一种复合橡胶密封圈论文和设计-姜玉华

全文摘要

本实用新型提供了一种复合橡胶密封圈，属于复合材料技术领域。本实用新型提供了一种复合橡胶密封圈，包括橡胶部分和骨架部分，所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧。本实用新型在橡胶部分中嵌入骨架部分，可以提高密封圈的机械强度，使得密封圈不易产生扭曲变形；本实用新型通过嵌入粘合的方式将骨架部分和橡胶部分结合在一起，可以使二者牢固结合，保证密封圈的机械强度。

主设计要求

1.一种复合橡胶密封圈，其特征在于，包括橡胶部分和骨架部分；所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧。

设计方案

1.一种复合橡胶密封圈，其特征在于，包括橡胶部分和骨架部分；所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧。

2.根据权利要求1所述的复合橡胶密封圈，其特征在于，所述骨架部分的断面为凸字型结构，所述橡胶部分的内侧设置有与骨架部分形状相匹配的凹槽。

3.根据权利要求1所述的复合橡胶密封圈，其特征在于，所述骨架部分的嵌入体积比为2.89～3.05：1.93～2.09。

4.根据权利要求1所述的复合橡胶密封圈，其特征在于，所述橡胶部分的上表面和下表面独立地设置有一圈凹槽。

5.根据权利要求1所述的复合橡胶密封圈，其特征在于，所述橡胶部分和骨架部分的纵切面中轴线重合。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及复合材料技术领域，特别涉及一种复合橡胶密封圈。

背景技术

密封圈常用于五金塑胶、给水排水、暖通空调、消防、制药、船舶、管道系统、汽车、家用电器、运动器材、气动元件及卫浴等领域的密封，其结构简单，使用、维护方便，密封效果良好。

激光武器不像传统的动能武器(如炮弹、导弹等)需要依靠炸药产生能力去摧毁目标，激光武器本身就具有极高的热能，可以去烧蚀、冲击目标，达到杀伤的目的。海军激光武器系统的使用环境特殊，其使用的密封圈需要具备机械强度高、密封效果优异的性能。

然而，现有的密封圈结构单一，当需要在高工况、高电压、水中等条件下使用时，现有密封圈容易变形扭曲，导致密封失效，不能满足使用需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型目的在于提供一种复合橡胶密封圈。本实用新型提供的复合橡胶密封圈机械强度优良，密封效果好。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种复合橡胶密封圈，包括橡胶部分和骨架部分；所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧。

优选的，所述骨架部分的断面为凸字型结构，所述橡胶部分的内侧设置有与骨架部分形状相匹配的凹槽。

优选的，所述骨架部分的嵌入体积比为2.89～3.05：1.93～2.09。

优选的，所述橡胶部分的上表面和下表面独立地设置有一圈凹槽。

优选的，所述橡胶部分和骨架部分的纵切面中轴线重合。

本实用新型提供了一种复合橡胶密封圈，包括橡胶部分和骨架部分，所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧。本实用新型在橡胶部分中嵌入骨架部分，可以提高密封圈的机械强度，使得密封圈不易产生扭曲变形；本实用新型通过嵌入粘合的方式将骨架部分和橡胶部分结合在一起，可以使二者牢固结合，保证密封圈的机械强度。

附图说明

图1为复合橡胶密封圈的剖面结构图；其中1为橡胶部分，2为骨架部分，3为橡胶部分表面的凹槽；

图2为橡胶部分下表面凹槽的结构放大图；

图3为骨架部分的尺寸示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种复合橡胶密封圈，剖面结构图如图1所示；包括橡胶部分1和骨架部分2；所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧。

本实用新型提供的复合橡胶密封圈包括橡胶部分。本实用新型对橡胶部分的材质没有特殊的要求，使用本领域常规市售的橡胶生胶料或是自行制备橡胶生胶料均可。当自行制备橡胶生胶料时，所述橡胶部分由包括以下质量份的组分制备得到：

