一种耐油耐热密封材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子材料，具体涉及一种耐油耐热密封材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会经济发展，航空航天、汽车、船舶、发电、精密机械、仪器等的技术都在不断的革新进步，进而对于各种构件精密度、功能性、使用寿命等要求也越来越高。其中，密封材料是发动机系统，复活塞压缩机系统，以及其他机械、仪器的连接密封中必不可少的，主要起到气体或液体等流体的隔离密封作用。密封材料按材质可分为金属类、石棉类、纸质类、高分子橡胶类；密封材料按形状和应用方式可分为垫片、垫圈、条状、填料、薄膜等。

2、其中，金属类密封材料的耐高温性好，导热性好，强度高，具有良好的耐磨性，但弹性相对较差，减震性差，容易产生塑性形变，长期使用，易与机械件之间发生间隙。石棉类和纸质类密封材料用于底端产品，其抗渗性、强度、导热性、耐磨性都较差。而高分子橡胶类密封材料的特性能够根据成分组成进行调整，具有很好的减震性、弹性形变，密封效果好，但容易老化、粉化，在恶劣环境下工作，使用寿命大幅缩短，因此，密封材料通常情况下也需要定期更换。

3、现有高分子橡胶密封材料多种多样，为了符合各种严苛的使用环境，开发出了耐低温型、耐高温型、耐油型、耐老化型、高韧性、抗变形、隔音等各类产品。如cn116874896a公开的耐低温型橡胶密封垫及其制备方法，是采用顺丁橡胶、丁苯橡胶和氟硅橡胶的共混改性，提高了橡胶密封垫的耐低温性能；如cn115895278a公开的一种耐高温发动机缸密封垫材料及其制备方法，利用改性碳纤维对橡胶材料的改性，提高耐高温性；如cn113604055a公开的一种发动机密封垫用耐油橡胶材料及其制备方法，成分包括氟硅橡胶、氢化丁腈橡胶、白炭黑、炭黑、硫化剂等，使橡胶材料的耐油体积变化率显著低于硅橡胶；如cn116554690a公开的一种防腐耐候的密封垫圈硅胶及其制备方法，采用氯化聚丙烯树脂、六方氮化硼和二氧化硅熔胶作为防腐耐候填料，提高密封垫圈硅胶防腐耐候性；如cn115028927a公开的一种超低硬度高回弹低压变三元乙丙橡胶材料及其制备方法，采用充油三元乙丙橡胶使硫化胶获得较高回弹性，较低的压缩永久变形；如cn116715968a公开的一种具有隔音效果的密封垫片及其制备方法；用静电纺丝制备含巯基苯并噻唑类离子液体的高韧高强度的多孔复合聚酰亚胺纤维；将聚酰亚胺纤维牢固附着在聚四氟乙烯表面，从而达到持久隔音的效果。

4、但目前的密封材料还是受到原料性能的限制，各项原料发挥的性能之间存在互相制衡性，例如隔音好的耐油抗渗性低，耐低温和耐高温之间相互制衡，高强度抗压与高弹性相互制衡等等，以及各种功效成分容易发生和易性差、互相排异，质量不均的情况，导致现有密封材料还是存在性能受限、寿命不长、需要频繁更换的问题；因此，想要综合大幅提高各项性能，还是需要不断的改进材料的选择和配伍技术以及改进制备工艺方法。

技术实现思路

1、针对现有各类高分子橡胶密封材料存在的各种功效成分的性能互相制衡，整体指标提升受限，只能针对于某一领域或部分领域使用，应用范围窄，且各成分之间容易发生和易性差、互相排异，质量不均的情况，影响材料的使用寿命和使用安全性。本发明提供一种耐油耐热密封材料及其制备方法和应用，密封材料含有适当比例的bfbaepy-cof自聚配体、碳化钛粉、石墨纳米粉、107硅橡胶、氟硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶、丁吡橡胶、端羟基聚丁二烯、c18-38醇羟基硬脂酰硬脂酸酯、己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物、己基癸醇异硬脂酸酯、拒水拒油剂c8-5758xh、羟基氟硅油等；各种成分配合使用，结合特殊的制备方法，融合性好，质量均匀，实现综合提高密封材料的各项性能，密封效果好，耐高低温性能优异，耐油耐水性好，使用寿命延长，有效降低更换和维护频率。其具体技术方案如下：

2、一种耐油耐热密封材料，密封材料由以下质量份数的原料制成：4份～8份bfbaepy-cof自聚配体、0.5份～1份碳化钛粉、0.8份～1.4份石墨纳米粉、3份～5份107硅橡胶、70份～80份氟硅橡胶、8份～10份丙烯酸酯橡胶、10份～12份三元乙丙橡胶、5份～8份丁吡橡胶、1份～3份端羟基聚丁二烯、3份～6份c18-38醇羟基硬脂酰硬脂酸酯、1份～3份己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物、2份～5份己基癸醇异硬脂酸酯、0.5份～1.5份拒水拒油剂c8-5758xh、3份～6份羟基氟硅油、0.8份～2份双二五硫化剂、0.5份～1份橡胶硫化促进剂zdc。

