43.与现有技术相比，本发明提供了一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，具备以下有益效果：
44.本发明的通过通入复合阻燃剂，能够大幅度的提高了制备的阻燃橡胶密封圈材料的阻燃性能，本发明制备的复合阻燃剂替换了现有的有机阻燃剂，有机阻燃剂阻燃效果虽好，但是燃烧时会迅速产生大量的有毒气体和烟雾，会严重破坏生态环境和危害人类身体健康，采用本发明制备的复合阻燃剂不仅能够提高橡胶密封圈材料的阻燃性能，同时，更加绿色环保，对生态环境不会产生危害。
45.直接引入氢氧化镁，虽然同样能够提高橡胶密封圈的阻燃性能，但是，其提高的阻燃效果有限，并且，直接引入氢氧化镁，其与橡胶材料之间的界面结合性能相对较弱，并且，
易于积聚，会造成密封圈材料的力学性能降低，因此，本发明通过以氢氧化镁与硼酸锌进行结合，并进行了特定处理，从而改善了二者与橡胶体系的结合性能，不仅能够提高橡胶密封圈的阻燃性能，同时，能够改善橡胶密封圈的力学性能，能够更好的应用与汽车发动机止回阀领域中。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.以下为具体实施例：
48.实施例1
49.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，包括以下成分组成：
50.高饱和丁腈橡胶70份、硬脂酸1份、硫磺1份、促进剂0.8份、氧化锌3份、硅油10份、复合阻燃剂30份、偶氮二甲酰胺2份、氢化松香季戊四醇酯5份。
51.高饱和丁腈橡胶由乙烯一丙烯腈共聚法制成；
52.复合阻燃剂制备方法为：
53.(1)将氢氧化镁与硼酸锌进行混合后，然后再进行研磨，得到混合粉料；氢氧化镁与硼酸锌混合质量比为3:1；
54.所述研磨的转速为2000r/min；
55.其中，研磨的时间为1小时；
56.混合粉料粒度为500目。
57.(2)将步骤(1)制备得到的混合粉料添加到去离子水中，搅拌均匀，得到混合浆液；混合粉料、离子水混合质量比为1:6。
58.(3)将混合浆液温度加热至60℃，保温10min，然后再添加油酸钠与马来酸钠，继续保温搅拌3小时，然后进行抽滤，采用去离子水清洗10min，然后再进行干燥，得到预处理混合料；油酸钠与马来酸钠、混合浆液混合质量比为2:1:30。
59.(4)将步骤(3)制备得到的预处理混合料添加到乙醇溶液中，然后再添加的甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈，在氮气保护下，搅拌反应5小时，然后进行抽滤，采用去离子水进行清洗，干燥，得到复合阻燃剂。预处理混合料、乙醇溶液混合质量比为1:15；
60.其中，乙醇溶液质量分数为50％；
61.预处理混合料、甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈混合质量比为30:0.8:0.05；
62.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料的制备方法，包括：
63.将丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂进行混合后，然后再加入密炼机混炼均匀，密炼温度为145℃，时间为18min，然后进行出料、冷却，停放5h以上，得胶料；
64.将胶料在平板硫化仪上返炼得到橡胶材料；
65.返炼条件为温度168℃，压力12mpa，返炼时间15min。
66.实施例2
67.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，包括以下成分组成：
68.高饱和丁腈橡胶72份、硬脂酸2份、硫磺1.2份、促进剂0.9份、氧化锌4份、硅油12份、复合阻燃剂33份、偶氮二甲酰胺2.5份、氢化松香季戊四醇酯5.2份。
69.高饱和丁腈橡胶由乙烯一丙烯腈共聚法制成；
70.复合阻燃剂制备方法为：
71.(1)将氢氧化镁与硼酸锌进行混合后，然后再进行研磨，得到混合粉料；氢氧化镁与硼酸锌混合质量比为3:1；
72.所述研磨的转速为2000r/min；
73.其中，研磨的时间为1小时；
74.混合粉料粒度为500目。
75.(2)将步骤(1)制备得到的混合粉料添加到去离子水中，搅拌均匀，得到混合浆液；混合粉料、离子水混合质量比为1.2:6。
76.(3)将混合浆液温度加热至65℃，保温10min，然后再添加油酸钠与马来酸钠，继续保温搅拌3小时，然后进行抽滤，采用去离子水清洗10min，然后再进行干燥，得到预处理混合料；油酸钠与马来酸钠、混合浆液混合质量比为2.8:1:30。
77.(4)将步骤(3)制备得到的预处理混合料添加到乙醇溶液中，然后再添加的甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈，在氮气保护下，搅拌反应5小时，然后进行抽滤，采用去离子水进行清洗，干燥，得到复合阻燃剂。预处理混合料、乙醇溶液混合质量比为1:15；
78.其中，乙醇溶液质量分数为50％；
79.预处理混合料、甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈混合质量比为30:0.8:0.05；
80.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料的制备方法，包括：
