CN104788758A - 一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其原料按重量份包括：丁腈橡胶32-35份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料25-28份，丁苯橡胶10-13份，聚氨酯弹性体7-10份，无机填料13-16份，硫磺粉1-1.3份，促进剂DM 2-4份，抗氧剂168 0.5-0.8份，抗氧剂1010 0.3-0.6份，增塑剂DCHP 1.1-1.4份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1-3份，环氧硬脂酸辛酯4-7份。本发明具有优异的耐油、阻燃性能，同时具备良好的拉伸强度、定伸应力、抗撕裂性、压出和压延等机械性能，贮存稳定性好。

Description

一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料
技术领域
本发明涉及橡胶护套材料技术领域，尤其涉及一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料。
背景技术
丁腈橡胶是丁二烯与丙烯腈两种单体经自由基引发乳液聚合制得的无规共聚物,丁腈橡胶的分子结构中有不饱和键和极性基团-CN,使丁腈橡胶具有一系列优异性能,如耐油性好、物理机械性能优异。但同时由于双键的存在使丁腈橡胶耐老化、抗氧化性能不佳。而在电缆工业中，选用的材料通常要具备良好的拉伸强度、抗老化、阻燃等性能。因此，通过改性手段弥补丁腈橡胶阻燃性能差、拉伸强度低等短板，最大限度发挥其耐油性好、物理机械性能十分必要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，具有优异的耐油、阻燃性能，同时具备良好的拉伸强度、抗老化、抗撕裂性、压出和压延等机械性能，贮存稳定性好。
本发明提出的一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其原料按重量份包括：丁腈橡胶32-35份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料25-28份，丁苯橡胶10-13份，聚氨酯弹性体7-10份，无机填料13-16份，硫磺粉1-1.3份，促进剂DM 2-4份，抗氧剂1680.5-0.8份，抗氧剂10100.3-0.6份，增塑剂DCHP 1.1-1.4份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1-3份，环氧硬脂酸辛酯4-7份；
其中，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料按以下方式制备获得：将蒙脱土与酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物升温后保温，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A和去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B；再向含有溶液B的第二反应容器加入长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物升温后保温，再进行抽滤、洗涤、干燥、研磨、过筛得到物料C；将物料C、尼龙6、聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料。
优选地，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料的制备过程中，按重量份将5-8份蒙脱土与20-25份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至65-70℃，保温1-1.5h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、100-120份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.5-2h，超声分散的频率为35-38KHz，超声分散的功率为1500-1600W，再向含有溶液B的第二反应容器加入6-9份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至55-58℃，保温3-4h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过200-300目筛得到物料C；将物料C、55-60份尼龙6、10-13份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料。
优选地，丁腈橡胶、改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料、丁苯橡胶、氨酯弹性体的重量比为33-34：26-27：11-12：8-9。
优选地，其原料按重量份包括：丁腈橡胶33-34份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料26-27份，丁苯橡胶11-12份，聚氨酯弹性体8-9份，无机填料14-15份，硫磺粉1.1-1.2份，促进剂DM 2.5-3份，抗氧剂1680.6-0.7份，抗氧剂10100.4-0.5份，增塑剂DCHP 1.2-1.3份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1.5-2份，环氧硬脂酸辛酯5-6份。
优选地，无机填料是由5-8份方解石粉、4-6份云母石粉、2-5份滑石粉混合制成的。
优选地，酸液是由质量分数为6-10wt％的盐酸和质量分数为4-7wt％的氢氟酸按体积比1-3:2-5混合制成。
优选地，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料的制备过程中，按重量份将6-7份蒙脱土与22-24份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至66-68℃，保温1.2-1.4h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、105-110份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.6-1.8h，超声分散的频率为36-37KHz，超声分散的功率为1540-1580W，再向第二反应容器加入7-8份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至56-57℃，保温3.2-3.5h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过240-280目筛得到物料C；将物料C、56-58份尼龙6、11-12份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料。
