CN103450673A - 一种高耐磨增强油杆扶正器材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高耐磨增强油杆扶正器材料，其原料包括如下组分：尼龙6粉末18～25份，尼龙6切片20～30份，玻璃纤维20～35份，PTFE21～28份，硅油1～2份，加工助剂1.5～3.4份，所述份数为质量份数。本发明高耐磨增强油杆扶正器材料具有良好的力学性能和耐磨性能，耐磨程度相对现有技术提高了2～3倍。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种高耐磨增强油杆扶正器材料及其制备方法。
背景技术
抽油杆扶正器主要用于采油生产中，由扶正杆和扶正套两部分组成。扶正器在工作过程中不但要承受较大的摩擦力和冲击力的作用，同时还受到工作环境中砂子、粉尘、酸、碱、盐及厌氧菌微生物等的腐蚀。因而实际工况要求扶正器须具有高的耐磨性、抗冲击性和耐复杂环境腐蚀等性能。随着高分子材料改性技术的日益发展，具有优良耐磨性能和耐化学药品性能的高分子复合材料逐渐被用于制作扶正器。包括纯尼龙材料、尼龙复合材料、PTFE复合材料、UHMWPE复合材料等。其中尼龙复合材料由于力学性能、加工性能及成本较底成为目前最常采用的制作扶正器的高分子材料，一般采用尼龙和玻纤及耐磨剂复合填充，复合后的材料具有明显的特点：具有良好的力学强度、抗冲击强度、耐化学药品性及优异的耐磨性和自润滑性。如中国专利CN200910134861.8公开了一种高强度耐磨尼龙树脂，由包括重量百分比为40～65%的尼龙66（PA66）、35～50%的玻璃纤维（GF）0.2～5%的聚四氟乙烯(PTFE)及其他助剂组成；又如中国专利CN200910172749.3公开了一种石油抽油杆扶正器材料的尼龙66组合物，由PA66、PA6、玻纤、相容剂和其他助剂组成；再如中国专利CN201010113727.2公开了用于耐磨材料的活性润滑剂及高强耐磨尼龙材料，由包括重量百分比为80%的尼龙、4～15%的固态活性润滑剂及其他助剂组成。在现有的技术和专利中耐磨剂尤其是耐磨剂PTFE，由于添加困难，最大添加量仅为5%，不能最大程度提高材料的耐磨性能。
发明内容
本发明目的是在于提供一种高耐磨增强油杆扶正器材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
一种高耐磨增强油杆扶正器材料,其原料包括如下组分：尼龙6粉末18～25份，尼龙6切片20～30份，玻璃纤维20～35份，PTFE21～28份，硅油1～2份，加工助剂1.5～3.4份，所述份数为质量份数。
上述材料通过各组分之间的相互协同效应，使耐磨性有了很大的突破。上述加工助剂包括偶联剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂等，均可用尼龙常用助剂，可采购市售产品。
所述加工助剂为包括偶联剂、抗氧剂、润滑剂和成核剂，所述偶联剂、抗氧剂、润滑剂和成核剂的质量比为（1-3）：（1-3）：（10-40）：（1-6）。这样可进一步保证材料的加工性能，同时促进各组分之间的协同效应。
所述抗氧剂包括质量比为（1-1.2）：1的四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。这样进一步保证材料的抗氧化性能，同时促进各组分之间的协同效应。
所述润滑剂包括质量比为（1-1.5）：1的硬脂酸钙和PE蜡。
所述尼龙6粉末的相对粘度为2.8，目数为80～120目。这样可进一步保证材料的加工性能。
所述尼龙6切片的相对粘度为2.5。这样在进一步保证材料的加工性能的同时，提高了材料的力学性能。
所述PTFE为微粉级，粒径为3～5μm。这样在进一步保证材料的加工性能的同时，提高了材料的耐磨性能。
所述硅油的粘度系数为0.6，闪点≥300℃。这样可进一步确保材料的加工性能。
上述高耐磨增强油杆扶正器材料的制备方法,包括顺序相接的如下步骤:
A、将50-100%的硅油、80-98%的PTFE和尼龙6粉末共混挤出制备耐磨母粒；
B、将尼龙6切片、剩余的PTFE、剩余的硅油、加工助剂和步骤A所得的耐磨母粒放入高混机中混合2～3分钟，得混合料；
C、将步骤B所得的混合料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行挤出造粒，即得。
步骤A中，所述硅油和PTFE的质量之和与尼龙6粉末的质量比为1:1。
本发明未提及的技术均为现有技术。
本发明可以有效提高耐磨剂的添加量，所得高耐磨增强油杆扶正器材料具有良好的力学性能和耐磨性能，耐磨程度相对现有技术提高了2～3倍。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
| 原料组成 | 质量份数 | 型号 |
| PA6粉末 | 22 | 南京鸿瑞，B500F，相对粘度2.8，目数80～120目 |
| PA6切片 | 30 | 日本宇部，1013B，相对粘度2.8 |
