一种液压用耐污密封件
技术领域
本发明属于液压元件密封技术领域，具体涉及一种液压用耐污密封件。
背景技术
液压传动装置具有体积小、重量轻、惯性小、运动平稳、传递作用力大等特点，还具有操作控制方便和易于实现各工序自动化等优点，已广泛应用于国防和工、农业生产等部门；特别是随着液压驱动、电子及数字控制等技术的发展，而这些液压机械设备(液压传动装置)的致命弱点就是液压油的泄漏，解决液压机械设备(液压传动装置)液压油泄漏最有效的途径就是选用密封性能优良的液压密封件。
在液压系统及其系统中，密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。其中起密封作用的元件，即密封件。外漏会造成工作介质的浪费，污染机器和环境，甚至引起机械操作失灵及设备人身事故。内漏会引起液压系统容积效率急剧下降，达不到所需要的工作压力，甚至不能进行工作。侵入系统中的微小灰尘颗粒，会引起或加剧液压元件摩擦副的磨损，进一步导致泄漏。因此，密封件和密封装置是液压设备的一个重要组成部分。它的工作的可靠性和使用寿命，是衡量液压系统好坏的一个重要指标。
现有技术如申请号2019111844270公开了一种丁腈夹布橡胶密封圈及其制作方法，其组分包括，夹布层和丁腈橡胶胶浆，丁腈橡胶胶浆包括的组分有氢化丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、填料、防老剂、硅烷偶联剂、硫化剂、间苯二酚、丙酮、乙酸乙酯以及乙酸丁酯，通过采用该配方和用量得到的丁腈夹布橡胶密封圈具有抗高压性能好、耐磨性好的优点。申请号2019106131659公开了一种耐高温高压可溶性聚四氟乙烯改性密封件及生产工艺，其组成组分包括溶性聚四氟乙烯、碳纤维、玻璃纤维、石墨、高温色母；可溶性聚四氟乙烯为少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物，具有优良的可塑性，熔融结合性强，耐高低温以及尺寸稳定性能好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的耐污性、耐老化、耐磨性、相容性以及高强度的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料的液压用耐污密封件。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种液压用耐污密封件复合材料的制备方法，包括：
a)纳米氧化锑的分散：将纳米氧化锑、柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠溶于无水乙醇中，将混合液分散均匀得到纳米氧化锑浆料；
b)Sb2O3/硅酮树脂复合材料的制备：将硅酮树脂溶解于辛烷中，与上述纳米氧化锑浆料分散均匀，干燥，得到纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料。
本发明将纳米氧化锑分散在柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠中，柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠能够降低纳米氧化锑邻近离子间范德华力静电引力的作用，使表面粒子相互分离，提高总表面积和表面超额自由能，使氧化锑粉末高度分散，得到分散均匀的纳米氧化锑浆料；然后将硅酮树脂溶解在辛烷中，形成硅酮浆料，与纳米氧化锑浆料在高速分散机的分散作用下混合均匀，得到分散均匀，流动性好的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合浆料。原因可能是纳米氧化锑浆料中的柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠含有较多的酯基与羟基，可部分取代硅酮树脂中的甲基，形成结构稳定的复合物，使纳米氧化锑均匀分布在该复合物中，以得到流动性与稳定性较好的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合浆料；该复合材料中葡萄糖酸钠含有较多的羟基，可与硅酮树脂能够发生反应，可得到具有一定支链结构或网状结构的化合物，其在材料表面能形成一层薄膜，一定程度上自动清除吸附在其表面的杂质，实现材料的自清洁作用，具有良好的耐污性、耐老化、耐磨性、相容性与高强度。
优选地，按重量份计，步骤a)中，纳米氧化锑为2.5～5份，粒径大小为80～150nm，柠檬酸脂肪酸甘油酯为0.1～0.4份，葡萄糖酸钠为0.2～0.6份，无水乙醇为25～35份。
优选地，步骤a)超声时间为20～60min，分散速率为2500～3200r/min，分散时间为0.5～1h。
