一種風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兆瓦級風(fēng)機旋轉(zhuǎn)密封用的膠料，屬于橡膠密封【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明制備的膠料由三元共聚的氯醚橡膠、聚醚混煉型聚氨酯橡膠、固體自潤滑材料及過氧化物硫化系統(tǒng)組成。具有耐低溫、耐磨、耐長期天侯老化，自潤滑性能好，對軸無磨損的特點，特別適于制造耐-40℃低溫的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)密封件；或者旋轉(zhuǎn)軸表面硬度不足HRC55的風(fēng)機密封件制造上或者拉伸裝配的風(fēng)機端面密封件的制造上。
【專利說明】一種風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橡膠密封【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料。
【背景技術(shù)】
[0002]一般歐洲國家風(fēng)電機組都是按IEC標準、II級風(fēng)況、-20-+40°C溫度范圍設(shè)計。中國在內(nèi)蒙古和西北部的風(fēng)廠冬季漫長，最低氣溫已達到_40°C，甚至更低。從風(fēng)機密封設(shè)計壽命上考慮，國外軸承公司曾在2004年提出了風(fēng)機密封件設(shè)計滿足20年使用壽命的需求，提出這個需求目的是避免跟傳統(tǒng)的環(huán)狀密封那樣在使用一段時間后需要更換密封件。將密封件做成剖分形式，解決了在線安裝之后，與主機同壽命的20年的密封設(shè)計需求就沒有必要了?！讹L(fēng)機軸承密封用夾布油封的研制》(橡膠工業(yè)，2012年9期)一文中采用普通丁腈橡膠雖然可以滿足耐低溫要求，但在實際應(yīng)用中，由于丁腈橡膠是不飽和橡膠，很容易發(fā)生老化硬化，尤其是用于拉伸裝配的端面密封(拉伸比6-12%)時候，實際工作2年就出現(xiàn)裂紋，完全不能滿足較長工作壽命的要求。越來越多的新風(fēng)場將位于氣候條件惡劣且交通不便利的偏遠地方。風(fēng)機主流機型已由1.5MW逐漸向2.0MW,3.0MW過渡，海上已裝配5.0MW、6.0MW的風(fēng)機。風(fēng)機尺寸不斷增 大要求風(fēng)場運營商增加資金投入，一旦風(fēng)機發(fā)生密封故障運營商的損失也更大。
[0003]安裝旋轉(zhuǎn)密封件軸的材質(zhì)、硬度、加工方法等密封性能均有顯著的影響，通常要求主軸表面硬度大度HRC55以上，表面淬火深度不低于0.5mm。表面硬度不足的軸，容易導(dǎo)致被橡膠唇口磨損。當(dāng)出現(xiàn)潤滑不足時候，這種對軸的軸的磨損將更加嚴重。軸加工一般按照熱處理后鍍硬鉻層，磨削后再進行拋光處理。由于兆瓦級風(fēng)機主軸直徑在1000-4000mm之間，這種巨大軸的精細加工是非常困難的，硬度實現(xiàn)HRC55以上成本也是高昂的。主軸一旦出現(xiàn)磨損，將直接導(dǎo)致密封滲漏及嚴重泄露，此外更換新的密封件之后，密封唇對磨面將是被磨損的軸，密封件壽命也大大下降。在風(fēng)廠現(xiàn)場對磨損后主軸進行二次加工打磨處理也是一件非常困難和麻煩事情。因此，開發(fā)含有固體自潤滑材料的橡膠材料，保障在干摩擦或者軸硬度不走的時候也不出現(xiàn)磨損，是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料。該膠料由三元共聚的氯醚橡膠、聚醚混煉型聚氨酯橡膠、固體自潤滑材料及過氧化物硫化系統(tǒng)組成，該膠料具有耐低溫、耐磨損、耐長期天侯老化，自潤滑性能好，對軸無磨損的特點，特別適于制造耐_40°C低溫的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)密封件；或用于旋轉(zhuǎn)軸表面硬度不足HRC55的風(fēng)機密封件制造上(如夾布油封，骨架油封)或者拉伸裝配的風(fēng)機端面密封(如水封)的制造上。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的再一目的在于提供上述風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料，由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成:三元共聚氯醚橡膠(GECO) 70-85份、聚醚混煉型聚氨酯橡膠(MPU)15-30份、硬脂酸1.0-2.0份、2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體(防老劑RD)1.0-
2.0份、N, N- 二正丁基二硫代氨基甲酸鎳(防老劑NBC) 1.0-2.0份、硬脂酸鉀1.0-2.0份、氧化鈣1.0-2.0份、自潤滑材料15-20份、炭黑30-50份、填充劑O-30份、聚己二酸酯(Paraplex A_8000)5-15份、過氧化物1.5-3.0份、N，N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺(HVA-2)1.5-2.5份、4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶_1_氧自由基(阻聚劑ZJ-701 )0.2-0.3 份。
