一種動密封用橡膠組合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動密封用橡膠組合物及其制備方法，屬于動密封【技術領域】。本發(fā)明提供了一種高性能動密封橡膠組合物材料，本發(fā)明的橡膠組合物具有高硬度、高強度，以及良好的低溫動態(tài)性能，適合應用于航天型號發(fā)動機氣動控制閥門內(nèi)部作為動密封結構材料；選用有機硅彈性體橡膠為了使所制備的橡膠組合物具有良好的低溫性能；無機填料用于增強橡膠組合物的硬度和強度；選用多元烯烴衍生物作為交聯(lián)劑為了使有機硅彈性體橡膠分子鏈良好的結合在一起；對橡膠進行硫化交聯(lián)，用于提高橡膠的整體機械強度。
【專利說明】一種動密封用橡膠組合物及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種動密封用橡膠組合物及其制備方法，該組合物用于航天型號發(fā)動 機氣動控制閥門內(nèi)部作為動密封結構材料，屬于動密封【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 隨著航天技術的不斷進步，航天型號的飛行速度在逐漸加快，對發(fā)動機的性能要 求越來越高。同樣，發(fā)動機的發(fā)展需要得到配套材料技術的支持才能得以實現(xiàn)。
[0003] 航天型號發(fā)動機對氣動閥門的動作工況要求比較苛刻，氣動壓力一般在5MPa以 上，常溫動作次數(shù)大于30次，在低溫-80°C動作次數(shù)不低于5次，而且要求動作完畢后密封 件不能發(fā)生撕裂、掉塊等破壞現(xiàn)象。
[0004] 現(xiàn)有密封材料的種類比較多，金屬、塑料、橡膠等材料在不同情況下均有可能作為 密封材料。由于氣動閥門中的密封介質為氣體，密封方式屬于動密封工況，金屬和塑料密封 材料在往復運動環(huán)境下的氣體密封性能不好，所以應選擇橡膠作為密封材料。
[0005] 不同種類的橡膠其工作溫度范圍也不一樣：丁基橡膠為-40?+170°C，氯丁橡膠 為-30?+KKTC，丁腈橡膠為-60?+130°C，乙丙橡膠為-40?+150°C，氟橡膠為-40? +250°C，硅橡膠為-100?+250°C。只有硅橡膠能夠滿足_80°C的工作溫度要求，但是常用硅 橡膠的強度相對較低，無法滿足常溫下5MPa以上的氣體動密封工況要求，因此必須研制同 時具有較高強度和良好低溫性能的高性能硅橡膠材料以滿足航天型號的發(fā)動機應用需求。
[0006] 蘇正濤等人對乙烯基硅橡膠和苯基含量分別為4. 5%和15%的硅橡膠組合物性 能進行了研究，結果表明乙烯基硅橡膠在_60°C壓縮耐寒系數(shù)僅為0. 26,而苯基硅橡膠的 壓縮耐寒值大于〇. 7,顯示出良好的低溫性能[蘇正濤、錢黃海、米志安等，苯基硅橡膠的動 態(tài)性能研究，世界橡膠工業(yè)，2005, vol. 32 (8) :3?4]。但是由于所制備苯基硅橡膠的硬度 較低，不適宜作為常溫或高溫下的高壓氣體動密封材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種動密封用橡膠組合物及 其制備方法。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0009] 本發(fā)明的一種動密封用橡膠組合物，該組合物包括有機硅彈性體、無機填料、多元 烯烴衍生物和交聯(lián)引發(fā)劑；以有機硅彈性體的質量份數(shù)為100份計算，無機填料的質量份 數(shù)為10-100份，多元烯烴衍生物的質量份數(shù)為1-20份，交聯(lián)引發(fā)劑的質量份數(shù)為1-20份；
[0010] 所述的有機娃彈性體為甲基乙稀基娃氧燒、甲基苯基娃氧燒、甲基苯基乙稀基娃 氧燒、-苯基娃氧燒、-乙基娃氧燒中的一種或兩種以上的混合物；其中，從提商橡I父組合 物強度的角度來看，選擇甲基苯基乙烯基硅氧烷更適合。優(yōu)選分子量為55?70萬，苯基含 量為4%?8% (mol.)的甲基苯基乙烯基硅氧烷。苯基含量過低會降低橡膠組合物的強度 和低溫性能，苯基含量過高會降低橡膠組合物的加工性能。 toon] 所述的無機填料作為增強填料，無機填料為噴霧炭黑、高耐磨炭黑、沉淀法白炭 黑、高補強白炭黑、代槽爐黑、氣相法白炭黑、天然氣槽黑、陶土、硅藻土中的一種或兩種以 上的混合物；從提高橡膠組合物的硬度、強度，以及工藝加工性的角度出發(fā)，優(yōu)選氣相法白 炭黑、高補強白炭黑和噴霧炭黑三種填料的混合物；