优选地，按重量份计，步骤b)中，纳米氧化锑浆料为1～3份，硅酮树脂为70～90份，辛烷为20～30份。
优选地，步骤b)中，分散速率为4000～4500r/min，混合时间为1～2h；得到分散均匀的粉体。
优选地，步骤b)中，干燥温度为55～70，℃干燥时间为2～4h；使粉体保持一定的水分，在成型时能够使颗粒间发生位移，形成结构紧密的坯体，进而得到耐污性好、耐老化、强度高、耐磨性好的密封件。
一种液压用耐污密封件的制备方法，包括：将上述得到的液压用耐污密封件复合材料采用干压成型工艺制备液压用耐污密封件，包括以下步骤：
S1：填料，将复合材料研磨至粉体，与黏结剂混合，加入到模具中；
S2：压制，对模具施加压力，并保压；
S3：保护脱模，压制完成后进行脱模，使加在坯体上的应力匀速释放至脱模。
优选地，步骤S1中黏结剂为酚醛树脂、脲醛树脂或两种混合；以提高复合材料粉体的流动性。
优选地，按重量份计，步骤S1中复合材料为60～80份，黏结剂为0.5～2.5份。
优选地，步骤S2压制的压力为75～95MPa，保压时间为2～5h；目的是提高模具的成型效率与密封件密度，进而提高密封件的强度、耐磨性、耐老化性能。
本发明采用干压成型工艺将上述得到的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料研磨至粉体，与黏结剂混合，使粉体的体积密度提高，改善粉体的流动性，加入至模具中，并保留少量的水分，保证粉体内部颗粒的流动性，减少压制时颗粒间的摩擦力，使粉料能充分填满模型的各个角落，使其压制后形成致密的生坯；在压制后并保压一段时间，坯体内压力传递充分，利于压坯的密度均匀分布，得到具有良好的耐污性、相容性、耐老化、耐磨性与高强度的密封件。
为了进一步提高液压用耐污密封件的耐污性、耐老化、耐磨性与强度，采取的优选措施还包括：
在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中，添加0.05～0.1份二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮的混合物，其中两者的重量比为0.6～1.5:1，可进一步提高纳米氧化锑的分散性，另一方面与硅酮树脂良好的相容性，对硅酮树脂有一定的增强作用；除此之外，二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物对杂质具有一定的清除作用，因此进一步得到耐污性、耐老化、耐磨性良好与高强度的液压用耐污密封件。
本发明由于采用了Sb2O3/硅酮树脂复合材料通过干压成型工艺制备得到液压用耐污密封件，因而具有如下有益效果：纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料一定程度上自动清除吸附在其表面的杂质，实现材料的自清洁作用，制备得到的液压耐污密封件具有良好的耐污性、相容性、耐老化、耐磨性与高强度。因此，本发明是一种具有良好的耐污性、耐老化、耐磨性、相容性以及高强度的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料的液压用耐污密封件。
附图说明
图1为液压用耐污密封件的体积变化率；
图2为液压用耐污密封件的长度变化率；
图3为液压用耐污密封件的拉伸强度；
图4为液压用耐污密封件的摩擦系数；
图5为液压用耐污密封件的压缩永久变形图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1
一种液压用耐污密封件的制备方法，包括以下步骤：
(1)Sb2O3/硅酮树脂复合材料的制备
a)纳米氧化锑的分散
按重量份计，将3份纳米氧化锑、0.1份柠檬酸脂肪酸甘油酯和0.5份葡萄糖酸钠溶于28份无水乙醇中，其中纳米氧化锑的粒径大小为95nm，然后将各组分先超声30min，然后用高速分散机在2500r/min的条件下分散1h，得到纳米氧化锑浆料；
b)复合材料的制备
将75份硅酮树脂溶于28份辛烷中，与1.5份上述纳米氧化锑浆料混合，用高速分散机在4200r/min的速率下，混合时间为1h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合浆料，然后在55℃烘箱中干燥3h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合材料。
(2)液压用耐污密封件的制备
将上述得到的液压用耐污密封件复合材料采用干压成型工艺制备液压用耐污密封件，包括以下步骤：
S1：填料，按重量份计，将68份复合材料研磨至粉体，与1.5份酚醛树脂混合均匀，加入到模具中；
S2：压制，对模具施加75MPa的压力，并保压3h；
