專利名稱：一種夾布油封及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橡膠密封技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種夾布油封及其制備方法與應(yīng)用。該夾布油封由丁腈橡膠夾布和氫化丁腈唇形密封圏組成，特別適合用于工作介質(zhì)溫度在50 110°C、軸線速度為15 25m/s的旋轉(zhuǎn)軸密封上，如具有潤滑條件的研磨機(jī)、冶金軋機(jī)或大型齒輪箱箱傳動軸軸頭處。
背景技術(shù)：
夾布油封底部用夾織物增強(qiáng)油封外緣肩部，它與彈性的密封唇緊密地制作成一體，并用抱緊彈簧給予密封唇部以預(yù)緊。主要用于旋轉(zhuǎn)軸承座部位，與旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生相對運動。用于潤滑油、潤滑脂、水等介質(zhì)的密封，密封效果好，拆裝方便。夾布油封多運用在重型和冶金機(jī)械制造業(yè)，如具有潤滑條件的研磨機(jī)、冶金軋機(jī)或者大型齒輪箱箱傳動軸軸頭處。常用夾布油封有丁腈橡膠夾布油封、氟橡膠夾布油封和氫化丁腈橡膠夾布等。由于NBR耐溫限制，丁腈橡膠夾布油封一般只能在線速度20m/s以內(nèi)、溫度100°C以內(nèi)工作；氟橡膠夾布油封可在線速度25m/s以內(nèi)、溫度180°C工作；氫化丁腈夾布油封可在線速度25m/s以內(nèi)、溫度140°C工作。高速旋轉(zhuǎn)的油封與軸摩擦發(fā)熱而造成唇口溫度上升，一般唇口部位溫度比油溫高30 40°C，例如:油溫11 (TC、環(huán)境溫度50°C、規(guī)格為80_ X 100_ X I Omm油封，其中唇口尖端溫度為150°C，腰部溫度為110 115°C，骨架部分溫度為107.5°C。由此可見，對于旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈來說，如果介質(zhì)溫度在50 110°C、速度在15 25m/s，如肩部(骨架部分)和唇口彈性體使用同一種橡膠，則NBR存在唇口溫度超過NBR耐溫度上限而導(dǎo)致材料快速老化、油封壽命縮短的缺陷；如果骨架部分和唇口部分均使用HNBR制造，則存在HNBR成本比NBR高10倍左右、產(chǎn)品成本急劇增加的缺點；且夾布骨架部分溫度并不高，仍處于NBR可靠工作溫度范圍之內(nèi)，使用HNBR存在明顯功能過剩的問題。此外HNBR夾布由于HNBR在溶劑中溶解能力低于NBR，其制造難度也增大不少。FKM夾布油封同樣存在成本很高、氟橡膠夾布制造容易凝膠和技術(shù)難度大等問題。

發(fā)明內(nèi)容
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，提供一種夾布油封；該夾布油封可在50 110°C、軸線速度15 25m/s的旋轉(zhuǎn)軸密封上工作。本發(fā)明的另一目的在于提供所述的夾布油封的制備方法；本發(fā)明的再一目的在于提供所述的夾布油封的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種夾布油封，由骨架和唇形密封圏組成；所述的骨架由丁腈夾布構(gòu)成；所述的丁腈夾布優(yōu)選為將丁腈橡膠混煉膠涂覆在棉帆布上制得的丁腈夾布；更優(yōu)選的，所述的丁腈夾布優(yōu)選為將丁腈橡膠混煉膠按42 45wt%涂覆在棉帆布上制得的丁腈夾布；所述的丁腈橡膠混煉膠優(yōu)選由下述質(zhì)量份數(shù)的成分制成:丁腈橡膠100份、氧化鋅3 5份、硬脂酸0.5 1.0份、2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體(防老劑RD)0.5
1.5份、炭黑30 50份、填充劑10 30份、1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷(硫化劑3M) 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 0.4 份；所述的丁腈橡膠為含有40 41wt%丙烯腈的丁腈橡膠，優(yōu)選為日本JSR公司的N220S、日本瑞翁公司的N21系列或德國朗盛公司的Perbunan NT3946 ；所述的炭黑優(yōu)選為N330、N774或N550中的至少一種；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；所述的丁腈橡膠混煉膠優(yōu)選采用以下方法進(jìn)行制備:將100份丁腈橡膠、3 5份氧化鋅、0.5 1.0份硬脂酸和0.5 1.5份2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體于40 50r/min混煉1.5 2min后，加入30 50份炭黑混煉2 3min后加入10 30份填充劑混煉I 3min，于160 170°C排膠，靜置，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及1.5
