CN102190820A - 碳纳米管改性制备堵漏用密封助剂 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及一类带压堵漏密封剂。碳纳米管具有高比表面积，稳定的物理化学性质，超强的力学性能，良好的电学、光学和磁学性能，更具有近乎一致的高长径比，较好的取向，极高的纯度等极大的优势，是高性能、功能性纳米复合材料的理想载体。本发明的带压堵漏剂是以高分子弹性体丁腈橡胶和液体丁腈橡胶为粘合剂和主题材料，以碳纳米管为高性能功能性增强体，添加适量的固化剂、偶联剂、填料、高温阻燃剂、增塑剂和其他助剂，经机械混合后，沉化，然后制成耐介质性强的带压堵漏剂。实施堵漏时，需在泄露部位安装一仿形夹具，然后用高压注胶枪将密封剂注射到夹具与泄漏部位的空腔内，并固化为一个整体进而阻止介质外泄。

Description

碳纳米管改性制备堵漏用密封助剂

技术领域

本发明属于带温带压堵漏密封技术领域，涉及一类高性能堵漏密封助剂材料制备和应用技术。

背景技术

不停车带温带压堵漏密封技术在我国起步较晚，但发展迅速。在我国已经发展成为一项比较成熟的带温带压不停车堵漏密封技术。但是，随着工业的大型化、规模化和组合化，由于国内高校对于整个密封材料的研发都没有跟上行业的步伐，因此密封助剂的研发已经成为不停车堵漏密封的一个瓶颈。目前在石化、化工、电力等行业泄露问题极大的影响的各个行业的安全和生产效能。丁腈橡胶因含有腈基，对非极性和弱极性的矿物油、动植物油、液体燃料和溶剂等有较高的稳定性。耐油性是其最大的特长。但是丁腈橡胶为非结晶性橡胶，因此材料强度比较低，需进行补强。另外由于丁腈橡胶含有较多双键，导致热稳定性略差，因此需要添加热稳定性好的物质进行增强。碳纳米管具有高比表面积，稳定的物理化学性质，超强的力学性能，良好的电学、光学和磁学性能，更具有近乎一致的高长径比，较好的取向，极高的纯度等极大的优势，是高性能、功能性纳米复合材料的理想载体。鉴于以上原因，本发明运用了高性能的碳纳米管材料对丁腈橡胶进行改性增强。

发明内容：

本发明鉴于以上原因和原理，提供一种宽口径的多用途，能耐受200-800℃的带温带压密封助剂。

本发明密封助剂由下列材料按如下过程进行制备：

主体橡胶材料丁腈橡胶100份，液体丁腈橡胶1-50份；增强剂1-10份；固化剂10-20份；偶联剂0.1-10份；填料20-60份；高温阻燃剂20-30份；增塑剂10-50份。其中主体橡胶材料为丁腈橡胶和液体丁腈橡胶一种或多种；增强剂为改性碳纳米管，膨胀石墨，碳纤维材料等一种或多种；固化剂为氧化锌，硬脂酸，硫磺，DTDM，DM等等一种或多种；填料为纳米层状蒙脱土，陶土，纳米碳酸钙，纳米二氧化硅，氧化铁等一种或多种；高温阻燃剂为三氧化二锑；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯一种或复配。

其中，加入液体丁腈橡胶是为了使加入的各种组分能更好的分散到体系中，避免无机的组分在体系中团聚，以致影响功能的发挥。

碳纳米管是一种纤维状材料，具有高比表面积，稳定的物理化学性质，超强的力学性能。如果在体系中能较好分散，则会形成一个网络结构，首先可以提高体系的机械强度；其次由于高的比表面积，因此与其他组分就有较强的相互作用，提供密封助剂的热稳定性；再次，碳纳米管是结晶型碳材料，本身的热稳定性也很好。因此，碳纳米管的加入，可以极大的提高体系的各项性能。此外我们也可以加入膨胀石墨或者碳纤维等材料进行改性和替代。

