一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法与流程

本发明涉及密封件的制备领域，尤其是一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法。

背景技术：

凹凸棒石是一维纳米纤维状天然无机粒子，它的基本结构特征为连续的四面体层、不连续的八面体层和倒转四面体排列形成的相互链带，其微观结构实际表现为棒状单晶体、棒晶束、棒晶束堆集体三个层次。凹凸棒石特殊的链层状晶体结构赋予了其吸附、流变、催化和聚合物填充等性能，在实际应用中因亲水、抗腐蚀和吸附性能强，以及自身特殊结构和性质被广泛应用在石油、化工、农业、医药和生活用品等诸多领域。凹凸棒石的微观结构致使其宏观呈直径约15~25nm，长度约0.5~5μm纤维状形态，故而具有很大的比表面积，有望成为橡胶密封件的增韧、增强体。

橡胶密封件在制备过程中，考虑其加工工艺、性能和成本等因素，需要将生胶与各种配合剂配合在一起。常用的配合体系主要包括生胶、补强填充体系、防护体系、硫化体系和软化增塑体系，以及其他配体系，如着色体系、耐磨体系、抗静电剂、阻燃体系等。现有的橡胶密封件，大多采用氟橡胶制备而成，氟橡胶是一种特种橡胶，耐热性和耐候性极好，被广泛用于制造密封件，但是氟橡胶的价格较高，而且加工性能差，力学性能一般，给实际应用带来局限。

技术实现要素：

为了克服现有技术中橡胶密封件制造成本高、加工性能差、机械强度低等缺陷，本发明提供一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法，所述改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件按重量百分比包括以下组份：

天然橡胶：100份

改性凹凸棒石：10~30份

炭黑：10~20份

氧化锌：3~5份

硬脂酸：1.5~2份

石蜡：1~1.5份

促进剂cz：1~1.5份

促进剂dm：0.5份

防老剂4010na：1.5份

硫磺：1.5~2份

所述改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件的制备方法包括以下步骤：

步骤一：塑炼，按上述配方称取原料备用，将天然橡胶用切胶刀切成小块，加入到双辊开炼机上进行塑炼，控制辊温为50℃，塑炼时间为5~10min；

步骤二：混炼，将步骤一塑炼后的天然橡胶和其它小料加入到双辊开炼机上进行混炼，其中小料的加料顺序依次为：改性凹凸棒石、炭黑、氧化锌、硬脂酸、促进剂cz和促进剂dm、防老剂4010na、石蜡、硫磺，控制双辊开炼机的辊速比为1:1.3，每种小料间隔加入的时间为1min，待全部小料加入后，继续混炼2~3min，然后打三角包5次，薄通4次，最后下片；

步骤三；硫化，将步骤二制得的混炼胶在室温下停放24h，根据密封件模具裁制试样，然后将试样放入到密封件模具中，接着将密封件模具放入到平板硫化仪中，控制硫化温度为135~170℃，硫化时间为5~10min，硫化压力为10~15mpa，硫化完成后，开模取出制品，即可得到密封件。

上述的一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法，所述改性凹凸棒石的制备方法如下：

首先，凹凸棒石的纯化，取100g凹凸棒石加入到盛有500ml去离子水的烧杯中，在50℃下超声20~30min，然后将超声后的液体加入到电动搅拌器中搅拌，控制搅拌速度为200r/min，搅拌时间为2~3h，搅拌后静置24h后，取上层液体部分进行抽滤，将产物放入70℃的真空干燥箱内烘干，将烘干后的产物用研钵研磨至细粉状，即可得到纯化凹凸棒石；

其次，凹凸棒石的酸化，取100g纯化后的凹凸棒石加入到烧杯中，向烧杯中加入1mol/l的十二烷基苯磺酸200ml，室温下超声20~30min，然后用电动搅拌器搅拌2~3h，将混合物放到离心机中离心，并用去离子水反复洗涤至中性，将所得产物放入70℃的真空干燥箱内干燥，并用研钵研磨至细粉状；

最后，凹凸棒石的改性，取100g酸化后的凹凸棒石加入到烧杯中，并向烧杯中加入偶联剂a151的体积分数为5%的乙醇溶液500ml，并加入磁子搅拌，控制反应温度为60℃，搅拌速度为150r/min，反应4h后，离心分离，将产物用无水乙醇洗涤5次，并放入70℃的真空干燥箱内干燥，并用研钵研磨至细粉状，即可得到改性凹凸棒石。

上述的一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法，所述凹凸棒石的粒径为325目。

上述的一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法，所述炭黑为n234、n339、n330或n990中的一种。

