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(橡膠技術李秀權工作室)
 
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防老劑在橡膠密封制品中的應用

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摘要:本文對橡膠密封制品用丁腈橡膠、ACM膠、三元乙丙橡膠、氯丁橡膠和制作減震耐屈撓制品的天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠的作用,防老劑的品種、性能進行試驗和論述。

   關鍵詞:防老劑;密封制品;應用

1引言

 橡膠密封制品如旋轉軸密封的骨架油封,筒式減震器密封的骨架油封,往復運動活塞桿密封,液壓缸密封,大都是高速運動或耐高壓的密封制品,由于使用工藝的復雜和苛刻,因此配方設計中,選擇應用防老劑是非常重要的,一方面在橡膠加工過程中,因高溫和機械力的作用,如煉膠加工使橡膠分子過分斷裂降解,性能下降;另一方面,可防止橡膠制品在使用過程中,因熱、機械的作用而損害其使用性能,為達到上述目的,研究人員不斷開發高效環保的防老劑,滿足橡膠制品的需要。橡膠的老化主要是氧化,而橡膠的氧化反應是具有自動催化特性的熱氧化反應,并按照自由基的機理進行在橡膠制品中的老化現象。一方面影響制品的表現如龜裂,另一方面使其物理性能下降,隨之喪失使用價值。考慮制品的防老化要求和制品加工過程中的工藝要求,防老劑應具有以下性能:(1)較高的防老化效果;(2)遷到制品表面且不噴霜;(3)不影響硫化;(4)在膠中易分散;(5)對膠料色澤五污染貨污染小;(6)無毒環保。但是現實中完全能達到上述理想的防老劑并不易見,但是第12346這五條在配方設計中必須著重考慮。

2 試驗

2.1       原材料

防老劑RD,天津拉勃化工公司生產;防老劑MB,浙江樂清精細化工廠生產;防老劑ODA,上海澎普化工廠生產;防老劑4010NA,南京化工廠生產;防老劑445,美國康寧公司生產;防老劑KY445,江蘇海化工廠生產;其他原料皆為市售產品。

2.2       設備與儀器

  50t平板機硫化機(用于制作試樣),110t抽真空硫化機(生產產品),XK160開煉機(配合試驗用),XK400開煉機(生產用),UT2080電腦控制拉力機,智慧型UR2010型無轉子硫化儀,臺架試驗臺、天平、硬度計和恒溫老化箱等。

2.3       試驗過程

2.3.1          小配合試驗

  膠料配合后,在XK-160開煉機上煉膠,停放24h,硫化試片按標準試驗方法測定硬度、拉伸強度、拉斷伸長率和壓縮永久變形等性能,進行耐老化試驗,并制作制品進行臺架試驗。

2.3.2          批量生產試驗

  經小配合試驗合格的膠料,需批量生產實驗驗證,即在XK400開煉機上進行開煉火在50L的密煉機進行密煉的膠料進行物理性能測試和臺架試驗后,交付用戶進行跑車試驗等質量檢驗。

3        結果與論述

3.1       丁腈橡膠用防老劑的實驗和應用

丁腈橡膠因具有良好的耐熱、耐油和較好的機械性能,特別是制造工藝比較成熟,因此廣泛應用于制作耐熱、耐油(120°以下)的密封制品,但是由于丁腈橡膠的分子結構特點是屬于二烯類的不飽和橡膠,因此需添加高效的防老劑提高耐老化性能。國外的著名公司如日本NOK等公司在丁腈橡膠中大都采用防老劑RD4010NA和防老劑445等。我們進行了丁腈橡膠放老化試驗。

試驗配方:日本丁腈橡膠N-41 100,氧化鋅5,硬脂酸1,二辛酯6,炭黑N550 60,硫磺 0.5,促進劑TMTD 1TETD1,DM 2.5,防老劑變量。世紀混煉配方中用量為表1中用量的5倍。硫化條件為180℃×8min

我們采用上述配方,防老劑的用量都是2份,對防老劑RD4010NAMB、國外防老劑445、國內防老劑445以及RD+MB2:1)和國外防老劑445+MB2:1)進行熱老化試驗,其試驗結果見表1.

