專(zhuān)利名稱(chēng)：吸水膨脹橡膠、金屬?gòu)?fù)合密封材料及各自的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能高分子材料制造領(lǐng)域，特別涉及一種吸水膨脹橡膠以及采用吸水 膨脹橡膠制得的金屬?gòu)?fù)合密封材料，同時(shí)還涉及該吸水膨脹橡膠和金屬?gòu)?fù)合密封材料的制 備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)表明，在橡膠基材的分子中引入具有沁水功能的基團(tuán)或在橡膠基材 中加入具有親水性的組分，并可以賦予橡膠以吸水膨脹功能，吸水膨脹橡膠問(wèn)世于20世紀(jì) 70年代，最早在日本研究并得到了迅速發(fā)展。目前，我國(guó)在橡膠密封產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域所使用的密封材料，主要是吸水膨脹橡膠或橡膠 與橡膠復(fù)合組成的特殊橡膠，橡膠與橡膠的復(fù)合產(chǎn)品雖然也具有一定的密封性，其應(yīng)用范 圍也較為廣泛，但是在高壓力、高溫度等條件下具有一定的局限性。而目前的吸水膨脹橡膠在應(yīng)用到密封領(lǐng)域，特別是用作一些以水位流體介質(zhì)的可 拆連接處的靜密封材料時(shí)，存在材料整體強(qiáng)度差、耐壓性差的問(wèn)題，因此，針對(duì)目前的技術(shù) 現(xiàn)狀，如果要開(kāi)發(fā)出能夠適用于多種靜密封場(chǎng)合的復(fù)合材料，急需解決以下問(wèn)題1.如何提高密封材料整體的強(qiáng)度和耐壓性？2.在解決上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上，如何保證吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率？

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種吸水膨脹橡膠，用于解決橡膠與吸水樹(shù) 脂之間的相容性技術(shù)問(wèn)題，保證了吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率，同時(shí)該橡膠的應(yīng)用還能夠 解決橡膠與金屬材料之間的粘合強(qiáng)度難以保證的技術(shù)難題，可以達(dá)到3Mpa以上的粘接強(qiáng) 度；本發(fā)明的目的之二提供了該吸水膨脹橡膠的制備方法；本發(fā)明的目的之三是提供一種 金屬?gòu)?fù)合密封材料，該材料將前述的吸水膨脹橡膠與金屬材料結(jié)合在一起，不僅具有吸水 膨脹橡膠所具有的功能特點(diǎn)，同時(shí)解決了現(xiàn)有的橡膠密封產(chǎn)品不能承受高壓力和高溫的技 術(shù)問(wèn)題，具有密封效果突出，使用范圍廣泛的特點(diǎn)；本發(fā)明的目的之四是提供該金屬?gòu)?fù)合密 封材料的制備方法。本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該吸水膨脹橡膠是采用物理共混法將至少兩種高吸水性樹(shù)脂與橡膠共混合成。進(jìn)一步，所述采用的高吸水性樹(shù)脂的粒徑小于80 μ m ；進(jìn)一步，在采用物理共混法制備吸水膨脹橡膠的過(guò)程中加入至少兩種增容劑；進(jìn)一步，至少包括兩種不同結(jié)構(gòu)的增容劑，一種為主鏈親水、側(cè)鏈?zhǔn)杷慕Y(jié)構(gòu)，另 一種為主鏈?zhǔn)杷?、?cè)鏈親水的結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步，所述增容劑為兩種，其中一種是以丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸鈉為單 體，采用水溶液聚合法制得的三元共聚高吸水樹(shù)脂，而另一種是羧甲基化纖維素接枝丙烯 酰胺的二元共聚高吸水樹(shù)脂；
