金属复合橡胶密封板.pdf

本发明公开了一种金属复合橡胶密封板；由普通橡胶复合石棉材料制成的密封圈或垫，不能满足内燃机汽缸恶劣工况的密封需求和环保需要，既影响发动机运行，又存在安全隐患；本发明采用在金属薄板基材上涂覆由液晶聚合物与纳米复合材料进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而制备的复合橡胶涂层，制成的金属复合橡胶密封板具有高耐热性、高强度、高模量、高气体阻隔性和极低的膨胀系数；由该发明制备复合橡胶涂覆的金属薄板作为密封机件复合材料，可广泛应用于航空、汽车、家电、机械设备等行业，以及应用于腐蚀性管道的密封材料等方面。

权利要求书
1、  一种金属复合橡胶密封板，包括金属薄板基材及涂覆在基材表面的橡胶复合涂层，其中橡胶复合涂层的主要组分为：橡胶、碳黑、氧化镁、膨润土，其特征在于橡胶复合涂层是用膨润土做无机插主，将液晶聚合物与纳米复合材料组成层状复合插层材料，进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而制备的橡胶复合材料。

2、  根据权利要求1所述的金属复合橡胶密封板，其特征在于该橡胶为氟橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶的其中一种或两种的混合。

3、  根据权利要求1所述的金属复合橡胶密封板，其特征在于所述膨润土的主要组分为具有层状结构的蒙脱土。

4、  根据权利要求1所述的金属复合橡胶密封板，其特征在于该纳米复合材料为一种基质中分散相的尺寸至少有一维小于100nm数量级的复合材料。

5、  根据权利要求1所述的金属复合橡胶密封板，其特征在于该液晶聚合物大分子中含有刚性介晶单元和柔性间隔基。

6、  根据权利要求1所述的金属复合橡胶密封板，其特征在于所述液晶聚合物/膨润土纳米插层材料的杂化主要采用插层复合法。

说明书金属复合橡胶密封板
技术领域
本发明涉及一种密封材料，特别是一种金属复合橡胶密封板。
背景技术
传统内燃机汽缸密封圈或密封垫，多采用石棉橡胶板复合镀锡板等材料制成，相对内燃机汽缸高温、高压、高速旋转等恶劣工况，这些材料制成的密封机件不能完全满足内燃机汽缸恶劣工况的密封需求，不但机件需要经常更换，而且由于密封件损坏严重，还会直接影响整台机车的使用寿命并造成安全隐患，而且石棉制品不符合环保要求。为了寻找到一种能够满足此恶劣工况的密封材料，我们曾采用过一种经技术改良后的金属复合材料，此材料主要由日本进口，不但价格昂贵，而且由于其表面涂层为丁腈橡胶涂覆，用此种材料制成的密封机件在200℃以上高温工况下工作，其抗压缩变形、附着力、耐高温等方面仍存在诸多不足。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种低压缩变形、高附着力、高强度、热稳定性能好、耐液性能优越的金属复合橡胶密封板。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
包括金属薄板基材及涂覆在基材表面的橡胶复合涂层，其中橡胶复合涂层的主要组分为：橡胶、碳黑、氧化镁、膨润土，其特征在于橡胶复合涂层是用膨润土做无机插主，将液晶聚合物与纳米复合材料组成层状复合插层材料，进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而制备的橡胶复合材料。
该橡胶为氟橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶的其中一种或两种的混合。
所述膨润土的主要组分为具有层状结构的蒙脱土。
该纳米复合材料为一种基质中分散相的尺寸至少有一维小于100nm数量级的复合材料。
该液晶聚合物大分子中含有大量刚性介晶单元和一定量的柔性间隔基。
液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化主要采用插层复合法。
本发明的有益效果是：由于本发明采用在金属薄板基材上涂覆了由液晶聚合物与纳米复合材料进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而制备的橡胶复合涂层，其充分利用其主要组分蒙脱土所具有的微粒尺寸小，可以和多种单体发生插层聚合反应的层状结构，以及液晶聚合物的高分子聚合物的成纤性及高分子材料不可比拟的物理学性能，以及出色的热学、化学、电学等综合性能，二者进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而制备的橡胶复合材料，具有高耐热性、高强度、高模量、高气体阻隔性和极低的膨胀系数。由该橡胶复合涂层涂覆的金属薄板作为密封机件复合材料可广泛应用于航空、汽车、家电、机械设备等行业，以及应用于腐蚀性管道的密封材料等方面。
附图说明
下面结合附表和实施例对本发明进一步说明：
表1为氟橡胶经液晶聚合物/膨润土纳米杂化材料改性前后性能对照表；
表2本产品氟橡胶复合涂层理化性能检验表。
具体实施方式