[0012] 以有機硅彈性體橡膠為100重量份，無機填料的混合量為10?100重量份。無機 填料的混合量不足10重量份時，不能對橡膠組合物起到充分的補強效果，超過100重量份 時，加工性有劣化的傾向，并且嚴重影響橡膠組合物的低溫性能。優(yōu)選無機填料混合量的下 限為30重量份，更優(yōu)選45重量份，上限優(yōu)選100重量份，更優(yōu)選70質量份。
[0013] 所述的多元烯烴衍生物作為有機硅彈性體分子鏈的交聯(lián)劑；所述的多元烯烴衍生 物為三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異三聚氰酸酯、三甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯、二甲基丙 烯酸乙二醇酯中的一種或兩種以上的混合物；其中，從多元烯烴衍生物對有機硅彈性體分 子鏈的結合效果，以及工藝操作性上看，優(yōu)選三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異三聚氰酸酯。 進一步，從對交聯(lián)引發(fā)劑的活化促進作用來看，特別優(yōu)選三烯丙基異三聚氰酸酯。
[0014] 以有機硅彈性體橡膠為100重量份，交聯(lián)劑的添加量優(yōu)選1?20重量份，更優(yōu)選 1?10重量份。交聯(lián)劑相對于無機填料的使用量優(yōu)選1. 5?7. 2wt%。
[0015] 所述的交聯(lián)引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、過氧化雙對氯苯甲酰、過氧化二異丙苯、1， 4-雙叔丁基過氧異丙苯、2, 5-_甲基-2, 5-_叔丁基過氧基_3-己塊、2, 5-_甲基-2, 5-_. (過氧化苯甲酸）己烷、2, 5-雙（特丁基過氧化）-2, 5-二甲基己烷或這些過氧化物的中 兩種以上的混合物。從提高有機硅彈性體分子鏈上雙鍵的硫化反應速度，改善橡膠分子鏈 的交聯(lián)網(wǎng)絡結構，以及增強橡膠組合物的綜合性能的角度出發(fā)，優(yōu)選2, 5-雙（特丁基過氧 化）_2，5_二甲基己燒。
[0016] 以有機硅彈性體橡膠為100重量份，交聯(lián)引發(fā)劑的添加量優(yōu)選1?10重量份。交 聯(lián)引發(fā)劑相對于無機填料的使用量優(yōu)選4. 5?7. 2wt%。
[0017] 另外，無機填料的總數(shù)量優(yōu)選32. 7wt %?43. 5wt %，相對于橡膠組合物的數(shù)量。 其中，氣相法白炭黑的數(shù)量優(yōu)選30wt%?100wt%,相對于高補強白炭黑的數(shù)量；噴霧炭黑 的數(shù)量優(yōu)選2wt%?10wt%，相對于高補強白炭黑的數(shù)量；氣相法白炭黑和噴霧炭黑的總 數(shù)量優(yōu)選小于60wt%，相對于增強無機填料的總數(shù)量。
[0018] 本發(fā)明的橡膠組合物，除前述的有機硅彈性體、無機填料、多元烯烴衍生物、交聯(lián) 引發(fā)劑外，還可以添加多乙烯基硅油0. 5wt %?10. Owt %，相對于有機硅彈性體橡膠的數(shù) 量；或氧化鋅〇. 5wt %?5wt %，相對于有機娃彈性體橡膠的數(shù)量；或氧化鐵0. 5wt %? 5wt%，相對于有機硅彈性體橡膠的數(shù)量；或者是同時添加兩種或多種上述物質。
[0019] 本發(fā)明的橡膠組合物，可以采用如下方法制備：首先，將橡膠組合物各個組分按比 例分別進行稱量，按照一定順序加入雙輥開煉機中混合均勻，并薄通5-8遍出片；然后，將 制備的膠片按照模具內(nèi)腔形狀裁切后放入模具中，在熱硫化機上進行加熱加壓硫化，溫度 為160°C?180°C，時間為20-30分鐘，壓力為10?20MPa ;最后，將熱硫化好的樣品放入烘 箱進行加熱，溫度為200-220°C，時間為3-4小時。