[0008]所述的三元共聚氯醚橡膠(GECO)是由環(huán)氧氯丙烷(ECH)、環(huán)氧乙烷(E0)、烯丙基縮水甘油醚(AGE)共聚而成，優(yōu)選為日本Zeon公司的Hydrin T3102、T3105 ；
[0009]所述的聚醚混煉型聚氨酯橡膠(MPU)是采用聚醚多元醇與4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)為主體原料合成的具有不飽和結(jié)構(gòu)的橡膠，優(yōu)選為廣州華工百川科技股份有限公司的URlOl ；
[0010]所述的自潤滑材料為粒徑在2-4μπι石墨或粒徑在2-5μπι聚四氟乙烯微粉中至少一種；石墨優(yōu)選上海膠體化工廠的#0、#1石墨，聚四氟乙烯微粉優(yōu)選日本大金公司L-5F ；
[0011]所述的炭黑優(yōu)選為Ν774或Ν550中的至少一種；
[0012]所述的填充劑優(yōu)選為硅藻土、硫酸鋇、碳酸鈣或滑石粉中的至少一種；
[0013]所述的聚己二酸酯優(yōu)選為Paraplex Α-8000 ；
[0014]所述的過氧化物為1，1-二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷(3Μ)、過氧化二異丙苯(DCP)、雙叔丁基過氧化二異丙基苯(BIPB)或2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷(雙2，5)中的一種。
[0015]在本發(fā)明中，選用GECO的目的一方面利用其優(yōu)良的耐油和耐低溫性能的平衡性，另一方面通過引入AGE,進一步改善橡膠耐臭氧性能,耐天侯老化性能,文獻表明，當(dāng)AGE摩爾含量從O提高10%時候，耐50pphm臭氧出現(xiàn)第一個裂紋時間從50h提高到300h。引入AGE還可以使得三元共聚的氯醚橡膠側(cè)鏈上引入了雙鍵，橡膠就獲得過氧化物硫化的能力。使用過氧化物交聯(lián)，硫化溫度由過氧化物分解溫度決定，比較容易控制，比起鉛鹽/ETU來具有硫化速度快，污染腐蝕小的優(yōu)點，比起三嗪硫化體系具有硫化溫度低，硫化時間短的特點。過氧化物硫化比較容易獲得較低的壓縮永久變形，這對密封件來說也是非常重要指標之一。另外一個重要原因是采用過氧化物便于與并用的聚氨酯橡膠共交聯(lián)。以上幾個方面性能的共同需求就是本發(fā)明必須選用含AGE單體的三元共聚的氯醚橡膠的原因。
[0016]共聚型氯醚橡膠是目前兼有耐油、耐寒性、耐老化最好的一個膠種，但它也有物理機械性能不高、耐磨差、加工過程中容易粘輥、粘模等缺陷。本發(fā)明為了克服這些缺陷，并用了聚醚混煉型聚氨酯橡膠(MPU)，它生膠具有不飽和結(jié)構(gòu)，可選用過氧化物硫化，一方面利用過氧化物硫化膠低溫下壓縮耐寒性更好的特點，一方面也實現(xiàn)與過氧化物硫化的GECO共硫化的目的。MPU具有極佳的耐磨性能，能達到普通橡膠的3-10倍，這樣就彌補了 GECO耐磨性能不足的缺點，滿足旋轉(zhuǎn)密封摩擦磨損性能的需要；此外MPU優(yōu)良的力學(xué)性能可彌補GECO強度不足的特點；聚醚混煉型聚氨酯優(yōu)良的耐油性能、耐老化性能、耐臭氧性能、優(yōu)異的耐水解性能、耐低溫性能等方面與GECO相近，不會損害GECO這些方面的性能。
[0017]本發(fā)明選用粒徑在2-4 μ m石墨或粒徑在2-5μπι聚四氟乙烯微粉作為固體自潤滑材料。從混煉膠加工角度講，利用自潤滑材料良好抗粘性特點，改善了 GECO容易粘輥、粘模的特性，提高產(chǎn)品合格率。從硫化膠性能上講，利用自潤滑材料極好的自潤滑性、高耐候性、抗老化性、抗劃痕、耐刮傷、磨擦系數(shù)低等特性，極大的改善了硫化橡的性能，賦予硫化膠在潤滑不良情況下或者軸硬度不高的情況下也不出現(xiàn)磨軸的問題。
[0018]本發(fā)明選用的Parap I ex A-8000是一種低分子聚酯，與其它聚合體增塑劑相比，它具有最佳的耐低溫性能。此外A-8000還可以提供比單體增塑劑更佳的抗揮發(fā)性和抗遷移性能。通過A-8000使用進一步改善膠料的耐低溫性能。
[0019]本發(fā)明選用交聯(lián)體系為過氧化物/HVA-2/ZJ701組合，選用這一組合目的在于氯醚橡膠通常需要在較高溫度下(如150°C)進行二次硫化方可獲得最佳的壓縮永久變形性能，但是由于并用耐熱等級只有80°C的MPU，高溫下二次硫化會導(dǎo)致MPU降解，性能下降。所以在硫化體系設(shè)計上就必須采用高速硫化方式，這種高速硫化方式可賦予硫化膠不經(jīng)二次硫化就獲得極佳的交聯(lián)密度和耐壓縮永久變形性能。HVA-2是交聯(lián)助劑中的一類助劑，具有最快的硫化速度和最低的耐壓縮永久變形特性；使用阻聚劑的目的是保證在獲得高速硫化同時尚具有足夠的焦燒時間。本發(fā)明選用的這一交聯(lián)體系組合在GEC0/MPU共混膠中兼具了快速硫化、低壓縮永久變形和足夠加工安全時間的特點。
