动态密封用橡胶组合物及其制备方法与流程

本发明涉及特种橡胶材料，具体涉及一种动态密封用橡胶组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在精密机械及智能装备的动态密封应用中，密封件长期处于高频往复运动、摩擦生热及复杂介质接触的工况下。现有的密封橡胶材料通常采用单一基体体系，例如普通丁腈橡胶虽然耐油性较好，但在长期动态应力作用下易产生疲劳裂纹且耐磨性不足；硅橡胶虽具有优异的耐温性和弹性，但其机械强度低、耐磨损性能差，且在接触润滑油或特定化学介质时易发生溶胀老化。由于单一橡胶基体难以同时兼顾高耐磨、高耐疲劳、耐介质老化以及适应温湿度变化等综合性能，导致密封件在复杂动态工况下使用寿命短、可靠性低，无法满足高精度长寿命动态密封的使用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的单一橡胶基体在动态密封工况下难以兼顾耐磨性、耐疲劳性与耐介质老化性的问题，本技术通过一种动态密封用橡胶组合物及其制备方法和应用，实现材料在高频动态往复运动及复杂介质环境下的长效可靠密封。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、一种动态密封用橡胶组合物，按质量份数计，所述动态密封用橡胶组合物的组成成分包括：氢化丁腈橡胶50-70份；聚氨酯橡胶30-50份；纳米增强填料20-40份；耐磨助剂10-20份；抗疲劳剂5-10份；复合防老剂3-8份；硫化剂2-4份；功能助剂1-3份。

4、上述方案通过氢化丁腈橡胶与聚氨酯橡胶的双基体共混体系，结合了氢化丁腈橡胶优异的耐油耐热性与聚氨酯橡胶的高耐磨高弹性，构建了兼具强韧性与回弹性的基体框架；配合纳米增强填料、耐磨助剂与抗疲劳剂的协同作用，显著提升了材料在动态摩擦界面下的力学保持率与抗损伤能力，解决了传统单一基体材料在复杂工况下性能失衡的问题。

5、作为一种实施方式，所述纳米增强填料包括纳米二氧化硅、碳纳米管或石墨烯中的至少一种；所述耐磨助剂包括聚四氟乙烯微粉、二硫化钼或超高分子量聚乙烯粉中的至少一种；所述抗疲劳剂为基于功能效果定义的界面改性类助剂，包括硅烷偶联剂改性白炭黑或液体聚丁二烯中的至少一种。

6、此实施方式通过选用高比表面积的纳米级增强填料，在基体中构建物理交联网络以提升模量与撕裂强度；引入低表面能的固体润滑型耐磨助剂，降低动态摩擦系数并减少摩擦生热；采用改性白炭黑或液体聚丁二烯作为抗疲劳剂，改善填料与双基体界面的相容性并吸收动态应力集中，从而从微观结构上延缓疲劳裂纹的萌生与扩展。需要说明的是，上述硅烷偶联剂改性白炭黑和液体聚丁二烯为抗疲劳剂的优选示例，而非穷尽式列举；本领域技术人员在本技术功能性定义的指引下，可选择其他具有等效界面改性与应力耗散功能的物质替代，只要其落入抗疲劳剂的功能限定范围内，均能实现相应的技术效果。

7、作为一种实施方式，所述复合防老剂为防老剂rd与防老剂mb的并用体系；所述硫化剂为过氧化物硫化剂bipb或2,5-二甲基-2,5-双 （叔丁基过氧基）己烷（双25）；所述功能助剂包括耐水解剂、抗静电剂或导热填料中的至少一种。

8、此实施方式利用防老剂rd与mb的协同效应，分别针对热氧老化与金属离子催化老化提供双重防护；选用过氧化物硫化剂形成稳定的碳-碳交联键，提高耐热压缩永久变形性能；并根据工况需求引入耐水解、抗静电或导热等功能助剂，进一步增强材料对湿度、静电积聚或热量积累等特定环境因素的适应性。

9、作为一种实施方式，所述动态密封用橡胶组合物满足以下性能指标：硬度为邵尔a60-75；拉伸强度≥12mpa；扯断伸长率≥300%；150℃×24h条件下的压缩永久变形≤20%。

10、此实施方式通过量化关键物理机械性能参数，确保了材料在实际装配与运行过程中具备适宜的密封接触压力、足够的结构强度以及优异的高温形变恢复能力，为动态密封的可靠性提供了明确的性能基准。

