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基本信息

項(xiàng)目名稱：
高硬度低壓縮永久變形橡膠密封材料
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
采用耐油性優(yōu)異的丁腈橡膠、改性蒙脫土及不飽和羧酸鹽制備納米復(fù)合材料，把握丁腈橡膠納米復(fù)合材料中填料的分散狀態(tài)、橡膠網(wǎng)絡(luò)和填料網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形態(tài)以及橡膠和填料網(wǎng)絡(luò)的相互作用等對(duì)丁腈橡膠橡膠的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響規(guī)律，通過(guò)結(jié)構(gòu)控制獲得具有高硬度和低壓縮永久變形的丁腈橡膠往復(fù)密封件材料。
詳細(xì)介紹：
首先通過(guò)查文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)選擇合適丙烯腈含量的丁腈橡膠和硫化體系以及防老體系、增塑體系。通過(guò)對(duì)填料體系的重點(diǎn)研究，掌握炭黑、蒙脫土、不飽和羧酸鹽的種類及用量對(duì)膠料各項(xiàng)性能的影響規(guī)律。在炭黑用量一定（綜合性能較好）的情況下，我們通過(guò)改性蒙脫土及不飽和羧酸鹽對(duì)膠料的綜合性能進(jìn)行進(jìn)一步改善，從而得到理想的高硬度、低壓縮永久變形橡膠密封材料。下面分別對(duì)蒙脫土、不飽和羧酸鹽進(jìn)行一下技術(shù)說(shuō)明。 蒙脫土：通過(guò)固相法改性蒙脫土的制備技術(shù)制備有機(jī)改性蒙脫土，再通過(guò)機(jī)械混煉反應(yīng)插層法制備納米復(fù)合材料。由于橡膠分子鏈插入蒙脫土層間，限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致兩者之間的相互作用力增強(qiáng)，從而拉伸強(qiáng)度增大。同時(shí)，使復(fù)合材料具有較大的抵抗外力不變形的能力，即硬度提高。另外，蒙脫土片層限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)提高了有效交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，壓變也減小。有機(jī)蒙脫土均勻分散形成物理屏障抵抗了撕裂裂紋的延伸使復(fù)合材料的撕裂強(qiáng)度提高。而且納米級(jí)片層可降低硫化膠的滲透性，提高密封性、耐油性及耐溶劑性。此外，蒙脫土可以改善硫化膠的動(dòng)態(tài)性能。 不飽和羧酸鹽：不飽和羧酸鹽增強(qiáng)的膠料硫化時(shí)間延長(zhǎng)。硫化膠的邵爾A型硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、100%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度均較高,且具有更好的耐熱空氣老化性能和耐熱油性能，但壓縮永久變形較大。原因如下：首先，不飽和羧酸鹽在自由基的引發(fā)下會(huì)自聚，形成離子鍵，進(jìn)而形成離子簇，它們將顯著限制其周圍基質(zhì)高分子鏈的運(yùn)動(dòng)，具有交聯(lián)和增強(qiáng)的作用，另外不飽和羧酸鹽還會(huì)與橡膠分子發(fā)生接枝，最終形成互穿網(wǎng)絡(luò)，有利于傳遞和分散應(yīng)力,增加了網(wǎng)絡(luò)有效的交聯(lián)密度,而起到良好的增強(qiáng)作用。其次，不飽和羧酸鹽在增加離子鍵交聯(lián)密度的同時(shí)降低了共價(jià)鍵的交聯(lián)密度，且體系總交聯(lián)密度增加，再次，不飽和羧酸鹽是帶不飽和雙鍵的活性單體，在熱氧老化過(guò)程中，沒(méi)反應(yīng)的不飽和羧酸鹽可進(jìn)一步反應(yīng)，從而對(duì)橡膠分子起到屏蔽作用，提供材料的耐熱性。最后，離子交聯(lián)鍵也有缺點(diǎn)，就是它具有松弛效應(yīng)，因此，壓變較大。但我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)不飽和羧酸鹽用量以取得很好的綜合性能。 我們的產(chǎn)品將這兩種填料并用，研究出了合理的配比，取得了更好的性能。