[0020]所述風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的在制備方法，其制備步驟如下:
[0021](I)常溫下依次向密煉機中加入三元共聚氯醚橡膠(GECO) 70-85份，聚醚混煉型聚氨酯橡膠(MPU) 15-30份，硬脂酸1.0-2.0份，2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體(防老劑RD) 1.0-2.0份，N, N- 二正丁基二硫代氨基甲酸鎳(防老劑NBC) 1.0-2.0份，硬脂酸鉀1.0-2.0份，氧化鈣1.0-2.0份和自潤滑材料15-20份，混煉2分鐘，加入炭黑30-50份，混煉4分 鐘，加入填充劑O-30份和聚己二酸酯5-15份，混煉溫度達到130°C排膠，靜止24小時以上，得到一段混煉膠；
[0022](2)向步驟(I)制備的一段混煉膠中加入過氧化物1.5-3.0份，N，N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺(HVA-2) 1.5-2.5份和4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基(阻聚劑ZJ-70D0.2-0.3份，從室溫開始，混煉90秒，溫度達到105°C排膠，得到二段混煉膠，即得風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料。
[0023]所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料在制造耐_40°C低溫的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)密封件、制造旋轉(zhuǎn)軸表面硬度不足HRC55的風(fēng)機密封件或者制造拉伸裝配的風(fēng)機端面密封件中應(yīng)用。
[0024]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
[0025]( I)膠料加工性能良好。通過并用MPU及使用固體潤滑劑克服氯醚橡膠容易粘附模具、開煉機輥通的缺點；通過過氧化物/HVA-2/ZJ701交聯(lián)體系設(shè)計，滿足了大型制品需要較長焦燒時間的需求。
[0026](2)膠料耐寒與耐油平衡性能好，具有極佳的耐臭氧、天侯老化性能。通過選用耐低溫、耐油的GEC0/MPU并用，在獲得耐寒同時仍具有極佳耐油性能，比起耐寒的低丙烯腈含量的丁腈橡膠，耐油性能明顯改善，耐臭氧耐長期老化性能大大提升。比起低丙烯腈含量的氫化丁腈，成本下降60%，耐油性能提高，耐低溫性能降低10°C左右。
[0027](3)膠料具有極佳的摩擦磨損特性，即使在干摩擦或者軸硬度不足情況下，也不會產(chǎn)品磨軸問題，保證了軸壽命，為主機在20年壽命周期內(nèi)，后續(xù)替換的密封件有一個良好的對磨面和穩(wěn)定的工作條件?！揪唧w實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]實施例和對比例按照以下方法制備:
[0030]( I)橡膠混煉膠的制備方法[0031 ] (I)橡膠混煉膠的制備方法
[0032]橡膠混煉膠采用佰弘機械(上海)有限公司的ML-1.5L密煉機生產(chǎn)，加料順序為生膠、小料混煉2分鐘，加入炭黑常溫混煉4分鐘，加入增塑劑和填充劑混煉溫度達到130°C排膠，靜置24小時以上，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及剩余組分加入ML-1.5L密煉機中，從室溫開始混煉約90秒，溫度達到105°C時排膠得到混煉膠。0U-1、0U-2和0U-3三組實施例的成份的量和具體加樣順序見表I。同時表I中也給出了三組對比實施例C-l、C-2和C-3的加樣量和加樣順序。
[0033]實用配方重量為表I中基本配方質(zhì)量份數(shù)乘以1.5L密煉機使用倍數(shù)。
[0034](2)試片、試樣的制備:在50噸平板硫化機上150°C硫化10分鐘；HC_2是180°C硫化10分鐘。
[0035]表1:實施例和對比實施例(單位:質(zhì)量份數(shù))
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料，其特征在于由下述質(zhì)量份數(shù)的成分組成:三元共聚氯醚橡膠70-85份、聚醚混煉型聚氨酯橡膠15-30份、硬脂酸1.0-2.0份、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體1.0-2.0份、N, N- 二正丁基二硫代氨基甲酸鎳1.0-2.0份、硬脂酸鉀1.0-2.0份、氧化鈣1.0-2.0份、自潤滑材料15-20份、炭黑30-50份、填充劑O-30份、聚己二酸酯5-15份、過氧化物1.5-3.0份、N, N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺1.5-2.5份、4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基0.2-0.3份； 所述的三元共聚氯醚橡膠是由環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧乙烷、烯丙基縮水甘油醚共聚而成； 所述的聚醚混煉型聚氨酯橡膠是采用聚醚多元醇與4，4’ - 二苯甲烷二異氰酸酯為主體原料合成的具有不飽和結(jié)構(gòu)的橡膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料，其特征在于:所述的三元共聚氯醚橡膠為日本Zeon公司的Hydrin T3102或T3105 ； 所述的聚醚混煉型聚氨酯橡膠為廣州華工百川科技股份有限公司的UR101。