以质量份数计，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括60～70份的三元乙丙橡胶4045，优选为64～68份。本实用新型对所述三元乙丙橡胶4045的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的三元乙丙橡胶4045即可。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括60～65份的三元乙丙橡胶4869C，优选为62～64份。本实用新型对所述三元乙丙橡胶4869C的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的三元乙丙橡胶4869C即可。在本实用新型中，三元乙丙橡胶4045和三元乙丙橡胶4869C作为橡胶部分的弹性主体，二者共同作用可以提高密封圈的耐老化性和耐腐蚀性能，使得密封圈可以长期在阳光直射、潮湿、寒冷的恶劣环境下使用，同时还可以提高密封圈的绝缘性能。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括4～5份的氧化锌，优选为5份。在本实用新型中，所述氧化锌的粒径优选为0.1～0.27μm，更优选为0.15～0.2μm；所述氧化锌的纯度优选≥99.0％，更优选≥99.5％。在本实用新型中，所述氧化锌作为无机活性剂使用，能够加快橡胶部分的硫化速度，提高橡胶部分的硫化度和定伸应力。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括1～2份的硬脂酸，优选为2份。在本实用新型中，硬脂酸与橡胶有良好的互溶性，可以起到硫化促进助剂的作用，能促进绝缘炭黑、氧化锌等粉末在橡胶中的均匀分散，并与氧化锌反应而增加其活性。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括30～40份的绝缘炭黑，优选为32～36份。在本实用新型中，所述绝缘炭黑的表面电阻优选≥10^{12<\/sup>Ω；在本实用新型中，绝缘炭黑作为补强助剂，可以提高密封圈的机械性能；同时，绝缘炭黑具有超高电阻，加入到橡胶部分中可以提高密封圈的绝缘性能。}

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括10～15份的硫酸钡，优选为12～14份。在本实用新型中，所述硫酸钡的粒径优选为2.5～25μm，更优选为5～20μm；所述硫酸钡的纯度优选≥98％，更优选≥99％；所述硫酸钡的pH值优选为6～8，更优选为6.5～7.5。在本实用新型中，硫酸钡作为补强填充剂，可以增加橡胶部分的撕裂强度，减小橡胶部分的永久变形，同时提高密封圈的耐酸腐蚀性。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括3～5份的聚酯，优选为4份。在本实用新型中，所述聚酯优选为齐聚酯。本实用新型对所述聚酯的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的聚酯即可。在本实用新型中，聚酯作为橡胶增塑剂，可以增加橡胶部分的弹性和加工性能。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括4～5份的无味DCP，优选为4.5份。在本实用新型中，所述无味DCP用作橡胶硫化剂及交联剂，能够同时提高橡胶制品的耐热性与耐老化性，避免橡胶制品在注压成型和硫化时产生刺激性气味。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括0.3～0.5份的硫磺，优选为0.4份。在本实用新型中，所述硫磺的纯度优选≥99％，更优选≥99.5％；所述硫磺的粒径优选≤150μm，更优选≤130μm。在本实用新型中，硫磺作为硫化剂，可以使橡胶分子硫化交联形成三维网状结构。

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括10～15份的气相白碳黑，优选为12～14份。在本实用新型中，所述气相白碳黑的粒径优选为8～15nm，更优选为10～12nm；所述气相白碳黑的比表面积优选为380m^{2<\/sup>\/g；所述气相白碳黑的pH值优选为3.9～4.0，更优选为4.0；所述气相白碳黑的纯度优选≥99％，更优选≥99.5％。本实用新型通过加入气相白碳黑，可以增加橡胶部分的硬度、拉伸强度和撕裂强度，赋予橡胶部分较好的耐磨性和较低的水膨胀性。}

以所述三元乙丙橡胶4045的质量份数为基准，本实用新型所述橡胶部分的制备原料包括50～60份的强威粉，优选为52～56份。在本实用新型中，所述强威粉优选具有片层结构，所述强威粉的粒径优选为300～800nm，更优选为400～700nm。在本实用新型中，所述强威粉作为功能性补强助剂，可以增强橡胶部分的耐老化性、耐磨性、气密性和抗疲劳性。

