CN104448636A - 用于抽油杆接箍的针状硅灰石改性氟树脂的生产方法 - Google Patents

Abstract

用于抽油杆接箍的针状硅灰石改性氟树脂的生产方法，涉及油田生产技术领域，由聚四氟乙烯和作为填充剂的针状硅灰石共混后，经模压、烧结制成。本发明采用的基体材料为聚四氟乙烯粉料，其长度大约为20～30μm。选用8～18μm的针状硅灰石的粒径和基体材料较为接近，这样有利于填料在基体中的均匀分散，材料的使用温度条件可以达到160℃以上，其耐磨性与纯聚四氟乙烯相比降低了2个数量级。

Description

用于抽油杆接箍的针状硅灰石改性氟树脂的生产方法

技术领域

本发明涉及油田生产技术领域，特别是用于抽油杆接箍的材料的制备方法。

背景技术

有杆抽油是国内外石油行业采用的、占主导地位的石油举升方式。在我国的各个油田，大约有80%的采油井采用了这种有杆抽油技术。抽油杆一般是通过接箍相互连接，这种刚性的连接的抽油杆接箍比抽油杆本身的直径要大一倍左右。当抽油机工作时，抽油杆和接箍在油管内做往复运动，尺寸较大的接箍一般先和油管接触并产生摩擦、磨损。相对抽油杆而言，接箍一般是先被磨损的部位。同时，抽油杆接箍也和油管形成摩擦副、从而导致油管被磨损、油管被磨穿。因此，降低抽油杆接箍-油管摩擦副的摩擦和磨损，将能提高有杆抽油系统的杆管寿命、延长检修周期、提高油田企业的经济效益。

而现今改善抽油杆接箍的耐磨性的方法是在抽油杆接箍金属部分的外表面设置一层耐磨的非金属层，这种非金属层的材料可以是超高分子量聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯等，江苏油田研发了一种柔性防磨抽油杆接箍（《钻采工艺》，2013年5月）。通过该柔性防磨接箍，抽油杆可以发生任意方向的偏转，变偏磨为全磨；变刚性连接为柔性连接，降低了抽油杆接箍对油管的正压力，从而减少了磨损。同时，该方法在抽油杆接箍外表面烧结一层耐磨的超高分子量聚乙烯，减缓杆管之间的磨损，延长了杆管的寿命。但是，接箍外表面的超高分子量聚乙烯的软化温度低，在井深较大、井下温度较高时，烧结在抽油杆接箍外表面的超高分子量聚乙烯塑料就很快被磨损、脱落。

天津市超科光纤通讯器材科技有限公司研发了一种耐磨抽油杆接箍（申请号：200420029609.3），其在抽油杆接箍的金属外表面设置的一层非金属层为聚氨酯，设置的非金属层具有一定的厚度，同时可以具有很好的耐腐蚀性，由此可以具有很好的耐腐蚀性，由此可以大大改善抽油杆接箍的耐磨性能，有效的避免了由于抽油杆接箍的金属部分直接与油管发生摩擦，而导致抽油杆接箍磨损现象的发生，延长了油管的检修周期，减少维修工作量，提高了油井的年采油量。但聚氨酯的使用温度不宜超过120℃。因此，研究在高温下使用的耐磨材料迫在眉睫。

辽河油田开发了一种抽油杆防磨防脱接箍（《石油矿场机械》第25卷第6期）。该抽油杆接箍除具有防抽油杆脱扣的功能外，还在其外安装有一个由聚四氟乙烯挤压而成的防磨架，防磨架四周均布四个聚四氟乙烯防磨筋。但纯聚四氟乙烯的耐磨性较差，因此需要对聚四氟乙烯进行改性。

聚四氟乙烯是最具有潜力的减摩材料，具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性，能耐王水和几乎所有化学溶剂的腐蚀和溶涨；聚四氟乙烯还具有良好的润滑能力和不粘性，摩擦系数小于0.05；聚四氟乙烯长期使用温度高达200~260℃，具有良好的耐高温能力，因此在耐摩擦磨损、耐腐蚀材料中具有广泛的应用。聚四氟乙烯价格的大幅度下降，也为其在工程领域的广泛使用创造了有利条件。然而，聚四氟乙烯塑料存在着硬度低、耐磨损性能差，分子间引力小、易剥落等缺点，而不适于单独作耐磨材料使用。通常采用在聚四氟乙烯中加入玻璃纤维、碳纤维等填料对其进行改性，制备成聚四氟乙烯复合材料，以求保持其原有优异性能的同时，获得优良的耐磨性，如王怀远、朱艳吉等人研究的在腐蚀环境中纤维增强聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究（《中国塑料》第23卷第9期），通过试验，15 %(质量分数,下同)是填料的最佳含量，此时GF和CF填充的PTFE的耐磨性分别较纯PTFE提高了7.7和4.4倍。而本发明通过添加针状硅灰石对聚四氟乙烯进行改性。

