СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК C09K3/10 

Изобретение относится к композициям на основе высокомолекулярных соединений, а точнее - на основе бутадиен-нитрильного каучука, а именно - к составам для получения листовых материалов, предназначенных для изготовления из них герметизирующих уплотнений неподвижных фланцевых соединений в химической промышленности (насосах, сосудах, компрессорах, двигателях транспортных средств, арматуре магистралей различного назначения и т.п.), работающих в условиях воздействия повышенной температуры в водных и топливно-масляных средствах.

Известна композиция для получения прокладочного материала [1], включающая, мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук - 16,0 - 17,5
Асбест хризотиловый коротковолнистый - 23,0 - 26,0
Сера - 0,15 - 0,18
2-Меркаптобензтиазол - 0,51 - 0,75
Тиурам - 0,6 - 0,8
Цинковые белила - 1,6- 1,8
Полиэтил или полифенилметилсилоксановая жидкость - 0,32 - 0,4
Печной технический углерод - 3,0 - 4,9
Асбест хризотиловый обезжелезенный - Остальное
Полученный из приведенного композиционного состава паронит имеет недостаточную стойкость к воздействию масел и содержит около 58% асбеста, используемого в нем в качестве армирующего и наполнителя и являющегося опасным для здоровья человека как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации изделий из паронита.

Наиболее близким по совокупности признаков известен состав для уплотнительного материала [2], включающий, мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук - 10,0 - 25,0
Арамидные волокна - не более 30,0
Сера - 0,1 - 2,0
2-Меркаптобензтиазол - 0,1 - 2,0
Тиурам - 0,1 - 2,0
Оксиды металлов (оксид цинка и др.) - 0,1 -2,0
Амин (триэтаноламин) - 0,1 - 2,0
Углеродные волокна - 20,0 - 52,0
Аморфный диоксид кремния, слюда, вермикулит, сажа, карбонат кальция (мел), каолин и глинозем - 45,0 - 65,0
Уплотнительный материал (паронит), полученный из данного состава имеет неудовлетворительные эксплуатационные показатели - низкую стойкость к воздействию технических масел.

В основу изобретения положена задача получения состава смеси для изготовления из нее прокладочного материала, имеющего улучшенные характеристики к воздействию технических масел, а также обеспечения изготовления безасбестового уплотнительного материала с использованием технологии и оборудования, которые применяются при изготовлении паронитов.

Поставленная задача решается тем, что заявляемый состав для получения уплотнительного материала, включающий бутадиен-нитрильный каучук, арамидные волокна, серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, оксид цинка, амин, коллоидную кремнекислоту - белую сажу, неорганические волокна, мел, каолин и глинозем по первому варианту дополнительно содержит поливиниловый спирт и в качестве неорганических волокон - базальтовую вату при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук - 13,0 - 18,0
Волокна арамидные или полиоксадиазольные - 13,0 - 15,0
Сера - 0,5 - 0,8
2-Меркаптобензтиазол - 0,2 - 0,3
Тиурам - 0,1 - 0,2
Оксид цинка - 1,0 - 2,0
Амин - моноамин или диамин - 0,3 - 0,5
Коллоидная кремнекислота - 3,0 - 5,0
Поливиниловый спирт - 0,1 - 0,15
Базальтовая вата - 5,0 - 10,0
Мел - 10,0 - 15,0
Каолин - 20,0 - 22,0
Глинозем - Остальное
Согласно второму варианту изобретения состав для уплотнительного материала, включающий бутадиен-нитрильный каучук, арамидные волокна, серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, оксид цинка, амин, коллоидную кремнекислоту - белую сажу, гидрослюду - вермикулит, неорганические волокна, мел, каолин и глинозем дополнительно содержит поливиниловый спирт и в качестве неорганических волокон - базальтовую вату при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук - 13,0 - 18,0
Волокна арамидные или полиоксадиазольные - 13,0 - 15,0
Сера - 0,5 - 0,8
2-Меркаптобензтиазол - 0,2 - 0,3
Тиурам - 0,1 - 0,2
Оксид цинка - 1,0 - 2,0
Амин - моноамин или диамин - 0,3 - 0,5
Коллоидная кремнекислота - 3,0 - 5,0
Поливиниловый спирт - 0,1 - 0,15
Гидрослюда - вермикулит - 4,0 - 5,0
Базальтовая вата - 5,0 - 10,0
Мел - 10,0 - 15,0
Каолин - 20,0 - 22,0
Глинозем - Остальное
Для улучшения показателей получаемого уплотнительного материала по сжимаемости и стойкости к воздействию технических масел и топлива в указанном составе используется гидрослюда - вермикулит.