在本使用新型中，所述橡胶部分生胶料的制备方法优选包括以下步骤：

(1)将三元乙丙橡胶4045与三元乙丙橡胶4869C混合后进行薄通，之后加入氧化锌、硬脂酸进行一次混炼，得到预混合胶料；

(2)将所述预混合胶料与绝缘炭黑、硫酸钡、聚酯、硫磺、强威粉、气相白碳黑混合后进行二次混炼，之后加入无味DCP依次进行三次混炼和薄通，得到生胶料。

本实用新型将三元乙丙橡胶4045与三元乙丙橡胶4869C混合后进行薄通，之后加入氧化锌、硬脂酸进行一次混炼，得到预混合胶料。本实用新型对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可。本实用新型优选使用开炼机对混合后的原料进行薄通，所述开炼机的辊距优选为0.5mm，所述薄通的温度优选为50℃以下，次数优选为3次。在本实用新型中，所述一次混炼的时间优选为3～5min，更优选为4min；所述一次混炼用开炼机的前辊温度优选为20～30℃，更优选为25℃；所述一次混炼用开炼机的后辊温度优选为25～35℃，更优选为30℃。

得到预混合胶料后，本实用新型将所述预混合胶料与绝缘炭黑、硫酸钡、聚酯、硫磺、强威粉、气相白碳黑混合后进行二次混炼，之后加入无味DCP依次进行三次混炼和薄通，得到生胶料。本实用新型对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可。在本实用新型中，所述二次混炼的时间优选为3～5min，更优选为4min；所述三次混炼的时间优选为5～8min，更优选为6～7min；所述二次混炼、三次混炼时开炼机的前辊、后辊温度与所述一次混炼时开炼机前辊、后辊的温度相同，在此不再赘述。在本实用新型中，所述薄通的次数优选为3次。

本实用新型对所述橡胶部分的内径、外径和厚度没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的密封圈规格并能和被密封物体尺寸相匹配即可。

当被密封物体表面设计有凸起结构时，本实用新型所述橡胶部分的上表面和下表面优选独立地设置有一圈凹槽3，其中凹槽3的结构放大图如图2所示；本实用新型对所述凹槽的深度没有特殊的要求，所述凹槽能够与被密封物体表面的凸起结构相匹配即可。本实用新型通过在橡胶部分的上表面和下表面设计凹槽结构，可以改变被密封物体与密封圈的接触间隙，进而提高密封圈的密封效果。

本实用新型提供的复合橡胶密封圈包括骨架部分。在本实用新型中，所述骨架部分的材质优选为NJSSPEEK-G1030；所述NJSSPEEK-G1030为绝缘材质，以质量含量计，其原料组成包括30％的玻璃纤维和70％的聚醚醚酮，用来制作骨架部分能够提高密封圈的绝缘性。

在本实用新型中，所述骨架部分嵌入并粘合在橡胶部分内侧；在本实用新型中，所述骨架部分的断面为凸字型结构，橡胶部分的内侧设置有与骨架部分形状相匹配的凹槽，以便嵌入骨架部分，所述骨架部分优选不完全嵌入，这样做的优点是便于橡胶与骨架更好配合密封。橡胶部分中(如图1所示)，所述骨架部分的嵌入体积比优选为2.89～3.05：1.93～2.09，更优选为3：2。在本实用新型中，所述橡胶部分和骨架部分的纵切面中轴线重合。本实用新型对所述骨架部分的直径尺寸没有特殊要求，根据被密封物体的尺寸进行设计即可，作为本实用新型的一个具体实施例，所述骨架部分的尺寸如图3所示，其中A位置的尺寸范围优选为5.10～5.20mm，更优选为5.20mm；B位置的尺寸范围优选为6.10～6.20mm，更优选为6.20mm；C位置的尺寸范围优选为6.90～7.00mm，更优选为7.00mm；D位置的尺寸范围优选为0.60～0.80mm，更优选为0.70mm；E位置的尺寸范围优选为1.58～1.82mm，更优选为1.70mm。

本实用新型通过嵌入结构的设计能够增大与橡胶部分的接触面积，进而增加二者的粘合强度；本实用新型通过在橡胶部分中嵌入骨架部分，可以提高密封圈的绝缘性能和机械强度，使得密封圈不易产生扭曲变形，能承受500V以上电压。

在本实用新型中，所述橡胶部分和骨架部分通过粘结剂进行粘结。本实用新型对所述粘合剂的种类没有特殊的要求，使用本领域常规市售的粘合剂即可；在本实用新型具体的实施例中，所述粘合剂优选为单涂型热硫化粘合剂；本使用新型进一步优选将硅烷偶联剂和单涂型热硫化粘合剂配合使用，在本实用新型中，硅烷偶联剂作为粘合促进剂，可以提高粘合剂的粘合效果。本实用新型通过将橡胶部分和骨架部分通过粘结剂进行粘结，可以实现橡胶部分和骨架部分的牢固结合，同时保证密封圈的耐水性和机械强度。