進(jìn)一步，所述增容劑為三種，其中第一種是以丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸鈉為單 體，采用水溶液聚合法制得的三元共聚高吸水樹(shù)脂；第二種是羧甲基化纖維素接枝丙烯酰 胺的二元共聚高吸水樹(shù)脂；第三種是是用淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺與順丁烯二酸酐接枝得到 的高吸水性樹(shù)脂。本發(fā)明的目的之二是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的制備如前所述的吸水膨脹橡膠的 方法，包括以下步驟1)塑煉 生膠塑煉采用分段塑煉方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于0. 45 ；2)混煉先加入增容劑，后加入吸水樹(shù)脂。進(jìn)一步，在步驟2)中，吸水樹(shù)脂分多次加入，每次加完后停放6 IOh再加。本發(fā)明的目的之三是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該金屬?gòu)?fù)合密封材料包括金屬基材，所述金屬基材的兩面通過(guò)有機(jī)復(fù)合的方式設(shè) 置有由吸水膨脹橡膠構(gòu)成的膠層，所述吸水膨脹橡膠采用如權(quán)利要求1所述的吸水膨脹橡 膠或通過(guò)化學(xué)反應(yīng)把高吸水性樹(shù)脂接技到橡膠大分子上而合成制得的吸水膨脹橡膠。本發(fā)明的目的之四是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該金屬?gòu)?fù)合密封材料的制備方法包括以下步驟1)對(duì)金屬基材進(jìn)行表面處理；2)在金屬基材的粘接面上涂刷膠粘劑，在1 2h后，再在金屬基材的粘接面上涂 刷吸水膨脹橡膠的膠漿；3)室溫風(fēng)干 20 40min ；4)送入烘箱固化5 20min ；5)硫化成型。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的吸水膨脹橡膠通過(guò)配方改良以及混煉工藝、塑煉工藝的改進(jìn)，成功地 解決了橡膠與吸水樹(shù)脂之間的相容性問(wèn)題，保證了吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率，并且能夠 與金屬基材實(shí)現(xiàn)牢固地粘合，解決了吸水膨脹橡膠與金屬的粘合強(qiáng)度問(wèn)題，其粘結(jié)強(qiáng)度可 以達(dá)到3Mpa以上；2.本發(fā)明的吸水膨脹橡膠的制備方法通過(guò)改進(jìn)橡膠的塑煉工藝和混煉工藝，使橡 膠在機(jī)械力、氧、電熱和易生成游離基的化合物影響下，能有效地降低橡膠粘度，減小橡膠 彈性，使配合劑容易混入；3.本發(fā)明的金屬?gòu)?fù)合密封材料既利用了橡膠特有的高彈性、吸水膨脹橡膠遇水體 積膨脹的特性，又利用了金屬材料強(qiáng)度高、回彈性好、承受壓力高的特性，制得的產(chǎn)品密封 效果好，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要 求書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為未加入增容劑的吸水膨脹橡膠在顯微狀態(tài)下的放大圖；圖2為加入增容劑的吸水膨脹橡膠在顯微狀態(tài)下的放大圖；圖3為金屬?gòu)?fù)合密封材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為金屬?gòu)?fù)合密封材料的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。吸水膨脹橡膠的制備實(shí)施例一 本實(shí)施例的吸水膨脹橡膠是采用物理共混法將兩種高吸水性樹(shù)脂SAPW和SAP2# 與橡膠共混合成，其中SAPW是以丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸鈉為單體，采用水溶液聚合 法制得的三元共聚高吸水樹(shù)脂，而SAP2#是羧甲基化纖維素接枝丙烯酰胺的二元共聚高吸 水樹(shù)脂。實(shí)施例二與實(shí)施例一的不同之處在于采用的高吸水性樹(shù)脂的粒徑小于80 μ m。實(shí)施例三與實(shí)施例二的不同之處在于本實(shí)施例在采用了 SAP1#*SAP2#的基礎(chǔ)上，還采用 了第三種高吸水性樹(shù)脂SAP3#與橡膠相混合，SAP3#是用淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、順丁烯二 酸酐接枝得到的高吸水性樹(shù)脂。將SAP1#、SAP2#、SAP3#單獨(dú)與橡膠混合制得的吸水膨脹橡膠與實(shí)施例二和三制 得的吸水膨脹橡膠分別提出，測(cè)試其一次吸水、二次吸水的體積膨脹率，得到的實(shí)驗(yàn)情況如 下表所示表1配合劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表