一种金属复合橡胶密封板，包括金属薄板基材及涂覆在基材表面的橡胶复合涂层，其中橡胶复合涂层的主要组分为：橡胶、碳黑、氧化镁、膨润土，其特征在于橡胶复合涂层是用膨润土做无机插主，将液晶聚合物与纳米复合材料组成层状复合插层材料，进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而制备的橡胶复合材料。膨润土在我国矿产资源丰富，价格低廉，且其具有与聚合物单体及高分子链具有强烈的作用，还具有可参与聚合的基团，聚合物的基体可以通过离子链与其内硅酸盐片层相连接，增加两相间的相容性。而液晶聚合物是介于各向同性的液体和完全有序的晶体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性又有晶体的双折射等各向异性的特征，而带离子的液晶聚合物是具有液晶性能的高分子，它一方面具有液晶高分子的特征，另一方面又是一种离子型聚合物，不仅显示溶致和/或热致液晶性能，而且显示一些特殊性能，如电导性、电变色性、光变色性、热变性、压电效应、力学性能的光照可变性等，且能溶于极性质子溶剂。二者进行插层杂化制备出液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化复合材料性能优异，具有优异的力学、热学性能和气体阻隔性能。插层复合工艺不但降低生产成本，且减少对环境的污染，利于环保。
本发明所述橡胶为氟橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶的其中一种或两种的混合。
本发明所述膨润土的主要组分为具有层状结构的蒙脱土，蒙脱土具有微粒尺寸小，可以和多种单体发生插层聚合反应的层状结构，能制得聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料；而液晶聚合物的高分子聚合物的成纤性及高分子材料的物理学性能，以及出色的热学、化学、电学等综合性能，二者进行液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化而形成的复合材料，具有高耐热性、高强度、高模量、高气体阻隔性和极低的膨胀系数。
本发明所述纳米复合材料为一种基质中分散相的尺寸至少有一维小于100nm数量级的复合材料。由于其纳米尺度效应、巨大的比表面积以及超强的界面相互作用，纳米复合材料的物理力学性能远远超出相同组分的常规复合材料。
本发明所述的液晶聚合物大分子中含有大量刚性介晶单元离子和一定量的柔性间隔基离子。含离子的液晶聚合物不仅具有高分子聚合物的成纤性，还具有高分子材料不可比拟的物理学性能，以及出色的热学、化学、电学等综合性能。无论是主链还是侧链液晶聚合物，大分子中均具有大量刚性介晶单元和一定量的柔性间隔基，使其拉伸强度达200MPa，模量达20GPa以上，材料韧性也大大提高；而且由于此离子的存在，还显著改变其界面性能，起到界面增容剂的作用。
本发明所述液晶聚合物/膨润土纳米插层杂化采用插层复合法，插层复合法是制备高性能聚合物基复合纳米复合材料的一种重要方法，它是将单体或聚合物插入蒙脱土的硅酸盐层状结构的硅酸盐片层间，破坏硅酸盐片层结构，使其在厚度为1nm左右的片层分散与聚合中，形成聚合物纳米复合材料。聚合物与层状硅酸盐达到分子水平的复合，大大增强了聚合物与层状硅酸盐的界面的相互作用，从而使得本液晶聚合物/膨润土纳米复合材料具有高耐热性、高强度、高模量、高气体阻隔性和极低的膨胀系数。插层复合工艺简单，生产成本低，应用范围极其广泛。
以下是氟橡胶经液晶聚合物/膨润土纳米杂化材料改性前后性能对照表：
序号    检验项目    氟橡胶改性前  氟橡胶改性后1    耐3#标准油，150℃    ×5h质量变化率，％    0.4  0.42    耐汽油，常温×5h    质量变化率，％    0.2  0.13    耐高温250℃×5h    无起泡、脱胶等    异常现象  无起泡、脱胶等  异常现象4    压缩永久变形率，    250℃×24h，％    34.7  11.15    拉伸强度，    250℃×24h，MPa    ≤9.6  ≥15
表1
金属复合橡胶密封板的制作方法，其方法如下：
首先将金属基材彻底除油、漂洗并烘干；再在其表面涂覆橡胶复合涂层；流平后再涂保护层；将产品硫化处理后成型。制得高性能金属复合橡胶密封板，利用本发明生产出来的密封机件，具有良好的耐高温性能、超强的粘合强度、高温条件下恒定压缩永久变形率极低、以及超强的拉伸强度等。
以下是本产品氟橡胶复合涂层理化性能检验表：
序号检验项目 试验方法  指标    结果1耐3#标准油，150℃×5h质量变化率，％ GB/T1690-1992  ≤5    0.42耐汽油，常温×5h质量变化率，％ GB/T1690-1992  ≤5    0.13粘合强度，KN/2.5cm GB/T15254-1994  ≥0.255    0.2634耐高温250℃×5h GB/T3512-2001  无脱泡、脱胶  等异常现象    无脱泡、    脱胶等    异常现象6压缩永久变形率，250℃×24h，％ GB/T1690-1982  ≤20    11.17拉伸强度，250℃×24h，MPa GB/T528-1998  ≥12    15
表2