一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法，首先將氫化丁腈橡膠置于開煉機中塑煉，待氫化丁腈橡膠包輥后，依次加入硬脂酸、金屬氧化物、防老劑于開煉機上混煉5min，然后加入增強劑混煉均勻，而后再加入硫化劑和硫化助劑混煉均勻后，薄通下片制得混煉膠；將混煉好的混煉膠在170℃，硫化時間20min，硫化壓力15MPa的條件下，用平板硫化機硫化出氫化丁腈硫化膠。本發(fā)明采用丙烯酸鹽、炭黑或二者的混合物作為增強劑，制備出性能優(yōu)異的橡膠復合材料；該材料加工的膠筒在170℃，30~60MPa壓差下密封效果良好，所制備的橡膠在常溫或高溫力學性能高、耐老化，在170℃、30～60MPa的油介質(zhì)中能長期工作。
【專利說明】一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法，主要用于低滲透油藏采油工程中高溫高壓工況下的橡膠密封，屬于橡膠復合材料制備【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣田開發(fā)的不斷深入，國內(nèi)油田將逐漸轉(zhuǎn)向深井、超深井和熱采井、非常規(guī)、低滲透油藏，采用分段注水、分段壓裂、分段堵水的工藝進行施工。在上述采油工程工藝實施中，油田封隔器是石油開采工藝中的關鍵部件，而膠筒又是封隔器中關鍵之關鍵。膠筒在液壓推力作用下，通過軸向壓縮力的作用在封隔器套管壁上，對套管起密封作用。隨著油水井的深度增加，地層的溫度、壓力越來越高，在中、深油井的分層開采、堵水、壓裂、注水等作業(yè)中，油田封隔器膠筒發(fā)揮了關鍵作用。近年來，油井已進入高含水階段，加上新的采油方法一熱采的需要，還有日趨惡化的井下工況，現(xiàn)有耐溫120°C的封隔器膠筒已不能滿足油田開采的需要，開發(fā)研究耐溫150°C以上、內(nèi)壓30MPa以上的膠筒才能滿足當今油田鉆采的工作需要。目前，在90°C高溫高壓下和120°C高溫高壓工況使用的膠筒技術(shù)國內(nèi)已經(jīng)成熟。國內(nèi)油田普遍將耐溫150°C、耐壓差30MPa作為耐高溫、高壓壓裂封隔器膠筒的主要性能指標。高于150°C度、高溫、高壓下使用的膠筒國內(nèi)幾乎沒有廠家加工生產(chǎn)，目前主要依靠進口。
[0003]J karger-Kocsis (Tribological Testing of Peroxide Cured HNBR withDifferent MWCNT and Silica Contents under Dry Sliding and Rolling Conditionsagainst Steel \S\Journal of Applied Polymer Science, `2008, 108:2840- 2851 制備出多壁碳納米管(MWCNT)和SiO2增強的HNBR復合材料，碳納米管較SiO2表現(xiàn)出較優(yōu)越的增強作用，MWCNT復合HNBR橡膠表現(xiàn)出較好的抗撕裂效果。國內(nèi)外關于HNBR橡膠的改性補強報道較多的采用二甲基丙烯酸鋅鹽(ZMA)。二甲基丙烯酸鋅鹽(ZMA)和HNBR橡膠相容性較好，但分散性并不完美，與炭黑N550表現(xiàn)出一定的協(xié)同增強作用，制備的橡膠復合材料的拉伸強度一般小于35MPa，不能很好的解決高于150°C、高壓差的密封難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，提供一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法。所制備的橡膠在常溫或高溫力學性能較高、耐老化性優(yōu)異，在油介質(zhì)環(huán)境中，1700C X 30~60MPa的工況下可以長期工作使用。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是:一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法，步驟如下:首先將氫化丁腈橡膠置于開煉機中塑煉，待氫化丁腈橡膠包輥后，依次加入硬脂酸、金屬氧化物、防老劑于開煉機上混煉5min，然后加入增強劑混煉均勻，而后再加入硫化劑和硫化助劑混煉均勻后，薄通下片制得混煉膠；將混煉好的混煉膠在170°C，硫化時間20min，硫化壓力15 MPa的條件下，用平板硫化機硫化出氫化丁腈硫化膠。