1

       

防老劑名稱及用量

國外445   國內445   RD    MB  4010NA   RD+MD   445+MR

2         2        2      2     2        21     21

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

拉伸強度/MPa                 13.7      13.7      13.4   13.9   13.5      13.8       13.8

拉斷伸長率/%                 358       369      395    364   391       382      380

120℃×70h熱空氣老化后性能

硬度變化                      +7        +7      +7     +7    +7        +7      

拉伸強度變化率/%             +10        +7      +8     +10   +13      +12

扯斷伸長變化率/%             -32        -34      -39    -39    -35       -30

從表1可看出,在120℃×70h熱空氣老化后,添加各種防老劑的膠料的硬度變化都是一樣的,拉伸強度的變化卻出現正值,老化后未出現強度下降現象,伸長變化率有點差異,防老劑445好一些,而RDMB稍差一點,防老劑RDMB并用及防老劑445MB并用的更好一點。這可能是兩種防老劑并用具有良好的協同作用。

氫化丁腈橡膠雖然是高飽和橡膠,但是加入適量的防老劑可提高膠料的耐熱老化性能。使用日本瑞翁公司的氫化丁腈橡膠2020進行試驗。

試驗配方為:氫化丁腈橡膠(2020100,氧化鋅5,氧化鎂10,硬脂酸1,噴霧炭黑20N550炭黑30DCP 4TAIC2.5DM1.5,石蠟1,防老劑2,變品種。

150℃×70h熱空氣老化試驗的伸長變化率結果如下:未知防老劑為-22%,加入RD-16%4010NA的為-17%MB-21%BLE的為-18%,防老劑445-9%,防老劑ODA的為-11%,可見防老劑445ODA較好。

3.2       ACM膠防老劑的試驗與應用

ACM膠是高飽和性橡膠,具有良好的耐熱(可在150°以下使用)、耐油性能,應用于制作汽車發動機的曲輥油封和變速箱油封有良好的效果,加入防老劑可提高制品的可塑性和耐熱性。國外ACM膠的生產廠家如美國睛氨公司推薦使用防老劑OD,日本東亞公司推薦的是防老劑445和防老劑630F,日本瑞翁公司推薦的是防老劑445,日本油封公司NOKACM膠油封配方采用的也是防老劑445,日本荒井公司ACM膠油封配方采用防老劑ODP,因ACM膠是很重要的密封制品原材料,對其防老劑品種我們也進行了試驗和應用。

試驗配方:東亞涂料公司ACMAR840 100,硬脂酸1,操作助劑935P 3,硫磺0.5,硬脂酸鉀0.5,硬脂酸鈉4,炭黑N55050,噴霧炭黑35,防焦劑CTP 0.4,防老劑變量。

實驗試驗放大5倍,在XK-160開煉機上混煉。硫化條件:一次硫化170℃×20min,二次硫化170℃×20h,其試驗結果見表2.

2

       

防老劑名稱及用量

未加防老劑    RD     MB   4010NA    BCE    445    KY445

           2     2         2        2      2        2

邵爾A型硬度/                 71         70     70       71       70     71       71

拉伸強度/MPa                  9.6         9.7    10.1      10.1     9.7     10.1     10.1

拉斷伸長率/%                  210        216     210      214     214      210    210

175℃×70h熱空氣老化后性能

老化后硬度變化                 +4         +3     +4       +3      +3      +2      +2      

拉伸強度變化率/%              -10         -4      -5       -6       -5      -3       -3

扯斷伸長變化率/%              -15         -6      -10      -8       -7      -5       -6

從表2可以看出,ACM膠加入防老劑,比未加入防老劑性能的變化要小,防老劑445KY445RD的性能變化較小,而防老劑MB較差。

經試驗和用戶試跑車證明,在制作密封制品的三元乙丙橡膠中EP33制作耐制動的筒式減震器油封,配方中采用防老劑RD可滿足用戶的要求。


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