橡胶技术李秀权工作室
北京成科橡胶制品有限公司
 
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防老剂在橡胶密封制品中的应用
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摘要:本文对橡胶密封制品用丁腈橡胶、ACM胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶和制作减震耐屈挠制品的天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶的作用,防老剂的品种、性能进行试验和论述。

   关键词:防老剂;密封制品;应用

1引言

 橡胶密封制品如旋转轴密封的骨架油封,筒式减震器密封的骨架油封,往复运动活塞杆密封,液压缸密封,大都是高速运动或耐高压的密封制品,由于使用工艺的复杂和苛刻,因此配方设计中,选择应用防老剂是非常重要的,一方面在橡胶加工过程中,因高温和机械力的作用,如炼胶加工使橡胶分子过分断裂降解,性能下降;另一方面,可防止橡胶制品在使用过程中,因热、机械的作用而损害其使用性能,为达到上述目的,研究人员不断开发高效环保的防老剂,满足橡胶制品的需要。橡胶的老化主要是氧化,而橡胶的氧化反应是具有自动催化特性的热氧化反应,并按照自由基的机理进行在橡胶制品中的老化现象。一方面影响制品的表现如龟裂,另一方面使其物理性能下降,随之丧失使用价值。考虑制品的防老化要求和制品加工过程中的工艺要求,防老剂应具有以下性能:(1)较高的防老化效果;(2)迁到制品表面且不喷霜;(3)不影响硫化;(4)在胶中易分散;(5)对胶料色泽五污染货污染小;(6)无毒环保。但是现实中完全能达到上述理想的防老剂并不易见,但是第12346这五条在配方设计中必须着重考虑。

2 试验

2.1       原材料

防老剂RD,天津拉勃化工公司生产;防老剂MB,浙江乐清精细化工厂生产;防老剂ODA,上海澎普化工厂生产;防老剂4010NA,南京化工厂生产;防老剂445,美国康宁公司生产;防老剂KY445,江苏海化工厂生产;其他原料皆为市售产品。

2.2       设备与仪器

  50t平板机硫化机(用于制作试样),110t抽真空硫化机(生产产品),XK160开炼机(配合试验用),XK400开炼机(生产用),UT2080电脑控制拉力机,智慧型UR2010型无转子硫化仪,台架试验台、天平、硬度计和恒温老化箱等。

2.3       试验过程

2.3.1          小配合试验

  胶料配合后,在XK-160开炼机上炼胶,停放24h,硫化试片按标准试验方法测定硬度、拉伸强度、拉断伸长率和压缩永久变形等性能,进行耐老化试验,并制作制品进行台架试验。

2.3.2          批量生产试验

  经小配合试验合格的胶料,需批量生产实验验证,即在XK400开炼机上进行开炼火在50L的密炼机进行密炼的胶料进行物理性能测试和台架试验后,交付用户进行跑车试验等质量检验。

3        结果与论述

3.1       丁腈橡胶用防老剂的实验和应用

丁腈橡胶因具有良好的耐热、耐油和较好的机械性能,特别是制造工艺比较成熟,因此广泛应用于制作耐热、耐油(120°以下)的密封制品,但是由于丁腈橡胶的分子结构特点是属于二烯类的不饱和橡胶,因此需添加高效的防老剂提高耐老化性能。国外的著名公司如日本NOK等公司在丁腈橡胶中大都采用防老剂RD4010NA和防老剂445等。我们进行了丁腈橡胶放老化试验。

试验配方:日本丁腈橡胶N-41 100,氧化锌5,硬脂酸1,二辛酯6,炭黑N550 60,硫磺 0.5,促进剂TMTD 1TETD1,DM 2.5,防老剂变量。世纪混炼配方中用量为表1中用量的5倍。硫化条件为180℃×8min

我们采用上述配方,防老剂的用量都是2份,对防老剂RD4010NAMB、国外防老剂445、国内防老剂445以及RD+MB2:1)和国外防老剂445+MB2:1)进行热老化试验,其试验结果见表1.