81.将丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂进行混合后，然后再加入密炼机混炼均匀，密炼温度为145℃，时间为18min，然后进行出料、冷却，停放5h以上，得胶料；
82.将胶料在平板硫化仪上返炼得到橡胶材料；
83.返炼条件为温度168℃，压力12mpa，返炼时间15min。
84.实施例3
85.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，包括以下成分组成：
86.高饱和丁腈橡胶74份、硬脂酸2份、硫磺1.3份、促进剂1份、氧化锌5份、硅油13份、复合阻燃剂35份、偶氮二甲酰胺3份、氢化松香季戊四醇酯6份。
87.高饱和丁腈橡胶由乙烯一丙烯腈共聚法制成；
88.复合阻燃剂制备方法为：
89.(1)将氢氧化镁与硼酸锌进行混合后，然后再进行研磨，得到混合粉料；氢氧化镁与硼酸锌混合质量比为3:1；
90.所述研磨的转速为2000r/min；
91.其中，研磨的时间为1小时；
92.混合粉料粒度为500目。
93.(2)将步骤(1)制备得到的混合粉料添加到去离子水中，搅拌均匀，得到混合浆液；混合粉料、离子水混合质量比为1.5:6。
94.(3)将混合浆液温度加热至66℃，保温10min，然后再添加油酸钠与马来酸钠，继续保温搅拌3小时，然后进行抽滤，采用去离子水清洗10min，然后再进行干燥，得到预处理混合料；油酸钠与马来酸钠、混合浆液混合质量比为2.5:1:30。
95.(4)将步骤(3)制备得到的预处理混合料添加到乙醇溶液中，然后再添加的甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈，在氮气保护下，搅拌反应5小时，然后进行抽滤，采用去离子水进行清洗，干燥，得到复合阻燃剂。预处理混合料、乙醇溶液混合质量比为1:15；
96.其中，乙醇溶液质量分数为50％；
97.预处理混合料、甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈混合质量比为30:0.8:0.05；
98.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料的制备方法，包括：
99.将丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂进行混合后，然后再加入密炼机混炼均匀，密炼温度为145℃，时间为18min，然后进行出料、冷却，停放5h以上，得胶料；
100.将胶料在平板硫化仪上返炼得到橡胶材料；
101.返炼条件为温度168℃，压力12mpa，返炼时间15min。
102.实施例4
103.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，包括以下成分组成：
104.高饱和丁腈橡胶75份、硬脂酸3份、硫磺1.5份、促进剂1.2份、氧化锌6份、硅油15份、复合阻燃剂38份、偶氮二甲酰胺4份、氢化松香季戊四醇酯7份。
105.高饱和丁腈橡胶由乙烯一丙烯腈共聚法制成；
106.复合阻燃剂制备方法为：
107.(1)将氢氧化镁与硼酸锌进行混合后，然后再进行研磨，得到混合粉料；氢氧化镁与硼酸锌混合质量比为3:1；
108.所述研磨的转速为2000r/min；
109.其中，研磨的时间为1小时；
110.混合粉料粒度为500目。
111.(2)将步骤(1)制备得到的混合粉料添加到去离子水中，搅拌均匀，得到混合浆液；混合粉料、离子水混合质量比为2:6。
112.(3)将混合浆液温度加热至70℃，保温10min，然后再添加油酸钠与马来酸钠，继续保温搅拌3小时，然后进行抽滤，采用去离子水清洗10min，然后再进行干燥，得到预处理混合料；油酸钠与马来酸钠、混合浆液混合质量比为3:1:30。
113.(4)将步骤(3)制备得到的预处理混合料添加到乙醇溶液中，然后再添加的甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈，在氮气保护下，搅拌反应5小时，然后进行抽滤，采用去离子水进行清洗，干燥，得到复合阻燃剂。预处理混合料、乙醇溶液混合质量比为1:15；
114.其中，乙醇溶液质量分数为50％；
115.预处理混合料、甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈混合质量比为30:0.8:0.05；
116.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料的制备方法，包括：
117.将丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂进行混合后，然后再加入密炼机混炼均匀，密炼温度为145℃，时间为18min，然后进行出料、冷却，停放5h以上，得胶料；
118.将胶料在平板硫化仪上返炼得到橡胶材料；
119.返炼条件为温度168℃，压力12mpa，返炼时间15min。
120.对比例1：
121.在实施例1基础上，调整原料，不添加复合阻燃剂，其余技术方案保持不变。
122.对比例2：
123.在实施例1基础上，调整原料，将复合阻燃剂替换为等量的氢氧化镁，其余技术方案保持不变。
124.试验：
125.对实施例与对比例试样采用相同工艺加工成相同规格的密封圈，进行拉伸强度检测(拉伸强度按照gb/t528-2009进行测试)；
