本發(fā)明涉及密封圈技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性納米復(fù)合硅膠密封圈及其制備。

背景技術(shù)：

硅膠密封圈作為密封部件與部件間的關(guān)鍵連接件，因具有優(yōu)異的耐熱性、低溫彈性和耐氧化性被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、汽車、家用電器等領(lǐng)域中。相比于聚硫橡膠、氟橡膠等密封圈，硅膠密封圈本身又具有很高的水汽、氣體透過性，使得密封性能降低，而且在使用過程中隨著時間的推移而衰減老化，硅橡膠逐漸失去彈性，降低了硅膠密封圈的機械性能，同時其氣密性的降低得到進一步的放大，導(dǎo)致漏氣、漏水、漏油等不良現(xiàn)象，影響了其作為密封材料的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要針對上述問題，提供一種簡單有效的改性納米復(fù)合硅膠密封圈及其制備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的改性納米復(fù)合硅膠密封圈，包括：重量比為100:0.5～10的生膠混煉膠料和硫化劑；

所述生膠混煉膠料包括重量份數(shù)為：70～100份甲基乙烯基硅橡膠，1-20份增塑劑，0.01～10份改性納米添加劑，10～50份補強填料，0.5～5份偶聯(lián)劑；

所述的改性納米添加劑為改性白石墨烯、改性石墨烯、氧化石墨烯中的一種。

作為優(yōu)選的，所述生膠混煉膠料包括重量份數(shù)為：80～100份甲基乙烯基硅橡膠，1-15份增塑劑，0.05～5份納米改性添加劑，15～40份補強填料，0.5～3份偶聯(lián)劑。

作為優(yōu)選的，所述甲基乙烯基硅橡膠的乙烯基摩爾百分數(shù)為0.12％、0.25％或0.56％。

綜合考慮生膠的塑煉性和機械性能，進一步優(yōu)選，所述甲基乙烯基硅橡膠的乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％。

作為優(yōu)選，所述改性白石墨烯為5～10層白石墨烯經(jīng)長鏈路易斯堿、長鏈路易斯酸、磺酸化物、季胺化物或非離子型表面活性劑處理，以此增加白石墨烯對基體的親和力；所述改性白石墨烯為5～10層石墨烯經(jīng)過聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)表面活性劑處理，以此增加石墨烯對基體的親和力。

進一步優(yōu)選，所述長鏈路易斯堿為油胺等；所述長鏈路易斯酸為長鏈硼烷等；所述磺酸化物為十二烷基苯磺酸鈉等；所述季胺化物為溴化十六烷基吡啶等；所述非離子型表面活性劑為聚環(huán)氧乙烷烷基醇酰胺等。

作為優(yōu)選的，所述增塑劑選為二甲基硅油、端羥基聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一種；

所述補強填料為氣相二氧化硅、硅微粉、炭黑中的一種；

所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-550、硅烷偶聯(lián)劑KH-570、鈦酸正丁酯中的一種；

所述的硫化劑為過氧化苯甲酰、過氧化二叔丁基、過氧化二異丙苯中的一種。

本發(fā)明改性納米復(fù)合硅膠密封圈的制備方法，包括：

步驟1)選擇改性白石墨烯、改性石墨烯、氧化石墨烯中的一種作為納米添加劑；改性方法：選用5-10層的白石墨烯用質(zhì)量百分濃度為0.1％的長鏈路易斯堿、長鏈路易斯酸、磺酸化物、季胺化物或者非離子型表面活性劑水溶液浸泡24小時，經(jīng)離心、真空干燥后得改性白石墨烯添加劑；用5～10層的石墨烯分散在濃度為0.3mg/ml聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基苯磺酸鈉水溶液中超聲10小時，經(jīng)離心、真空烘干后得改性石墨烯添加劑；

步驟2)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱甲基乙烯基硅橡膠、增塑劑、偶聯(lián)劑、改性納米添加劑和補強填料，經(jīng)密煉機多次混煉后，用雙螺桿擠出機擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟3)硫化成型：按比例分別稱量步驟2)中的生膠混煉膠料和硫化劑，經(jīng)密煉機混合分散均勻后，放入模具中經(jīng)熱壓成型機硫化成型，得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

作為優(yōu)選的，步驟2)所述的生膠混煉過程為各組份在密煉機中，溫度為40～120℃、時間5～60min混煉，再經(jīng)雙螺桿擠出機于溫度為80～250℃擠出，得到生膠混煉膠料。

作為優(yōu)選的，步驟3)中所述熱壓成型機硫化成型過程中控制溫度為100～250℃、壓力1～20Mpa、硫化成型時間10～90min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

硅膠密封圈長時間存在于高溫苛刻環(huán)境中，側(cè)鏈甲基易被氧化形成交聯(lián)，導(dǎo)致材料硬化；用經(jīng)表面活性劑處理的白石墨烯、石墨烯以及表面含有較多活性基團的氧化石墨烯，少量添加時即可達到與基體良好的潤濕性，增加韌性起到補強效果，提高硅膠密封圈的機械強度。