2.5份1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷和0.2 0.4份4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌唳-1-氧自由基于15 20r/min混煉2 3min,于80 100°C排膠,得到丁腈橡膠混煉膠；所述的混煉優(yōu)選在嚙合型密煉機(jī)中進(jìn)行；所述的靜置的時間優(yōu)選為24h以上；所述的棉帆布的密度優(yōu)選為230 260g/m2 ；所述的丁腈夾布的密度優(yōu)選為390 470g/m2 ；所述的唇形密封圏由氫化丁腈橡膠混煉膠構(gòu)成；所述的氫化丁腈橡膠混煉膠由下述按質(zhì)量份數(shù)計的成分制成:氫化丁腈橡膠(HNBR) 100份、炭黑30 50份、填充劑O 30份、石墨6 10份、輕質(zhì)氧化鎂3 5份、氧化鋅3 5份、硬脂酸0.3 0.6份、4，4’ -雙(α，α - 二甲基芐基)二苯胺(防老劑445)
0.8 1.1份、2-巰基苯并咪唑(防老劑ΜΒ)0.3 0.5份、I, 1-二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷(硫化劑3M)4.0 6.0份、N，N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺(HVA-2)3 4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 0.4份；所述的氫化丁腈混煉膠優(yōu)選采用以下方法進(jìn)行制備:將100份氫化丁腈橡膠、3 5份輕質(zhì)氧化鎂、3 5份氧化鋅、0.3 0.6份硬脂酸、0.8 1.1份4，4’-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺和0.3 0.5份2-巰基苯并咪唑于40-50r/min混煉1.5 2min后，加入30 50份炭黑混煉2 3min后加入O 30份填充劑混煉I 3min，于160 170°C排膠，靜置，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及4.0 6.0份1，1-二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷、3 4份N，N’-間苯撐雙馬來酰亞胺和0.2 0.4份4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌唳-1-氧自由基于15 20r/min混煉2 3min,于80 100°C排膠,得到氫化丁腈橡膠混煉膠；所述的混煉優(yōu)選在嚙合型密煉機(jī)中進(jìn)行；所述的靜置的時間優(yōu)選為24 72h ；所述的夾布油封的制備方法，包括如下步驟:將丁腈橡膠混煉膠溶解后按42 45被％涂覆在棉帆布上，得到丁腈夾布；將丁腈夾布與氫化丁腈橡膠混煉膠按重量比1.2 1.6加入硫化模具中，于150°C硫化10 20min，得到夾布油封；所述的丁腈夾布和氫化丁腈混煉膠的重量比優(yōu)選為1.3 1.5 ;比例過高，則容易導(dǎo)致所得夾布油封過硬，安裝困難，生產(chǎn)過程種容易出現(xiàn)夾布跑到油封腰部，導(dǎo)致油封報廢；比例過低，則容易出現(xiàn)夾布油封剛度不夠，安裝到溝槽中時候，初始的外圓密封力偏小，使用過程中容易出現(xiàn)外圓松動，導(dǎo)致外圓出現(xiàn)泄漏；所述的夾布油封可應(yīng)用在50 110°C、軸線速度15 25m/s的旋轉(zhuǎn)軸密封上；本發(fā)明的發(fā)明機(jī)理:本發(fā)明選用3M、HVA-2和ZJ701來制備氫化丁腈橡膠混煉膠，形成了由3M/HVA-2/ZJ701三種物質(zhì)組成的氫化丁腈混煉膠交聯(lián)系統(tǒng)；3M是過氧化縮酮基的過氧化物，在相同溫度下，其交聯(lián)速度一般比二烷基的過氧化物(如過氧化二異丙苯DCP、1，4-雙叔丁基過氧異丙基苯BIBP等)快5 10倍。本發(fā)明選用I型助劑中硫化速度最快的助劑HVA-2進(jìn)行硫化，通過這種“快速過氧化物+快速的助劑”組合，可以大幅度提高氫化丁腈的交聯(lián)速度，盡量縮小與骨架材料使用的高度不飽和的丁腈橡膠過氧化物硫化速度差異，并實現(xiàn)氫化丁腈模壓硫化后不需要經(jīng)過二段硫化即可獲得足夠深的交聯(lián)程度和抗壓縮永久變形性能。