一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料及其制备方法，含有以下重量份的原料组成：丁腈橡胶100份，柔性石墨8?16份，膨润土?碳酸钙微球15?25份，SAP树脂10?12份，芳砜纶短纤维6?10份，硬脂酸1?3份，异丙基三异硬脂酰基钛酸酯4?6份，N?苯基?β?萘胺2?4份，促进剂D1?3份。本发明所制备的柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料，在保留其较高的吸水性能的同时，具有优良的耐高温性、较好的压缩回弹性，得到吸水橡胶密封材料具有良好的密封效果。
【专利说明】
一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及高分子密封材料领域，特别涉及一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber，简称WSR)是上世纪70年代末期由日本开发出的新型功能高分子材料。它吸水后可膨胀至自身重量或体积的数倍乃至数百倍，遇水时，能吸水发生体积膨胀并产生较大的膨胀压力，在保持橡胶特有的弹性和强度的同时，还具有保持水的能力。吸水膨胀的特性使该材料在有效体积膨胀范围内可以起止水作用，与传统的受压封缝材料相比，既具备常规止水材料的密封作用，又可以在建筑缝变形时有效填充缝隙，起到以水止水的作用。在堵漏工程方面吸水膨胀橡胶已逐渐取代了传统的水泥灌浆、钾钠水玻璃灌浆和环氧树脂堵漏等做法，它已成功应用于工程变形缝、施工缝、各种管道接头、水坝等处的密封止水，并被防水界誉为“超级密封材料”和“双保险止水材料”。
[0003]柔性石墨又称膨胀石墨，是美国联合碳化物公司于1963年首先研制成功的一种新型密封材料。如众所周知的，由于柔性石墨耐高温、耐腐蚀、抗辐照、密封性能好、蠕变松弛小，已在广泛的温度、压力范围内取代石棉垫片，并替代某些高温、高压用特殊合金及金属垫片，成为一枝独秀的非石棉密封材料。但是柔性石墨密度低，比表面积很大，流动性很差，虽然稍加压力即能成型，但因材料填充困难，成型不易均匀；另一方面，柔性石墨是一种有孔隙材料，能吸一定的水或油，且对连接面有粘结性，若直接用它作为密封材料，要做到紧密密封较困难，用它直接作为某些容器设备、栗阀的密封材料也不够理想，而采用柔性石墨复合材料可以改变以上弊端。甄捷，高山，张晓红小组报道了一篇高性能柔性石墨复合增强密封材料的配方设计，使用丁腈橡胶、柔性石墨和多种助剂为原料，设计了制备橡胶基柔性石墨复合密封材料的配方，研究结果表明采用新型柔性石墨复合增强密封材料，回弹性好，拉伸强度高。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料及其制备方法。
[0005]本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的:
一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料，含有以下重量份的原料组成:丁腈橡胶100份，柔性石墨8-16份，膨润土-碳酸钙微球15-25份，SAP树脂10-12份，芳砜纶短纤维6-10份，硬脂酸1-3份，异丙基三异硬脂酰基钛酸酯4-6份，N-苯基-β-萘胺2-4份，促进剂D1-3 份。
[0006]所述的膨润土-碳酸钙微球是由下述重量份的原料组成的:氯化钙50-60份，碳酸钠50-60份，十二烷基磺酸钠5-12份，聚丙烯酰胺5-12份。
[0007]具体步骤如下:
(1)膨润土-碳酸钙微球的制备:
①、配制氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化钙和碳酸钙溶液为相同浓度，其摩尔浓度在0.1-0.3mol/L之间，十二烷基磺酸钠水溶液的摩尔浓度在10-20mmol/L之间，聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度在1%-3%之间；
②、将膨润土加入到适量去离子水中，搅拌均匀，边搅拌边加入聚丙烯酰胺水溶液，30-40°C下搅拌均匀；
③、在配制好的氯化钙溶液中，加入十二烷基磺酸钠水溶液以及步骤②得到的混合溶液，在15-20°C温度下超声搅拌0.5-2小时，再加入碳酸钠溶液继续搅拌2-4小时，反应结束后离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，干燥得到膨润土-碳酸钙微球，其中，氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的体积比为10:10:(1-3):(1-3);
(2)炼胶:
①、将丁腈橡胶、芳砜纶短纤维、柔性石墨、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，混炼温度控制在125-160 0C，混炼时间10-30分钟；
②、继续加入异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、N-苯基-β-萘胺以及步骤(I)得到的膨润土-碳酸钙微球到密炼机中进行混炼，混炼温度控制在100-140 0C，混炼时间20-40分钟，得到混炼胶，混炼胶出料后送入开炼机进行散热；
(3)滤胶:将散热后的混炼胶下条后送入滤胶机滤胶，滤网为80-100目，得到母胶；
(4)捏合:
①、将混炼胶投入到捏合机中，控制捏合室温度在125-150°C，投入SAP树脂捏合共混40-90分钟；
②、将捏合机的室温降至70-80°C，投入促进剂D继续捏合共混20-30分钟;将捏合后的混料经捏合机下部的螺杆排料装置过滤，排料。
[0008]本发明有如下优点:(I)负载聚丙烯酰胺的膨润土与氯化钙溶液中钙离子形成络合离子，再与碳酸钠溶液中的碳酸根离子反应生成膨润土-碳酸钙微球，提高吸水组分与橡胶基体的相容性，制备的防水橡胶密封材料具有优异的吸水膨胀密封性能，同时具有较高的稳定性；(2)本发明所制备的柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料，在保留其较高的吸水性能的同时，具有优良的耐高温性、较好的压缩回弹性，得到吸水橡胶密封材料具有良好的密封效果。
