[发明专利]具有低温密封能力的可固化的弹性体组合物

说明书

技术领域

本公开一般涉及相对于常规的可固化密封组合物而言具有改进的低温密封能力的可固化密封剂组合物。

背景技术

密封剂被用于从汽车至航空器发动机的宽范围应用中，以容纳固体、液体和/或气体或者防止固体、液体和/或气体移动穿过接合面、边界或界面区域进入周围或相邻区域、领域或表面或者处于周围或相邻区域、领域或表面上。密封剂可以从低粘度液体至高触变性浆体的许多形式得到，并且取决于应用所述密封剂的性质可在刚性的玻璃状材料到橡胶状弹性网络的范围内变化。弹性体是一类可用作密封组合物的重要聚合物材料，是本发明的重点。

使用单体、低聚物、聚合物和/或其它组分配制的密封剂通常被称为“固化”组合物，其中所述单体、低聚物、聚合物和/或其它组分发生反应而形成新的共价键，所述新的共价键增大化学品主链的分子量，从而产生缠结物和/或化学交联物。包含不反应但基于聚合物的热力学性质、网状链的缠结或其它的分子间相互作用而显示出弹性性质的密封剂通常被称为“非固化”配制物。

文献中用以描述橡胶状材料和弹性体材料的定义非常相似，并且有时可互换使用。弹性体更宽泛并且典型地是指具有弹性的材料。橡胶本来是指从天然存在的聚异戊二烯衍生的弹性体，经过多年已拓宽至既包括天然材料又包括合成材料。由A.D.McNaught和A.Wilkinson汇编的IUPAC Compendium ofChemical Terminology，第2版(即“Gold Book”)，Blackwell Scientific Publications，牛津(1997)，将弹性体定义为显示橡胶状弹性的聚合物。由L.H.Sperling汇编的Physical Polymer Science Handbook，John Wiley& Sons，Inc.，Publications，纽约(2001)中将弹性体定义为在高于其玻璃化转变温度(Tg)下呈无定形状态的、交联聚合物。

橡胶弹性状态方程描述了聚合物的宏观样品变形(链延伸)和弹性体的回缩应力之间的关系。从热力学第二定律衍生的橡胶弹性理论表明弹性体的回缩应力因延伸时熵减少且焓不变而产生。当聚合物链延伸时，构象数量减少(熵减少)，并且回缩应力增大。Sperling写道：能够绕其主链合理地自由旋转的长链分子在连续网络状物中结合在一起对于橡胶弹性而言是必需的。

橡胶弹性状态方程

其中σ是应力，n是单位体积的活性网络链的数量，R是理想气体常数，T是温度，α是链延伸程度，并且是几乎等于1的前因子。根据该状态方程预计，随着弹性体的延伸程度增大，所观察到的应力也增大。应力是当例如将弹性体置于拉力、双轴拉力或压缩下时产生的回缩力。

当在对高于其玻璃化转变温度的温度下操作的经固化的密封物进行压缩，并且所述密封物显示出可使用本领域已知的仪器测量的密封力时，可在实践中观察到橡胶弹性理论。在经固化的密封物中的弹性体的玻璃化转变温度定义了这样一项重要的边界条件，其中当弹性体从橡胶态区域转变为玻璃态区域时主链的自由旋转受限制，造成分子自由旋转、分子链延伸和所得回缩应力的损失。当弹性体的温度趋近于玻璃化转变温度时，所得的弹性回缩力趋近于0。

弹性密封剂的效用由经固化的密封剂组合物在整个产品使用寿命期中暴露于操作条件下时提供正密封力的能力度量。温度是影响密封剂性能的重要因素，并可对操作寿命具有显著影响。在严苛的环境条件下的温度范围可在+150℃至-65℃变化。在较不严苛的应用中温度下可在+100℃至-40℃的范围内变化。

观察到在远高于总体聚合物网络的玻璃化转变温度的温度下，一些经固化的弹性密封剂所具有的密封力降低至接近为0。在一个情况中，根据DSC测定具有-61℃的Tg的经固化的弹性密封剂在-40℃下具有非常低的密封力，这将是大多数密封应用所不能接受的。

从橡胶弹性的统计热力学中已知，在弹性体变形期间产生的力与交联网络的末端距和基体的温度成正比。当弹性体变形时，在橡胶态区域中，只要温度高于Tg，则回缩力应保持为正。在以上的橡胶状弹性状态方程中不能预测改变具有单一Tg并且显示不出其它的一级热力学过程或二级热力学过程的弹性体中的玻璃状或硬链段能够提高橡胶态区域中的低温密封力。

发明内容