在本实用新型中，上述方案所述复合橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：

(1)将骨架部分依次进行喷砂和清洗，之后在骨架表面涂覆粘合剂并预热，得到预处理骨架；

(2)将所述预处理骨架放入模具型腔，合模后注入所述生胶料进行注压成型，得到复合橡胶密封圈。

本实用新型将骨架部分依次进行喷砂和清洗，之后在骨架表面涂覆粘合剂并预热，得到预处理骨架。本实用新型优选将所述NJSSPEEK-G1030进行注压成型，得到骨架部分。在本实用新型中，所述注压成型的压力优选为100～130Mpa，温度优选为160～185℃，速度优选为40～80cm^{3<\/sup>\/S。在本实用新型中，所述喷砂用喷料优选为钢砂，所述钢砂的粒径优选为0.3～0.5mm，更优选为0.35～0.45mm；所述喷砂的时间优选为5～7min，更优选为6min；所述喷砂的速率优选为10～20r\/min，更优选为14～16r\/min。本实用新型通过喷砂，可以增大橡胶部分和骨架部分的表面接触面积。在本实用新型中，所述清洗用清洗剂优选为乙酯、三氯乙烯、二氯乙烯、丁酮和丙酮中的一种或几种；本实用新型对所述清洗的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的清洗方式将骨架部分表面的污物和杂质处理去除干净即可。}

在本实用新型中，当所述粘合剂为单涂型热硫化粘合剂，且配合使用硅烷偶联剂时，所述涂覆粘合剂的方式优选包括以下步骤：

先在骨架表面涂覆一层硅烷偶联剂，晾置1h后再涂覆一层单涂型热硫化粘合剂。

本实用新型对所述硅烷偶联剂和单涂型热硫化粘合剂的涂覆量没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的涂覆量将硅烷偶联剂和单涂型热硫化粘合剂在骨架部分表面涂覆均匀即可。

在本实用新型中，所述预热的温度优选为100℃，所述预热的时间优选为15～30min。本实用新型通过预热，可以使粘合剂处于最佳粘合状态。

得到预处理骨架后，本实用新型将所述预处理骨架放入模具型腔，合模后注入所述生胶料进行注压成型，得到复合橡胶密封圈。本实用新型对所述模具的材质没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的模具材质即可；在本实用新型中，所述模具型腔的结构需要根据密封圈的形状和结构进行设计。在本实用新型中，所述注压成型的温度优选为169～171℃，更优选为170℃；所述注压成型的时间优选为14～16min，更优选为15min；所述注压成型的压力优选为11.5～12.5MPa，更优选为12MPa。在本实用新型中，所述生胶料在注压成型的同时进行硫化，注压成型过程中定时排出模具型腔中的气体，所述排气的次数优选为3～5次，更优选为4～5次。注压成型完成后即得到复合橡胶密封圈。

下面结合实施例对本实用新型提供的复合橡胶密封圈进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本实用新型保护范围的限定。

实施例1

(1)称取三元乙丙橡胶404570g、三元乙丙橡胶4869C 65g、氧化锌5g、硬脂酸2g、绝缘炭黑40g、硫酸钡15g、聚酯5g、无味DCP 5g、硫磺0.5g、气相白碳黑15g、强威粉60g作为橡胶部分的原料，将三元乙丙橡胶4045与三元乙丙橡胶4869C依次进行混合和薄通，之后加入氧化锌、硬脂酸一次混炼5min，混炼时前辊温度为25℃，后辊温度为30℃，得到预混合胶料；

(2)将预混合胶料与绝缘炭黑、硫酸钡、聚酯、硫磺、强威粉、气相白碳黑混合后二次混炼5min，之后加入无味DCP进行三次混炼8min并薄通，得到生胶料，其中二次混炼和三次混炼的辊温与一次混炼相同；

(3)将NJSSPEEK-G1030进行注压成型，得到骨架部分，其中注压成型的温度为100Mpa，温度优选为160℃，速度优选为40cm^{3<\/sup>\/S；}