【具体实施方式】
[0009]通过实施例对本发明作进一步说明。
[0010]实施例1
称取:丁腈橡胶100公斤，柔性石墨9公斤，膨润土-碳酸钙微球20公斤，SAP树脂12公斤，芳砜纶短纤维9公斤，硬脂酸2公斤，异丙基三异硬脂酰基钛酸酯4公斤，N-苯基-β-萘胺5公斤，促进剂D2公斤。
[0011]所述的膨润土-碳酸钙微球是由下述重量份的原料组成的:氯化钙60份，碳酸钠60份，十二烷基磺酸钠8份，聚丙烯酰胺8份。
[0012]具体步骤如下: (1)膨润土-碳酸钙微球的制备:
①、配制氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化钙和碳酸钙溶液为相同浓度，其摩尔浓度在0.2mol/L之间，十二烷基磺酸钠水溶液的摩尔浓度在15mmol/L之间，聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度在2%之间；
②、将膨润土加入到适量去离子水中，搅拌均匀，边搅拌边加入聚丙烯酰胺水溶液，35°C下搅拌均匀；
③、在配制好的氯化钙溶液中，加入十二烷基磺酸钠水溶液以及步骤②得到的混合溶液，在15°C温度下超声搅拌I小时，再加入碳酸钠溶液继续搅拌3小时，反应结束后离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，干燥得到膨润土-碳酸钙微球，其中，氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的体积比为10:10:2:2;
(2)炼胶:
①、将丁腈橡胶、芳砜纶短纤维、柔性石墨、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，混炼温度控制在140°C，混炼时间20分钟；
②、继续加入异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、N-苯基-β-萘胺以及步骤(I)得到的膨润土-碳酸钙微球到密炼机中进行混炼，混炼温度控制在130 °C，混炼时间30分钟，得到混炼胶，混炼胶出料后送入开炼机进行散热；
(3)滤胶:将散热后的混炼胶下条后送入滤胶机滤胶，滤网为80目，得到母胶；
(4)捏合:
①、将混炼胶投入到捏合机中，控制捏合室温度在140°C，投入SAP树脂捏合共混60分钟；
②、将捏合机的室温降至75°C，投入促进剂D继续捏合共混25分钟；将捏合后的混料经捏合机下部的螺杆排料装置过滤，排料。
[0013]经测试:拉伸强度18.6MPa ;拉断伸长率621% ;强度84度;吸水膨胀率394%。
【主权项】
1.一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料，其特征在于，含有以下重量份的原料组成:丁腈橡胶100份，柔性石墨8-16份，膨润土-碳酸|丐微球15-25份，SAP树脂10-12份，芳砜纶短纤维6-10份，硬脂酸1-3份，异丙基三异硬脂酰基钛酸酯4-6份，N-苯基-β-萘胺2-4份，促进剂D1-3份； 所述的膨润土-碳酸钙微球是由下述重量份的原料组成的:氯化钙50-60份，碳酸钠50-60份，十二烷基磺酸钠5-12份，聚丙烯酰胺5-12份。2.根据权利要求书I所述的一种柔性石墨改性的高性能吸水膨胀橡胶密封材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)膨润土-碳酸钙微球的制备: ①、配制氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化钙和碳酸钙溶液为相同浓度，其摩尔浓度在0.1-0.3mol/L之间，十二烷基磺酸钠水溶液的摩尔浓度在10-20mmol/L之间，聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度在1%-3%之间； ②、将膨润土加入到适量去离子水中，搅拌均匀，边搅拌边加入聚丙烯酰胺水溶液，30-40°C下搅拌均匀； ③、在配制好的氯化钙溶液中，加入十二烷基磺酸钠水溶液以及步骤②得到的混合溶液，在15-20°C温度下超声搅拌0.5-2小时，再加入碳酸钠溶液继续搅拌2-4小时，反应结束后离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，干燥得到膨润土-碳酸钙微球，其中，氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的体积比为10:10:(1-3):(1-3); (2)炼胶: ①、将丁腈橡胶、芳砜纶短纤维、柔性石墨、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，混炼温度控制在125-160 0C，混炼时间10-30分钟； ②、继续加入异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、N-苯基-β-萘胺以及步骤(I)得到的膨润土-碳酸钙微球到密炼机中进行混炼，混炼温度控制在100-140 0C，混炼时间20-40分钟，得到混炼胶，混炼胶出料后送入开炼机进行散热； (3)滤胶:将散热后的混炼胶下条后送入滤胶机滤胶，滤网为80-100目，得到母胶； (4)捏合: ①、将混炼胶投入到捏合机中，控制捏合室温度在125-150°C，投入SAP树脂捏合共混40-90分钟； ②、将捏合机的室温降至70-80°C，投入促进剂D继续捏合共混20-30分钟;将捏合后的混料经捏合机下部的螺杆排料装置过滤，排料。
【文档编号】C08K3/34GK105906875SQ201610473149
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】胡光荣
【申请人】安徽荣达阀门有限公司