[0006]進一步的，所述氫化丁腈橡膠的氫化度大于96%，丙烯腈含量為44%。[0007]進一步的，所述增強劑是指炭黑或丙烯酸鋅鹽的一種或二者的混合物。
[0008]更進一步的，所述丙烯酸鋅鹽是氫氧化單甲基丙烯酸鋅；所述炭黑是炭黑N330、炭黑MO 1、炭黑N220、炭黑N550中的一種或幾種的混合物。
[0009]進一步的，所述金屬氧化物是指普通氧化鋅、活性氧化鋅的一種或兩種的混合物。
[0010]進一步的，所述防老劑是防老劑RD、防老劑MBZ、防老劑Naugard 445、防老劑4020、橡膠防老劑4010NA、防老劑BHT的一種或幾種的混合物。
[0011]進一步的，所述硫化劑為過氧化叔丁基異丙苯、二叔丁基過氧化物、過氧化異丙苯、二叔丁基過氧化異丙基苯、2, 5- 二甲基-2, 5- 二 (叔丁基過氧)己燒的一種。
[0012]進一步的，所述的硫化助劑為N，N間苯基雙馬來酰亞胺、異氰脲酸三烯丙酯、三羥甲基三丙烯酸丙烷酯的一種。
[0013]更進一步的，所述硫化劑為過氧化異丙苯，硫化助劑為異氰脲酸三烯丙酯。
[0014]進一步的，制備過程中使用的原料，其組成包括以下質(zhì)量份:氫化丁腈橡膠100、硬脂酸1-5、金屬氧化物2-10、防老劑1-5、增強劑5-70、硫化劑2_10、硫化助劑2_15 ;所述增強劑中丙烯酸鹽5-50、炭黑10-70。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用氫化度大于96%，丙烯腈含量為44%的氫化丁腈橡膠作為基體材料，采用氫氧化單甲基丙烯酸鹽、超細微尺度炭黑、或二者的混合物作為增強劑，并利用多種橡膠助劑協(xié)同作用，制備出性能優(yōu)異的橡膠復合材料；本發(fā)明提供了一種力學性能優(yōu)異、耐高溫的新型橡膠復合材料組合物，以該新型材料加工的膠筒能夠在170°C，3(T60MPa壓差的條件下表現(xiàn)出較好的密封效果，所制備的橡膠在常溫或高溫力學性能較高、耐老化性優(yōu)異，在油介質(zhì)環(huán)境中，170°C X30~60MPa的工況下可以長期工作使用。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。
[0017]一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法，步驟如下:首先將氫化丁腈橡膠置于開煉機中塑煉，待氫化丁腈橡膠包輥后，依次加入硬脂酸、金屬氧化物、防老劑于開煉機上混煉5min，然后加入增強劑混煉均勻，而后再加入硫化劑和硫化助劑混煉均勻后，薄通下片制得混煉膠；將混煉好的混煉膠在170°C，硫化時間20min，硫化壓力15 MPa的條件下，用平板硫化機硫化出氫化丁腈硫化膠。
[0018]采用氫化度大于96%，丙烯腈含量44%的氫化丁腈橡膠；
所述增強劑是指炭黑或丙烯酸鋅鹽的一種或二者的混合物；進一步的，所述丙烯酸鋅鹽是氫氧化單甲基丙烯酸鋅，在硫化工藝中，氫氧化單甲基丙烯酸鋅能夠發(fā)生羥基的縮合反應和不飽和雙鍵的自由基聚合反應，形成離子聚合物與氫化丁腈分子主鏈接枝互穿的高分子合金結(jié)構(gòu)；所述炭黑是炭黑N330、炭黑N401、炭黑N220、炭黑N550中的一種或幾種的混合物。
[0019]所述金屬氧化物是指普通氧化鋅、活性氧化鋅的一種或兩種的混合物。
[0020]所述防老劑是防老劑RD、防老劑MBZ、防老劑Naugard 445、防老劑4020、橡膠防老劑4010NA、防老劑BHT的一種或幾種的混合物。
[0021]所述硫化劑為過氧化叔丁基異丙苯、二叔丁基過氧化物、過氧化異丙苯、二叔丁基過氧化異丙基苯、2, 5- 二甲基-2, 5- 二 (叔丁基過氧)己燒的一種。[0022]所述的硫化助劑為N，N間苯基雙馬來酰亞胺、異氰脲酸三烯丙酯、三羥甲基三丙烯酸丙烷酯的一種，進一步的，所述硫化劑為過氧化異丙苯，硫化助劑為異氰脲酸三烯丙酯。
[0023]制備過程中使用的原料，其組成包括以下質(zhì)量份:氫化丁腈橡膠100、硬脂酸1-5、金屬氧化物2-10、防老劑1-5、增強劑5-70、硫化劑2_10、硫化助劑2_15 ;所述增強劑中丙烯酸鹽5-50、炭黑10-70。
[0024]實施例1