3、上述技术方案中，所述bfbaepy-cof自聚配体为共价有机框架粉体材料，中位粒度为15μm～30μm，比表面积：23.4m2/g～78.6 m2/g；平均孔径：12.5nm～23.2 nm；江苏先丰纳米材料科技有限公司生产。

4、上述技术方案中，所述碳化钛粉的中位粒度为5μm～15μm。

5、上述技术方案中，所述石墨纳米粉的粒度范围为10nm以下。

6、上述技术方案中，所述石墨纳米粉由石墨烯替代，粒度范围为1nm以下。

7、上述技术方案中，所述拒水拒油剂c8-5758xh为基于c8结构的氟碳高分子聚合物；嘉兴星河环保科技有限公司生产。

8、上述一种耐油耐热密封材料的制备方法，包括如下步骤：

9、s1：按质量份数，将bfbaepy-cof自聚配体与石墨纳米粉进行气流混合均匀，干球磨，使石墨纳米粉充分填充于bfbaepy-cof自聚配体表面孔径中，得到物料a；

10、s2：按质量份数，将物料a与己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物进行混合均匀，得到物料b；

11、s3：按质量份数，将氟硅橡胶和羟基氟硅油在170℃～180℃，密炼5min～8min，然后加入107硅橡胶和端羟基聚丁二烯，继续密炼10min～20min，出胶，得到物料c；

12、s4：按质量份数，将丙烯酸酯橡胶和己基癸醇异硬脂酸酯在80℃～90℃，密炼5min～8min，然后加入三元乙丙橡胶和丁吡橡胶继续密炼10min～20min，出胶，得到物料d；

13、s5：按质量份数，将物料d和c18-38醇羟基硬脂酰硬脂酸酯在80℃～90℃，密炼5min～8min，然后加入物料c和碳化钛粉在140℃～150℃，真空密炼10min～15min，然后降温至120℃～130℃，加入物料b、拒水拒油剂c8-5758xh、双二五硫化剂和橡胶硫化促进剂zdc，在120℃～130℃，真空密炼10min～20min，得到物料f；

14、s6：将物料f在70℃～90℃进行混炼5min～10min，压延或挤出，裁切，得到半成品；

15、s7：将半成品进行硫化处理，得到密封材料。

16、上述制备方法的s7中，所述硫化处理的参数为：一次硫化，温度140℃～150℃，时间20min～30min，压力8mpa～12mpa；二次硫化，温度170℃～180℃，时间10min～15min，压力6mpa～10mpa；三次硫化，温度120℃～130℃，时间1h～2h，常压。

17、上述制备方法的s1中，所述干球磨的时间为10min～15min。

18、上述一种耐油耐热密封材料作为密封垫和密封圈使用，最低使用厚度为1.5mm。

19、本发明提供的一种耐油耐热密封材料及其制备方法和应用，与现有技术相比，有益效果为：

20、一、bfbaepy-cof自聚配体是共价有机框架材料(covalent organic frameworks,cofs)，是一种结晶性多孔聚合物，主要由c、h、o、n、b等轻质量元素构成，通过共价键将刚性有机结构单元连接起来，从而得到具有规整的、有序孔道的高分子，具有导电作用。本发明密封材料采用bfbaepy-cof自聚配体吸附并负载石墨纳米粉，一方面石墨纳米粉能够填充孔隙，提高bfbaepy-cof自聚配体的强度，进而增强密封材料的强度，另一方面bfbaepy-cof自聚配体能够均匀负载石墨纳米粉，使石墨纳米粉在密封材料中分布更加均匀，提高材料均质性、抗压强度和抗拉强度，并降低一定的拉断伸长率；bfbaepy-cof自聚配体与石墨纳米粉配合使用，具有很好的高低温抗裂性和导热，耐高温和耐低温性能稳定。另外，bfbaepy-cof自聚配体负载并约束石墨纳米粉，能够适当降低分散粉体成分的吸油率和吸水率，脆性温度低。

21、二、羟基氟硅油能够促进氟硅橡胶的密炼润滑性，以及实现氟硅橡胶、107硅橡胶和端羟基聚丁二烯的良好融合，使密炼物与后续其他成分具有很好的相融性。

22、三、己基癸醇异硬脂酸酯是根据丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶和丁吡橡胶的特性而选择的融合剂，c18-38 醇羟基硬脂酰硬脂酸酯是根据氟硅橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶和丁吡橡胶的特性选择的融合剂，己基癸醇异硬脂酸酯和c18-38 醇羟基硬脂酰硬脂酸酯配合使用，能够实现多种橡胶的良好融合，保证密炼和混炼的均质性，使各个成分不发生排异，改善密封材料的各项性能，提高断裂拉伸强度和撕裂强度，大幅降低脆性温度。有效的防止产生排异分段或分层，避免薄弱部位的性能减弱。