本發(fā)明選用5～10層白石墨烯、石墨烯或氧化石墨烯的納米粉體經(jīng)改性而得的材料，其原子層能有效隔離氣體原子分子，氣體分子僅僅在硅橡膠中通行。當(dāng)改性白石墨烯、改性石墨烯、改性氧化石墨烯原子層少于十層時，片層排列緊湊、均勻，且阻擋片層數(shù)目較多，氣體在硅橡膠中繞行，路徑變長，少量添加就能很好的阻擋氣體通過，增加了納米復(fù)合硅膠密封圈的氣密性。

本發(fā)明改善了硅膠密封圈在長時間使用過程中出現(xiàn)老化導(dǎo)致的水蒸汽、氣體透過性變差和機械性能的降低，大大延長了密封材料使用壽命，具有很高的應(yīng)用價值。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步清楚、完整地描述。需要說明的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

步驟1)納米添加劑的改性：選用5～10層的白石墨烯用0.1％油胺水溶液浸泡24小時，經(jīng)離心、真空干燥后得到改性白石墨烯添加劑；

步驟2)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、15份端羥基聚二甲基硅氧烷、3份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、步驟1)制備的0.1份改性白石墨烯添加劑和30份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為90℃，混煉時間為50min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機在溫度為120℃下擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟3)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)得到的生膠混煉膠料和3份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機在溫度150℃、壓力18Mpa、時間40min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

實施例2

步驟1)納米添加劑的改性：選用5～10層的白石墨烯用0.1％油胺水溶液浸泡24小時，經(jīng)離心、真空干燥后得到改性白石墨烯添加劑；

步驟2)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、8份端羥基聚二甲基硅氧烷、1份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、步驟1)制備的0.5份改性白石墨烯添加劑和20份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為60℃，混煉時間為20min；，再經(jīng)過雙螺桿擠出機在溫度為180℃下擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟3)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)得到的生膠混煉膠料和1.5份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機在溫度180℃、壓力12Mpa、時間20min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

實施例3

步驟1)納米添加劑的改性：用5～10層的石墨烯分散在濃度為0.3mg/ml聚乙烯吡咯烷酮水溶液中超聲10小時，經(jīng)離心、真空烘干后得改性石墨烯添加劑；

步驟2)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、15份端羥基聚二甲基硅氧烷、3份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、步驟1)制備的0.1份改性石墨烯添加劑和30份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為90℃，混煉時間為50min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機在溫度為120℃下擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟3)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)得到的生膠混煉膠料和3份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機溫度在150℃、壓力18Mpa、時間40min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

實施例4

步驟1)納米添加劑的改性：用5～10層的石墨烯分散在濃度為0.3mg/ml聚乙烯吡咯烷酮水溶液中超聲10小時，經(jīng)離心、真空烘干后得改性石墨烯添加劑；

步驟2)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、8份端羥基聚二甲基硅氧烷、1份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、步驟1)制備的0.6份改性石墨烯添加劑和20份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為60℃，混煉時間為20min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機溫度為180℃下擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟3)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)制備的生膠混煉膠料和1.5份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機在溫度180℃、壓力12Mpa、時間20min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

實施例5

步驟1)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、15份端羥基聚二甲基硅氧烷、3份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、0.1份氧化石墨烯添加劑和30份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為90℃，混煉時間為50min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機溫度為120℃下擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟2)硅膠硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)制備的生膠混煉膠料和3份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機在溫度150℃、壓力18Mpa、時間40min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

實施例6

步驟1)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、8份端羥基聚二甲基硅氧烷、1份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、0.4份氧化石墨烯添加劑和20份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為60℃，混煉時間為20min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機溫度為180℃下擠出，得到生膠混煉膠料；

步驟3)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)得到的生膠混煉膠料和1.5份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機在溫度180℃、壓力12Mpa、時間20min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

對比實施例1

步驟1)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、15份端羥基聚二甲基硅氧烷、3份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、和30份氣相二氧化硅，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為90℃，混煉時間為50min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機溫度為120℃下擠出，得到混煉后膠料；

步驟2)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)得到的混煉后膠料和3份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機在溫度150℃、壓力18Mpa、時間40min下熱壓硫化得到復(fù)合硅膠密封圈。

對比實施例2

步驟1)生膠混煉：按重量份數(shù)分別稱取100份乙烯基摩爾百分數(shù)為0.25％的甲基乙烯基硅橡膠、8份端羥基聚二甲基硅氧烷、1份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、和20份炭黑，依次加入到密煉機中混煉，混煉溫度為60℃，混煉時間為20min；再經(jīng)過雙螺桿擠出機溫度為180℃下擠出，得到混煉后膠料；

步驟2)硫化成型：按重量份數(shù)分別稱取100份步驟2)得到的混煉后膠料和1.5份過氧化二叔丁基，經(jīng)密煉機常溫混合分散均勻后，再放入特制模具中經(jīng)熱壓成型機溫度在180℃、壓力12Mpa、時間20min下熱壓硫化得到改性納米復(fù)合硅膠密封圈。

表1中為測定各實施例的各項性能參數(shù)：

表1上述各實施例中所得產(chǎn)品的各項性能

從上表可知，本發(fā)明的改性納米復(fù)合硅膠密封圈，可以明顯降低復(fù)合硅膠密封圈對氣體和水蒸汽的透過率和有效提高機械強度，大大延長了作為密封材料使用壽命，具有很高應(yīng)用價值。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。