一种高耐酸碱密封件用氟橡胶材料及生产方法与流程

本发明涉及耐酸碱橡胶密封材料，具体涉及一种高耐酸碱密封件用氟橡胶材料及生产方法。

背景技术：

1、氟橡胶是分子主链和侧链上含有氟原子的一种合成高分子材料，具有优异的耐介质、耐高温等性能，被广泛应用于航空航天、汽车、石油化工、电子以及机械制造等领域，主要用作密封件。在化工设备及具体的电镀工艺中，氟橡胶密封件长时间接触酸碱会导致其力学性能劣化，影响设备的正常运行及生产工艺过程稳定。

2、氟橡胶的组分主要包括氟胶、吸酸剂、硫化剂和填料，通常的改进技术方案针对填料，例如在氟橡胶中加入硅藻土、硫酸钡。硅藻土的二氧化硅粒子显酸性，氟橡胶硫化过程中产生的氟化氢以及填料中扩散的水，会参于与二氧化硅反应；另外，密封件长期浸泡于碱中，硅藻土与碱反应会在密封件内部留下孔隙，降低胶片的拉伸强度；硫酸钡具有一定的耐酸碱性能，但是对密封件的扯断强度几乎无提升，对抗变形能力和硬度提升幅度不大。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高耐酸碱密封件用氟橡胶材料，通过优选的氟橡胶组分配比，利用碳材料粉体化学惰性、稳定性和耐酸碱性能等优点，制备得到耐酸碱性能良好的氟橡胶密封材料。

2、为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种高耐酸碱密封件用氟橡胶材料，按重量份数计，其原料的主要组分包括：氟胶100份、氧化镁6～12份、氢氧化钙10～16份、硫化剂4～7份、促进剂2.8～4.5份、碳材料粉体21～33份；

3、碳材料粉体的主要组成为喷雾碳黑。可选的，碳材料粉末为喷雾炭黑，或者除喷雾炭黑外，还包括其他碳材料粉末，包括但不限于碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、插层石墨。

4、优选的技术方案为，所述碳材料粉体还包括插层石墨；以碳材料粉体的质量为100％计，插层石墨的质量百分比为2％～5.6％。插层石墨分散于氟橡胶中，插层剂增大石墨层间距离，在氟橡胶混炼过程中部分石墨剥离生成径厚比更大的石墨粉体例如少层石墨、石墨烯，形成酸碱等在氟橡胶内传递的阻挡屏障，同时插层石墨具有较强的吸附能力和弹性，减小因发生中和反应而导致的胶片扯断强度下降差值，提升氟橡胶密封材料的耐酸碱性能。

5、进一步的，碳材料粉体由喷雾炭黑和插层石墨组合而成。

6、具体的，插层石墨的质量百分比为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.6％点值或者以两个点值作为最大值和最小值的数据区间。

7、优选的技术方案为，所述插层石墨的插层剂包括聚合物插层剂和无机插层剂，所述聚合物插层剂为选自聚乙烯亚胺、聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚1-乙烯基咪唑中的一种或两种以上的组合，无机插层剂的阳离子氢氧化物不溶于水且分解温度低于氟橡胶的硫化温度。

8、以上聚合物插层剂具有表面活性，在以上聚合物插层剂水溶液中，石墨均匀分散，无机分解温度低于氟橡胶的硫化温度，确保无机插层剂稳定存在于部分石墨层间，利于维持插层石墨的吸附能力和弹性，避免在氟橡胶硫化过程中因插层剂分解而导致石墨层间剥离或者产生挥发组分，确保氟橡胶交联结构的致密性。

9、进一步的，聚合物插层剂为聚乙烯亚胺，无机插层剂的阳离子形成的氢氧化物具有较高的分解温度，进一步的，无机插层剂为硫酸铁和/或硫酸镁。

10、优选的技术方案为，所述聚合物插层剂和无机插层剂同时溶于溶剂中形成插层处理液，所述插层处理液中聚合物插层剂和无机插层剂的质量之比为1：(0.1～0.3)，插层处理液中聚合物插层剂和无机插层剂的质量之和与石墨粉体质量之比为(0.6～1):1。与无机插层剂相比，聚合物插层剂较多地使用，利于提升插层石墨粉体的亲水性能，利于获得氟橡胶密封材料改进的耐油性能。

