专利名称：吸水膨胀橡胶、金属复合密封材料及各自的制备方法
技术领域：
本发明涉及功能高分子材料制造领域，特别涉及一种吸水膨胀橡胶以及采用吸水 膨胀橡胶制得的金属复合密封材料，同时还涉及该吸水膨胀橡胶和金属复合密封材料的制 备方法。
背景技术：
现有技术已经表明，在橡胶基材的分子中引入具有沁水功能的基团或在橡胶基材 中加入具有亲水性的组分，并可以赋予橡胶以吸水膨胀功能，吸水膨胀橡胶问世于20世纪 70年代，最早在日本研究并得到了迅速发展。目前，我国在橡胶密封产业领域所使用的密封材料，主要是吸水膨胀橡胶或橡胶 与橡胶复合组成的特殊橡胶，橡胶与橡胶的复合产品虽然也具有一定的密封性，其应用范 围也较为广泛，但是在高压力、高温度等条件下具有一定的局限性。而目前的吸水膨胀橡胶在应用到密封领域，特别是用作一些以水位流体介质的可 拆连接处的静密封材料时，存在材料整体强度差、耐压性差的问题，因此，针对目前的技术 现状，如果要开发出能够适用于多种静密封场合的复合材料，急需解决以下问题1.如何提高密封材料整体的强度和耐压性？2.在解决上述问题的基础上，如何保证吸水膨胀橡胶的吸水膨胀率？
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种吸水膨胀橡胶，用于解决橡胶与吸水树 脂之间的相容性技术问题，保证了吸水膨胀橡胶的吸水膨胀率，同时该橡胶的应用还能够 解决橡胶与金属材料之间的粘合强度难以保证的技术难题，可以达到3Mpa以上的粘接强 度；本发明的目的之二提供了该吸水膨胀橡胶的制备方法；本发明的目的之三是提供一种 金属复合密封材料，该材料将前述的吸水膨胀橡胶与金属材料结合在一起，不仅具有吸水 膨胀橡胶所具有的功能特点，同时解决了现有的橡胶密封产品不能承受高压力和高温的技 术问题，具有密封效果突出，使用范围广泛的特点；本发明的目的之四是提供该金属复合密 封材料的制备方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的该吸水膨胀橡胶是采用物理共混法将至少两种高吸水性树脂与橡胶共混合成。进一步，所述采用的高吸水性树脂的粒径小于80 μ m ；进一步，在采用物理共混法制备吸水膨胀橡胶的过程中加入至少两种增容剂；进一步，至少包括两种不同结构的增容剂，一种为主链亲水、侧链疏水的结构，另 一种为主链疏水、侧链亲水的结构；进一步，所述增容剂为两种，其中一种是以丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸钠为单 体，采用水溶液聚合法制得的三元共聚高吸水树脂，而另一种是羧甲基化纤维素接枝丙烯 酰胺的二元共聚高吸水树脂；
进一步，所述增容剂为三种，其中第一种是以丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸钠为单 体，采用水溶液聚合法制得的三元共聚高吸水树脂；第二种是羧甲基化纤维素接枝丙烯酰 胺的二元共聚高吸水树脂；第三种是是用淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺与顺丁烯二酸酐接枝得到 的高吸水性树脂。本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的制备如前所述的吸水膨胀橡胶的 方法，包括以下步骤1)塑炼 生胶塑炼采用分段塑炼方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于0. 45 ；2)混炼先加入增容剂，后加入吸水树脂。进一步，在步骤2)中，吸水树脂分多次加入，每次加完后停放6 IOh再加。本发明的目的之三是通过以下技术方案实现的该金属复合密封材料包括金属基材，所述金属基材的两面通过有机复合的方式设 置有由吸水膨胀橡胶构成的胶层，所述吸水膨胀橡胶采用如权利要求1所述的吸水膨胀橡 胶或通过化学反应把高吸水性树脂接技到橡胶大分子上而合成制得的吸水膨胀橡胶。本发明的目的之四是通过以下技术方案实现的该金属复合密封材料的制备方法包括以下步骤1)对金属基材进行表面处理；2)在金属基材的粘接面上涂刷胶粘剂，在1 2h后，再在金属基材的粘接面上涂 刷吸水膨胀橡胶的胶浆；3)室温风干 20 40min ；4)送入烘箱固化5 20min ；5)硫化成型。本发明的有益效果是1.本发明的吸水膨胀橡胶通过配方改良以及混炼工艺、塑炼工艺的改进，成功地 解决了橡胶与吸水树脂之间的相容性问题，保证了吸水膨胀橡胶的吸水膨胀率，并且能够 与金属基材实现牢固地粘合，解决了吸水膨胀橡胶与金属的粘合强度问题，其粘结强度可 以达到3Mpa以上；2.