1

       

防老剂名称及用量

国外445   国内445   RD    MB  4010NA   RD+MD   445+MR

2         2        2      2     2        21     21

邵尔A型硬度/MPa             66        66       67     68    67        67       67

拉伸强度/MPa                 13.7      13.7      13.4   13.9   13.5      13.8       13.8

拉断伸长率/%                 358       369      395    364   391       382      380

120℃×70h热空气老化后性能

硬度变化                      +7        +7      +7     +7    +7        +7      

拉伸强度变化率/%             +10        +7      +8     +10   +13      +12

扯断伸长变化率/%             -32        -34      -39    -39    -35       -30

从表1可看出,在120℃×70h热空气老化后,添加各种防老剂的胶料的硬度变化都是一样的,拉伸强度的变化却出现正值,老化后未出现强度下降现象,伸长变化率有点差异,防老剂445好一些,而RDMB稍差一点,防老剂RDMB并用及防老剂445MB并用的更好一点。这可能是两种防老剂并用具有良好的协同作用。

氢化丁腈橡胶虽然是高饱和橡胶,但是加入适量的防老剂可提高胶料的耐热老化性能。使用日本瑞翁公司的氢化丁腈橡胶2020进行试验。

试验配方为:氢化丁腈橡胶(2020100,氧化锌5,氧化镁10,硬脂酸1,喷雾炭黑20N550炭黑30DCP 4TAIC2.5DM1.5,石蜡1,防老剂2,变品种。

150℃×70h热空气老化试验的伸长变化率结果如下:未知防老剂为-22%,加入RD-16%4010NA的为-17%MB-21%BLE的为-18%,防老剂445-9%,防老剂ODA的为-11%,可见防老剂445ODA较好。

3.2       ACM胶防老剂的试验与应用

ACM胶是高饱和性橡胶,具有良好的耐热(可在150°以下使用)、耐油性能,应用于制作汽车发动机的曲辊油封和变速箱油封有良好的效果,加入防老剂可提高制品的可塑性和耐热性。国外ACM胶的生产厂家如美国睛氨公司推荐使用防老剂OD,日本东亚公司推荐的是防老剂445和防老剂630F,日本瑞翁公司推荐的是防老剂445,日本油封公司NOKACM胶油封配方采用的也是防老剂445,日本荒井公司ACM胶油封配方采用防老剂ODP,因ACM胶是很重要的密封制品原材料,对其防老剂品种我们也进行了试验和应用。

试验配方:东亚涂料公司ACMAR840 100,硬脂酸1,操作助剂935P 3,硫磺0.5,硬脂酸钾0.5,硬脂酸钠4,炭黑N55050,喷雾炭黑35,防焦剂CTP 0.4,防老剂变量。

实验试验放大5倍,在XK-160开炼机上混炼。硫化条件:一次硫化170℃×20min,二次硫化170℃×20h,其试验结果见表2.

2

       

防老剂名称及用量

未加防老剂    RD     MB   4010NA    BCE    445    KY445

           2     2         2        2      2        2

邵尔A型硬度/                 71         70     70       71       70     71       71

拉伸强度/MPa                  9.6         9.7    10.1      10.1     9.7     10.1     10.1

拉断伸长率/%                  210        216     210      214     214      210    210

175℃×70h热空气老化后性能

老化后硬度变化                 +4         +3     +4       +3      +3      +2      +2      

拉伸强度变化率/%              -10         -4      -5       -6       -5      -3       -3

扯断伸长变化率/%              -15         -6      -10      -8       -7      -5       -6

从表2可以看出,ACM胶加入防老剂,比未加入防老剂性能的变化要小,防老剂445KY445RD的性能变化较小,而防老剂MB较差。

经试验和用户试跑车证明,在制作密封制品的三元乙丙橡胶中EP33制作耐制动的筒式减震器油封,配方中采用防老剂RD可满足用户的要求。


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