CN103335043B - 海洋石油钻井平台钻机盘式制动片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋石油钻井平台钻机盘式制动片及其制备方法。目的是提供的制动片应当具有制动力矩大、剪切强度高的特点；提供的制备方法应具有工艺简单、制作方便以及成本较低的特点。技术方案是：海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，包括金属骨架及摩擦材料层；其特征在于摩擦材料层中包含的原料为：硼酸-桐油双改性酚醛树脂，芳纶浆粕纤维，碳纤维，剑麻纤维，沉淀硫酸钡，氟化钠，硫化梯，氢氧化铝，硅藻土，聚四氟乙烯悬浮树脂，硬脂酸锌，腰果壳油摩擦粉，人造石墨，泡沫铁粉，黄铜矿粉，氢化丁腈橡胶；丁腈乳胶。海洋石油钻井平台钻机盘式制动片的制备方法：1）称取原料；2）混拌，取出混合物；3）模压成型；4)热固化；5）加工后即成。

Description

海洋石油钻井平台钻机盘式制动片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种海洋石油钻井平台钻机制动器的关键部件及其制造方法，尤其是一种海洋石油钻井平台钻机盘式制动片及其制造方法。

背景技术

进入21世纪以来，全球经济复苏拉动油气需求快速增长，不断攀升的油气价格，促使各大石油公司不断增加油气勘探开发投资，扩大油气勘探开发投资的市场规模，这使得占油气勘探开发投资60%左右的海洋钻井平台石油钻井机市场规模随之加大；在用石油钻机数量、钻井数量等指标上涨，全球油气勘探开发投资的带动下，近几年全球石油钻机市场总支出呈增长态势。全球石油钻机支出从2009年的1650亿美元增加到2010年的2280亿美元左右，增幅达到38%。

随着中国经济建设和汽车制造业的高速发展，近几年对油气勘探开发投资也大幅增长，促进了国内对海洋石油钻井平台钻机需求量不断增长。目前石油钻机已成为油气勘探开发流程中的重要环节，是实现油气勘探开发不可或缺的一部分。同时，钻探量越来越大、工作速度越来越快、自动化程度越来越高，对石油钻机的能耗和可靠性也提出更高的要求。海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，已广泛运用于各种规格的海洋钻井平台钻机中，是石油钻机不可或缺的一部分，关系着石油钻机的可靠性与安全性。

海洋石油钻井平台钻机盘式制动片技术是一种构造简单、适用性广、安装维护方便的海洋石油钻井平台钻机制动技术。目前，海洋石油钻井平台钻机盘式制动片对摩擦材料有较高的要求：要有稳定的摩擦、磨损性能和一定的耐高温性并能满足上万次以上连续开启操作作业，使用性能保持稳定；同时材料还要求满足欧盟ROHS环保及相关限用物质指令的要求，不含石棉、铅、镉、汞、六价铬等影响人体健康的物质和耐各种腐蚀。现有的国内摩擦材料仍然未能达到上述要求，已成为制约我国海洋石油钻井平台钻机盘式制动片行业发展的重要因素。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种海洋石油钻井平台钻机盘式制动片的改进，该制动片应当具有制动力矩大、剪切强度高的特点，并能满足耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及环保、低噪音的要求。

本发明的另一个目的是提供一种海洋石油钻井平台钻机盘式制动片的制作方法，该方法应具有工艺简单、制作方便以及成本较低的特点。

本发明提供的技术方案是：海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，包括金属骨架以及粘接固定在金属骨架制动面上的摩擦材料层；其特征在于摩擦材料层中包含的原料及重量份为：

硼酸-桐油双改性酚醛树脂10～15份，芳纶浆粕纤维12～18份，碳纤维5～10份，剑麻纤维10～16份，沉淀硫酸钡10～22份，氟化钠1～3份，硫化梯5～8份，氢氧化铝5～10份，硅藻土4～9份，聚四氟乙烯悬浮树脂5～8份，硬脂酸锌0.5～1份，腰果壳油摩擦粉2～6份，人造石墨2～5份，泡沫铁粉2～8份，黄铜矿粉5～11份，氢化丁腈橡胶2～4份；丁腈乳胶2～5份。

