炭黑在橡胶制品中的应用

四、密封制品

橡胶密封制品品种繁多，最常用的有旋转轴唇形密封圈、O形橡胶密封圈、各种断面密封圈、隔膜、阀垫、密封垫圈和密封胶条等。按使用状态也可分为静态密封件、动态密封件和高真空密封件三种。按制品形态和制造工艺分为:旋转轴唇形密封圈(简称油封)、O形橡胶密封圈(O形圈)、各种断面密封圈、胶碗、胶圈、密封胶条、隔膜、防尘罩、垫片及各种断面的密封垫圈等。

橡胶密封制品广泛应用于汽车、机械、电子、石油和航天航空等领域，是防止漏油、漏气、漏各种介质不可缺少的重要元件。

尤其是汽车工业，使用的主要密封制品有各种O形(或异型)密封圈及垫片、骨架油封、汽车门窗密封条、制动皮碗和皮膜，这几类制品需要量都很大。我国汽车产量2006年已达528万辆，作为汽车用的油封用量已达2.0亿只。复合密封条已超过2.5亿米/年。其他密封件，如: O形密封圈、密封垫片的需用量也大幅度增长，这为我国橡胶制品行业提供了广阔的市场。

综上所述，密封制品种类繁多，工作条件各异，如耐热、耐油、耐化学腐蚀以及工作状态(静态、动态、旋转和摆动等)、速度、工作压力等。所以用于机械密封的橡胶密封件，从橡胶上首先要考虑使用条件或特种条件的要求，然后在硫化促进体系、补强填充体系、软化体系、防护体系上综合考虑合理的配方和加工工艺。

一般用于机械密封作用的胶料，要具有良好的弹性和较低的压缩水久变形，满足不同制品使用条件的特殊性能要求。作为动态密封，还要求胶料具有一定的拉伸强度，较好的耐磨性、耐撕裂性能。

1. O形密封圈

O形密封圈是一种外形结构简单、规格繁多、需用数量极大的一种密封制品。O形密封圈的密封质量和寿命取决于尺寸精度和胶料。一般要求胶料具有一定的机械强力，抗撕裂性能以及良好的耐热、耐油、耐化学介质以及在使用条件下要具有较小的压缩水久变形，这是其主要指标。根据使用要求，一般都有耐热、耐油要求，使用胶料以丁腈胶最多。要求温度较高的(如: 150~190℃)耐油密封制品可使用丙烯酸酯等橡胶.要求更高温度的耐油橡胶制品用氟橡胶，耐热用硅橡胶。工作压力较高时，增加0形西胶料硬度的方法是增加炭黑的填充量，但填充量过高，混炼困难，并损害硫化胶基本物性，也使胶料易发生焦烧，在使用同种橡胶的情况下，如丁腈胶，为提高耐热和耐油性能，降低压缩水久变形，可采用过氧化物(如使用DCP)硫化体系或有效硫黄硫化体系(低硫高促)。这两种硫化体系可生成较多的碳-碳键交联结构和单硫键交联结构，有效提高硫化胶的耐热性和耐油性能，降低压缩永久变形。O形密封圈的耐热、耐油胶料配方的填充补强体系中，多采用活性较低的热裂炭黑、喷雾炭黑或半补强炭黑，这些发黑的特点是粒子较粗，胶料弹性好、生热低、压缩水久变形低，并可大量填充，降低胶料成本。如: O形密封圈使用在动密封条件下，需要增加抗撕裂性能，可并用部分活性较高的高耐磨炭黑。氟橡胶胶料属自补强型橡胶，如填入活性炭黑反而降低胶料力学性能，所以一般填充少量活性较低的粗粒子的热裂炭黑或喷雾炭黑。

2.油封胶料

油封是传动轴介质密封的重要部件，其质量和寿命直接关系到机械能否正常运转。油封一般都使用在动态工况下，并与所密封的介质，如油类直接接触，所以要求油封胶料要具有良好的耐油性、耐磨性和较小的摩擦系数。由于油封与轴的摩擦生热很高，特别是唇口部位更高，所以胶料的耐热老化性要好。另外要求胶料流动性能好，保证在合模硫化时易动并充满整个模腔。油封主要性能指标是耐热、耐油，一般常用的胶料有丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶等。油封在正常使用情况下，后期出现漏油失效，主要是油封唇口老化变硬，失去了弹性并产生龟裂所致。为提高油封的使用寿命，必须提高油封所用胶料的耐热性。胶种确定之后，硫化体系是关键，如:丁腈胶料，选用DCP过氧化物硫化体系和添加提高耐热性的助硫化剂(如:甲基丙烯酸镁)可有效提高耐热性。对填充耐磨性，常选用高耐磨炉黑、快压出炭黑与通用炭黑、半补强炭黑、热裂炭黑、喷雾炭黑等并用。白炭黑也是常选用的填充补强剂，如单用白炭黑，为提高机械强度可添加硅烷偶联剂。白炭黑胶料另一个优点是与金属骨架材料黏合性较好。对于氟橡胶胶料，不适宜使用细粒子活性炭黑，通常选用粗粒子的热裂炭黑或喷雾炭黑。为增加油封硫化胶料的自润滑性，减小摩擦系数，往往添加石墨粉、二硫化钼等填充材料。

3.橡胶密封条

橡胶密封条主要用于汽车、飞机、铁路以及高层建筑各种门窗，是防止外界灰尘、 空气、水等进人系统的一种橡胶件。随着我国交通运输业、家用轿车以及家用电器的迅速发展，该类产品用量极大，其生产技术日新月异，并趋于自动化、简单化、文明化、高速化、产品外形结构也从一种单元体向多单元组合体发展。橡胶密封条由于大部分用于汽车、火车、飞机以及高层建筑的门窗，所以要求橡胶材料具有良好的耐候性、耐老化性和较好的力学性能，适宜的伸长率、压缩永久变形以及耐寒性能。另外密封条几乎全是通过连续自动确化生产线生产，所以胶料的加工性能、流动性、挤出性能要好，外形尺寸稳定、表面光滑，表面不能有杂质、斑痕。另外胶料的硫化速度要适合连续硫化生产线的工艺要求。

橡胶密封条胶料以三元乙丙胶为最好，也是常选用的主要胶料,它的特点是耐候性较好。近年来国外又采用快速硫化型三元乙丙胶料以及热塑性弹性材料做汽车密封条。实际生产中也常常使用三元乙丙胶与天然胶、氯丁胶、聚氯乙烯等并用体系。并常以发泡橡胶密封条供应于市。橡胶密封条胶料配方的补强填充体系常采用压出性能好、变形小、表面光滑的炭黑品种，如快压出发黑(N550),或与通用、半补强发黑、喷雾炭黑等并用。对于轿车等高档密封条制品，使用发黑不但要满足物理机械性能、加工性能的要求，而且表面必须光滑无颗粒，所以要求发黑的筛余物含量要低，他不能有杂质，即炭黑的纯净度要高。近年来，国外一些炭黑公可开发的高纯度发黑，如:美国卡博特公司推出的spheron品牌主工业像胶制品用发黑系列中，A系列英黑为高统净度发黑产品，主要用于橡胶密封条。据介绍该种产品中不含钙盐，金属微粒含量很低，无杂质(GRIT),采用这种产品制作的制品表面光洁度、气密性均好。