本发明采用改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料、丁苯橡胶、聚氨酯弹性体配合丁腈橡胶使用，大大提高了本发明的耐油性、拉伸强度、抗撕裂性、压出和压延等机械性能,改善了粘着性和耐老化性能,特别是热强度性能比丁腈橡胶有较大提高，添加的丁苯橡胶与丁腈橡胶的相容性好，产品耐油性能几乎不受影响，同时使本发明耐寒性能大幅度提高、降低成本，而改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料是由改性蒙脱土复混尼龙和聚丙烯而成，复混过程中，长链烷基酰胺丙基季铵盐混合溶液的添加，能够利用其钠离子与蒙脱土层间可交换的阳离子交换反应，能够利用其表面有机官能团吸附并包裹在改性蒙脱土表面，大大提高了改性蒙脱土分散性，从而提高本发明的热稳定性和抗压强度，大大提高了本发明的耐磨性能，而超声分散则加剧了这一交换反应的发生；同时酸液的加入，削弱了蒙脱土层间的结合力，使层间晶格裂开，层间距扩大，从而使改性后的蒙脱土具备极高的比表面积和吸附能力，改性之后的径大大降低，并均匀地分散在尼龙/聚丙烯中，极大地提高了本发明的拉伸强度、抗撕裂性，使本发明在燃烧时，蒙脱土能够均匀地发生热裂，在本发明表面形成多层具有优良绝缘性和屏障性能的碳硅酸铝残留物保护层，从而大大提高了本发明的阻燃性能；而方解石粉、云母石粉、滑石粉构成的无机填料作为补强剂添加，进一步提高了本发明的阻燃性能、强度和贮存稳定性，同时降低了本发明的成本；而单烷氧基型钛酸酯偶联剂由于含有六个功能区，具有很大的灵活性和多功能性，既是偶联剂,也可以是分散剂、湿润剂、粘合剂、交联剂、催化剂等，而采用增塑剂DCHP和单烷氧基型钛酸酯偶联剂混合，使单烷氧基型钛酸酯偶联剂可以在后续加工过程中均匀的包覆在填充补强剂上，使填充补强剂均匀地分布在本发明中，大大提高了本发明的强度和抗撕裂能力，同时，也增强了本发明的可塑能力；辅以环氧硬脂酸辛酯作为分散润滑剂，使填充补强剂均匀的分散在生胶体系中，进一步提高了本发明的强度；而以硫磺粉、促进剂DM、构成的硫化体系，具有硫化速度快，压缩变形率低等特点，能够在促进形成“网状结构”的同时形成了一种“整体网络效应”，从而增强本发明的拉伸强度、抗撕裂性、压出和压延等机械性能；而抗氧剂168、抗氧剂1010配合使用，大大提高了本发明的耐老化、抗氧化性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其原料按重量份包括：丁腈橡胶35份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料25份，丁苯橡胶13份，聚氨酯弹性体7份，无机填料16份，硫磺粉1份，促进剂DM 4份，抗氧剂1680.5份，抗氧剂10100.6份，增塑剂DCHP 1.1份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂3份，环氧硬脂酸辛酯4份；其中，无机填料是由8份方解石粉、4份云母石粉、5份滑石粉混合制成的；
其中，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料按以下方式制备获得：按重量份将5份蒙脱土与25份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至65℃，保温1.5h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、100份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为2h，超声分散的频率为35KHz，超声分散的功率为1600W，再向含有溶液B的第二反应容器加入6份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至58℃，保温3h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过300目筛得到物料C；将物料C、55份尼龙6、13份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料；其中酸液是由质量分数为6wt％的盐酸和质量分数为7wt％的氢氟酸按体积比1:5混合制成。
实施例2
本发明提出的一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其原料按重量份包括：丁腈橡胶32份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料28份，丁苯橡胶10份，聚氨酯弹性体10份，无机填料13份，硫磺粉1.3份，促进剂DM 2份，抗氧剂1680.8份，抗氧剂10100.3份，增塑剂DCHP 1.4份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1份，环氧硬脂酸辛酯7份；其中，无机填料是由5份方解石粉、6份云母石粉、2份滑石粉混合制成的；
其中，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料按以下方式制备获得：按重量份将8份蒙脱土与20份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至70℃，保温1h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、120份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.5h，超声分散的频率为38KHz，超声分散的功率为1500W，再向含有溶液B的第二反应容器加入9份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至55℃，保温4h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过200目筛得到物料C；将物料C、60份尼龙6、10份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料；其中酸液是由质量分数为10wt％的盐酸和质量分数为4wt％的氢氟酸按体积比3:2混合制成。
实施例3
本发明提出的一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其原料按重量份包括：丁腈橡胶34份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料26份，丁苯橡胶12份，聚氨酯弹性体8份，无机填料15份，硫磺粉1.1份，促进剂DM 3份，抗氧剂1680.6份，抗氧剂10100.5份，增塑剂DCHP 1.2份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂2份，环氧硬脂酸辛酯5份；无机填料是由7份方解石粉、4.5份云母石粉、4份滑石粉混合制成的；
其中，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料按以下方式制备获得：按重量份将6份蒙脱土与24份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至66℃，保温1.4h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、105份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.8h，超声分散的频率为36KHz，超声分散的功率为1580W，再向第二反应容器加入7份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至57℃，保温3.2h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过280目筛得到物料C；将物料C、56份尼龙6、12份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料；其中，酸液是由质量分数为7wt％的盐酸和质量分数为6wt％的氢氟酸按体积比1.5:4混合制成。