与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：

本发明的有益效果是，本发明采用改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件，制备方法简单、方便工业化生产；所采用的原料易得，价格低廉，有利于降低生产成本；采用天然橡胶作为密封件基体材料，其加工性能好，方便密封件加工制造，有利于缩短工期；采用改性凹凸棒石作为密封件的增强剂，对密封件的机械性能有较大的改进。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1添加20份改性凹凸棒石的天然橡胶密封件拉伸断面sem图；

图2为本发明实施例1未添加改性凹凸棒石的天然橡胶密封件拉伸断面sem图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

【实施例1】

一种改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件及其制备方法，所述改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件按重量百分比包括以下组份：

天然橡胶：100份

改性凹凸棒石：10~30份

炭黑：10份

氧化锌：3份

硬脂酸：1.5份

石蜡：1份

促进剂cz：1份

促进剂dm：0.5份

防老剂4010na：1.5份

硫磺：1.5份

所述改性凹凸棒石增强天然橡胶密封件的制备方法包括以下步骤：

步骤一：塑炼，按上述配方称取原料备用，将天然橡胶用切胶刀切成小块，加入到双辊开炼机上进行塑炼，控制辊温为50℃，塑炼时间为5min；

步骤二：混炼，将步骤一塑炼后的天然橡胶和其它小料加入到双辊开炼机上进行混炼，其中小料的加料顺序依次为：改性凹凸棒石、炭黑、氧化锌、硬脂酸、促进剂cz和促进剂dm、防老剂4010na、石蜡、硫磺，控制双辊开炼机的辊速比为1:1.3，每种小料间隔加入的时间为1min，待全部小料加入后，继续混炼2min，然后打三角包5次，薄通4次，最后下片；

步骤三；硫化，将步骤二制得的混炼胶在室温下停放24h，根据密封件模具裁制试样，然后将试样放入到密封件模具中，接着将密封件模具放入到平板硫化仪中，控制硫化温度为150℃，硫化时间为8min，硫化压力为10mpa，硫化完成后，开模取出制品，即可得到密封件。

进一步的，所述改性凹凸棒石的制备方法如下：

首先，凹凸棒石的纯化，取100g凹凸棒石加入到盛有500ml去离子水的烧杯中，在50℃下超声20min，然后将超声后的液体加入到电动搅拌器中搅拌，控制搅拌速度为200r/min，搅拌时间为2h，搅拌后静置24h后，取上层液体部分进行抽滤，将产物放入70℃的真空干燥箱内烘干，将烘干后的产物用研钵研磨至细粉状，即可得到纯化凹凸棒石；

其次，凹凸棒石的酸化，取100g纯化后的凹凸棒石加入到烧杯中，向烧杯中加入1mol/l的十二烷基苯磺酸200ml，室温下超声20min，然后用电动搅拌器搅拌2h，将混合物放到离心机中离心，并用去离子水反复洗涤至中性，将所得产物放入70℃的真空干燥箱内干燥，并用研钵研磨至细粉状；

最后，凹凸棒石的改性，取100g酸化后的凹凸棒石加入到烧杯中，并向烧杯中加入偶联剂a151的体积分数为5%的乙醇溶液500ml，并加入磁子搅拌，控制反应温度为60℃，搅拌速度为150r/min，反应4h后，离心分离，将产物用无水乙醇洗涤5次，并放入70℃的真空干燥箱内干燥，并用研钵研磨至细粉状，即可得到改性凹凸棒石。

进一步的，所述凹凸棒石的粒径为325目。

进一步的，所述炭黑为n990。

由以上方法制备哑铃型的试样，采用拉伸试验机对试样进行性能测试和性能表征，对添加改性凹凸棒石的试样和未添加改性凹凸棒石的试样进行电镜扫描，所得结果如图1和图2，其中图1是添加20份改性凹凸棒石的试样的拉伸断面sem图，图2是未添加改性凹凸棒石的试样拉伸断面sem图，从图中可以看出，未添加改性凹凸棒石的试样的拉伸断裂面平整，表现为脆性断裂，而添加20份改性凹凸棒石的试样的拉伸断裂面上出现较多的韧性窝和片层装的结构，说明改性凹凸棒石的加入，使密封件的韧性增强。

对添加不同量的改性凹凸棒石的试样进行力学性能测试，具体性能指标如下：

从上表可以看出，随着改性凹凸棒石加入量的增大，密封件的拉伸强度、撕裂强度、硬度逐渐增大，说明密封件的机械强度变大，随着改性凹凸棒石加入量的增大，断裂伸长率和压缩永久变形降低，说明密封件的弹性下降；综上，改性凹凸棒石的加入改善了天然橡胶密封件的性能。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。