基本信息
- 项目名称：
- 高硬度低压缩永久变形橡胶密封材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 采用耐油性优异的丁腈橡胶、改性蒙脱土及不饱和羧酸盐制备纳米复合材料，把握丁腈橡胶纳米复合材料中填料的分散状态、橡胶网络和填料网络的结构形态以及橡胶和填料网络的相互作用等对丁腈橡胶橡胶的静态和动态性能的影响规律，通过结构控制获得具有高硬度和低压缩永久变形的丁腈橡胶往复密封件材料。
- 详细介绍：
- 首先通过查文献及实验选择合适丙烯腈含量的丁腈橡胶和硫化体系以及防老体系、增塑体系。通过对填料体系的重点研究，掌握炭黑、蒙脱土、不饱和羧酸盐的种类及用量对胶料各项性能的影响规律。在炭黑用量一定（综合性能较好）的情况下，我们通过改性蒙脱土及不饱和羧酸盐对胶料的综合性能进行进一步改善，从而得到理想的高硬度、低压缩永久变形橡胶密封材料。下面分别对蒙脱土、不饱和羧酸盐进行一下技术说明。 蒙脱土：通过固相法改性蒙脱土的制备技术制备有机改性蒙脱土，再通过机械混炼反应插层法制备纳米复合材料。由于橡胶分子链插入蒙脱土层间，限制分子链的运动而导致两者之间的相互作用力增强，从而拉伸强度增大。同时，使复合材料具有较大的抵抗外力不变形的能力，即硬度提高。另外，蒙脱土片层限制分子链的运动提高了有效交联网络，压变也减小。有机蒙脱土均匀分散形成物理屏障抵抗了撕裂裂纹的延伸使复合材料的撕裂强度提高。而且纳米级片层可降低硫化胶的渗透性，提高密封性、耐油性及耐溶剂性。此外，蒙脱土可以改善硫化胶的动态性能。 不饱和羧酸盐：不饱和羧酸盐增强的胶料硫化时间延长。硫化胶的邵尔A型硬度、拉伸强度、扯断伸长率、100%定伸应力和撕裂强度均较高,且具有更好的耐热空气老化性能和耐热油性能，但压缩永久变形较大。原因如下：首先，不饱和羧酸盐在自由基的引发下会自聚，形成离子键，进而形成离子簇，它们将显著限制其周围基质高分子链的运动，具有交联和增强的作用，另外不饱和羧酸盐还会与橡胶分子发生接枝，最终形成互穿网络，有利于传递和分散应力,增加了网络有效的交联密度,而起到良好的增强作用。其次，不饱和羧酸盐在增加离子键交联密度的同时降低了共价键的交联密度，且体系总交联密度增加，再次，不饱和羧酸盐是带不饱和双键的活性单体，在热氧老化过程中，没反应的不饱和羧酸盐可进一步反应，从而对橡胶分子起到屏蔽作用，提供材料的耐热性。最后，离子交联键也有缺点，就是它具有松弛效应，因此，压变较大。但我们可以通过调节不饱和羧酸盐用量以取得很好的综合性能。 我们的产品将这两种填料并用，研究出了合理的配比，取得了更好的性能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：制备适用于高硬度低压缩永久变形往复密封制品的高性能丁腈橡胶基纳米复合材料。 基本思路：采用耐油性优异的丁腈橡胶、改性蒙脱土及不饱和羧酸盐制备纳米复合材料，把握丁腈橡胶纳米复合材料中填料的分散状态、橡胶网络和填料网络的结构形态以及橡胶和填料网络的相互作用等对丁腈橡胶橡胶的静态和动态性能的影响规律，通过结构控制获得具有高硬度和低压缩永久变形的丁腈橡胶往复密封件材料。 创新点： (1)将蒙脱土与不饱和羧酸盐并用于NBR，通过纳米复合技术制备高硬度、低压缩永久变形的密封胶未见文献报道。 (2)无机纳米粉体固相法有机改性新技术。 (3)机械混炼反应法制备橡胶基纳米复合材料的新技术。 技术关键：1.找出配方中对硫化胶硬度及压变性能影响最大的因素及各因素对其影响规律。2.对高硬度胶料的加工流动性的研究。3.该材料在密封制品的工业化生产中混炼加工性、自粘性和脱模性等问题。 主要技术指标: (1)纳米复合材料的常规力学性能和动态性能满足高性能密封件用橡胶的使用要求，高于往复运动密封圈橡胶材料的化工行业标准HG/T 2810- 2008 要求。 (2)将橡胶纳米复合材料应用于产业化所生产的密封件，台架试验往复行程达到250公里不漏油。
科学性、先进性
- 我们的样品在广州加士特密封技术有限公司制备成产品后进行了全面性能测试，并与国外知名企业进口产品进行了性能比较。结果表明：产品综合性能超过进口同类产品性能。而且价格比进口产品便宜很多。
获奖情况及鉴定结果
- 我们的样品在广州加士特密封技术有限公司制备成产品后进行了性能测试，2010．12.16产品在广州加士特密封技术有限公司得到全面性能报告。并获得第十二届“挑战杯”华南理工大学校级三等奖。
作品所处阶段
- 中试
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该橡胶密封制品可用于机械行业，防止漏油、漏气、漏各种介质，广泛应用于汽车、机械、电子、石油和航天航空等领域，对工业发展具有重要的作用。根据行业统计， 2010年国内对密封产品的需求由30多亿元增至70亿元，其中工程机械是往复运动密封件产品的最大用户，我国现拥有工程机械约140万台，2010年达到200万台，而密封件的数量为主机数量的数倍，甚至数十倍，市场潜力大,我们的产品一旦产业化就能够带来巨大的经济效益。 我们的混炼胶成本为22元/Kg,进口某混炼胶价格为37元/Kg，某公司预计一年使用量54吨，则该公司可获益81万元。若能更大规模的投入生产，则可获更大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，国内同类往复密封产品的质量一直不过关。一部分材料硬度太低，如市场上常见的密封制品如O形圈，大多用丁腈橡胶(NBR)制成,邵氏硬度一般在70左右,难以满足相当一部分工况的要求 ；有的材料硬度高但其他性能达不到要求：有的采用橡胶塑料复合材料生产，如NBR/POM复合材料，硬度90度时，压缩永久变形量达到37%（过高），在使用过程中，产品的跟随性差，且随着时间的推移，产品的过盈量变小，最终导致产品失效；材料门尼值大，加工工艺性差，不能使用密炼机大批量的混炼。 国外产品性能虽好，但在中国的销售价格非常高，是国内同类产品价格的15～20倍，限制了产品的应用。