S3：保护脱模，压制完成后进行脱模，使加在坯体上的应力匀速释放至脱模，得到液压用耐污密封件。
实施例2
一种液压用耐污密封件的制备方法，包括以下步骤：
(1)Sb2O3/硅酮树脂复合材料的制备
a)纳米氧化锑的分散
按重量份计，将5份纳米氧化锑、0.4份柠檬酸脂肪酸甘油酯和0.3份葡萄糖酸钠溶于35份无水乙醇中，其中纳米氧化锑的粒径大小为115nm，然后将各组分先超声50min，然后用高速分散机在3000r/min的条件下分散0.8h，得到纳米氧化锑浆料；
b)复合材料的制备
将80份硅酮树脂溶于25份辛烷中，与3份上述纳米氧化锑浆料混合，用高速分散机在4500r/min的速率下，混合时间为1.5h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合浆料，然后在60℃烘箱中干燥4h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合材料。
(2)液压用耐污密封件的制备
将上述得到的液压用耐污密封件复合材料采用干压成型工艺制备液压用耐污密封件，包括以下步骤：
S1：填料，按重量份计，将80份复合材料研磨至粉体，与2.4份酚醛树脂混合均匀，加入到模具中；
S2：压制，对模具施加85MPa的压力，并保压4h；
S3：保护脱模，压制完成后进行脱模，使加在坯体上的应力匀速释放至脱模，得到液压用耐污密封件。
实施例3
一种液压用耐污密封件的制备方法，包括以下步骤：
(1)Sb2O3/硅酮树脂复合材料的制备
a)纳米氧化锑的分散
按重量份计，将2.5份纳米氧化锑、0.2份柠檬酸脂肪酸甘油酯和0.45份葡萄糖酸钠溶于30份无水乙醇中，其中纳米氧化锑的粒径大小为130nm，然后将各组分先超声60min，然后用高速分散机在2900r/min的条件下分散0.6h，得到纳米氧化锑浆料；
b)复合材料的制备
将85份硅酮树脂溶于30份辛烷中，与2.5份上述纳米氧化锑浆料混合，用高速分散机在4300r/min的速率下，混合时间为2h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合浆料，然后在70℃烘箱中干燥2h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合材料。
(2)液压用耐污密封件的制备
将上述得到的液压用耐污密封件复合材料采用干压成型工艺制备液压用耐污密封件，包括以下步骤：
S1：填料，按重量份计，将72份复合材料研磨至粉体，与2份脲醛树脂混合均匀，加入到模具中；
S2：压制，对模具施加95MPa的压力，并保压4.5h；
S3：保护脱模，压制完成后进行脱模，使加在坯体上的应力匀速释放至脱模，得到液压用耐污密封件。
实施例4
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例2不同的是，在步骤(1)的a)中，按重量份计，将3.8份纳米氧化锑、0.15份柠檬酸脂肪酸甘油酯和0.6份葡萄糖酸钠溶于35份无水乙醇中，其中纳米氧化锑的粒径大小为150nm，然后将各组分先超声60min，然后用高速分散机在3200r/min的条件下分散1h，得到纳米氧化锑浆料。
实施例5
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例2不同的是，在步骤(2)的S1中，将75份复合材料研磨至粉体，与2.4份脲醛树脂混合均匀，加入到模具中。
实施例6
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例2不同的是，在步骤(1)的b)复合材料的制备中，将80份硅酮树脂、0.06份二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮的混合物溶于25份辛烷中，其中二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮的重量比为0.6:1，然后与3份上述纳米氧化锑浆料混合，用高速分散机在4500r/min的速率下，混合时间为1.5h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合浆料，然后在60℃烘箱中干燥4h，得到Sb2O3/硅酮树脂复合材料。
实施例7
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例6不同的是，添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮的混合物重量份为0.07份。
实施例8
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例6不同的是，添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮的混合物重量份为0.1份。
