專利名稱：一種耐磨復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種耐磨復(fù)合材料的制備方法，主要應(yīng)用于扶正器方面，屬于油井抽油桿扶正器方面的材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于油泵柱塞在下沖程時(shí)阻力增大或者斜井而導(dǎo)致抽油桿發(fā)生彎曲，使抽油桿柱與油管內(nèi)壁頻繁發(fā)生摩擦，產(chǎn)生抽油桿柱偏磨現(xiàn)象，使桿柱強(qiáng)度減弱，造成頻繁檢泵。磨損嚴(yán)重導(dǎo)致井內(nèi)管桿磨損、斷裂，甚至管桿落井，増加了作業(yè)施工的難度，造成抽油桿脫螺紋、油管出現(xiàn)裂縫或穿孔，使油管和抽油桿的使用壽命縮短了 40% 60%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，從1996到2002年僅大慶油田第九采油廠就發(fā)生偏磨394井次，2002年偏磨井?dāng)?shù)達(dá)到126井次，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)400萬元以上。目前防止管桿偏磨的主要措施是應(yīng)用抽油桿扶正器，而使用的各種扶正器工作原理大同小異，均是利用扶正器與油管之間的摩擦代替油管與抽油 桿之間的摩擦來防止管桿偏磨。目前常用的生產(chǎn)扶正器的復(fù)合材料的基體樹脂主要是聚酰胺，聚四氟こ烯，超高分子量聚こ烯。聚酰胺復(fù)合材料是目前使用最廣的扶正器材料，最常使用是PA6、PA66，但其卻存在很多的缺陷，由于聚酰胺自身分子結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)的吸水性，引起強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性下降。干燥條件下的韌性不足，耐溫度和耐磨性差。聚四氟こ烯是氟塑料中應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的ー種，具有極好的耐溫性(熱分解溫度達(dá)到390°C)和耐化學(xué)藥品性。同時(shí)聚四氟こ烯是所有塑料中摩擦因數(shù)最小的ー種，是耐磨性和自潤(rùn)滑性最好的高分子材料之一。但是存在易磨損、加工性能差、硬度低等缺點(diǎn)。利用超高分子量聚こ烯注塑成型的高耐磨油田抽油桿扶正器，其抗磨損、抗沖擊、抗腐蝕、耐低溫、自潤(rùn)滑性、不吸水性均大大優(yōu)于傳統(tǒng)尼龍扶正器，克服尼龍易吸水溶脹、水解、低溫脆性大、易碎、摩擦阻力大的缺點(diǎn)，缺點(diǎn)主要是加工流動(dòng)性差。由于聚苯硫醚具有在高溫高濕下尺寸穩(wěn)定、耐磨性好、熔融流動(dòng)性突出，對(duì)玻璃、陶瓷、鋼材的粘接性優(yōu)良等特性，并且價(jià)格低廉、成型容易，因而更受人們的青睞。隨著石油資源儲(chǔ)備量的減小，開采石油的井必然更深，對(duì)扶正器材料的要求更加苛刻。聚酰胺酰亞胺是ー種韌性較好的非晶體材料，耐高溫，聚苯硫醚/聚酰胺酰亞胺的共混彌補(bǔ)了聚苯硫醚材料韌性差的缺陷，兼顧了聚苯硫醚的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種耐磨復(fù)合材料的制備方法，以代替現(xiàn)有市場(chǎng)上扶正器不耐高溫尼龍類產(chǎn)品，提高此類產(chǎn)品的使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案在于ー種耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于i按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述耐磨復(fù)合材料由以下原料復(fù)合而成
基體樹脂 55% 65%碳纖維 20% 30%石墨4% 15%其中，基體樹脂是由質(zhì)量比為40:60的聚苯硫醚與聚酰胺酰亞胺混合而成；ii制備方法為①聚苯硫醚在120°C條件下干燥2h，聚酰胺酰亞胺在150°C條件下干燥4h，將質(zhì)量比為40 60的聚苯硫醚與聚酰胺酰亞胺均勻混合30min，得到基體樹脂；②將步驟①制得的基體樹脂與碳纖維、石墨按照i所述的比例均勻混合30min，得到耐磨復(fù)合材料；所述基體樹脂含量與碳纖維的質(zhì)量比優(yōu)選為70/30 ；優(yōu)選方案基體樹脂/碳纖維/石墨的質(zhì)量比為70/30/15。本發(fā)明的有益效果在干I.本發(fā)明所用的基體樹脂為聚苯硫醚與聚酰胺酰亞胺的共混料，通過石墨和玻璃纖維改性后，沖擊和拉伸性能得到改善，摩擦磨損性能較為優(yōu)異，與現(xiàn)有的玻纖填充尼龍的產(chǎn)品相比，明顯提高使用溫度；2.本發(fā)明的耐磨材料可以應(yīng)用于扶正器材料的制備，克服目前尼龍等扶正器的不耐高溫，高溫易形變的問題，大大提高了使用壽命；3.本實(shí)驗(yàn)加工方便，可以注塑成型，產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性好。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一歩了解本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是，這些描述只是為了進(jìn)ー步說明本發(fā)明的特征，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求書的限制。按照本發(fā)明，成型的方法可通過材料領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，如注射、模壓等，本發(fā)明對(duì)此并無特別限制；模壓成型的溫度為360°C，壓カ為l(Tl5MPa。本實(shí)施例中所用的原料聚苯硫醚(PPS-ha)，四川得陽科技股份有限公司；聚酰胺酰亞胺(PAI )，北京華通瑞馳公司；膠體石墨粉劑，上海膠體化工廠，3500目；碳纖維，大連興科碳纖維有限公司；使用前，將聚苯硫醚在溫度為120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥2h，聚酰胺酰亞胺在150°C的條件下干燥4h。 實(shí)施例I稱取聚酰胺酰亞胺40g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例2分別稱取聚酰胺酰亞胺32g、聚苯硫醚8g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例3分別稱取聚酰胺酰亞胺24g、聚苯硫醚16g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例4分別稱取聚酰胺酰亞胺16g、聚苯硫醚24g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例5分別稱取聚酰胺酰亞胺8g、聚苯硫醚32g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。