| 玻璃纤维 | 20 | 巨石集团，988A |
| PTFE | 25 | 3M，SF9208 |
| 硅油 | 1.5 | 德国瓦克AK350 |
| 加工助剂 | 1.5 | 市售常用 |
取原料PA6粉末22kg,PA6切片30kg，玻璃纤维20kg，耐磨剂PTFE为25kg，硅油1.5kg，偶联剂KH560为200g，抗氧剂为1010与168复配，1010为100g,168为100g，润滑剂为硬脂酸钙与PE蜡复配，硬脂酸钙为500g，PE蜡为上海华弈CH-4A，500g，成核剂白炭黑为无锡恒亨XT-91，100g。先将22kg的PA6粉末与21kg的PTFE及1kg硅油共混挤出制备耐磨母粒，然后将除玻璃纤维外的其他原料（包括制备好的44kg的耐磨母粒以及剩余的4kgPTFE和500g硅油）放入高混机混合3分钟，将混合好的原料放入双螺杆挤出机内挤出，从侧喂料口加入玻璃纤维20kg，挤出造粒。上述共混物挤出工艺可参照普通玻璃纤维增强尼龙材料的挤出工艺，在此不再赘述。
实施例2
| 原料组成 | 质量份数 | 型号 |
| PA6粉末 | 18 | 南京鸿瑞，B500F，相对粘度2.8，目数80～120目 |
| PA6切片 | 22 | 日本宇部，1013B，相对粘度2.8 |
| 玻璃纤维 | 35 | 巨石集团，988A |
| PTFE | 21 | 3M，SF9208 |
| 硅油 | 1 | 德国瓦克AK350 |
| 加工助剂 | 3 | 市售常用 |
取原料PA6粉末18kg,PA6切片22kg，玻璃纤维35kg，耐磨剂PTFE为21kg，硅油1kg，偶联剂KH560为100g，抗氧剂为1010与168复配，1010为50g,168为50g，润滑剂为硬脂酸钙与PE蜡复配，硬脂酸钙为1.5kg，PE蜡为上海华弈CH-4A，1kg，成核剂白炭黑为无锡恒亨XT-91,300g。先将18kg的PA6粉末与17kg的PTFE及1kg硅油共混挤出制备耐磨母粒，然后将除玻璃纤维外的其他原料（包括制备好的36kg耐磨母粒以及剩余的4kgPTFE）放入高混机混合3分钟，将混合好的原料放入双螺杆挤出机内挤出，从侧喂料口加入玻璃纤维35kg，挤出造粒。上述共混物挤出工艺可参照普通玻璃纤维增强尼龙材料挤出工艺，在此不再赘述。
实施例3
| 原料组成 | 质量份数 | 型号 |
| PA6粉末 | 22 | 南京鸿瑞，B500F，相对粘度2.8，目数80～120目 |
| PA6切片 | 27.45 | 日本宇部，1013B，相对粘度2.8 |
| 玻璃纤维 | 25 | 巨石集团，988A |
| PTFE | 22 | 3M，SF9208 |
| 硅油 | 1 | 德国瓦克AK350 |
| 加工助剂 | 2.55 | 市售常用 |
取原料PA6粉末22kg,PA6切片27.45kg，玻璃纤维25kg，耐磨剂PTFE为22kg，硅油为1kg，偶联剂KH560为100g，抗氧剂为1010与168复配，1010为80g,168为70g，润滑剂为硬脂酸钙与PE蜡复配，硬脂酸钙为1kg，PE蜡为上海华弈CH-4A，1kg，成核剂白炭黑为无锡恒亨XT-91,300g。先将22kg的PA6粉末与21.5kg的PTFE及500g硅油共混挤出制备耐磨母粒，然后将除玻璃纤维外的其他原料（包括制备好的44kg的耐磨母粒以及剩余的500gPTFE和500g硅油）放入高混机混合3分钟，将混合好的原料放入双螺杆挤出机内挤出，从侧喂料口加入玻璃纤维25kg，挤出造粒。上述共混物挤出工艺可参照普通玻璃纤维增强尼龙材料的挤出工艺类似，在此不再赘述。
实施例4
| 原料组成 | 质量份数 | 型号 |
| PA6粉末 | 25 | 南京鸿瑞，B500F，相对粘度2.8，目数80～120目 |
| PA6切片 | 20 | 日本宇部，1013B，相对粘度2.8 |
| 玻璃纤维 | 21.6 | 巨石集团，988A |
| PTFE | 28 | 3M，SF9208 |
| 硅油 | 2 | 德国瓦克AK350 |
| 加工助剂 | 3.4 | 市售常用 |
取原料PA6粉末25kg,PA6切片20kg，玻璃纤维21.6kg，耐磨剂PTFE为28kg，硅油为2kg，偶联剂KH560为300g，抗氧剂为1010与168复配，1010为100g,168为100g，润滑剂为硬脂酸钙与PE蜡复配，硬脂酸钙为1.2kg，PE蜡为上海华弈CH-4A，1.2kg，成核剂白炭黑为无锡恒亨XT-91,500g。先将25kg的PA6粉末与24kg的PTFE及1kg硅油共混挤出制备耐磨母粒，然后将除玻璃纤维外的其他原料（包括制备好的50kg耐磨母粒以及剩余的4kg的PTFE与1kg的硅油）放入高混机混合3分钟，将混合好的原料放入双螺杆挤出机内挤出，从侧喂料口加入玻璃纤维21.6kg，挤出造粒。上述共混物挤出工艺可参照普通玻璃纤维增强尼龙材料的挤出工艺，在此不再赘述。
对比例1
| 原料组成 | 质量份数 | 型号 |
| PA6切片 | 63 | 日本宇部，1013B，相对粘度2.8 |
