防老劑在橡膠密封制品中的應用

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1、2、3、4、6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 1，TETD1,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RD、4010NA、MB、國外防老劑445、國內防老劑445以及RD+MB（2:1）和國外防老劑445+MB（2:1）進行熱老化試驗，其試驗結果見表1.

表1

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RD合MB稍差一點，防老劑RD與MB并用及防老劑445與MB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（2020）100，氧化鋅5，氧化鎂10，硬脂酸1，噴霧炭黑20，N550炭黑30，DCP 4，TAIC2.5，DM1.5，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為-16%，4010NA的為-17%，MB為-21%，BLE的為-18%，防老劑445為-9%，防老劑ODA的為-11%，可見防老劑445和ODA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ACM膠AR840 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.

表2

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445、KY445和RD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。