CN103320208A

CN103320208A - 接箍用无机自干型固体润滑剂

Info

Publication number: CN103320208A
Application number: CN2012100804598A
Authority: CN
Inventors: 刘新智; 杜鹏岗
Original assignee: XI'AN RONGHU NEW MATERIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: XI'AN RONGHU NEW MATERIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明涉及一种接箍用无机自干型固体润滑剂，由模数为4.5～7.0的高模数硅酸钾溶液、锌粉和固体润滑微粉的物质原料制备而成，其制法是取模数为3.6～3.7的硅酸钾和水放入超声波机槽中或高剪切混合乳化机中，开机将槽液加热至40℃～70℃后滴加入硅溶胶，反应10～20分钟后再加入偶联剂，加完后反应10～35分钟，再加入稳定剂，使混合反应40～70分钟出料，获得高模数硅酸钾溶液，将高模数硅酸钾溶液与锌粉和固体润滑微粉均匀混合，即制得接箍用无机自干型固体润滑剂。与现有技术相比，本发明产品具有配方科学、制造成本低、质量易于控制、使用寿命长、性价比高、润滑耐磨性能和环保性能好且易于工业化生产等优点。

Description

接箍用无机自干型固体润滑剂

技术领域

本发明内容属于化工涂敷制剂技术领域，涉及一种接箍用无机自干型固体润滑剂。

背景技术

长期以来，油管粘扣问题始终是困扰着油田和制造套管、油管的生产厂家的难题，由于粘扣情况复杂，许多原因迄今也还没能得到清晰的解答，因此如何提高油套管螺纹的抗粘扣性能对油田或厂家来说无疑都具有重要的经济意义。

20世纪90年代以来，国内外对本领域的研究主要集中在对环境无污染又能满足油套管使用性能要求的螺纹脂技术上。随着石油天然气勘探开发的不断深入，传统的油基螺纹脂已不能满足特殊井况(尤其是高压气井)的要求，所以油田现场应选择对环境无污染且性能优良的螺纹脂和适合高温、高压等特殊工况的特殊螺纹脂，如管材研究所和美国Tube-masters S.A.公司共同合作开发的中国高级螺纹密封脂(简称CATTS 101)等。

1998年Eiji等人曾提出了采用一种新的螺纹涂层来代替对环境有污染的螺纹脂，并通过全尺寸现场试验验证了这种螺纹涂层具有良好的性能。随之在1999年，Eiji等人又报道了润滑涂层在蒸汽辅助重力驱油井中的实际使用效果，并指出这种润滑涂层完全能在环境恶劣的油田现场使用，同时不仅能消除螺纹脂带来的环境污染问题而且有提高工作效率的潜力。2005年，Roberts Alun等人全面介绍了新型抗粘扣润滑涂层在相对容易发生粘扣的13Cr管材中的应用情况。

除上述技术外，近年来对本课题做出的技术解决方案还包括如美国专利US 2003111838、US 2003094810、US 2006695012、US20056869111和中国专利CN200710018769.6、CN200810117892.8等文献披露的内容。还有一些专利文献介绍的内容，主要包括三类润滑涂层产品：其一介绍了一种适合油井管的液体润滑涂层，此技术是将碱性磺酸盐、碱性水杨酸盐、碱性酚盐中的一种或几种溶解于挥发性溶剂中形成的可涂敷于油井管连接螺纹中的润滑涂层，在该润滑涂层中还可加入热塑性树脂颗粒、其它润滑剂、极压剂等，以达到更好的润滑效果；其二介绍了一种复合涂层，该涂层底层为多空性镀锌或铜，上层采用不含重金属的固体涂层或液体涂层，此涂层能在高温不使用螺纹脂的情况下改善螺纹连接的抗粘扣性、防锈性、气密性；其三介绍了一种固体润滑涂层，该涂层能在高温不使用螺纹脂的情况下改善螺纹连接的抗粘扣性和防锈性，涂料涂敷于螺纹表面然后分两个阶段加热固化成型，第1阶段70℃～150℃，第2阶段是150℃～380℃。