实施例9
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例6不同的是，二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮的重量比为1:1。
实施例10
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例2不同的是，步骤(1)的a)中，不添加葡萄糖酸钠。
实施例11
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例2不同的是，步骤(1)的a)中，不添加柠檬酸脂肪酸甘油酯。
实施例12
一种液压用耐污密封件的制备方法，与实施例2不同的是，步骤(1)的a)中，不添加柠檬酸脂肪酸甘油酯与葡萄糖酸钠。
试验例1
1.Sb2O3/硅酮树脂复合材料流动性的测定
将Sb2O3/硅酮树脂复合材料研磨至粉体，采用HMK Flow 6393PT1000粉体综合特性测试仪测量和小料斗测得，根据休止角的大小来判定混合料的流动性。将漏斗固定在实验架上，下口与正下方桌面相距10cm，从漏斗上匀速加料，粉体自由下落，呈接近规则圆锥状堆积，测量时从四个不同角度测定，每个样品测量4次共16组数据取平均值得到休止角。休止角划分粉体流动性等级：25°～40°，流动性好；41°～45°，流动性一般；46°～90°，流动性差。
表1.Sb2O3/硅酮树脂复合材料的休止角及流动性
表1为Sb2O3/硅酮树脂复合材料流动性的测定。从表1可以看出，实施例1-9的Sb2O3/硅酮树脂复合材料的流动性较好，对比实施例2与实施例10-12,实施例10-12复合材料的流动性较差，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠可得到分散均匀，流动性好的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合浆料；对比实施例6与实施例2，实施例6小于实施例2的休止角，则其流动性有一定的提高，这说明在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物，提高了复合材料的流动性。
2.液压用耐污密封件耐污性的测定
本试验参考中国纺织行业标准FZ/T64014-2009 method 5.10进行。温度：20±2℃；相对湿度：65±5％。在淋浴仪上进行耐污灰尘性能测试试验。测试方法：每种试样各三块，将试样浸入石墨粉悬浮液(石墨粉，300目，5g；95％乙醇450ml)5s，取出在标准大气压中放置2h，将自来水注满喷淋漏斗，对试样进行冲洗实验，试样与喷头距离为1m，每个试样喷淋5次。将试样放置于标准大气下至第二天，此为一循环，共进行三循环。用GB250灰卡评定试样的玷污等级，玷污等级越高，耐污性能越好。污染程度对应的灰卡等级为等级越高，耐污性能越好。
表2.耐污密封件的玷污等级
表2为液压用耐污密封件耐污性的测定。从表2可以看出，实施例1-9的密封件耐污性能较好，对比实施例2与实施例10-12，实施例10-12的耐污性较差，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠，得到纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料，该复合材料中葡萄糖酸钠含有较多的羟基，可与硅酮树脂能够发生反应，可得到具有一定支链结构或网状结构的化合物，其在材料表面能形成一层薄膜，一定程度上自动清除吸附在其表面的杂质，实现材料的自清洁作用，提高了材料的耐污性能；对比实施例6与实施例2，实施例6的灰卡等级更高，相较于实施例2有更好的耐污性，这说明在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物，对杂质具有一定的清除作用，因此进一步得到耐污性良好的液压用耐污密封件。
3.液压用耐污密封件介质相容性的测定
将样品制成尺寸为20×6×20mm3的试样，测试环境为RT，测试介质RP-3型航空煤油；测试时间为2个月，试验方法为：试验前将试样用酒精清洗、晾干，测量试样尺寸和质量；将试样分别浸泡在测试介质中，每隔10-15天取出，酒精清洗，测量尺寸和质量。
图1为液压用耐污密封件的体积变化率。从图1可以看出，实施例2的体积变化率在0.4％以内，实施例6的体积变化率在0.1％以内，这说明在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物对密封件的相容性几乎无消极影响，且有一定的提高；实施例10-12浸泡后出现明显的体积膨胀现象，随着浸泡时间的增长出现体积减小的现象，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠，提高了密封件介质的相容性。
