硅生胶是非结晶性聚合物 ,其硫化胶的强度 较低 。加入白炭黑后 ,可通过白炭黑表面的三种 基团与聚硅烷的氢键之间相互作用来提高硅橡胶 的强度 。气相法白炭黑与沉淀法白炭黑对导电硅
16
特种橡胶制品
第 23 卷 第 2 期
橡胶的导电性影响不大 ,但气相法白炭黑的补强 效果要好于沉淀法白炭黑 ,因此选择气相法白炭 黑作为补强剂 。 21314 软化体系的选择
摘 要 :主要通过正交实验设计法对硅橡胶的导电性进行研究 ,通过改变白炭黑 ,乙炔炭黑 ,羟基硅油和过氧 化二异丙苯的用量对硅橡胶的导电性以及综合性能加以研究 。 关键词 :硅橡胶 ;乙炔炭黑 ;白炭黑 ;导电性 中图分类号 : TQ33312 文献标识码 :B 文章编号 :1005 - 4030 (2002) 02 - 0015 - 03
19. 9 372
4 67
39 0. 75
-
≤0. 5 ≤0. 3
35～45 550～650
5～10 ≥90 ≤- 40 > 80 1. 1
≤2
≤0. 5 ≤0. 5
注 :表中丁腈胶料性能指鼓形圈中间软胶的性能 。
2 用聚氨酯橡胶鼓形圈的经济效益分析
聚氨酯橡胶鼓形圈 ,从性能上不但优于丁腈 橡胶夹布鼓形圈 ,而且使用寿命要比丁腈橡胶夹 布件长 3～4 倍 。现以一架支架用 4 个鼓形圈来 说 ,聚氨酯橡胶鼓形圈使用寿命按 3 年计算 ,而丁 腈橡胶夹布鼓形圈按 1 年计算 。
表 1 胶料物理机械性能的对比 丁腈胶料 聚氨酯橡胶
拉伸强度 ,MPa 拉断伸长率 , % 拉断永久变形 , % 邵尔 A 硬度 ,度 脆性温度 , ℃ 撕裂强度 ,kN/ m 老化系数 (100 ℃×24h ,空气) 耐油质量变化率 , % 120 # 汽油/ 苯 ,3∶1 (18～28 ℃×24h) 20 # 机油 (80 ℃×24h) 液压油 (80 ℃×24h)
体积电阻率 合计 ,Ω·cm
14. 2 13. 3 14. 1 30. 4
15 28. 5 24. 4 18. 5 17. 9 18. 0 15. 8 27. 2 14. 2 27. 7 27. 1 24. 8
(下转第 37 页)
2002 年 李国华 聚氨酯橡胶密封件在煤矿设备上的应用
D 88. 9 76. 8 81. 4 84. 0 331. 1
7. 0 6. 8 7. 3 15. 0 7. 4 14. 0 12. 0 9. 4 9. 2 8. 9 8. 0 13. 5 7. 2 13. 8 13. 7 12. 6
7. 2 6. 5 6. 8 15. 4 7. 6 14. 5 12. 4 9. 1 8. 7 9. 1 7. 8 13. 7 7. 0 13. 9 13. 4 12. 2
由表 2 可知 2 号配方导电性最好 ,即 A3 ,B4 , C1 ,D2 。通过计算 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ知 ,A1 ,B4 ,C3 ,D2 较好 ,且 A 、B 为导电硅橡胶的重要因素 。通过导 电性分析和综合性能的影响 ,11 # 配方综合性能 较好 ,即 A2 ,B3 , C4 ,D1 ,其用量分别为白炭黑 3 份 ,乙炔炭黑 80 份 ,DCP215 份 ,羟基硅油 0 份 。
体积电阻率 , Ω·cm
3. 3 3. 2 3. 1 3. 2 3. 4 3. 9 3. 1 3. 3 3. 2 3. 9 4. 5 3. 9 3. 4 4. 0 3. 7 3. 2
C 83. 1 86. 5 75. 3 82. 6 331. 1
110 100 90 120 180 120 140 90 120 120 110 120 100 90 110 70
国内外就导电硅橡胶已经进行了多方面的研 究[1 ,2 ,3 ] ,主要针对导电硅橡胶产品开发方面和导 电填料应用方面进行了研究 ,关于导电硅橡胶配 方优化设计方面的报道较少见 。本文主要利用正 交实验设计 ,分析影响硅橡胶的导电性及综合性 能的因素及其影响规律 。
1 实验部分
111 主要原材料 甲基乙烯基硅橡胶 ,110 - 2 ,深圳精细石化有
限公司产 。乙炔炭黑 ,工业级 ,焦作炭黑厂产 。过 氧化二异丙苯 ,江苏海安东洋化工厂产 。其余均 为工业常用品 。 112 硅橡胶试样制备
将生胶和配合剂在开炼机上进行混炼 ,混炼 胶在室温下停放 1d ,再返炼 ,下片 ,硫化 。硫化条 件为 :一段硫化 170 ℃×15min ,二段硫化 200 ℃× 2h 。 113 性能测试
导电性的方差分析结果见表 3 。
实验号 A
B
C
D
邵尔 A 硬度 , 度
1
1232
2
3412
3
2434
4
4211
5
1314
6
3131
7
2113
8
4332
9
3142
10 3 3 2 3
11 2 3 4 1
12 4 1 2 4
13 1 4 2 1
14 3 2 4 4