但是，這種組合也存在一個顯著缺點，即焦燒時間非常短的問題。傳統(tǒng)的防焦燒技術(shù)是胺類和酚類的防老劑，用這種防老劑提供氫原子湮滅過氧化物早期產(chǎn)品的自由基，但是它們均會嚴(yán)重的降低交聯(lián)密度，俄羅斯科學(xué)家早在1993年就公布了 I摩爾活潑氫原子湮滅I摩爾自由基的報道，為了彌補(bǔ)交聯(lián)密度不足，增大過氧化物用量就陷入了一個惡性循環(huán)。本發(fā)明選用高效阻聚劑4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基作為防焦劑，具有用量少，效率高、增大過氧化物用量而焦燒時間幾乎不變的優(yōu)點；這樣就可以通過適當(dāng)增加過氧化物用量，達(dá)到初期焦燒時間長，后期交聯(lián)密度足夠深的目的，表現(xiàn)在硫化膠性能上就可以實現(xiàn)與不添加防焦劑同等的抗壓縮永久變形性能。丁腈橡膠混煉膠和氫化丁腈混煉膠在配方設(shè)計上并不是兩個獨立的配方，而是相互影響、相互制約的。兩個配方必須按照同步硫化，在丁腈夾布和氫化丁腈唇形密封圏的界面層必須充分的共交聯(lián)，硫化后唇形密封圏和夾布之間剝離強(qiáng)度要達(dá)到或者超過本體膠之間的剝離強(qiáng)度，這樣才能保證所發(fā)明的夾布油封在高溫、高速旋轉(zhuǎn)過程中不會出現(xiàn)分層，剝離或者局部脫膠的嚴(yán)重質(zhì)量問題。在丁腈橡膠過氧化物交聯(lián)中，存在兩種交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理，一是分解的過氧自由基攻擊雙鍵，形成聚合物自由基，兩個聚合物自由形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這種反應(yīng)速度快；另一種反應(yīng)是攻擊烯丙基氫原子，形成碳自由基，然后形成碳碳交聯(lián)鍵，這種反應(yīng)速度略慢一些。對于不同ACN含量的NBR來講，卻存在兩種截然不同的交聯(lián)結(jié)果。在19%ACN含量的NBR中，交聯(lián)反應(yīng)以第一種為主，這種“加成聚合”反應(yīng)，形成大量的側(cè)鏈和支化，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)極不均衡，物性較差；在50%ACN含量的NBR中，交聯(lián)反應(yīng)以第二種為主，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鏈段長度比較均勻、物性較好。在交聯(lián)劑選擇上，本發(fā)明中丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠必須使用同一種過氧化物，因為不同過氧化物其I分鐘半衰期對應(yīng)溫度不同，所需要適宜的硫化溫度也不同?？紤]到丁腈橡膠中丁二烯鏈段中含有大量雙鍵，其過氧化物硫化速度顯著快于氫化丁腈橡膠。故在配方設(shè)計上，丁腈橡膠盡可能向低硫化速度方向調(diào)整，而在氫化丁腈配方設(shè)計上盡可能向快速硫化方向調(diào)整，以此來實現(xiàn)二者速度匹配。本發(fā)明綜合考慮硫化速度和物性兩方面因素，選擇ACN含量為40%左右的丁腈橡膠和HNBR中使用3M硫化劑來搭配，不使用交聯(lián)助劑。在選用較高ACN含量丁腈橡膠搭配過氧化物交聯(lián)體系還有另外一個優(yōu)勢，其耐溫等級也可以進(jìn)一步提高110 120°C，縮小了與唇口 HNBR耐溫等級差距，更有利于兩部分協(xié)
調(diào)工作。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:本發(fā)明通過NBR配方和HNBR配方，解決了丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠同步硫化、界面粘合強(qiáng)度高的問題，具有無需二段硫化即具有低壓縮永久變形的HNBR唇形密封圏以及焦燒安全性好、加工性能優(yōu)良適于制造大型密封制品的工藝優(yōu)勢。制備得到的夾布油封具有以下優(yōu)勢:唇形密封圏使用HNBR，與NBR夾布油封相比，旋轉(zhuǎn)唇口部分具有了耐高溫、耐摩擦磨損顯著提升優(yōu)勢；肩部骨架部分使用NBR-棉帆布，與HNBR-棉帆布相比，具有成本低、制造工藝方便的優(yōu)點；骨架部分工作溫度和唇口部分工作溫度相差30°C，而NBR和HNBR耐溫等級也相差30°C左右，具有材料性能和工作環(huán)境溫度相匹配特點，延長了產(chǎn)品的使用壽命，特別適合在油溫50 110°C、軸線速度為15 25m/s的旋轉(zhuǎn)軸密封上使用。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例和對比例按照以下方法制備:( I) 丁腈橡膠混煉膠、氫化丁腈橡膠混煉膠的制備方法丁腈橡膠混煉膠采用以下方法進(jìn)行制備:將100份丁腈橡膠、3 5份氧化鋅、
