本發(fā)明涉及高耐磨密封材料，具體為一種用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、在機械密封技術(shù)領(lǐng)域，離心泵、離心機、反應(yīng)釜和壓縮機等關(guān)鍵設(shè)備廣泛依賴機械密封系統(tǒng)實現(xiàn)流體密封。盡管機械密封憑借泄漏量少、壽命長等優(yōu)勢成為主流技術(shù)，但傳統(tǒng)密封材料在復(fù)雜工況下仍面臨多重挑戰(zhàn)。一方面，以單一橡膠為主體的密封材料普遍存在耐磨性不足問題，例如部分橡膠材料在高速摩擦條件下易發(fā)生表面磨損，而另一些雖耐老化但低溫脆性顯著。另一方面，傳統(tǒng)小分子增塑劑在長期使用中易因溫度波動或溶劑侵蝕從材料中析出，導(dǎo)致密封件硬度上升、彈性喪失，甚至引發(fā)介質(zhì)污染。此外，炭黑作為主要補強填料，其分散均勻性直接影響材料力學(xué)性能，但傳統(tǒng)物理共混方法難以實現(xiàn)理想分散效果，導(dǎo)致應(yīng)力集中和早期失效。
2、針對上述痛點，本申請?zhí)岢鲆环N基于多相結(jié)構(gòu)設(shè)計與分子工程的創(chuàng)新解決方案。首先，采用三元乙丙橡膠與高側(cè)乙烯基溶聚丁苯橡膠共混體系，通過原位聚合技術(shù)構(gòu)建交聯(lián)密度差異顯著的兩相結(jié)構(gòu)：高度交聯(lián)的橡膠顆粒均勻分散于另一橡膠連續(xù)相中。這種設(shè)計不僅融合了兩種橡膠的優(yōu)勢性能，還通過相界面協(xié)同效應(yīng)顯著提升材料綜合力學(xué)性能，同時在低溫環(huán)境下保持良好柔韌性。其次，通過環(huán)氧-氨基加成反應(yīng)將防老劑接枝到大分子鏈上，再利用點擊化學(xué)引入特定官能團，構(gòu)建具有多重氫鍵網(wǎng)絡(luò)的大分子防老劑。這種改性使防老劑耐遷移能力大幅增強，同時接枝的活性基團與炭黑表面形成化學(xué)相互作用，顯著改善炭黑分散性，進而提升材料的抗撕裂性能和動態(tài)疲勞壽命。通過上述技術(shù)整合，本方案為極端工況下的機械密封提供了兼具高耐磨性、耐低溫性和抗老化性的全新材料解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料及其制備方法，按質(zhì)量份數(shù)計，包括以下組成：復(fù)合橡膠100份～110份、炭黑30份～40份、氧化鋅5份～10份、硬脂酸1～2份、硫磺1～3份、促進劑1～3份、耐遷移防老劑1～3份。
4、作為優(yōu)化，所述復(fù)合橡膠采用三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠進行共混，其中三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠之間質(zhì)量比為1：1～4：1。
5、作為優(yōu)化，所述促進劑采用促進劑cz或促進劑ns。
6、作為優(yōu)化，所述改性防老劑采用油酸縮水甘油酯先與防老劑4020通過環(huán)氧-氨基加成反應(yīng)連接，再通過與4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮與油酸縮水甘油酯中的雙鍵進行點擊化學(xué)反應(yīng)，制成耐遷移防老劑。
7、一種用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，應(yīng)用于上述中任一高耐磨密封材料，包括以下制備方法：按上述質(zhì)量份數(shù)稱取物料，將三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠在開煉機中共混均勻，之后加入0.1phr過氧化物交聯(lián)劑，塑煉1～2min，隨后加入氧化鋅、硬脂酸，混煉2～3min，隨后加入耐遷移防老劑進行混煉，混煉時間2～3min，然后分批加入炭黑，待炭黑與膠料混合均勻后出片，出片后轉(zhuǎn)移至溫度為145～155℃的熱輥上熱處理5～6min，熱處理完畢靜置冷卻，冷卻后再加入促進劑與硫磺進行混煉，混煉均勻出片，制備成高耐磨密封材料。
8、作為優(yōu)化，所述過氧化物交聯(lián)劑采用過氧化二異丙苯。
9、作為優(yōu)化，所述耐遷移防老劑包括以下制備步驟：將改性防老劑加入至改性防老劑質(zhì)量16～18倍的四氫呋喃中，之后滴加改性防老劑質(zhì)量6～7倍的4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮溶液，滴加結(jié)束后在溫度為25～35℃條件下反應(yīng)4.5～5.5h，反應(yīng)結(jié)束后將溶液轉(zhuǎn)移至甲醇中沉膠，之后將產(chǎn)物取出并用甲醇洗滌3～5次，洗滌完畢后在溫度為45～55℃條件下真空干燥，制得耐遷移防老劑。
10、作為優(yōu)化，所述改性防老劑包括以下制備步驟：按照質(zhì)量比1.1～1.3稱取油酸縮水甘油酯和防老劑4020，混合均勻后加入油酸縮水甘油酯質(zhì)量的0.6％～0.8％的水楊酸，加入完畢后攪拌均勻，并在溫度為140～150℃下，反應(yīng)4.5～5.5h，反應(yīng)結(jié)束后用碳酸氫鈉水溶液洗滌3～55次，之后再采用去離子水洗滌3～5次，洗滌完畢后添加石油醚旋蒸，旋蒸完畢后在溫度為145～155℃條件下真空干燥，制得改性防老劑。
11、作為優(yōu)化，所述碳酸氫鈉水溶液質(zhì)量分數(shù)為3％～5％。
12、作為優(yōu)化，所述4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮溶液制備過程如下：按照質(zhì)量比1：22～25，將4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮加入至四氫呋喃中攪拌均勻，制備成4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮溶液備用。
13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：