В качестве усилителя может быть использован 2 мас.% технического углерода.

Объединение в одной заявке двух вариантов изобретения обусловлено тем, что каждый из них решает одну и ту же задачу - получение уплотнительного материала.

В качестве компонентов заявляемого состава могут быть использованы, например, следующие:
бутадиен-нитрильный каучук (ГОСТ 7738-79), или СКН-40 АС (ТУ-3810383-32);
арамидные волокна (ТУ-6РК00204102-31-92, ТУ-6-0607-31-90) или полиоксадиазольное волокно (ТУ-72710236-94);
сера (ГОСТ 127-76) остаток на сите N 0,14 мм по ГОСТ 6613-86 н/б 0,00 - 1 сорт, 0,1 - 2 сорт;
2-меркаптобензтиазол (ГОСТ 739-74);
тиурам (ГОСТ 202-84, ТУ-6-005744286, ТУ-301-10-013-89);
амин - моноамин или диамин (ГОСТ 39-79);
коллоидная кремнекислота - белая сажа (ГОСТ 18307-78) остаток на сите с сеткой N 014К по ГОСТ 6613-86, % не более 0,15;
поливиниловый спирт (ГОСТ 10779-78);
гидрослюда - вермукулит (ТУ-21-25-152-75);
базальтовая вата (ТУ-95-2348-92, ГОСТ 4640-84);
мел (ТУ 21-020350-06-92) остаток на сите с сеткой N 014 по ГОСТ 6613-86, % не более 0,8;
каолин марка "КР" (ГОСТ 19608-84) массовая доля остатка в % на сите с сеткой N 14, не более 0,02 - 1 сорт;
глинозем марка Г-00 (ГОСТ Р 50151-92) остаток на сите с сеткой N 009 по ГОСТ 6613-86 в пределах 1,1 - 13,6%;
Применение бутадиен-нитрильного каучука в количестве менее 13,0% приводит к получению "слабой" смеси, не способной формоваться в годные по внешнему виду листы и снижает прочность, а в количестве более 18,0% - к получению "жирной" смеси, также не способной формоваться в годные по внешнему виду листы уплотнительного материала (без лома, вздутий и др. дефектов).

Применение арамидных волокон в количестве менее 13,0% приводит к получению уплотнительного материала с низкой прочностью, а в количестве более 15,0% - приводит к удорожанию уплотнительного материала, что экономически нецелесообразно.

Применение серы в количестве менее 0,5% не обеспечивает способности формоваться в годные листы уплотнительного материала, а в количестве более 0,8 % приводит к снижению эластичности листов (листы становятся ломкими).

Применение 2-меркаптобензтиазола в количестве менее 0,2 % не обеспечивает требуемые показатели качества уплотнительного материала, а в количестве более 0,3% приводит к снижению эластичности и прочности материала.

Применение тиурама в количестве менее 0,1% не обеспечивает требуемые показатели уплотнительного материала, а в количестве более 0,3% приводит к снижению эластичности и прочности материала.

Применение оксида цинка в количестве менее 1,0% не обеспечивает требуемые показатели качества уплотнительного материала, а в количестве более 2,0% снижает его эластичность.

Применение амина - моноамина или диамина, в количестве менее 0,3% не обеспечивает стойкость уплотнительного материала к воздействию атмосферных условий (солнечных лучей, воздуха, осадков и т.д.), а в количестве более 0,5% нецелесообразно, так как 0,3 - 0,4% его в составе смеси является оптимальной дозировкой, обеспечивающей стойкость уплотнительного материала к "старению".

Применение коллоидной кремнекислоты в количестве менее 3,0% не обеспечивает достаточную прочность уплотнительного материала, а в количестве более 6,0% приводит к получению жесткого неэластичного материала.