所述芳纶浆粕纤维直径20um，长度4～8mm，所述碳纤维长度6～10mm；剑麻纤维直径15um，长度6～12mm

所述硼酸-桐油双改性酚醛树脂、沉淀硫酸钡、氟化钠、硫化梯、氢氧化铝、硅藻土、聚四氟乙烯悬浮树脂、硬脂酸锌、黄铜矿粉、氢化丁腈橡胶粒度≥300目。

所述腰果壳油摩擦粉、人造石墨、泡沫铁粉粒度40～60目。

上述海洋石油钻井平台钻机盘式制动片的制备方法，按照以下步骤进行：

1）按配方称取各种原料备用；

2）先将除碳纤维、丁腈乳胶外的其它原料投入高速混料机内，混拌6～7分钟，然后把碳纤维投入高速混料机内，混拌时间为1～2分钟后，再加入丁腈乳胶混拌时间为1～2分钟后取出混合物；

3）模压成型：将混合物投入到模具型腔中一次性热压模塑成型到金属骨架上，其热压温度为170℃±10℃，热压时间为25～28分钟，热压压力为30Mpa±0.5Mpa；

4)热固化：先在148-152℃时保温1±0.1小时；接着在0.5小时内升温至158-162℃保温2±0.2小时；又在0.5小时内升温至168-172℃保温2±0.2小时；然后自然冷却到室温，再直接升温到178-182℃保温3±0.3小时；

5）对固化后的石油钻机盘式制动片表面进行抛光和表面处理、切槽、磨削加工后即成。

所述步骤3）模压成型时，需预先在预热过的模具型腔内涂脱模剂。

本发明的有益效果是：该制动片具有耐高温、耐磨损、低噪音以及摩擦制动力矩稳定、环保等特点；经测试：在300℃时摩擦系数仍高于同类产品12%，而磨损率（10^-7cm³/N·m）则为同类产品70%；而且，所有原材料均可外购获得，不但符合环保要求，而且制造简便，成本较低，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的右视结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。

图1、图2中显示的海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，包括金属骨架1（优选不锈钢骨架）以及粘接在金属骨架粘合面上的摩擦材料层2。

实施例1

该海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，包括金属骨架1以及粘接在金属骨架粘合面上的摩擦材料层2；其中摩擦材料层由以下重量份的原料组成：硼酸-桐油双改性酚醛树脂10份，芳纶浆粕纤维12份，碳纤维6份，剑麻纤维12份，沉淀硫酸钡18份，氟化钠1份，硫化梯5份，氢氧化铝6份，硅藻土6份，聚四氟乙烯悬浮树脂5份，硬脂酸锌0.5份，腰果壳油摩擦粉3份，人造石墨3份，泡沫铁粉3份，黄铜矿粉8份，氢化丁腈橡胶2份，丁腈乳胶3份。

制备方法：称取原材料→将各种原材料混合搅拌9分钟→将混合好的物料投入模具中一次性热压模塑成型到金属骨架上，其热压温度为170℃，热压时间为26分钟，热压压力为30Mpa→热固化：升温至152℃时保温1小时；接着在0.5小时内升温至160℃保温2小时；又在0.5小时内升温至172℃保温2小时；然后自然冷却到室温，在从室温直接升温到182℃保温3小时→对固化后的海洋石油钻井平台钻机盘式制动片表面进行抛光、表面处理以及切槽、磨削加工后即成。

实施例2

该石油钻机盘式制动片，包括金属骨架1以及粘接在金属骨架粘合面上的摩擦材料层2；其中摩擦材料层是由以下原料组成：硼酸-桐油双改性酚醛树脂11份，芳纶浆粕纤维15份，碳纤维4份，剑麻纤维10份，沉淀硫酸钡15份，氟化钠2份，，硫化梯6份，氢氧化铝5份，硅藻土5份，聚四氟乙烯悬浮树脂5份，硬脂酸锌0.5份，腰果壳油摩擦粉3份，人造石墨3份，泡沫铁粉3份，黄铜矿粉6份，氢化丁腈橡胶3份，丁腈乳胶4份。

制备方法：称取原材料→将各种原材料混合搅拌7分钟→将混合好的物料投入模具中一次性热压模塑成型到金属骨架上，其热压温度为176℃，热压时间为25分钟，热压压力为30Mpa→热固化：升温至148℃时保温1.1小时；接着在0.5小时内升温至158℃保温2小时；又在0.5小时内升温至168℃保温2小时；然后自然冷却到室温，在从室温直接升温到178℃保温3小时→对固化后的海洋石油钻井平台钻机盘式制动片表面进行抛光、表面处理以及切槽、磨削加工后即成。