0.5 1.0份硬脂酸和0.5 1.5份2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體于40 50r/min混煉1.5 2min后，加入30 50份炭黑混煉2 3min后加入10 30份填充劑混煉I 3min，于160 170°C排膠，靜置，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及1.5 2.5份
1,1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷和0.2 0.4份4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌唳-1-氧自由基于15 20r/min混煉2 3min,于80 100°C排膠,得到丁腈橡膠混煉膠；氫化丁腈混煉膠采用以下方法進(jìn)行制備:將100份氫化丁腈橡膠、3 5份輕質(zhì)氧化鎂、3 5份氧化鋅、0.3 0.6份硬脂酸、0.8 1.1份4，4’-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺和0.3 0.5份2-巰基苯并咪唑于40-50r/min混煉1.5 2min后，加入30 50份炭黑混煉2 3min后加入O 30份填充劑混煉I 3min，于160 170°C排膠，靜置，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及4.0 6.0份1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷、3 4份N，N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺和0.2 0.4份4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基于15 20r/min混煉2 3min,于80 100°C排膠,得到氫化丁腈橡膠混煉膠；本發(fā)明的丁腈橡膠混煉膠、氫化丁腈橡膠混煉膠采用益陽橡機(jī)GE-45型嚙合型密煉機(jī)混煉；其中丁腈橡膠混煉膠實用配方重量為表3中基本配方質(zhì)量份數(shù)乘以240克/份；氫化丁腈橡膠混煉膠實用配方重量為表3中基本配方質(zhì)量份數(shù)乘以220克/份。實施例和參比例具體煉膠工藝參數(shù)如表I所示；表I實施例/參比例混煉膠制備工藝方法
權(quán)利要求
1.一種夾布油封，其特征在于由骨架和唇形密封圏組成；所述的骨架由丁腈夾布構(gòu)成；所述的丁腈夾布為將丁腈橡膠混煉膠涂覆在棉帆布上制得的丁腈夾布；所述的唇形密封圏由氫化丁腈橡膠混煉膠構(gòu)成； 所述的丁腈橡膠混煉膠由下述按質(zhì)量份數(shù)計的成分制成:丁腈橡膠100份、氧化鋅3 5份、硬脂酸0.5 1.0份、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體0.5 1.5份、炭黑30 50份、填充劑10 30份、I, 1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷1.5 2.5份、4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基0.2 0.4份； 所述的氫化丁腈橡膠混煉膠由下述按質(zhì)量份數(shù)計的成分制成:氫化丁腈橡膠100份、炭黑30 50份、填充劑O 30份、石墨6 10份、輕質(zhì)氧化鎂3 5份、氧化鋅3 5份、硬脂酸0.3 0.6份、4，4’ -雙(α，α - 二甲基芐基)二苯胺0.8 1.1份、2_巰基苯并咪唑0.3 0.5份、1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷4.0 6.0份、N, N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺3 4份、4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基0.2 