126.表1
[0127] 拉伸强度mpa实施例11.35实施例21.28实施例31.29实施例41.30对比例11.01对比例21.12
[0128]
由表1可以看出，本发明制备的密封圈材料制成的密封圈具有更高的拉伸性能。
[0129]
对实施例材料的密度进行检测，对比：
[0130]
表2
[0131] 密度g/cm3实施例10.42实施例20.49实施例30.43实施例40.46
[0132]
由表2可以看出，本发明方法制备的密封圈材料具有更低的密度，相较于常规密封圈的普遍密度均在0.7g/cm3以上，具有明显的降低。
[0133]
对实施例与对比例材料进行阻燃性能检测，对比极限氧指数(参照gb/t 10707-2008)：
[0134]
表3
[0135] 极限氧指数％实施例125.3实施例225.8实施例324.6实施例424.9对比例116.5对比例219.3
[0136]
由表3可以看出，本发明制备的密封圈材料具有优异的阻燃性能。
[0137]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，包括以下成分组成：丁腈橡胶70-75份、硬脂酸1-3份、硫化剂1-1.5份、促进剂0.8-1.2份、氧化锌3-6份、有机硅10-15份、复合阻燃剂30-38份、发泡剂2-4份、树脂助剂5-7份。2.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，所述复合阻燃剂制备方法为：(1)将氢氧化镁与硼酸锌进行混合后，然后再进行研磨，得到混合粉料；(2)将步骤(1)制备得到的混合粉料添加到去离子水中，搅拌均匀，得到混合浆液；(3)将混合浆液温度加热至60-70℃，保温10min，然后再添加油酸钠与马来酸钠，继续保温搅拌3小时，然后进行抽滤，采用去离子水清洗10min，然后再进行干燥，得到预处理混合料；(4)将步骤(3)制备得到的预处理混合料添加到乙醇溶液中，然后再添加的甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈，在惰性气体保护下，搅拌反应5小时，然后进行抽滤，采用去离子水进行清洗，干燥，得到复合阻燃剂。3.根据权利要求2所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，步骤(1)中所述氢氧化镁与硼酸锌混合质量比为3:1；所述研磨的转速为2000r/min；其中，研磨的时间为1小时；混合粉料粒度为500目。4.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于：步骤(2)所述混合粉料、离子水混合质量比为1-2:6。5.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于：步骤(3)所述油酸钠与马来酸钠、混合浆液混合质量比为2-3:1:30。6.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，步骤(4)所述预处理混合料、乙醇溶液混合质量比为1:15；其中，乙醇溶液质量分数为50％；预处理混合料、甲基丙烯酸甲酯与偶氮二异丁腈混合质量比为30:0.8:0.05；所述惰性气体为氮气。7.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，所述丁腈橡胶为高饱和丁腈橡胶。8.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，所述硫化剂为硫磺；所述促进剂为dtdm；所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。9.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料，其特征在于，所述有机硅为硅油；所述树脂助剂为氢化松香季戊四醇酯。10.根据权利要求1所述的一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料的制备方法，其特征在于：包括：将丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂
进行混合后，然后再加入密炼机混炼均匀，密炼温度为145℃，时间为18min，然后进行出料、冷却，停放5h以上，得胶料；将胶料在平板硫化仪上返炼得到橡胶材料；返炼条件为温度168℃，压力12mpa，返炼时间15min。

技术总结
本发明涉及密封圈材料技术领域，且公开了一种低密度发泡膨胀阻燃橡胶密封圈材料及其制备方法，包括以下成分组成：丁腈橡胶、硬脂酸、硫化剂、促进剂、氧化锌、有机硅、复合阻燃剂、发泡剂、树脂助剂；本发明的通过通入复合阻燃剂，能够大幅度的提高了制备的阻燃橡胶密封圈材料的阻燃性能，本发明制备的复合阻燃剂替换了现有的有机阻燃剂，有机阻燃剂阻燃效果虽好，但是燃烧时会迅速产生大量的有毒气体和烟雾，会严重破坏生态环境和危害人类身体健康，采用本发明制备的复合阻燃剂不仅能够提高橡胶密封圈材料的阻燃性能，同时，更加绿色环保，对生态环境不会产生危害。对生态环境不会产生危害。


技术研发人员：项凯 杨珂 杨琦
受保护的技术使用者：安徽同丰橡塑工业有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/10/15