實(shí)施例6-12中所述基體樹脂皆是由質(zhì)量比為40:60的聚苯硫醚和聚酰胺酰亞胺均勻混合30min而成。實(shí)施例6分別稱取碳纖維10g，基體樹脂90g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例7分別稱取碳纖維20g，基體樹脂80g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例8分別稱取碳纖維30g，基體樹脂70g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例9分別稱取碳纖維40g，基體樹脂60g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例10分別稱取石墨5g，基體樹脂70g，碳纖維30g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例11分別稱取石墨10g，基體樹脂70g，碳纖維30g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。實(shí)施例12分別稱取石墨15g，基體樹脂70g，碳纖維30g，將物料在壓機(jī)上預(yù)壓成型，在360°C的馬弗爐中燒結(jié)lh，取出后在平板硫化機(jī)上冷卻定型，脫模后放置24h，在120°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8h，制樣并測(cè)試力學(xué)性能和摩擦磨損。
實(shí)施例13性能比較樣品的沖擊性能按照GB/T1843/U要求測(cè)量。試樣的寬10mm，厚4. 0mm，試樣的長(zhǎng)度80. 0mm，在UJ-40型懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)(河北省承德市材料試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn))上測(cè)定懸臂梁缺ロ沖擊強(qiáng)度，樣品的摩擦磨損在宣化材料試驗(yàn)機(jī)廠的MM-200上測(cè)試，所用樣品的標(biāo)準(zhǔn)為15 X 10 X 5mm,測(cè)試的載荷為20kg，轉(zhuǎn)速為2 00r/min，摩擦副選擇45#鋼，外徑為42_，測(cè)試的時(shí)間為60min，摩擦實(shí)驗(yàn)前，摩擦副和樣品都用800#的水砂紙磨光并用丙酮清洗，采用精度為0. 0001的天平稱量磨損的質(zhì)量損失，測(cè)試的結(jié)果為三次測(cè)試的平均值，摩擦系數(shù)(U )采用公式U=T/ (RXP)計(jì)算，其中T為摩擦カ矩，R摩擦副外半徑，P為測(cè)試試樣所用的載荷。實(shí)施例1-12的性能比較如下表。表I實(shí)施例1-12的性能比較
權(quán)利要求
1.ー種耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在干 i按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述耐磨復(fù)合材料由以下原料復(fù)合而成 基體樹脂 55% 65% 碳纖維 20% 30% 石墨4% 15% 其中，基體樹脂是由質(zhì)量比為40:60的聚苯硫醚與聚酰胺酰亞胺混合而成； ii制備方法為 ①聚苯硫醚在120°C的條件下干燥2h，聚酰胺酰亞胺在150°C的條件下干燥4h，將質(zhì)量比為40 60的聚苯硫醚與聚酰胺酰亞胺均勻混合30min，制得基體樹脂； ②將步驟①制得的基體樹脂與碳纖維、石墨按照i中所述比例常溫下均勻混合30min，得到耐磨復(fù)合材料。
2.按照權(quán)利要求I所述耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述基體樹脂質(zhì)量與碳纖維的質(zhì)量比為70/30。
3.按照權(quán)利要求I或2所述耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述基體樹脂/碳纖維/石墨的質(zhì)量比為70/30/15。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐磨復(fù)合材料的制備方法，涉及油井抽油桿扶正器方面的材料技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述耐磨復(fù)合材料由以下原料復(fù)合而成55%~65%的基體樹脂、20%~30%碳纖維和4%~15%石墨，其中，基體樹脂是由質(zhì)量比為40:60的聚苯硫醚與聚酰胺酰亞胺混合而成。本發(fā)明所用的材料為PPS/PAI的共混料，由于加入了碳纖維和石墨，其沖擊和拉伸性能得到提高，摩擦磨損性能優(yōu)異，克服目前尼龍等扶正器的不耐高溫，高溫易形變的問題，復(fù)合材料使用的壽命大大的提升。本耐磨復(fù)合材料加工方便，可以注塑成型，產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)C08K7/06GK102775788SQ20121024644
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者吳立豪, 岳守兆, 張紹印, 曲敏杰 申請(qǐng)人:大連工業(yè)大學(xué)