[0020] 有益效果
[0021] 本發(fā)明提供了一種高性能動密封橡膠組合物材料，該材料在常溫下具有較高的硬 度和強度，可以用于高壓氣體的密封。同時，該材料在低溫_80°C仍具有0.3以上的壓縮耐 寒系數(shù)，可以滿足閥門等部位動靜密封的需求。
[0022] 本發(fā)明的橡膠組合物具有高硬度、高強度，以及良好的低溫動態(tài)性能，適合應用于 航天型號發(fā)動機氣動控制閥門內(nèi)部作為動密封結構材料；
[0023] 選用有機硅彈性體橡膠為了使所制備的橡膠組合物具有良好的低溫性能；
[0024] 無機填料用于增強橡膠組合物的硬度和強度；
[0025] 選用多元烯烴衍生物作為交聯(lián)劑為了使有機硅彈性體橡膠分子鏈良好的結合在 一起；
[0026] 對橡膠進行硫化交聯(lián)，用于提高橡膠的整體機械強度。

【具體實施方式】
[0027] 以下，基于實施例對本發(fā)明進行詳細的說明，本發(fā)明并不限于此。
[0028] 實施例1
[0029] 將表1中實施例1所示物質加入雙輥開煉機中混合均勻，并薄通5遍出片；然后， 將制備的膠片按照模具內(nèi)腔形狀裁切后放入模具中，在熱硫化機上進行加熱加壓硫化，溫 度為170°C，時間為20分鐘，壓力為lOMPa ;最后，將熱硫化好的樣品放入烘箱進行加熱，溫 度為200°C，時間為4小時，隨爐冷卻，得到測試試片。
[0030] 實施例2
[0031] 將表1中實施例2所示物質加入雙輥開煉機中混合均勻，并薄通5遍出片；然后， 將制備的膠片按照模具內(nèi)腔形狀裁切后放入模具中，在熱硫化機上進行加熱加壓硫化，溫 度為180°C，時間為20分鐘，壓力為15MPa ;最后，將熱硫化好的樣品放入烘箱進行加熱，溫 度為220°C，時間為3小時，隨爐冷卻，得到測試試片。
[0032] 對比例
[0033] 將表1中對比例所示物質加入雙輥開煉機中混合均勻，并薄通5遍出片；然后，將 制備的膠片按照模具內(nèi)腔形狀裁切后放入模具中，在熱硫化機上進行加熱加壓硫化，溫度 為170°C，時間為20分鐘，壓力為lOMPa ;最后，將熱硫化好的樣品放入烘箱進行加熱，溫度 為200°C，時間為4小時，隨爐冷卻，得到測試試片。
[0034] 表1以下單位均為g
[0035]

【權利要求】
1. 一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：該組合物包括有機硅彈性體、無機填料、多 元烯烴衍生物和交聯(lián)引發(fā)劑；以有機硅彈性體的質量份數(shù)為100份計算，無機填料的質量 份數(shù)為10-100份，多元烯烴衍生物的質量份數(shù)為1-20份，交聯(lián)引發(fā)劑的質量份數(shù)為1-20 份； 所述的有機硅彈性體為甲基乙烯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、甲基苯基乙烯基硅氧烷、 二苯基硅氧烷、二乙基硅氧烷中的一種或兩種以上的混合物； 所述的無機填料為噴霧炭黑、高耐磨炭黑、沉淀法白炭黑、高補強白炭黑、代槽爐黑、氣 相法白炭黑、天然氣槽黑、陶土、硅藻土中的一種或兩種以上的混合物； 所述的多元烯烴衍生物為三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異三聚氰酸酯、三甲基丙烯酸 三羥甲基丙烷酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種或兩種以上的混合物； 所述的交聯(lián)引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、過氧化雙對氯苯甲酰、過氧化二異丙苯、1，4_雙叔 丁基過氧異丙苯、2, 5- _甲基-2, 5- _叔丁基過氧基_3-己塊、2, 5- _甲基-2, 5- _(過 氧化苯甲酸）己烷、2,5_雙（特丁基過氧化）-2,5_二甲基乙烷中的一種或兩種以上的混合 物。