樹(shù)脂代號(hào)份數(shù) I體積膨脹率(一次I體積膨脹率(二次吸I
吸水)水)
SAP1#40150%130%
SAP2#40170%140%
SAP3#40130%100%
SAP1#: SAP2#:20: 20155%145%
SAPl#: SAP2#: SAP3#15: 15: 10 170%150%實(shí)驗(yàn)分析從上表數(shù)據(jù)看出采用多種樹(shù)脂并用，一次吸水的體積膨脹率和二次吸水的體積膨脹率都較好，尤其二次吸水的膨脹率；樹(shù)脂從橡膠中脫落的總的量下降，較好地保證了反 復(fù)使用后的吸水膨脹率。根據(jù)橡膠混煉理論，混煉膠是由粉狀配合劑等分散于生膠中而組成的具有復(fù)雜結(jié) 構(gòu)特性的膠態(tài)分散體系。配合劑加入生膠后，經(jīng)過(guò)混煉加工，其粒子初始直徑將發(fā)生變化。 粒子的實(shí)際分散直徑大于、等于或小于初始直徑的三種情況都可能存在。根據(jù)研究，使大部 分配合劑分散到初始粒子的大小以求充分發(fā)揮其補(bǔ)強(qiáng)作用并無(wú)必要，但直徑在ΙΟμπι以上 者對(duì)膠料性能卻極其有害。5 6μπι以下的聚集體對(duì)物性影響并不大。因此混煉時(shí)使配合 劑粒子的分散直徑降低到5 6 μ m是制備性能良好的混煉膠的必要條件。根據(jù)多次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果把吸水樹(shù)脂 平均粒度控制在80 μ m以下，可以有 效地防止吸水后樹(shù)脂從橡膠基材中脫落。根據(jù)相容性原理，當(dāng)橡膠或塑料中加入某種配合劑后在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)噴霜析出現(xiàn) 象，表示兩種物質(zhì)相容，相反為不相容。這是一個(gè)工藝概念，以熱力學(xué)為依據(jù)。許多高聚物 共混體系，雖然是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，不相溶的，但并不一定自動(dòng)析出，而呈現(xiàn)相容性。這和溶 液理論的相溶是有區(qū)別的。那么，每種樹(shù)脂在不同橡膠中都有一定的“容解度”，超過(guò)這個(gè)范 圍，即使在未吸水狀態(tài)下，樹(shù)脂都可能從橡膠基材中析出；樹(shù)脂吸水后體積膨脹，更容易從 橡膠基材中析出，所以本發(fā)明通過(guò)選用多種吸水樹(shù)脂并用，減少單一樹(shù)脂的用量，從而達(dá)到 了盡量減少樹(shù)脂從橡膠基材中析出，提高膠態(tài)分散體系的穩(wěn)定性，改善橡膠的吸水膨脹率。另外，事實(shí)上，高吸水性樹(shù)脂還可以采用聚丙烯酸鈉、異丁烯_馬來(lái)酸酐共聚物寸。實(shí)施例四與實(shí)施例三的不同之處在于在制備過(guò)程中，加入主鏈親水、側(cè)鏈?zhǔn)杷脑鋈輨＞唧w制備方法采用先塑煉再混煉的方式1)塑煉生膠塑煉采用分段塑煉方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于 0. 45 ；2)混煉先加入增容劑，后加入吸水樹(shù)脂，吸水樹(shù)脂分多次加入，每次加完后停放 6h再加。實(shí)施例五與實(shí)施例三的不同之處在于在制備過(guò)程中，加入側(cè)鏈親水、主鏈?zhǔn)杷脑鋈輨＞唧w制備方法采用先塑煉再混煉的方式1)塑煉生膠塑煉采用分段塑煉方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于 0. 45 ；2)混煉先加入增容劑，后加入吸水樹(shù)脂，吸水樹(shù)脂分多次加入，每次加完后停放 IOh再加。實(shí)施例六與實(shí)施例三的不同之處在于在制備過(guò)程中，同時(shí)加入主鏈親水、側(cè)鏈?zhǔn)杷脑鋈?劑和側(cè)鏈親水、主鏈?zhǔn)杷脑鋈輨＞唧w制備方法采用先塑煉再混煉的方式1)塑煉生膠塑煉采用分段塑煉方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于 0. 45 ；