將氫化丁腈橡膠100份放入開煉機中進行塑煉，包輥后依次加入硬脂酸3份、氧化鋅7份、防老劑RD 1份、防老劑445 2份于開煉機上混煉5min，然后加入炭黑50份混煉均勻后、加入異氰脲酸三烯丙酯4份、過氧化二異丙苯7份混煉均勻后，打三角包，薄通下片制得混煉膠。混煉膠涼置24 h后，放入模具內(nèi)在平板硫化機中進行硫化，硫化溫度170°C，硫化時間15min，硫化壓力15 MPa，啟模后橡膠試片150后硫化4h，室溫放置24h后測試性能見表1，其中所述炭黑為炭黑330。
[0025]實施例2
將氫化丁腈橡膠100份放入開煉機中進行塑煉，包輥后依次加入硬脂酸3份、氧化鋅5份、、防老劑RD 1份、防老劑445 2份于開煉機上混煉5min，然后加入氫氧化單甲基丙烯酸鋅50份混煉均勻后、加入異氰脲酸三烯丙酯7份、過氧化二異丙苯9份混煉均勻后，打三角包，薄通下片制得混煉膠。混煉膠涼置24 h后，放入模具內(nèi)在平板硫化機中進行硫化，硫化溫度170°C，硫化時間15min，硫化壓力15 MPa，啟模后橡膠試片150后硫化4h，室溫放置24h后測試性能見表1。
[0026]實施例3·
將氫化丁腈橡膠100分放入開煉機中進行塑煉，包輥后依次加入硬脂酸4份、氧化鋅8份、、防老劑RD 3份、防老劑445 4份于開煉機上混煉5min，然后加入氫氧化單甲基丙烯酸鋅25份和炭黑25份混合增強劑混煉均勻后、加入異氰脲酸三烯丙酯3份、過氧化二異丙苯5份混煉均勻后，打三角包，薄通下片制得混煉膠?；鞜捘z涼置24 h后，放入模具內(nèi)在平板硫化機中進行硫化，硫化溫度170°C，硫化時間15min，硫化壓力15 MPa。啟模后橡膠試片150后硫化4h，室溫放直24h后測試性能見表1，其中所述炭黑為炭黑330。
[0027]表1實施例1~實施例3中原料的配比及橡膠復合材料的力學性能
【權(quán)利要求】
1.一種增強氫化丁腈復合材料的制備方法，步驟如下:首先將氫化丁腈橡膠置于開煉機中塑煉，待氫化丁腈橡膠包輥后，依次加入硬脂酸、金屬氧化物、防老劑于開煉機上混煉5min，然后加入增強劑混煉均勻，而后再加入硫化劑和硫化助劑混煉均勻后，薄通下片制得混煉膠；將混煉好的混煉膠在170°C，硫化時間20min，硫化壓力15 MPa的條件下，用平板硫化機硫化出氫化丁腈硫化膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述氫化丁腈橡膠的氫化度大于96%，丙烯腈含量為44%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述增強劑是指炭黑或丙烯酸鋅鹽的一種或二者的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述丙烯酸鋅鹽是氫氧化單甲基丙烯酸鋅；所述炭黑是炭黑N330、炭黑N401、炭黑N220、炭黑N550中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述金屬氧化物是指普通氧化鋅、活性氧化鋅的一種或兩種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述防老劑是防老劑RD、防老劑MBZ、防老劑Naugard 445、防老劑4020、橡膠防老劑4010NA、防老劑BHT的一種或幾種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述硫化劑為過氧化叔丁基異丙苯、二叔丁基過氧化物、過氧化異丙苯、二叔丁基過氧化異丙基苯、2，5-二甲基-2，5-二 (叔丁基過氧)己烷的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述的硫化助劑為N，N間苯基雙馬來酰亞胺、異氰脲酸三烯丙酯、三羥甲基三丙烯酸丙烷酯的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:所述硫化劑為過氧化異丙苯，硫化助劑為異氰脲酸三烯丙酯。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強氫化丁腈復合材料的制備方法，其特征在于:制備過程中使用的原料，其組成包括以下質(zhì)量份:氫化丁腈橡膠100、硬脂酸1-5、金屬氧化物2-10、防老劑1-5、增強劑5-70、硫化劑2-10、硫化助劑2_15 ;所述增強劑中丙烯酸鹽5-50、炭黑 10-70。
【文檔編號】C08K13/02GK103589027SQ201310540630
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】李再峰, 王增林, 孫寶全, 谷開召, 張福濤, 李敢 申請人:青島科技大學