15 2 2 2 2
16 4 4 4 3
(2) 较好配方为白炭黑 3 份 ,乙炔炭黑 80 份 ,DCP 215 份 ,羟基硅油 0 份 。
1987 ,8 (3) :31 - 321 [ 2 ] 杨耀祖 1 导电硅橡胶的研制[J ]1 橡胶译丛 ,1993 , (5) :16 -
181 [ 3 ] 张殿荣 ,马占兴 ,杨清芝 1 现代橡胶配方设计[ M ]1 北京 :化
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 合 计
A 61. 3 81. 4 87. 5 100. 9 331. 1
75 76 81 72 74 76 72 81 74 76 77 78 76 81 72 81
B 98. 0 99. 4 67. 3 66. 4 331. 1
表 2 实验安排和实验结果
拉伸强度 , M Pa
拉断伸 长率 , %
学工业出版社 ,1994 :2971 [ 4 ] 何顺雄等 1 用正交试验法研究 EPDM 硫黄硫化体系的硫化
特性[J ]1 特种橡胶制品 ,2000 ,21 (2) :23 - 241
拉伸性能按 GB/ T528 - 92 测定 ;硬度按 GB/ T531 - 92 测定 ; 体积电阻率按 GB 2439 - 89 测 定。
2 正交表设计
211 正交表的特性及选用 做多因素和多水平的试验时 ,选用正交试验
方法的原因在于正交表具有正交性 :
收稿日期 :2001 - 08 - 07 作者简介 :肖建斌 ,男 ,在职研究生 ,工程师 。
(上接第 16 页)
表 3 导电性的方差分析结果
方差来源 偏差平方和(s)
气相法白炭黑 乙炔炭黑
10116 126. 8
自由度 (f)
3 3
平均偏差 平方和 (ms)
22 42. 3
贡献率 , %
32. 9 4116
F值
1514 1912
显著性
3 3
DCP
10
3
3. 3
112
115
羟基硅油
硅橡胶的硫化体系一般为过氧化物如 DCP , BPO ,双 2 ,5 等 。由于用 BPO 作硫化剂 ,硫化胶 的综合性能较差 ,双 2 ,5 做硫化剂成本太高 ,因此 综合考虑选用 DCP 作为硫化剂 。 21312 导电炭黑的选择
乙炔炭黑 、华光炭黑是导电炭黑中性能比较 优越的两种 ,此外还有碳纤维 、石墨等 。华光炭黑 虽然导电性好 ,但它比表面积大 ,结构度高 ,当超 过一定量时 ,混炼就相当困难 。而碳纤维 、石墨的 导电性虽好 ,但它们在硅橡胶中的补强效果差 ,工 艺性能也远远不及乙炔炭黑 ,因此选择乙炔炭黑 作为导电填充剂 。 21313 补强体系的选择
DCP
(A)
(B)
( C)
位级 1
0
位级 2
3
位级 3
6
位级 4
9
70
1
75
115
80
2
85
215
羟基硅油 (D)
0 015
1 115
3 结果与讨论
311 正交试验表及试验数据 由于要考察的因子有 4 个及其相对应的 4 个
水平 ,忽略了各因子之间的相互作用 ,选用相应的 正交表头为 L16 (45) ,共进行 16 次试验 ,分两批测 试 。L16 (45) 正交表及其相应的试验数据如表 2 所示 。 312 正交试验结果分析
37
矿在 ZZS6000 支架上使用的 <200 ×175 ×38 的 聚氨酯橡胶鼓形圈为例 ,1998 年 3 月安装使用至 今完好 ,而其他型号支架使用丁腈橡胶鼓形圈 ,基 本上使用一年左右就已损坏 ,必须更换 。从而明 显看出 ,采用聚氨酯橡胶密封件替代丁腈橡胶密 封件具有很大的优越性 。同时 ,对煤矿进一步搞 好科学管理 ,提高经济效益具有一定的意义 。
由于随着导电炭黑用量的增加 ,硅橡胶的导 电性提高 ,但硬度也随着增大 ,强度有所下降 ,因 此 ,需要加入一种既能降低硬度又对强度影响不 大的软化剂 。羟基硅油做为结构控制剂既能起到 软化作用 ,又可使硅橡胶的综合性能有所提高 。
试验因子及水平如表 1 所示 。
表 1 因素 、水平的设计
气相法白炭黑 乙炔炭黑 因素
聚氨酯橡胶鼓形圈单价 40 元/ 只 ,而丁腈橡 胶夹布鼓形圈单价 22 元/ 只 ,其消耗定额为 :
聚氨酯橡胶鼓形圈 :40 ×4/ 3 = 53 元/ a 丁腈橡胶夹布鼓形圈 :22 ×4/ 1 = 88 元/ a 若全局每年按 1000 架支架/ 年大修理计算 则: 聚氨酯橡胶鼓形圈 :53 ×1000 = 53000 元 丁腈橡胶夹布鼓形圈 :88 ×1000 = 88000 元 从以上可以看出 ,全局单就大修支架鼓形圈 来说 ,每年可节约 35000 元 ,且减少支架大修次 数 ,提高煤炭生产效率 ,从而提高经济效益 。 综合上述 ,根据采煤机械的实际 ,结合聚氨酯 橡胶的性能 、实际使用状况和经济效益总体来看 , 用聚氨酯橡胶鼓形圈替代丁腈橡胶夹布鼓形圈 、 蕾形圈具有重要的意义 。