针硅灰石是天然的一维白色晶体，不含结晶水，吸湿性小，加热时无脱水问题，熔点高，热膨胀系数小，耐热稳定性、耐腐蚀性、耐气候老化性、机械性能和电性能优良（《现代塑料加工及应用》第9卷第3期）。小尺度的针状硅灰石可以作为聚四氟乙烯的物理交联点，并且其一维结构能够显著增强改性聚四氟乙烯的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现今抽油杆接箍在高温条件下使用时，抽油杆接箍偏磨，抽油杆寿命过短的缺点，提供一种可以在高温下耐磨，提高抽油杆寿命的填充聚四氟乙烯复合材料的生产方法。

本发明由聚四氟乙烯和作为填充剂的针状硅灰石共混后，经模压、烧结制成。

本发明采用的基体材料为聚四氟乙烯粉料，其长度大约为20～30μm。选用8～18μm的针状硅灰石的粒径和基体材料较为接近，这样有利于填料在基体中的均匀分散。

所述针状硅灰石的长度为8～18μm。

具体步骤如下：

1）将聚四氟乙烯和针状硅灰石以100:5～30的质量比在混料机中共混4～5min，制成混配料；

2）将模具的模腔中放入上述混配料，然后在200～280℃预热5～20min，再在10～20MPa的压力下保压10～30min定型，然后卸压，取得半成品毛坯；

3）将半成品毛坯放入烧结炉中，在350～390℃进行烧结0.5～2h，然后冷压10～30min，即制成用于抽油杆接箍的针状硅灰石改性氟树脂。

本发明工艺简单、合理，制成的材料可应用于抽油杆接箍，由于填充有针状硅灰石，所以该材料的使用温度条件可以达到160℃以上，其耐磨性与纯聚四氟乙烯相比降低了2个数量级。

具体实施方式

实施例1：

按质量比用100份的聚四氟乙烯和10份的针状硅灰石充分混合，在250℃下压制成型，压力控制在14MPa左右，保压10min，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在370℃下烧1h，然后冷压20min，取出。

在200N的载荷下，摩擦24000r，其磨损量为9.4mg，摩擦系数为0.198，拉伸强度为30.17MPa。

作为对比，在相同的制备工艺条件下，纯聚四氟乙烯在200N的载荷下，摩擦12000r，其磨损量为466.2mg，摩擦系数为0.221，拉伸强度为25.17MPa。

实施例2：

按质量比用100份的聚四氟乙烯和15份的针状硅灰石充分混合，在250℃下压制成型，压力控制在14MPa左右，保压10min，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在370℃下烧1h，然后冷压20min，取出。

在200N的载荷下，摩擦24000r，其磨损量为8.6mg，摩擦系数为0.198，拉伸强度为27.79MPa。

实施例3：

先用硅烷偶联剂将针状硅灰石进行改性处理，取1g的KH-560硅烷偶联剂溶于适量的丙酮中，将其加入含有100g针状硅灰石的容器中，高速搅拌，使其混合均匀，然后放在烘箱中烘干，备用。

按质量比用100份的聚四氟乙烯和15份的改性后的针状硅灰石充分混合，在250℃下压制成型，压力控制在14MPa左右，保压10min，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在370℃下烧1h，然后冷压20min，取出。

在200N的载荷下，摩擦24000r，其磨损量为6.6mg，摩擦系数为0.193，拉伸强度为25.36MPa。

以上各例采用的针状硅灰石的长度都分别为8～18μm。

综上所述，通过针状硅灰石填充的超高分子量聚乙烯的力学性能显著增强，摩擦系数明显下降，磨耗降低了2个数量级。该材料能够用于有杆抽油系统中抽油杆接箍外衬材料，特别是具有较高温度要求和耐摩擦磨损性能要求的情况。

Claims (3)

1.用于抽油杆接箍的针状硅灰石改性氟树脂的生产方法，其特征在于：由聚四氟乙烯和作为填充剂的针状硅灰石共混后，经模压、烧结制成。

2.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于：所述针状硅灰石的长度为8～18μm。

3.根据权利要求1或2所述生产方法，其特征在于步骤如下：

1）将聚四氟乙烯和针状硅灰石以100:5～30的质量比在混料机中共混4～5min，制成混配料；

2）将模具的模腔中放入上述混配料，然后在200～280℃预热5～20min，再在10～20MPa的压力下保压10～30min定型，然后卸压，取得半成品毛坯；

3）将半成品毛坯放入烧结炉中，在350～390℃进行烧结0.5～2h，然后冷压10～30min，即制成用于抽油杆接箍的针状硅灰石改性氟树脂。