图2为液压用耐污密封件的长度变化率。从图2可以看出，实施例2的长度变化率均在0.1％以内，实施例10-12浸泡后出现明显的长度膨胀现象，随着浸泡时间的增长出现长度减小的现象，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠，提高了密封件介质的相容性；实施例6的长度变化率在0.1％以内，相对于实施例2几乎无明显变化，这说明在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物没有降低密封件的介质相容性，且有稍微的提高。
4.液压用耐污密封件力学性能的测定
将样品制成哑铃型试样(长150mm，两端宽20mm，中间宽10mm，标距50mm，厚度3mm)用于测试拉伸性能；拉伸强度测试依据ASTM D638-10标准进行，在微机控制电子万能试验机(MTS System，美国)上完成，每组测试试样不少于6个。
图3为液压用耐污密封件的拉伸强度。从图3可以看出，实施例1-5的拉伸强度均高于100MPa，实施例6-9的拉伸强度高于120MPa，且实施例6的拉伸强度高于实施例2，这说明添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物，对硅酮树脂有一定的增强作用，进而提高了密封件的力学性能。对比实施例2与实施例10-12，实施例2的拉伸强度远高于实施例10-12，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠，得到结构稳定的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料，以得到高强度的液压用耐污密封件。
5.液压用耐污密封件耐磨性的测定
采用MMW-1型万能摩擦磨损试验机测试样品在一定负荷的摩擦系数和摩擦力。将密封件材料裁成外径为12.5mm，内径为7.5mm的环形圈。采用光滑的45号不锈钢作为对磨面(表面粗糙度R0为0.51～0.76μm)，载荷10N，转速200r/min，在摩擦力稳定后读取摩擦力和摩擦系数。
图4为液压用耐污密封件的摩擦系数。从图4可以看出，实施例1-5的摩擦系数低于0.6，实施例6-9的摩擦系数不高于0.3，实施例6的摩擦系数低于实施例2，这说明在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物，提高复合材料的耐磨性；对比实施例2与实施例10-12，实施例2的摩擦系数远低于实施例10-12，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠，得到结构稳定的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料，以得到耐磨性良好的液压用耐污密封件。
6.液压用耐污密封件热氧老化的测定
采用无锡科来姆环境科技有限公司生产的热空气试验用材料进行加速老化，老化箱工作室尺寸为450×450×500mm箱体内配有一对鼓风系统，使风道内冷热空气吹入工作室中，温度波动≤±0.5℃以保证工作室温要求。在老化试验前测定试样的厚度，并将老化箱调至所需要的温度，稳定后放入试样，每个试样之间的距离不得小于5mm，试样与箱壁之间的距离不得小于70mm。按照国家标准GB/T 3512-2001的要求，试验换气频率设为4次/小时，转盘速率为6r/min。实验温度点选取393K，当试样放入老化箱体内时开始开机计时，每当达到规定的老化时间时，将试样取出按照国家标准GB1683-1981进行压缩永久变形测量。每次取样后对圆柱形试样的高度进行测量，并换算成压缩永久变形值。
图5为液压用耐污密封件的压缩永久变形图。从图5可以看出，在老化10天后实施例2的压缩永久变形低于65％，实施例6的压缩永久变形低于52％，实且施例6的压缩永久变形低于实施例2，这说明在制备Sb2O3/硅酮树脂复合材料的过程中添加二硫化二苯并噻唑与噻嗪二酮混合物，提高了密封件的耐老化性；而实施例10-12的压缩永久变形达到80％以上，对比实施例2与实施例10-12，实施例2远低于实施例10-12，这说明同时添加柠檬酸脂肪酸甘油酯和葡萄糖酸钠，得到结构稳定的纳米Sb2O3/硅酮树脂复合材料，进而得到具有良好耐老化性能的液压用耐污密封件。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案、也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