偶联剂的加入是改善无机填料和有机高分子之间的界面结合，提高两者之间的浸润性，增强两者间的相互作用，提高体系的机械强度。

填料的加入，一般都会提高体系的热稳定性，比如，加入纳米蒙脱土这种层状硅酸盐，首先材料会有巨大的表面积，高分子链段会进入到纳米蒙脱土的层间，这样就限制了高分子的运动，导致高分子链段只能在更高的温度下才能运动，提高的体系的热稳定性；其次，蒙脱土的导热性能不佳，当外部有热量传入的时候，蒙脱土有屏蔽的效应，这样也提高的体系的热稳定性；再次，片状的蒙脱土在外层的高分子被氧化的时候，会发生坍塌，形成一个物理的保护层，阻止的内部的高分子链段进一步被氧化分解，这进一步提高的密封体系的热稳定性。

此外，蒙脱土的价格低廉，加入量很小(3～5％质量份)即可使密封助剂的强度、刚性、韧性及阻隔性能获得明显提高，而常规填料的用量与之相比多达4～6倍，并且普通填料的加入一般会降低体系的韧性。

增塑剂的加入是为了加工和以后使用的过程中能在较低的操作压力下便可以进行施工。

本发明的特点为：具有较好的热稳定性，耐介质性强，工作时间长，流动性好，注射压力低，固化后机械性能优良的特点。

其加工工艺为：

1.把碳纳米管进行酸化处理，用浓硫酸或者浓盐酸处理4小时，目的是进行表面改性，接枝部分羟基和羧基，进而用偶联剂进行进一步改性。

2.将步骤1的碳纳米管与液体丁腈橡胶进行混合，制备出分散均匀的物料，比例根据碳管的添加量进行调整。

3.同样将纳米蒙脱土经过表面偶联剂改性后与液体丁腈橡胶进行机械混合，制备出分散均匀的物料。

4.在捏炼机中首先对丁腈橡胶进行塑炼，当橡胶塑炼均匀后，加入高温阻燃剂，填料，防老剂等等助剂进行塑炼，均匀后加入步骤2和步骤3制备出的物料进一步塑炼均匀。

5.将步骤4制备出的物料停放12个小时。

6.将步骤5的物料进行塑炼，按顺序加入橡胶硫化的各种助剂，薄通3-4次后下片，片的厚度4mm左右。

7.将步骤6的物料停放12个小时。

8.将步骤7的物料加入到挤出机中，挤出直径为20mm左右的圆柱体，长度可以根据所需进行裁切。

Claims (8)

1.一种高性能带压堵漏用密封助剂，以重量百分数计，其组成为：主体橡胶材料丁腈橡胶100份，液体丁腈橡胶1-50份；增强剂1-10份；固化剂10-20份；填料20-60份；高温阻燃剂20-30份；增塑剂10-50份。其中主体橡胶材料为丁腈橡胶和液体丁腈橡胶一种或多种；增强剂为改性碳纳米管，膨胀石墨，碳纤维材料等一种或多种；固化剂为氧化锌，硫磺，DTDM，DM等等一种或多种；填料为纳米层状蒙脱土，陶土，纳米碳酸钙，纳米二氧化硅，氧化铁等一种或多种；高温阻燃剂为三氧化二锑；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯一种或复配。

2.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封剂，其特征在于：载体材料为丁腈橡胶，起到粘合，应力传递的作用，并辅助液体丁腈橡胶，起到分散、均化作用。

3.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封剂，其特征在于：增强剂为改性碳纳米管，膨胀石墨，碳纤维材料中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封剂，其特征在于：固化剂为氧化锌，硫磺，DTDM，DM等等一种或多种。

5.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封剂，其特征在于：填料为纳米层状蒙脱土，陶土，纳米碳酸钙，纳米二氧化硅，氧化铁等一种或多种。

6.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封剂，其特征在于：高温固化剂为三氧化二锑。

7.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封剂，其特征在于：偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂一种或多种。

8.根据权利要求1所述的带压堵漏用密封助剂的带压堵漏方法，其特征在于实施带压堵漏时现在泄露部位设计制作一夹具，然后将柱状密封助剂装入注射枪内，通过如油泵等动力，将密封助剂注射到泄露部位与夹具间的空腔内，在一定温度下，是高分子弹性体进行硫化交联，从而阻止介质泄露。