11、此外，本技术还提供了一种如上述方案所述的动态密封用橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：

12、预处理：将所述纳米增强填料与部分所述抗疲劳剂进行搅拌预处理，得到预处理填料体系；

13、一段混炼：将所述氢化丁腈橡胶和所述聚氨酯橡胶进行塑炼，随后加入所述预处理填料体系、所述耐磨助剂和所述复合防老剂进行混炼，排胶得到预混胶；

14、二段混炼：将所述预混胶冷却后，加入所述硫化剂、所述功能助剂和剩余所述抗疲劳剂进行混炼，出片得到所述动态密封用橡胶组合物。

15、上述制备方法通过填料预处理步骤，利用抗疲劳剂对纳米填料的预先包覆与分散，有效抑制了纳米粒子在后续混炼中的团聚现象；采用分段混炼工艺，在高温段完成基体塑炼与填料分散，在低温段加入硫化剂与敏感助剂，既保证了各组分的均匀混合，又避免了过氧化物硫化剂在高温剪切下发生早期焦烧，确保了加工安全性与最终产品的性能稳定性。

16、作为一种实施方式，所述一段混炼的温度控制在110-120℃；所述二段混炼的温度控制在80-95℃。

17、此实施方式精确限定了两段混炼的温度窗口，一段混炼温度足以使双基体充分软化流动以促进填料浸润分散，同时低于填料结构化破坏温度；二段混炼温度控制在硫化剂活化温度以下，防止混炼过程中发生预交联，保障了胶料的加工流变性能与硫化后的网络结构完整性。

18、作为一种实施方式，所述塑炼的时间为60-80秒；所述一段混炼中加入所述预处理填料体系、所述耐磨助剂和所述复合防老剂后的混炼时间为90-120秒；所述二段混炼的混炼时间为60-90秒。

19、此实施方式对各阶段的混炼时间进行了优化匹配，在保证分散均匀度的前提下缩短高温剪切时间，减少高分子链的热机械降解风险，同时确保硫化剂与功能助剂在低温段的快速均匀分布，提高了生产效率与批次稳定性。

20、作为一种实施方式，在所述预处理中，通过高速搅拌使所述纳米增强填料与部分所述抗疲劳剂充分分散；在所述二段混炼中，将冷却后的所述预混胶重新投入密炼机，并在加入所述硫化剂、所述功能助剂和剩余所述抗疲劳剂后进行混炼。

21、此实施方式进一步细化了操作细节，强调预处理阶段的高速分散动能输入以确保纳米填料的解团聚效果，以及二段混炼中预混胶冷却后再投料的操作规范，从工艺执行层面杜绝了因局部过热导致的焦烧隐患与分散不良缺陷。

22、此外，本技术还提供了一种动态密封件，所述动态密封件的材质包含如前述任一项所述的动态密封用橡胶组合物。

23、此实施方式将前述具有双基体协同增强与多重功能助剂复配特征的橡胶组合物加工为实体密封产品，使材料在微观结构上继承纳米填料高度分散、界面结合力强以及交联网络稳定的特性，从而在宏观使用性能上表现出优异的综合密封能力。

24、作为一种实施方式，上述动态密封件用于ai人形机器人关节密封。

25、此实施方式针对ai人形机器人关节在高频往复运动、复杂介质接触及精密力控工况下的严苛密封需求，利用前述动态密封件的材质优势，既保证了在润滑油环境下的尺寸稳定性，又赋予了密封界面极低的摩擦系数与卓越的抗磨损能力，有效解决了传统密封件在此类工况下耐磨性不足、耐介质性差及易疲劳失效的技术难题。

26、有益效果：本技术提供的动态密封用橡胶组合物及其制备方法，通过氢化丁腈橡胶与聚氨酯橡胶的双基体协同设计，结合纳米增强填料、耐磨助剂与抗疲劳剂的多重功能复配，在分子链段运动与宏观力学响应之间建立了平衡机制，使材料同时具备高耐磨、高耐疲劳与优异的耐介质老化性能。配合填料预处理与分段温控混炼工艺，有效解决了纳米填料在极性双基体中的分散难题及过氧化物硫化体系的加工安全性问题。该组合物制备的密封件在高频往复运动、温湿度交变及接触润滑油、汗液等复杂介质条件下，仍能保持稳定的密封接触压力与低摩擦损耗，显著延长了动态密封系统的使用寿命与运行可靠性。