Применение поливинилового спирта в количестве не менее 0,1% и не более 0,15 является оптимальным для обеспечения адгезионных свойств.

Применение гидросллюды - вермикулита, в количестве менее 4,0% снижает стойкость уплотнительного материала к техническим маслам, топливам, охлаждающим жидкостям, а в количестве более 5,0% приводит к ухудшению технологичности изготовления смеси, снижению прочности и восстанавливаемости уплотнительного материала.

Применение базальтовой ваты в количестве менее 5,0% снижает прочность уплотнительного материала, а в количестве более 10,0% приводит к получению "жестких" смесей.

Применение мела в количестве менее 10,0% ухудшает технологичность и формуемость смеси, а в количестве более 17,0% - ухудшает физико-механические показатели уплотнительного материала.

Применение каолина в количестве менее 20,0% не обеспечивает технологичность смеси и физико-химические показатели уплотнительного материала по прочности, стойкости к растворителям, агрессивным жидкостям, а в количестве более 22,0% усиливается эффект анизотропии материала.

Изготовление уплотнительного материала из заявляемых вариантов состава обеспечивается по традиционной технологической схеме изготовления паронитов с использованием стандартного оборудования и типовых режимов и включает следующие операции: подготовленную смесь каучука, коллоидной кремнекислоты, глинозема, амина - моноамина или диамина, цинковых белил и части каолина загружают в Z-образный смеситель, растворяют в этилацетате до образования густой клеевой массы, затем догружают оставшуюся часть каолина, мела, поливинилового спирта, серы, 2-меркаптобензтиазола, тиурама, перемешивают, а затем вводят вермикулит, базальтовую вату, арамидные или полиоксадиазольные волокна и перемешивают при добавлении этилацетата до готовности массы к вальцеванию.

Полученные после вальцевания листы вулканизируют в прессе в течении 3 мин при температуре 150^oC.

Все перечисленные операции и их последовательность хорошо известны специалистам в этой области и не требуют дополнительных пояснений (см., например, учебное пособие Г.В. Порошин, В.Б.Новосельцева Производство паронита, М.: Химия, 1978; Ф.Ф. Кошелев, А.Е.Корнев, Н.С.Климов Общая технология резины, М.: Химия, 1978).

Особенностями технологического процесса изготовления безасбестового уплотнительного материала (по обоим вариантам) являются следующие:
тщательная подготовка арамидных волокон (сушка, распушение) перед загрузкой в клеевую массу;
тщательное перемешивание всех ингредиентов до получения однородной формовочной смеси для исключения "непрокрашенных" (не покрытых клеевой массой) пучков арамидных волокон;
вальцевание смеси при температуре, не превышающей 100^oC.

Предлагаемые варианты составов для получения безасбестового уплотнительного материала обеспечивают требуемые при его производстве и эксплуатации свойства, аналогичные паронитам, и также как парониты могут быть армированы металлической сеткой.

Безасбестовый уплотнительный материал не представляет опасности для человека как в производстве, так и при эксплуатации, обладает повышенной маслостойкостью, имеет гомогенную структуру и гладкую поверхность (паронит не имеет на поверхности пучки асбеста), имеет равномерную толщину и, в отличие от паронита, толщина которого не менее 0,3 мм, может быть изготовлен меньшей толщины с отклонениями по всей площади листа в пределах ≈0,05 мм, что позволяет использовать его в уплотнениях, например, холодильных машин.

Кроме того увеличивается его условная прочность при разрыве в продольном направлении в 2 раза, повышается яркость цветов и расширяется цветовая гамма при добавлении красителя (для получения уплотнений с заданным цветовым решением).

В дальнейшем изобретение поясняется следующими конкретными, но не ограничивающими его, примерами составов, применяемых для изготовления безасбестового уплотнительного материала и результатами его испытания.

Пример 1.

Состав композиции, мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 АС - 14,0
Арамидные или полиоксадиазольные волокна - 15,0
Сера - 0,7
Каптакс - 0,25
Тиурам - 0,15
Оксид цинка
,5
Амин - моноамин или диамин - 0,4
Коллоидная кремнекислота - 4,0
Поливиниловый спирт - 0,13
Базальтовая вата - 10,0
Мел - 10,0
Каолин - 21,0
Глинозем - Остальное
Результаты испытаний уплотнительного материала по примеру 1 приведены в табл. 1, а армированного материала - в табл. 2.

