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基本信息

項目名稱:
高硬度低壓縮永久變形橡膠密封材料
小類:
能源化工
簡介:
采用耐油性優異的丁腈橡膠、改性蒙脫土及不飽和羧酸鹽制備納米復合材料,把握丁腈橡膠納米復合材料中填料的分散狀態、橡膠網絡和填料網絡的結構形態以及橡膠和填料網絡的相互作用等對丁腈橡膠橡膠的靜態和動態性能的影響規律,通過結構控制獲得具有高硬度和低壓縮永久變形的丁腈橡膠往復密封件材料。
詳細介紹:
首先通過查文獻及實驗選擇合適丙烯腈含量的丁腈橡膠和硫化體系以及防老體系、增塑體系。通過對填料體系的重點研究,掌握炭黑、蒙脫土、不飽和羧酸鹽的種類及用量對膠料各項性能的影響規律。在炭黑用量一定(綜合性能較好)的情況下,我們通過改性蒙脫土及不飽和羧酸鹽對膠料的綜合性能進行進一步改善,從而得到理想的高硬度、低壓縮永久變形橡膠密封材料。下面分別對蒙脫土、不飽和羧酸鹽進行一下技術說明。 蒙脫土:通過固相法改性蒙脫土的制備技術制備有機改性蒙脫土,再通過機械混煉反應插層法制備納米復合材料。由于橡膠分子鏈插入蒙脫土層間,限制分子鏈的運動而導致兩者之間的相互作用力增強,從而拉伸強度增大。同時,使復合材料具有較大的抵抗外力不變形的能力,即硬度提高。另外,蒙脫土片層限制分子鏈的運動提高了有效交聯網絡,壓變也減小。有機蒙脫土均勻分散形成物理屏障抵抗了撕裂裂紋的延伸使復合材料的撕裂強度提高。而且納米級片層可降低硫化膠的滲透性,提高密封性、耐油性及耐溶劑性。此外,蒙脫土可以改善硫化膠的動態性能。 不飽和羧酸鹽:不飽和羧酸鹽增強的膠料硫化時間延長。硫化膠的邵爾A型硬度、拉伸強度、扯斷伸長率、100%定伸應力和撕裂強度均較高,且具有更好的耐熱空氣老化性能和耐熱油性能,但壓縮永久變形較大。原因如下:首先,不飽和羧酸鹽在自由基的引發下會自聚,形成離子鍵,進而形成離子簇,它們將顯著限制其周圍基質高分子鏈的運動,具有交聯和增強的作用,另外不飽和羧酸鹽還會與橡膠分子發生接枝,最終形成互穿網絡,有利于傳遞和分散應力,增加了網絡有效的交聯密度,而起到良好的增強作用。其次,不飽和羧酸鹽在增加離子鍵交聯密度的同時降低了共價鍵的交聯密度,且體系總交聯密度增加,再次,不飽和羧酸鹽是帶不飽和雙鍵的活性單體,在熱氧老化過程中,沒反應的不飽和羧酸鹽可進一步反應,從而對橡膠分子起到屏蔽作用,提供材料的耐熱性。最后,離子交聯鍵也有缺點,就是它具有松弛效應,因此,壓變較大。但我們可以通過調節不飽和羧酸鹽用量以取得很好的綜合性能。 我們的產品將這兩種填料并用,研究出了合理的配比,取得了更好的性能。

作品圖片

  • 高硬度低壓縮永久變形橡膠密封材料
  • 高硬度低壓縮永久變形橡膠密封材料

作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

作品設計、發明的目的:制備適用于高硬度低壓縮永久變形往復密封制品的高性能丁腈橡膠基納米復合材料。 基本思路:采用耐油性優異的丁腈橡膠、改性蒙脫土及不飽和羧酸鹽制備納米復合材料,把握丁腈橡膠納米復合材料中填料的分散狀態、橡膠網絡和填料網絡的結構形態以及橡膠和填料網絡的相互作用等對丁腈橡膠橡膠的靜態和動態性能的影響規律,通過結構控制獲得具有高硬度和低壓縮永久變形的丁腈橡膠往復密封件材料。 創新點: (1)將蒙脫土與不飽和羧酸鹽并用于NBR,通過納米復合技術制備高硬度、低壓縮永久變形的密封膠未見文獻報道。 (2)無機納米粉體固相法有機改性新技術。 (3)機械混煉反應法制備橡膠基納米復合材料的新技術。 技術關鍵:1.找出配方中對硫化膠硬度及壓變性能影響最大的因素及各因素對其影響規律。2.對高硬度膠料的加工流動性的研究。3.該材料在密封制品的工業化生產中混煉加工性、自粘性和脫模性等問題。 主要技術指標: (1)納米復合材料的常規力學性能和動態性能滿足高性能密封件用橡膠的使用要求,高于往復運動密封圈橡膠材料的化工行業標準HG/T 2810- 2008 要求。 (2)將橡膠納米復合材料應用于產業化所生產的密封件,臺架試驗往復行程達到250公里不漏油。

科學性、先進性

我們的樣品在廣州加士特密封技術有限公司制備成產品后進行了全面性能測試,并與國外知名企業進口產品進行了性能比較。結果表明:產品綜合性能超過進口同類產品性能。而且價格比進口產品便宜很多。

獲獎情況及鑒定結果

我們的樣品在廣州加士特密封技術有限公司制備成產品后進行了性能測試,2010.12.16產品在廣州加士特密封技術有限公司得到全面性能報告。并獲得第十二屆“挑戰杯”華南理工大學校級三等獎。

作品所處階段

中試

技術轉讓方式

作品可展示的形式

圖片,樣品

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

該橡膠密封制品可用于機械行業,防止漏油、漏氣、漏各種介質,廣泛應用于汽車、機械、電子、石油和航天航空等領域,對工業發展具有重要的作用。根據行業統計, 2010年國內對密封產品的需求由30多億元增至70億元,其中工程機械是往復運動密封件產品的最大用戶,我國現擁有工程機械約140萬臺,2010年達到200萬臺,而密封件的數量為主機數量的數倍,甚至數十倍,市場潛力大,我們的產品一旦產業化就能夠帶來巨大的經濟效益。 我們的混煉膠成本為22元/Kg,進口某混煉膠價格為37元/Kg,某公司預計一年使用量54噸,則該公司可獲益81萬元。若能更大規模的投入生產,則可獲更大的經濟效益。

同類課題研究水平概述

目前,國內同類往復密封產品的質量一直不過關。一部分材料硬度太低,如市場上常見的密封制品如O形圈,大多用丁腈橡膠(NBR)制成,邵氏硬度一般在70左右,難以滿足相當一部分工況的要求 ;有的材料硬度高但其他性能達不到要求:有的采用橡膠塑料復合材料生產,如NBR/POM復合材料,硬度90度時,壓縮永久變形量達到37%(過高),在使用過程中,產品的跟隨性差,且隨著時間的推移,產品的過盈量變小,最終導致產品失效;材料門尼值大,加工工藝性差,不能使用密煉機大批量的混煉。 國外產品性能雖好,但在中國的銷售價格非常高,是國內同類產品價格的15~20倍,限制了產品的應用。
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