本发明的吸水膨胀橡胶的制备方法通过改进橡胶的塑炼工艺和混炼工艺，使橡 胶在机械力、氧、电热和易生成游离基的化合物影响下，能有效地降低橡胶粘度，减小橡胶 弹性，使配合剂容易混入；3.本发明的金属复合密封材料既利用了橡胶特有的高弹性、吸水膨胀橡胶遇水体 积膨胀的特性，又利用了金属材料强度高、回弹性好、承受压力高的特性，制得的产品密封 效果好，使用寿命长。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中图1为未加入增容剂的吸水膨胀橡胶在显微状态下的放大图；图2为加入增容剂的吸水膨胀橡胶在显微状态下的放大图；图3为金属复合密封材料的结构示意图；图4为金属复合密封材料的制备方法流程图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。吸水膨胀橡胶的制备实施例一 本实施例的吸水膨胀橡胶是采用物理共混法将两种高吸水性树脂SAPW和SAP2# 与橡胶共混合成，其中SAPW是以丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸钠为单体，采用水溶液聚合 法制得的三元共聚高吸水树脂，而SAP2#是羧甲基化纤维素接枝丙烯酰胺的二元共聚高吸 水树脂。实施例二与实施例一的不同之处在于采用的高吸水性树脂的粒径小于80 μ m。实施例三与实施例二的不同之处在于本实施例在采用了 SAP1#*SAP2#的基础上，还采用 了第三种高吸水性树脂SAP3#与橡胶相混合，SAP3#是用淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、顺丁烯二 酸酐接枝得到的高吸水性树脂。将SAP1#、SAP2#、SAP3#单独与橡胶混合制得的吸水膨胀橡胶与实施例二和三制 得的吸水膨胀橡胶分别提出，测试其一次吸水、二次吸水的体积膨胀率，得到的实验情况如 下表所示表1配合剂实验数据表
树脂代号份数 I体积膨胀率(一次I体积膨胀率(二次吸I
吸水)水)
SAP1#40150%130%
SAP2#40170%140%
SAP3#40130%100%
SAP1#: SAP2#:20: 20155%145%
SAPl#: SAP2#: SAP3#15: 15: 10 170%150%实验分析从上表数据看出采用多种树脂并用，一次吸水的体积膨胀率和二次吸水的体积膨胀率都较好，尤其二次吸水的膨胀率；树脂从橡胶中脱落的总的量下降，较好地保证了反 复使用后的吸水膨胀率。根据橡胶混炼理论，混炼胶是由粉状配合剂等分散于生胶中而组成的具有复杂结 构特性的胶态分散体系。配合剂加入生胶后，经过混炼加工，其粒子初始直径将发生变化。 粒子的实际分散直径大于、等于或小于初始直径的三种情况都可能存在。根据研究，使大部 分配合剂分散到初始粒子的大小以求充分发挥其补强作用并无必要，但直径在ΙΟμπι以上 者对胶料性能却极其有害。5 6μπι以下的聚集体对物性影响并不大。因此混炼时使配合 剂粒子的分散直径降低到5 6 μ m是制备性能良好的混炼胶的必要条件。根据多次的实验结果发现，如果把吸水树脂 平均粒度控制在80 μ m以下，可以有 效地防止吸水后树脂从橡胶基材中脱落。根据相容性原理，当橡胶或塑料中加入某种配合剂后在一定时间内无喷霜析出现 象，表示两种物质相容，相反为不相容。这是一个工艺概念，以热力学为依据。许多高聚物 共混体系，虽然是热力学不稳定的，不相溶的，但并不一定自动析出，而呈现相容性。这和溶 液理论的相溶是有区别的。那么，每种树脂在不同橡胶中都有一定的“容解度”，超过这个范 围，即使在未吸水状态下，树脂都可能从橡胶基材中析出；树脂吸水后体积膨胀，更容易从 橡胶基材中析出，所以本发明通过选用多种吸水树脂并用，减少单一树脂的用量，从而达到 了尽量减少树脂从橡胶基材中析出，提高胶态分散体系的稳定性，改善橡胶的吸水膨胀率。另外，事实上，高吸水性树脂还可以采用聚丙烯酸钠、异丁烯_马来酸酐共聚物寸。实施例四与实施例三的不同之处在于在制备过程中，加入主链亲水、侧链疏水的增容剂。具体制备方法采用先塑炼再混炼的方式1)塑炼生胶塑炼采用分段塑炼方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于 0. 45 ；2)混炼先加入增容剂，后加入吸水树脂，吸水树脂分多次加入，每次加完后停放 6h再加。