Пример 2.

Состав композиции мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 АС - 15,0
Арамидные или полиоксадиазольные волокна - 13,0
Сера - 0,7
Каптакс - 0,25
Тиурам - 0,15
Оксид цинка - 1,5
Амин - моноамин или диамин - 0,4
Коллоидная кремнекислота - 3,0
Поливиниловый спирт - 0,15
Технический углерод - 2,0
Вермикулит - 4,0
Базальтовая вата - 8,0
Мел - 16,0
Каолин - 20,0
Глинозем - Остальное
Результаты испытаний материала по примеру 2 приведены в табл. 3.

Использование: составы для получения листовых материалов предназначены для изготовления из них герметизирующих уплотнений неподвижных фланцевых соединений для использования в жидкостных и топливно-масляных средах. Сущность изобретения: состав для уплотнительного материала содержит в мас.%: бутадиен-нитрильный каучук - 13-18, волокна арамидные или полиоксадиазольные - 13-15, сера - 0,5-0,8, 2-меркаптобензтиазол -0,2-0,3, тиурам - 0,1-0,2, оксид цинка - 1,0-2,0, амин-моноамин или диамин - 0,3-0,5, коллоидная кремнекислота - 3,0-5,0, поливиниловый спирт - 0,1-0,15, базальтовая вата - 5,0-10,0, мел 10-15, каолин - 20-22, глинозем - остальное. По другому варианту состав для уплотнительного материала содержит в мас%: бутадиен-нитрильный каучук - 13-18, волокна арамидные или полиоксадиазольные - 13-15, сера - 0,5-0,8, 2-меркаптиобензтиазол - 0,2-0,3, тиурам - 0,1-0,2 , оксид цинка - 1,0-2,0, амин-моноамин или диамин - 0,3-0,5, коллоидная кремнекислота - 3,0-5,0, поливиниловый спирт - 0,1-0,15, гидрослюда-вермикулит - 4,0-5,0, базальтовая вата - 5,0-10,0, мел - 10,0- 15,0, глинозем - остальное. 2 с. и з. п. ф-лы, 3 табл.

1. Состав для получения уплотнительного материала, включающий бутадиен-нитрильный каучук, арамидные волокна, серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, оксид цинка, амин, коллоидную кремнекислоту белую сажу, неорганические волокна, мел, каолин и глинозем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поливиниловый спирт и в качестве неорганических волокон базальтовую вату при следующем соотношении компонентов, мас.

Бутадиен-нитрильный каучук 13 18
Волокна арамидные или полиоксадиазольные 13 15
Сера 0,5 0,8
2-Меркаптобензтиазол 0,2 0,3
Тиурам 0,1 0,2
Оксид цинка 1 2
Амин-моноамин или диамин 0,3 0,5
Коллоидная кремнекислота 3 5
Поливиниловый спирт 0,1 0,15
Базальтовая вата 5 10
Мел 10 15
Каолин 10 22
Глинозем Остальное
2. Состав для получения уплотнительного материала, включающий бутадиен-нитрильный каучук, арамидные волокна, серу, 2-меркаптобензтиазол, тиурам, оксид цинка, амин, коллоидную кремнекислоту белую сажу, гидрослюду-вермикулит, неорганические волокна, мел, каолин и глинозем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поливиниловый спирт и в качестве неорганических волокон базальтовую вату при следующем соотношении компонентов, мас.

Бутадиен-нитрильный каучук 13 18
Волокна арамидные или полиоксадиазольные 13 15
Сера 0,5 0,8
2-Меркаптобензтиазол 0,2 0,3
Тиурам 0,1 0,2
Оксид цинка 1 2
Амин-моноамин или диамин 0,3 0,5
Коллоидная кремнекислота 3 5
Поливиниловый спирт 0,1 0,15
Гидрослюда-вермикулит 4 5
Базальтовая вата 5 10
Мел 10 15
Каолин 20 22
Глинозем Остальное
3. Состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 2 мас. технического углерода.