11、具体的，插层处理液中聚合物插层剂和无机插层剂的质量之比为1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、1:0.3点值或者以两个点值作为最大值和最小值的数据区间；插层处理液中聚合物插层剂和无机插层剂的质量之和与石墨粉体质量之比为0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1点值或者以两个点值作为最大值和最小值的数据区间。

12、优选的技术方案为，所述插层石墨还包括氨基硅烷偶联剂，所述氨基硅烷偶联剂与插层石墨中原料石墨的质量之比为(0.005～0.05):1。氨基硅烷偶联剂中的氨基与氟橡胶反应交联，利于插层石墨在氟橡胶中的均匀分散和氟橡胶密封材料的质地均一性。

13、具体的，氨基硅烷偶联剂与插层石墨中原料石墨的质量之比为0.005:1、0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1点值或者以两个点值作为最大值和最小值的数据区间。插层石墨经过氨基硅烷偶联剂处理。

14、优选的技术方案为，所述插层石墨的原料石墨粒径d90为500～1000nm，喷雾炭黑的粒径d90为100～130nm，所述聚合物插层剂的分子量为500～2500。当聚合物插层剂为聚乙烯亚胺时，优选的分子量为500～1000。插层石墨的粒径以及其在氟橡胶混炼过程中产生的少层石墨粒径均大于喷雾炭黑，确保其对酸碱在氟橡胶内传递的阻挡或减缓作用。

15、优选的技术方案为，所述硫化剂为双酚af和/或双酚a，所述促进剂为苄基三苯基氯化磷。

16、本发明的目的之二在于提供一种高耐酸碱密封件用氟橡胶材料的生产方法，基于上述高耐酸碱密封件用氟橡胶材料，包括以下步骤：

17、s1：按比例配置氟橡胶材料的原料；

18、s2：将炼胶机辊距调至3.5～4.2mm，将氟胶首先导入炼胶机压合薄通；

19、s3：压合薄通包辊后，将辊温控制在40℃～60℃，然后依次加入氧化镁、氢氧化钙、碳材料粉体、硫化剂和促进剂混炼；

20、s4：将辊距调整至1.7～2.4mm，进行胶料薄通、打三角包7～12次后，再将辊距调至预定的硫化胶片厚度出片；

21、s5：胶料室温下静置不小于18小时；

22、s6：将胶料导入冷喂料机预成型；

23、s7：将预成型的胶料导入162～170℃的模具内加压硫化后，得一次硫化胶片；

24、s8：将一次硫化胶料导入烤箱，在225～235℃的温度下进行二次硫化，得成品高耐酸碱密封件用氟橡胶材料胶片。

25、优选的技术方案为，该包括碳材料粉体的制备步骤：

26、s01：在插层剂溶液中加入并分散石墨粉体，加热至60～80℃搅拌2～3h，然后加入硅烷偶联剂，混合均匀得插层石墨分散液；

27、s03：将含有部分喷雾碳黑的分散液并入插层石墨分散液，混合均匀后固液分离，醇类溶剂冲洗并烘干固体得第一粉体；

28、s05：将第一粉体与剩余的喷雾碳黑混合，得碳材料粉体；

29、插层处理前的石墨粉体与第一粉体中喷雾碳黑的质量之比为1：(2～3)。

30、优选的技术方案为，s7中一次硫化的压力为95～103kg/cm2，硫化时间为8～13min；s8中二次硫化的硫化时长为9～13h。

31、本发明的优点和有益效果在于：

32、该高耐酸碱密封件用氟橡胶材料采用优选的原料配比，增加吸酸剂氧化镁和氢氧化钙的含量，并采用化学惰性、稳定性和耐酸碱性能优良的碳材料粉体作为填料；碳材料粉体主要组分的喷雾炭黑在氟橡胶中接团几率低，在氟橡胶材料中形成的缺陷点、应力集中点少，使得氟橡胶密封材料具有良好的弹性、耐酸碱性能和力学性能。