| 玻璃纤维 | 35 | 巨石集团，988A |
| 加工助剂 | 2 | 市售常用 |
取原料PA6切片63kg,玻璃纤维35kg,偶联剂KH560为200g，抗氧剂为1010与168复配，1010为100g,168为100g，润滑剂为硬脂酸钙与PE蜡复配，硬脂酸钙为800g，PE蜡为上海华弈CH-4A，700g，成核剂白炭黑为无锡恒亨XT-91,100g。将混合好的原料放入双螺杆挤出机内挤出，从侧喂料口加入玻璃纤维35kg，挤出造粒。上述共混物挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙材料挤出工艺类似，在此不再赘述。
对比例2
| 原料组成 | 质量份数 | 型号 |
| PA6切片 | 71 | 日本宇部，1013B，相对粘度2.8 |
| 玻璃纤维 | 21 | 巨石集团，988A |
| PTFE | 5 | 3M，SF9208 |
| 加工助剂 | 3 | 市售常用 |
取原料PA6切片71kg，玻璃纤维21kg，PTFE为5kg，偶联剂KH560为100g，抗氧剂为1010与168复配，1010为50g,168为50g，润滑剂为硬脂酸钙与PE蜡复配，硬脂酸钙为1.5kg，PE蜡为上海华弈CH-4A，1kg，成核剂白炭黑为无锡恒亨XT-91,300g。将混合好的原料放入双螺杆挤出机内挤出，从侧喂料口加入玻璃纤维21kg，挤出造粒。上述共混物挤出工艺与普通玻璃纤维增强尼龙材料挤出工艺类似，在此不再赘述。
根据实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2制得的样品分别于90℃的烘箱中干燥4小时后注塑成标准样条进行性能测试，拉伸强度按照ISO527-2标准测试；弯曲强度和弯曲模量按照ISO178标准进行测试；缺口冲击强度按照ISO179-1/1eA标准进行测试；磨耗量按照ASTM3884标准进行测试，其中摩擦轮采用金刚砂轮，负荷为500g，转速为72r/min，5000转。性能如下表所示：
Claims (10)
1.一种高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：其原料包括如下组分：尼龙6粉末18～25份，尼龙6切片20～30份，玻璃纤维20～35份，PTFE21～28份，硅油1～2份，加工助剂1.5～3.4份，所述份数为质量份数。
2.如权利要求1所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述加工助剂包括偶联剂、抗氧剂、润滑剂和成核剂，所述偶联剂、抗氧剂、润滑剂和成核剂的质量比为（1-3）：（1-3）：（10-40）：（1-6）。
3.如权利要求2所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述抗氧剂包括质量比为（1-1.2）：1的四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
4.如权利要求2所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述润滑剂包括质量比为（1-1.5）：1的硬脂酸钙和PE蜡。
5.如权利要求1-4任意一项所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述尼龙6粉末的相对粘度为2.8，目数为80～120目。
6.如权利要求1-4任意一项所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述尼龙6切片的相对粘度为2.5。
7.如权利要求1-4任意一项所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述PTFE为微粉级，粒径为3～5μm。
8.如权利要求1-4任意一项所述的高耐磨增强油杆扶正器材料,其特征在于：所述硅油的粘度系数为0.6，闪点≥300℃。
9.权利要求1-4任意一项所述的高耐磨增强油杆扶正器材料的制备方法,其特征在于：包括顺序相接的如下步骤:
A、将50-100%的硅油、80-98%的PTFE和尼龙6粉末共混挤出制备耐磨母粒；
B、将尼龙6切片、剩余的PTFE、剩余的硅油、加工助剂和步骤A所得的耐磨母粒放入高混机中混合2～3分钟，得混合料；
C、将步骤B所得的混合料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，将玻璃纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，进行挤出造粒，即得。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于：步骤A中，所述硅油和PTFE的质量之和与尼龙6粉末的质量比为1:1。
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