23、四、己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物具有抗静电、成膜和定型的作用，能够辅助降低吸油率和吸水率，具有降低压缩永久变形率的促进作用。己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物与己基癸醇异硬脂酸酯、c18-38 醇羟基硬脂酰硬脂酸酯配合使用，能够进一步促进提高密封材料的密炼融合性，提高密炼柔润性和稳定性。

24、五、拒水拒油剂c8-5758xh起到防水防油作用，能够大幅降低材料的吸油率和吸水率，且具有很好的促进改善耐低温性的作用。

25、六、密封材料中的bfbaepy-cof自聚配体、石墨纳米粉、己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物、己基癸醇异硬脂酸酯、c18-38醇羟基硬脂酰硬脂酸酯、拒水拒油剂c8-5758xh，配合使用具有非常优异的协同增效作用，大幅改善各项性能指标，且能够将5种橡胶材料进行良好的融合，实现多种橡胶材料的质量均质性，不会产生质量不均的薄弱部位，防止薄弱部位导致强度低、易断裂、易变形、易吸油等问题。

26、七、碳化钛粉能够提高材料的强度和耐高温稳定性，且吸油和吸水率低，与bfbaepy-cof自聚配体和石墨纳米粉配合使用，具有良好的各项物理性能。

27、八、107硅橡胶、氟硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶、丁吡橡胶、端羟基聚丁二烯，按照一定比例配合使用，能够综合平衡各项性能指标，兼具各自的优势，适当弥补劣势。

28、九、双二五硫化剂和橡胶硫化促进剂zdc配合使用具有良好的硫化功效。

29、十、制备方法中，设计将bfbaepy-cof自聚配体与石墨纳米粉进行气流混合均匀，干球磨10min～15min，一方面能够使石墨纳米粉充分填充于bfbaepy-cof自聚配体表面孔径中；另一方面，干球磨10min～15min，时间较短，不会破坏bfbaepy-cof自聚配体的结构。

30、十一、负载石墨纳米粉之后的bfbaepy-cof自聚配体与己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物混合，在后续密炼时，己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物能够优先对bfbaepy-cof自聚配体起作用，实现对bfbaepy-cof自聚配体和石墨纳米粉的包覆成膜，防剥落和吸液，且提高bfbaepy-cof自聚配体和石墨纳米粉与其他成分的融合性，密炼均质性更好。

31、十二、制备方法中，设计氟硅橡胶和羟基氟硅油在170℃～180℃，密炼5min～8min，能够很好的分散羟基氟硅油，且提高氟硅橡胶的柔滑性、融合性，进而提高与107硅橡胶、端羟基聚丁二烯的密炼融合性。

32、十三、制备方法中，设计丙烯酸酯橡胶和己基癸醇异硬脂酸酯在80℃～90℃，密炼5min～8min，采用己基癸醇异硬脂酸酯对丙烯酸酯橡胶进行改性，提高融合性，进而能够很好的实现与三元乙丙橡胶、丁吡橡胶的进一步融合。

33、十四、根据各成分的特性和比例，设计硫化处理的参数为：一次硫化，温度140℃～150℃，时间20min～30min，压力8mpa～12mpa；二次硫化，温度170℃～180℃，时间10min～15min，压力6mpa～10mpa；三次硫化，温度120℃～130℃，时间1h～2h，常压。能够很好的改变多种橡胶的交联结构，让线型分子通过原子或原子团的架桥而彼此连接起来，形成三维网状结构，使橡胶的链段自由活动能力下降，使可塑性和伸长率下降，使强度，弹性和硬度上升，压缩永久变形和溶胀度下降。

34、综上，本发明密封材料含有适当比例的bfbaepy-cof自聚配体、碳化钛粉、石墨纳米粉、107硅橡胶、氟硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶、丁吡橡胶、端羟基聚丁二烯、c18-38醇羟基硬脂酰硬脂酸酯、己二酸-环氧丙基二亚乙基三胺共聚物、己基癸醇异硬脂酸酯、拒水拒油剂c8-5758xh、羟基氟硅油、双二五硫化剂、橡胶硫化促进剂zdc；各种成分配合使用，结合特殊的制备方法，实现综合提高密封材料的各项性能，密封效果好，耐高低温性能优异，耐油耐水性好，使用寿命延长，降低更换和维护频率，具有很好的实用价值。