(4)将骨架部分依次进行喷砂和清洗，其中喷砂用喷料为钢砂，钢砂的粒径为0.5mm，喷砂的时间为7min，速率为20r\/min，清洗用清洗剂为乙酯；之后在骨架表面先在骨架表面涂覆一层硅烷偶联剂，晾置1h后再涂覆一层单涂型热硫化粘合剂，最后在100℃下预热30min，得到预处理骨架；

(5)将所述预处理骨架放入模具型腔，合模后注入生胶料进行注压成型，得到复合橡胶密封圈，其中注压成型的温度为170℃，时间为15min，压力为12MPa。

对此密封圈的剥离强度进行测试，将所得结果列于表1中。

表1实施例1所得复合橡胶密封圈的剥离强度数据

由表1可知，本实用新型提供的复合橡胶密封圈无论在空气中还是水中橡胶部分和骨架部分均具有优异的粘合强度，其剥离强度均≥1.0N\/mm。

对此密封圈的机械性能、耐老化性能和绝缘性能进行测试，将所得结果列于表2中。

实施例2

(1)称取三元乙丙橡胶404560g、三元乙丙橡胶4869C 60g、氧化锌4g、硬脂酸1g、绝缘炭黑30g、硫酸钡10g、聚酯3g、无味DCP 4g、硫磺0.3g、气相白碳黑10g、强威粉50g作为橡胶部分的原料，将三元乙丙橡胶4045与三元乙丙橡胶4869C依次进行混合和薄通，之后加入氧化锌、硬脂酸一次混炼3min，混炼时前辊温度为30℃，后辊温度为35℃，得到预混合胶料；

(2)将预混合胶料与绝缘炭黑、硫酸钡、聚酯、硫磺、强威粉、气相白碳黑混合后二次混炼3min，之后加入无味DCP进行三次混炼5min并薄通，得到生胶料，其中二次混炼和三次混炼的辊温与一次混炼相同；

(3)将NJSSPEEK-G1030进行注压成型，得到骨架部分，其中注压成型的温度为130Mpa，温度优选为185℃，速度优选为80cm^{3<\/sup>\/S；}

(4)将所述骨架部分依次进行喷砂和清洗，其中喷砂用喷料为钢砂，钢砂的粒径为0.3mm，喷砂的时间为5min，速率为10r\/min，清洗用清洗剂为三氯乙烯；之后在骨架表面先在骨架表面涂覆普通热硫化粘合剂89ET，最后在100℃下预热15min，得到预处理骨架；

(5)将所述预处理骨架放入模具型腔，合模后注入生胶料进行注压成型，得到复合橡胶密封圈，其中注压成型的温度为169℃，时间为14min，压力为12.5MPa。

使用实施例1的测试条件对所得密封圈的剥离性能进行测试，经测试，所得密封圈在空气中的剥离强度为3.3N\/mm，在水中的剥离强度为3.4N\/mm，因此，本实用新型提供的密封圈橡胶部分和骨架部分具有优异的粘合强度和耐水性能。

对此密封圈的机械性能、耐老化性能和绝缘性能进行测试，将所得结果列于表2中。

实施例3

(1)称取三元乙丙橡胶150g作为橡胶部分的原料，混炼薄通后得到生胶料；

(2)将NJSSPEEK-G1030进行注压成型，得到骨架部分，其中注压成型的温度为120MPa，温度优选为170℃，速度优选为60cm^{3<\/sup>\/S；}

(3)将骨架部分依次进行喷砂和清洗，其中喷砂用喷料为钢砂，钢砂的粒径为0.4mm，喷砂的时间为6min，速率为15r\/min，清洗用清洗剂为三氯乙烯；之后在骨架表面先在骨架表面涂覆热硫化粘合剂AIR-1，最后在100℃下预热20min，得到预处理骨架；

(4)将所述预处理骨架放入模具型腔，合模后注入生胶料进行注压成型，得到复合橡胶密封圈，其中注压成型的温度为169℃，时间为14min，压力为12.5MPa。

对此密封圈的机械性能、耐老化性能和绝缘性能进行测试，将所得结果列于表2中。

表2实施例1～3所得密封圈性能比较表

由表2可知，本实用新型提供的复合橡胶密封圈具有良好的机械性能，不易产生变形扭曲、密封失效的现象。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

设计图

一种复合橡胶密封圈论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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