实施例3

该石油钻机盘式制动片，包括金属骨架1以及粘接在金属骨架粘合面上的摩擦材料层2；其中摩擦材料层是由以下原料组成：硼酸-桐油双改性酚醛树脂13份，芳纶浆粕纤维16份，碳纤维5份，剑麻纤维14份，沉淀硫酸钡10份，氟化钠3份，硫化梯7份，氢氧化铝6份，硅藻土4份，聚四氟乙烯悬浮树脂7份，硬脂酸锌0.5份，腰果壳油摩擦粉3份，人造石墨3份，泡沫铁粉2份，黄铜矿粉4份，氢化丁腈橡胶3份，丁腈乳胶5份。

制备方法：称取原材料→将各种原材料混合搅拌8分钟→将混合好的物料投入模具中一次性热压模塑成型到金属骨架上，其热压温度为168℃，热压时间为28分钟，热压压力为28Mpa→热固化：升温至150℃时保温1小时；接着在0.5小时内升温至162℃保温2小时；又在0.5小时内升温至170℃保温2小时；然后自然冷却到室温，在从室温直接升温到180℃保温3.2小时→对固化后的海洋石油钻井平台钻机盘式制动片表面进行抛光、表面处理以及切槽、磨削加工后即成。

所以本发明中的硼酸-桐油双改性酚醛树脂购自美国瀚森化工公司。

上述加工方法获得的制动片，经过了对比检测，获得数据如下：

表中数据可知：摩擦系数明显优于对比产品（国内外同类产品）；而磨损率则显著小于对比产品（国内外同类产品）。

Claims (4)

1.海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，包括金属骨架(1)以及粘接固定在金属骨架制动面上的摩擦材料层(2)；其特征在于摩擦材料层中包含的原料及重量份为：

硼酸-桐油双改性酚醛树脂10～15份，芳纶浆粕纤维12～18份，碳纤维5～10份，剑麻纤维10～16份，沉淀硫酸钡10～22份，氟化钠1～3份，硫化梯5～8份，氢氧化铝5～10份，硅藻土4～9份，聚四氟乙烯悬浮树脂5～8份，硬脂酸锌0.5～1份，腰果壳油摩擦粉2～6份，人造石墨2～5份，泡沫铁粉2～8份，黄铜矿粉5～11份，氢化丁腈橡胶2～4份；丁腈乳胶2～5份；

所述芳纶浆粕纤维直径20um，长度4～8mm，所述碳纤维长度6～10mm；剑麻纤维直径15um，长度6～12mm；

所述硼酸-桐油双改性酚醛树脂、沉淀硫酸钡、氟化钠、硫化梯、氢氧化铝、硅藻土、聚四氟乙烯悬浮树脂、硬脂酸锌、黄铜矿粉、氢化丁腈橡胶粒度≥300目。

2.根据权利要求1所述的海洋石油钻井平台钻机盘式制动片，其特征在于：所述腰果壳油摩擦粉、人造石墨、泡沫铁粉粒度40～60目。

3.权利要求1所述海洋石油钻井平台钻机盘式制动片的制备方法，按照以下步骤进行：

1)按配方称取各种原料备用；

2)先将除碳纤维、丁腈乳胶外的其它原料投入高速混料机内，混拌6～7分钟，然后把碳纤维投入高速混料机内，混拌时间为1～2分钟后，再加入丁腈乳胶混拌时间为1～2分钟后取出混合物；

3)模压成型：将混合物投入到模具型腔中一次性热压模塑成型到金属骨架上，其热压温度为170℃±10℃，热压时间为25～28分钟，热压压力为30Mpa±0.5Mpa；

4)热固化：先在148-152℃时保温1±0.1小时；接着在0.5小时内升温至158-162℃保温2±0.2小时；又在0.5小时内升温至168-172℃保温2±0.2小时；然后自然冷却到室温，再直接升温到178-182℃保温3±0.3小时；

5)对固化后的石油钻机盘式制动片表面进行抛光和表面处理、切槽、磨削加工后即成。

4.根据权利要求3所述的海洋石油钻井平台钻机盘式制动片的制备方法，其特征在于：所述步骤3)模压成型时，需预先在预热过的模具型腔内涂脱模剂。