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：有機硅彈性體為甲 基苯基乙烯基硅氧烷，其分子量為55?70萬，苯基的摩爾含量為4%?8%。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：無機填料為氣相法 白炭黑、高補強白炭黑和噴霧炭黑三種填料的混合物。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：以有機硅彈性體為 100重量份，無機填料的混合量為30?100重量份。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：以有機硅彈性體為 100重量份，無機填料的混合量優(yōu)選45?70重量份。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：以有機硅彈性體橡 膠為100重量份，多元烯烴衍生物的添加量為1?10重量份，多元烯烴衍生物與無機填料 的質量比為1. 5%?7. 2%。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：以有機硅彈性體橡 膠為100重量份，交聯(lián)引發(fā)劑的添加量為1?10重量份，交聯(lián)引發(fā)劑與無機填料的質量比 為 4. 5%?7. 2%。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：無機填料與動密封 用橡膠組合物質量比為32. 7%?43. 5%。
9. 根據(jù)權利要求8所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：無機填料為氣相 法白炭黑和高補強白炭黑的混合物，氣相法白炭黑與高補強白炭黑的質量比為30%? 100%。
10. 根據(jù)權利要求8所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：無機填料為噴霧炭 黑和高補強白炭黑的混合物，噴霧炭黑與高補強白炭黑的質量比為2%?10%。
11. 根據(jù)權利要求8所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：氣相法白炭黑和噴 霧炭黑的總質量與無機填料的質量比小于60%。
12. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：該組合物還包括多 乙烯基硅油，多乙烯基硅油與有機硅彈性體的質量比為0. 5%?10. 0%。
13. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：該組合物還包括氧 化鋅，氧化鋅與有機硅彈性體的質量比為0. 5 %?5%。
14. 根據(jù)權利要求1所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：該組合物還包括氧 化鐵，氧化鐵與有機硅彈性體的質量比為0. 5 %?5%。
15. 根據(jù)權利要求1-14中任一項所述的一種動密封用橡膠組合物，其特征在于：該組 合物還包括多乙烯基硅油、氧化鋅、氧化鐵中的兩種以上的混合物。
16. -種權利要求1-15中任一項所述的動密封用橡膠組合物的制備方法，其特征在 于：將橡膠組合物各個組分加入雙輥開煉機中混合均勻，并薄通出膠片；然后，將制備的膠 片按照模具內(nèi)腔形狀裁切后放入模具中，在熱硫化機上進行加熱加壓硫化，溫度為160°C? 180°C，時間為20-30分鐘，壓力為10?20MPa ;最后，將熱硫化好的樣品放入烘箱進行加 熱，溫度為200-220°C，時間為3-4小時。
【文檔編號】C08K3/22GK104140680SQ201410339143
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權日:2014年7月16日
【發(fā)明者】馮華東, 付萬軍, 任靈, 王立峰 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術研究院