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料，其特征在于:所述的自潤滑材料為粒徑2-4 μ m 石墨或粒徑2-5 μ m聚四氟乙烯微粉中至少一種； 所述的炭黑為N774或N550中的至少一種； 所述的填充劑為硅藻土、硫酸鋇、碳酸鈣或滑石粉中的至少一種； 所述的聚己二酸酯為Paraplex A-8000 ； 所述的過氧化物為1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷、過氧化二異丙苯、雙叔丁基過氧化二異丙基苯或2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料，其特征在于:所述的石墨為上海膠體化工廠的#0、#1石墨； 所述的聚四氟乙烯微粉為日本大金公司的L-5F。
5.權(quán)利要求1-4任一項所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制備方法，其特征在于制備步驟如下: (O常溫下依次向密煉機中加入三元共聚氯醚橡膠70-85份，聚醚混煉型聚氨酯橡膠15-30份，硬脂酸1.0-2.0份，2，2，4-三甲基-1,2-二氫化喹啉聚合體1.0-2.0份，N，N- 二正丁基二硫代氨基甲酸鎳1.0-2.0份，硬脂酸鉀1.0-2.0份，氧化鈣1.0-2.0份和自潤滑材料15-20份，混煉2分鐘，加入炭黑30-50份，混煉4分鐘，加入填充劑O-30份和聚己二酸酯5-15份，混煉溫度達到130°C排膠，靜止，得到一段混煉膠； (2)向步驟(I)制備的一段混煉膠中加入過氧化物1.5-3.0份，N，N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺1.5-2.5份和4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基0.2-0.3份，混煉約90秒，溫度達到105°C時排膠，得到二段混煉膠，即兆瓦級風(fēng)機旋轉(zhuǎn)密封用的膠料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制備方法，其特征在于:所述的三元共聚氯醚橡膠是由環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧乙烷、烯丙基縮水甘油醚共聚而成； 所述的聚醚混煉型聚氨酯橡膠是采用聚醚多元醇與4，4’ - 二苯甲烷二異氰酸酯為主體原料合成的具有不飽和結(jié)構(gòu)的橡膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制備方法，其特征在于:所述的三元共聚氯醚橡膠為日本Zeon公司的Hydrin T3102或T3105 ； 所述的聚醚混煉型聚氨酯橡膠為廣州華工百川科技股份有限公司的UR101。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制備方法，其特征在于:所述的自潤滑材料為粒徑為2-4 μ m的石墨或粒徑為2-5 μ m的聚四氟乙烯微粉中至少一種； 所述的炭黑為N774或N550中的至少一種； 所述的填充劑為硅藻土、硫酸鋇、碳酸鈣或滑石粉中的至少一種； 所述的聚己二酸酯為Paraplex A-8000 ； 所述的過氧化物為1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷、過氧化二異丙苯、雙叔丁基過氧化二異丙基苯或2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料的制備方法，其特征在于:所述的石墨為上海膠體化工廠的#0、#1石墨； 所述的聚四氟乙烯微粉為日本大金公司的L-5F。
10.權(quán)利要求1-4任一項所述的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)軸密封用的膠料在制造耐-40°c低溫的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)密封件、制造旋轉(zhuǎn)軸 表面硬度不足HRC55的風(fēng)機密封件或者制造拉伸裝配的風(fēng)機端面密封件中應(yīng)用。
【文檔編號】C08L75/08GK103450655SQ201310349219
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】肖風(fēng)亮, 王勇, 陳翔 申請人:廣州機械科學(xué)研究院有限公司