14、本申請采用三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠作為高耐磨密封材料主體，通過原位聚合方式構(gòu)建這種不均勻交聯(lián)的多相結(jié)構(gòu)，將三元乙丙橡膠與高側(cè)乙烯基含量的溶聚丁苯橡膠共混，用過氧化物進行交聯(lián)，形成了交聯(lián)密度具有巨大差異的兩相結(jié)構(gòu)，通過將高度交聯(lián)的橡膠顆粒分散于正常交聯(lián)的橡膠中，使低交聯(lián)橡膠的保護從而可以讓高交聯(lián)橡膠發(fā)生高度變形取向，從而使共混物展現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能；
15、通過添加增塑劑來降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，改善共混物的耐低溫性能，傳統(tǒng)增塑劑其多為小分子導(dǎo)致其容易析出，析出后力學(xué)性能和耐油性能也會隨之降低；因此本申請通過與防老劑4020通過環(huán)氧-氨基加成反應(yīng)連接再與4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮進行點擊化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)建了大分子防老劑，增強了防老劑的耐遷移能力；還將脲唑基團接枝到大分子防老劑上，而活性脲唑基團可以產(chǎn)生分子間或分子內(nèi)氫鍵相互作用，在加熱或氧化作用下會失去nh基團上的質(zhì)子，形成相對穩(wěn)定的自由基且會與炭黑產(chǎn)生相互作用，改善炭黑的分散性。
1.一種用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料及其制備方法，其特征在于，按質(zhì)量份數(shù)計，包括以下組成：復(fù)合橡膠100份～110份、炭黑30份～40份、氧化鋅5份～10份、硬脂酸1～2份、硫磺1～3份、促進劑1～3份、耐遷移防老劑1～3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料，其特征在于，所述復(fù)合橡膠采用三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠進行共混，其中三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠之間質(zhì)量比為1：1～4：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料，其特征在于，所述促進劑采用促進劑cz或促進劑ns。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料，其特征在于，所述改性防老劑采用油酸縮水甘油酯先與防老劑4020通過環(huán)氧-氨基加成反應(yīng)連接，再通過與4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮與油酸縮水甘油酯中的雙鍵進行點擊化學(xué)反應(yīng)，制成耐遷移防老劑。
5.一種用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1～4中任一高耐磨密封材料，其特征在于，包括以下制備方法：按上述質(zhì)量份數(shù)稱取物料，將三元乙丙橡膠和溶聚丁苯橡膠在開煉機中共混均勻，之后加入0.1phr過氧化物交聯(lián)劑，塑煉1～2min，隨后加入氧化鋅、硬脂酸，混煉2～3min，隨后加入耐遷移防老劑進行混煉，混煉時間2～3min，然后分批加入炭黑，待炭黑與膠料混合均勻后出片，出片后轉(zhuǎn)移至溫度為145～155℃的熱輥上熱處理5～6min，熱處理完畢靜置冷卻，冷卻后再加入促進劑與硫磺進行混煉，混煉均勻出片，制備成高耐磨密封材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，其特征在于，所述過氧化物交聯(lián)劑采用過氧化二異丙苯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，其特征在于，所述耐遷移防老劑包括以下制備步驟：將改性防老劑加入至改性防老劑質(zhì)量16～18倍的四氫呋喃中，之后滴加改性防老劑質(zhì)量6～7倍的4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮溶液，滴加結(jié)束后在溫度為25～35℃條件下反應(yīng)4.5～5.5h，反應(yīng)結(jié)束后將溶液轉(zhuǎn)移至甲醇中沉膠，之后將產(chǎn)物取出并用甲醇洗滌3～5次，洗滌完畢后在溫度為45～55℃條件下真空干燥，制得耐遷移防老劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，其特征在于，所述改性防老劑包括以下制備步驟：按照質(zhì)量比1.1～1.3稱取油酸縮水甘油酯和防老劑4020，混合均勻后加入油酸縮水甘油酯質(zhì)量的0.6％～0.8％的水楊酸，加入完畢后攪拌均勻，并在溫度為140～150℃下，反應(yīng)4.5～5.5h，反應(yīng)結(jié)束后用碳酸氫鈉水溶液洗滌3～55次，之后再采用去離子水洗滌3～5次，洗滌完畢后添加石油醚旋蒸，旋蒸完畢后在溫度為145～155℃條件下真空干燥，制得改性防老劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，其特征在于，所述碳酸氫鈉水溶液質(zhì)量分數(shù)為3％～5％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于機械自動化領(lǐng)域的高耐磨密封材料的制備方法，其特征在于，所述4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮溶液制備過程如下：按照質(zhì)量比1：22～25，將4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮加入至四氫呋喃中攪拌均勻，制備成4-苯基-3h-1，2，4-三唑啉-3，5-二酮溶液備用。