2)混煉先加入增容劑，后加入吸水樹(shù)脂，吸水樹(shù)脂分多次加入，吸水樹(shù)脂每次加 入的量控制在15份以?xún)?nèi)，每次加完后停放8h再加。從而使橡膠在機(jī)械力、氧、電熱和易生成游離基的化合物影響下，能有效地降低橡 膠粘度，減小橡膠彈性，使配合劑容易混入，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較好的相容性將實(shí)施例四、五、六制得的吸水膨脹橡膠提出，分別測(cè)試其一次吸水和二次吸水的 體積膨脹率(1#指主鏈親水、側(cè)鏈?zhǔn)杷脑鋈輨?#指?jìng)?cè)鏈親水、主鏈?zhǔn)杷脑鋈輨?。得 到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示表2增容劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
吸水膨脹橡膠，其特征在于所述吸水膨脹橡膠是采用物理共混法將至少兩種高吸水性樹(shù)脂與橡膠共混合成。
2.如權(quán)利要求1所述的吸水膨脹橡膠，其特征在于所述采用的高吸水性樹(shù)脂的粒徑 小于80 μ m0
3.如權(quán)利要求1或2所述的吸水膨脹橡膠，其特征在于在采用物理共混法制備吸水 膨脹橡膠的過(guò)程中加入至少兩種增容劑。
4.如權(quán)利要求3所述的吸水膨脹橡膠，其特征在于至少包括兩種不同結(jié)構(gòu)的增容劑， 一種為主鏈親水、側(cè)鏈?zhǔn)杷慕Y(jié)構(gòu)，另一種為主鏈?zhǔn)杷?、?cè)鏈親水的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的吸水膨脹橡膠，其特征在于所述增容劑為兩種，其中一種是以 丙烯酸、丙烯酰胺及丙烯磺酸鈉為單體，采用水溶液聚合法制得的三元共聚高吸水樹(shù)脂，而 另一種是羧甲基化纖維素接枝丙烯酰胺的二元共聚高吸水樹(shù)脂。
6.如權(quán)利要求5所述的吸水膨脹橡膠，其特征在于還包括第三種增容劑，第三種增溶 劑為用淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺與順丁烯二酸酐接枝得到的高吸水性樹(shù)脂。
7.制備如權(quán)利要求3所述的吸水膨脹橡膠的方法，其特征在于包括以下步驟1)塑煉生膠塑煉采用分段塑煉方式，要求在三段以上，威廉氏可塑度不低于0.45 ；2)混煉先加入增容劑，后加入吸水樹(shù)脂。
8.如權(quán)利要求7所述的制備吸水膨脹橡膠的方法，其特征在于在步驟2)中，吸水樹(shù)脂分多次加入，每次加完后停放6 IOh再加。
9.金屬?gòu)?fù)合密封材料，其特征在于包括金屬基材，所述金屬基材的兩面通過(guò)有機(jī)復(fù) 合的方式設(shè)置有由吸水膨脹橡膠構(gòu)成的膠層，所述吸水膨脹橡膠采用如權(quán)利要求1所述的 吸水膨脹橡膠或通過(guò)化學(xué)反應(yīng)把高吸水性樹(shù)脂接技到橡膠大分子上而合成制得的吸水膨 脹橡膠。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬?gòu)?fù)合密封材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)對(duì)金屬基材進(jìn)行表面處理；2)在金屬基材的粘接面上涂刷膠粘劑，在1 2h后，再在金屬基材的粘接面上涂刷吸 水膨脹橡膠的膠漿；3)室溫風(fēng)干20 40min；4)送入烘箱固化5 20min；5)硫化成型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種吸水膨脹橡膠和金屬?gòu)?fù)合密封材料，該吸水膨脹橡膠通過(guò)配方改良以及混煉工藝、塑煉工藝的改進(jìn)，成功地解決了橡膠與吸水樹(shù)脂之間的相容性問(wèn)題，保證了吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率，并且能夠與金屬基材實(shí)現(xiàn)牢固地粘合，解決了吸水膨脹橡膠與金屬的粘合強(qiáng)度問(wèn)題，其粘結(jié)強(qiáng)度可以達(dá)到3MPa以上；本發(fā)明的金屬?gòu)?fù)合密封材料是通過(guò)吸水膨脹橡膠與金屬基材結(jié)合制成，既利用了橡膠特有的高彈性、吸水膨脹橡膠遇水體積膨脹的特性，又利用了金屬材料強(qiáng)度高、回彈性好、承受壓力高的特性，其密封效果好，使用壽命長(zhǎng)；另外，本發(fā)明還公開(kāi)了吸水膨脹橡膠和金屬?gòu)?fù)合密封材料的制備方法。
文檔編號(hào)F16J15/12GK101967240SQ20101028855
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者粟坤 申請(qǐng)人:重慶市萬(wàn)通工業(yè)有限公司