以上所述的固体润滑剂大多数为含有重金属的油性螺纹脂产品或溶剂型润滑涂剂产品，虽具有诸多优点，但具体实施中仍存在有制造成本高、使用寿命短、环境污染较大、质量不易控制、操作不方便、产品性价比不高等缺陷，因而在很大程度上制约了产品的工业化生产应用。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种配方科学、制造成本低、质量易于控制、使用寿命长、产品性价比高、润滑耐磨性能和环保性能好且易于工业化生产的接箍用无机自干型固体润滑剂。

为实现上述发明目的而采用的技术方案是这样的：所提供的接箍用无机自干型固体润滑剂由模数为4.5～7.0的高模数硅酸钾溶液、锌粉和固体润滑微粉的物质原料按100∶6～50∶3～20的重量比制备而成，其中的高模数硅酸钾溶液又由下述重量百分比的物质原料制成：

模数为3.6～3.7的硅酸钾溶液 40％～75％，

硅溶胶 20％～50％，

偶联剂 0.2％～6％，

稳定剂 0.5％～6％，

助剂 0.3％～5％，

余量为水；

用于制备该无机自干型固体润滑剂的方法包括下述工艺步骤：

(1)、取模数为3.6～3.7的硅酸钾溶液和水按10∶0.2～2.8的重量比放入超声波机槽中或高剪切混合乳化机中，开机将槽液加热至40℃～70℃，保持反应温度，以0.5～5ml/min的速度滴加入硅溶胶(滴加速度以不产生10μm以上的凝胶粒子为原则)，以增加体系中SiO₂/K₂O的比例(即提高硅酸钾溶液模数使之达到工艺要求以上)，硅溶胶加完后反应10～20分钟，再加入偶联剂，加完后反应10～35分钟，使低分子硅酸钾交联生成大分子硅酸钾，以提高产品的各种性能，之后再加入稳定剂和其它助剂，混合反应40～70分钟出料，即制出可实现工业化生产的水性无机物溶液——模数为4.5～7.0的高模数硅酸钾溶液；

(2)、以高模数硅酸钾溶液为基料，使之与锌粉和固体润滑微粉均匀混合，即制得接箍用无机自干型固体润滑剂，将其涂覆于用于接箍的金属材料表面后，该涂料膜层与金属表面能生成硅酸锌铁化合物，其与金属粘合力极强，且能耐400℃高温，即形成耐高温的无机固体润滑膜层。

实际制品中，在该无机自干型固体润滑剂中，所说的固体润滑微粉的材料为具有晶系层状结构的软金属材料粉和/或无机材料粉，具体可以是铜、银、石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化铁、硫化锌、氮化硼、PTEE等材料粉中的一种或两种以上；所说的偶联剂为有机三甲氧基硅化合物，具体可以是甲基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷等物料中的一种或两种以上，也可以是上述甲氧基被乙氧基代替的硅烷偶联剂；所说的稳定剂为水溶性有机化合物，具体可以是NP-10、平平加或204硅油等；所说的助剂为增塑剂或改性剂，具体可以是剂聚醚、硅丙树脂、改性硅酮或硅酮衍生物等。

本发明中锌粉和固体润滑微粉的粒度应控制在5～10μm。

本发明在制备水性高模数硅酸钾时，不能采用一般的化工搅拌设备，而是采用超声波机或高剪切混合乳化机类设备。超声波机类设备利用超声在液相中加速离子运动和产生空化作用时压力剧增造成的微骇波，这种微骇波它以微观上数千个大气压作用于聚集体上，由此形成对胶粒强烈的分散作用，可使多相系列得到很细微的扩散，将边界面张力降至最低限度，提高反应液的稳定性。高剪切混合乳化机设备利用在高速旋转的转子将反应物从容器底部吸入转子区，承受强烈的混合作用，反应物被迫通过精密配合的定子与转子间隙后，从定子孔中甩出，承受剧烈的机械及液力的剪切作用，将颗粒撕裂和粉碎，与此同时新的反应物被吸进转子中心被推出的反应物在容器壁面改变方向，从而完成一个循环。上述两种反应设备的共同特点是对反应中可能产生的团聚粒子、胶粒等具有强烈的撕裂和粉碎作用，从而提高反应液的稳定性和储存性能。