0.4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾布油封，其特征在于:所述的丁腈夾布為將丁腈橡膠混煉膠按42 45wt%涂覆在棉 帆布上制得的丁腈夾布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的夾布油封，其特征在于:所述的棉帆布的密度為230 260g/m2 ;所述的丁腈夾布的密度為390 470g/m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾布油封，其特征在于:所述的丁腈橡膠為含有40 41wt%丙烯腈的丁腈橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾布油封，其特征在于: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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾布油封，其特征在于:所述的丁腈橡膠混煉膠采用以下方法進(jìn)行制備:將100份丁腈橡膠、3 5份氧化鋅、0.5 1.0份硬脂酸和0.5 1.5份2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體于40 50r/min混煉1.5 2min后，加入30 50份炭黑混煉2 3min后加入10 30份填充劑混煉I 3min，于160 170°C排膠，靜置，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及1.5 2.5份1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷和0.2 0.4份4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基于15 20r/min混煉2 3min，于80 100°C排膠，得到丁腈橡膠混煉膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾布油封，其特征在于:所述的氫化丁腈混煉膠采用以下方法進(jìn)行制備:將100份氫化丁腈橡膠、3 5份輕質(zhì)氧化鎂、3 5份氧化鋅、0.3 0.6份硬脂酸、0.8 1.1份4，4’ -雙(α，α - 二甲基芐基)二苯胺和0.3 0.5份2_巰基苯并咪唑于40-50r/min混煉1.5 2min后，加入30 50份炭黑混煉2 3min后加入O 30份填充劑混煉I 3min，于160 170°C排膠，靜置，得到一段混煉膠；將一段混煉膠及4.0 6.0份1，1- 二叔丁基過氧基_3，3，5-三甲基環(huán)己烷、3 4份N，N’ -間苯撐雙馬來酰亞胺和0.2 0.4份4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基于15 20r/min混煉2 3min，于80 100°C排膠，得到氫化丁腈橡膠混煉膠。
8.權(quán)利要求1 7任一項所述的夾布油封的制備方法，其特征在于包括如下步驟:將丁腈橡膠混煉膠溶解后按42 45被％涂覆在棉帆布上，得到丁腈夾布；將丁腈夾布與氫化丁腈橡膠混煉膠按重量比1.2 1.6加入硫化模具中，于150°C硫化10 20min，得到夾布油封。
9.權(quán)利要求1 7任一項所述的夾布油封應(yīng)用在50 110°C、軸線速度15 25m/s的旋轉(zhuǎn) 軸密封上。
全文摘要
本發(fā)明一種夾布油封及其制備方法與應(yīng)用。該夾布油封由骨架和唇形密封圏組成，骨架由將丁腈橡膠混煉膠涂覆在棉帆布上制得的丁腈夾布構(gòu)成，唇形密封圏由氫化丁腈橡膠混煉膠構(gòu)成。本發(fā)明通過丁腈橡膠混煉膠配方和氫化丁腈橡膠混煉膠配方，解決了丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠同步硫化、界面粘合強(qiáng)度高的問題，具有無需二段硫化即具有低壓縮永久變形的氫化丁腈橡膠混煉膠唇形密封圏以及焦燒安全性好、加工性能優(yōu)良適于制造大型密封制品的工藝優(yōu)勢。制得的夾布油封耐高溫、耐摩擦磨損，使用壽命較長，成本低，特別適合在油溫50～110℃、軸線速度為15～25m/s的旋轉(zhuǎn)軸密封上使用。
文檔編號C08K5/09GK103206541SQ20131014391
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者肖風(fēng)亮 申請人:廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司