实施例五与实施例三的不同之处在于在制备过程中，加入侧链亲水、主链疏水的增容剂。具体制备方法采用先塑炼再混炼的方式1)塑炼生胶塑炼采用分段塑炼方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于 0. 45 ；2)混炼先加入增容剂，后加入吸水树脂，吸水树脂分多次加入，每次加完后停放 IOh再加。实施例六与实施例三的不同之处在于在制备过程中，同时加入主链亲水、侧链疏水的增容 剂和侧链亲水、主链疏水的增容剂。具体制备方法采用先塑炼再混炼的方式1)塑炼生胶塑炼采用分段塑炼方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于 0. 45 ；
2)混炼先加入增容剂，后加入吸水树脂，吸水树脂分多次加入，吸水树脂每次加 入的量控制在15份以内，每次加完后停放8h再加。从而使橡胶在机械力、氧、电热和易生成游离基的化合物影响下，能有效地降低橡 胶粘度，减小橡胶弹性，使配合剂容易混入，从而能够实现较好的相容性将实施例四、五、六制得的吸水膨胀橡胶提出，分别测试其一次吸水和二次吸水的 体积膨胀率(1#指主链亲水、侧链疏水的增容剂，2#指侧链亲水、主链疏水的增容剂)。得 到的实验结果如下表所示表2增容剂实验数据表
权利要求
吸水膨胀橡胶，其特征在于所述吸水膨胀橡胶是采用物理共混法将至少两种高吸水性树脂与橡胶共混合成。
2.如权利要求1所述的吸水膨胀橡胶，其特征在于所述采用的高吸水性树脂的粒径 小于80 μ m0
3.如权利要求1或2所述的吸水膨胀橡胶，其特征在于在采用物理共混法制备吸水 膨胀橡胶的过程中加入至少两种增容剂。
4.如权利要求3所述的吸水膨胀橡胶，其特征在于至少包括两种不同结构的增容剂， 一种为主链亲水、侧链疏水的结构，另一种为主链疏水、侧链亲水的结构。
5.如权利要求4所述的吸水膨胀橡胶，其特征在于所述增容剂为两种，其中一种是以 丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸钠为单体，采用水溶液聚合法制得的三元共聚高吸水树脂，而 另一种是羧甲基化纤维素接枝丙烯酰胺的二元共聚高吸水树脂。
6.如权利要求5所述的吸水膨胀橡胶，其特征在于还包括第三种增容剂，第三种增溶 剂为用淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺与顺丁烯二酸酐接枝得到的高吸水性树脂。
7.制备如权利要求3所述的吸水膨胀橡胶的方法，其特征在于包括以下步骤1)塑炼生胶塑炼采用分段塑炼方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于0.45 ；2)混炼先加入增容剂，后加入吸水树脂。
8.如权利要求7所述的制备吸水膨胀橡胶的方法，其特征在于在步骤2)中，吸水树脂分多次加入，每次加完后停放6 IOh再加。
9.金属复合密封材料，其特征在于包括金属基材，所述金属基材的两面通过有机复 合的方式设置有由吸水膨胀橡胶构成的胶层，所述吸水膨胀橡胶采用如权利要求1所述的 吸水膨胀橡胶或通过化学反应把高吸水性树脂接技到橡胶大分子上而合成制得的吸水膨 胀橡胶。
10.如权利要求9所述的金属复合密封材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)对金属基材进行表面处理；2)在金属基材的粘接面上涂刷胶粘剂，在1 2h后，再在金属基材的粘接面上涂刷吸 水膨胀橡胶的胶浆；3)室温风干20 40min；4)送入烘箱固化5 20min；5)硫化成型。
全文摘要
本发明公开了一种吸水膨胀橡胶和金属复合密封材料，该吸水膨胀橡胶通过配方改良以及混炼工艺、塑炼工艺的改进，成功地解决了橡胶与吸水树脂之间的相容性问题，保证了吸水膨胀橡胶的吸水膨胀率，并且能够与金属基材实现牢固地粘合，解决了吸水膨胀橡胶与金属的粘合强度问题，其粘结强度可以达到3MPa以上；本发明的金属复合密封材料是通过吸水膨胀橡胶与金属基材结合制成，既利用了橡胶特有的高弹性、吸水膨胀橡胶遇水体积膨胀的特性，又利用了金属材料强度高、回弹性好、承受压力高的特性，其密封效果好，使用寿命长；另外，本发明还公开了吸水膨胀橡胶和金属复合密封材料的制备方法。
文档编号F16J15/12GK101967240SQ20101028855
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者粟坤 申请人:重庆市万通工业有限公司