作品圖片

  • 高硬度低壓縮永久變形橡膠密封材料
  • 高硬度低壓縮永久變形橡膠密封材料

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：制備適用于高硬度低壓縮永久變形往復(fù)密封制品的高性能丁腈橡膠基納米復(fù)合材料。 基本思路：采用耐油性優(yōu)異的丁腈橡膠、改性蒙脫土及不飽和羧酸鹽制備納米復(fù)合材料，把握丁腈橡膠納米復(fù)合材料中填料的分散狀態(tài)、橡膠網(wǎng)絡(luò)和填料網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形態(tài)以及橡膠和填料網(wǎng)絡(luò)的相互作用等對(duì)丁腈橡膠橡膠的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響規(guī)律，通過(guò)結(jié)構(gòu)控制獲得具有高硬度和低壓縮永久變形的丁腈橡膠往復(fù)密封件材料。 創(chuàng)新點(diǎn)： (1)將蒙脫土與不飽和羧酸鹽并用于NBR，通過(guò)納米復(fù)合技術(shù)制備高硬度、低壓縮永久變形的密封膠未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。 (2)無(wú)機(jī)納米粉體固相法有機(jī)改性新技術(shù)。 (3)機(jī)械混煉反應(yīng)法制備橡膠基納米復(fù)合材料的新技術(shù)。 技術(shù)關(guān)鍵：1.找出配方中對(duì)硫化膠硬度及壓變性能影響最大的因素及各因素對(duì)其影響規(guī)律。2.對(duì)高硬度膠料的加工流動(dòng)性的研究。3.該材料在密封制品的工業(yè)化生產(chǎn)中混煉加工性、自粘性和脫模性等問(wèn)題。 主要技術(shù)指標(biāo): (1)納米復(fù)合材料的常規(guī)力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)性能滿足高性能密封件用橡膠的使用要求，高于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封圈橡膠材料的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2810- 2008 要求。 (2)將橡膠納米復(fù)合材料應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化所生產(chǎn)的密封件，臺(tái)架試驗(yàn)往復(fù)行程達(dá)到250公里不漏油。

科學(xué)性、先進(jìn)性

我們的樣品在廣州加士特密封技術(shù)有限公司制備成產(chǎn)品后進(jìn)行了全面性能測(cè)試，并與國(guó)外知名企業(yè)進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行了性能比較。結(jié)果表明：產(chǎn)品綜合性能超過(guò)進(jìn)口同類產(chǎn)品性能。而且價(jià)格比進(jìn)口產(chǎn)品便宜很多。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

我們的樣品在廣州加士特密封技術(shù)有限公司制備成產(chǎn)品后進(jìn)行了性能測(cè)試，2010．12.16產(chǎn)品在廣州加士特密封技術(shù)有限公司得到全面性能報(bào)告。并獲得第十二屆“挑戰(zhàn)杯”華南理工大學(xué)校級(jí)三等獎(jiǎng)。

作品所處階段

中試

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

圖片，樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

該橡膠密封制品可用于機(jī)械行業(yè)，防止漏油、漏氣、漏各種介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、電子、石油和航天航空等領(lǐng)域，對(duì)工業(yè)發(fā)展具有重要的作用。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)， 2010年國(guó)內(nèi)對(duì)密封產(chǎn)品的需求由30多億元增至70億元，其中工程機(jī)械是往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封件產(chǎn)品的最大用戶，我國(guó)現(xiàn)擁有工程機(jī)械約140萬(wàn)臺(tái)，2010年達(dá)到200萬(wàn)臺(tái)，而密封件的數(shù)量為主機(jī)數(shù)量的數(shù)倍，甚至數(shù)十倍，市場(chǎng)潛力大,我們的產(chǎn)品一旦產(chǎn)業(yè)化就能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 我們的混煉膠成本為22元/Kg,進(jìn)口某混煉膠價(jià)格為37元/Kg，某公司預(yù)計(jì)一年使用量54噸，則該公司可獲益81萬(wàn)元。若能更大規(guī)模的投入生產(chǎn)，則可獲更大的經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

目前，國(guó)內(nèi)同類往復(fù)密封產(chǎn)品的質(zhì)量一直不過(guò)關(guān)。一部分材料硬度太低，如市場(chǎng)上常見(jiàn)的密封制品如O形圈，大多用丁腈橡膠(NBR)制成,邵氏硬度一般在70左右,難以滿足相當(dāng)一部分工況的要求 ；有的材料硬度高但其他性能達(dá)不到要求：有的采用橡膠塑料復(fù)合材料生產(chǎn)，如NBR/POM復(fù)合材料，硬度90度時(shí)，壓縮永久變形量達(dá)到37%（過(guò)高），在使用過(guò)程中，產(chǎn)品的跟隨性差，且隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)品的過(guò)盈量變小，最終導(dǎo)致產(chǎn)品失效；材料門尼值大，加工工藝性差，不能使用密煉機(jī)大批量的混煉。 國(guó)外產(chǎn)品性能雖好，但在中國(guó)的銷售價(jià)格非常高，是國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品價(jià)格的15～20倍，限制了產(chǎn)品的應(yīng)用。
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