表1：本发明与几种螺纹润滑膜层产品的性能比较

表2：本发明制作的自固化润滑膜与现有的润滑膜在石油套管中的应用对比

API要求接箍上卸扣≥3次，油管≥10次

处理方法	接箍上卸扣次数	接箍上卸扣次数
			原工艺	6	11
本发明工艺	≥12	≥40

由上表可见本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.将传统的溶剂型润滑涂料改进为本发明所述的无机自干型固化润滑剂更符合健康环保要求，且降低了制造成本，提高了产品使用寿命，极大地提高了产品性价比和竞争优势；

2.本发明所述自固化润滑剂在接箍作业时可以采用浸涂，易操作，便于工业生产，而传统的剂型产品难于浸涂只能喷涂，不便于工业生产，且操作弹性大，质量也不易控制。

具体实施方式

以下将结合两个具体实施例对本发明内容做进一步说明。

实施例1.

取M为3.7的硅酸钾202g放入超声波机槽中，加水20ml，加热至55℃，开机条件下滴加88g硅溶胶，约25min加完后反应15min，滴加甲基三甲氧基硅烷3.5g，再加稳定剂204硅油3.5g，加完后反应45min，再滴加改性硅酮4.5g，即制出模数为5.6的硅酸钾溶液。

取上述硅酸钾溶液200g，加入1000目锌粉22g、石墨9g，混合均匀后，喷涂于石油接箍上，即得到长寿命的接箍用无机自干型固体润滑剂。经试验上缷扣次数达12次以上，而现用的润滑脂最大为6次，即防粘扣性能提高了一倍以上。

实施例2.

取M为3.7的硅酸钾100g放入超声波机槽中，加水10ml，加热至60℃，开机条件下滴加50g硅溶胶，约20min加完后反应15min，再滴加γ-氨丙基三甲氧基硅烷2g，加完后反应15min，再加入2g稳定剂NP-10和2g硅丙树脂，即制出模数为6的硅酸钾溶液。

以此溶液为基料，取其100g加入1000目锌粉20g、二硫化钼(MoS₂)10g，混合均匀后加水稀释，得到长寿命的接箍用无机自干型固体润滑剂。将该润滑剂浸涂于接箍上，固化后得固体润滑膜。将此接箍进行上御扣试验，其上缷扣次数为13次，比API规定的3次大了四倍之多。

Claims

1.一种接箍用无机自干型固体润滑剂，其特征在于由模数为4.5～7.0的高模数硅酸钾溶液、锌粉和固体润滑微粉的物质原料按100∶6～50∶3～20的重量比制备而成，其中的高模数硅酸钾溶液由下述重量百分比的物质原料制成：

模数为3.6～3.7的硅酸钾溶液 40％～75％，

硅溶胶 20％～50％，

偶联剂 0.2％～6％，

稳定剂 0.5％～6％，

助剂 0.3％～5％，

余量为水；

(1)、取模数为3.6～3.7的硅酸钾溶液和水按10∶0.2～2.8的重量比放入超声波机槽中或高剪切混合乳化机中，开机将槽液加热至40℃～70℃，保持反应温度，以0.5～5ml/min的速度滴加入硅溶胶，硅溶胶加完后反应10～20分钟，然后加入偶联剂，加完后反应10～35分钟，再加入稳定剂和其它助剂，混合反应40～70分钟出料，即制出模数为4.5～7.0的高模数硅酸钾溶液；

(2)、以高模数硅酸钾溶液为基料，使之与锌粉和固体润滑微粉均匀混合，即制得接箍用无机自干型固体润滑剂。

2.根据权利要求1所述的接箍用无机自干型固体润滑剂，其特征在于所说的固体润滑微粉的材料为铜、银、石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化铁、硫化锌、氮化硼、PTEE材料粉中的一种或两种以上，所说的偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上，所说的稳定剂为NP-10、平平加或204硅油，所说的助剂为聚醚、硅丙树脂、改性硅酮或硅酮衍生物。

3.根据权利要求1所述的接箍用无机自干型固体润滑剂，其特征在于锌粉和固体润滑微粉的粒度为5～10μm。