实施例4
本发明提出的一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其原料按重量份包括：丁腈橡胶33份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料27份，丁苯橡胶11份，聚氨酯弹性体9份，无机填料14份，硫磺粉1.2份，促进剂DM 2.5份，抗氧剂1680.7份，抗氧剂10100.4份，增塑剂DCHP 1.3份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1.5份，环氧硬脂酸辛酯6份；无机填料是由6份方解石粉、5份云母石粉、3份滑石粉混合制成的；
其中，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料按以下方式制备获得：按重量份将7份蒙脱土与22份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至68℃，保温1.2h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、110份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.6h，超声分散的频率为37KHz，超声分散的功率为1540W，再向第二反应容器加入8份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至56℃，保温3.5h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过240目筛得到物料C；将物料C、58份尼龙6、11份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料；其中，酸液是由质量分数为8wt％的盐酸和质量分数为5wt％的氢氟酸按体积比2:3混合制成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁腈橡胶32-35份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料25-28份，丁苯橡胶10-13份，聚氨酯弹性体7-10份，无机填料13-16份，硫磺粉1-1.3份，促进剂DM 2-4份，抗氧剂168 0.5-0.8份，抗氧剂1010 0.3-0.6份，增塑剂DCHP 1.1-1.4份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1-3份，环氧硬脂酸辛酯4-7份；
其中，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料按以下方式制备获得：将蒙脱土与酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物升温后保温，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A和去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B；再向含有溶液B的第二反应容器加入长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物升温后保温，再进行抽滤、洗涤、干燥、研磨、过筛得到物料C；将物料C、尼龙6、聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料的制备过程中，按重量份将5-8份蒙脱土与20-25份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至65-70℃，保温1-1.5h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、100-120份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.5-2h，超声分散的频率为35-38KHz，超声分散的功率为1500-1600W；再向含有溶液B的第二反应容器加入6-9份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至55-58℃，保温3-4h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过200-300目筛得到物料C；将物料C、55-60份尼龙6、10-13份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料。
3.根据权利要求1或2所述油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，丁腈橡胶、改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料、丁苯橡胶、氨酯弹性体的重量比为33-34：26-27：11-12：8-9。
4.根据权利要求1-3任一项所述油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁腈橡胶33-34份，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料26-27份，丁苯橡胶11-12份，聚氨酯弹性体8-9份，无机填料14-15份，硫磺粉1.1-1.2份，促进剂DM 2.5-3份，抗氧剂168 0.6-0.7份，抗氧剂1010 0.4-0.5份，增塑剂DCHP 1.2-1.3份，单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂1.5-2份，环氧硬脂酸辛酯5-6份。
5.根据权利要求1-4任一项所述油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，无机填料是由5-8份方解石粉、4-6份云母石粉、2-5份滑石粉混合制成的。
6.根据权利要求1-5任一项所述油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，酸液是由质量分数为6-10wt％的盐酸和质量分数为4-7wt％的氢氟酸按体积比1-3:2-5混合制成。
7.根据权利要求1-6任一项所述油井电缆用改性丁腈橡胶护套材料，其特征在于，改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料的制备过程中，按重量份将6-7份蒙脱土与22-24份酸液加入第一反应容器，将第一反应容器及其内容物温度升高至66-68℃，保温1.2-1.4h，再过滤、洗涤、干燥得到物料A；将物料A、105-110份去离子水加入第二反应容器进行超声分散得到溶液B，超声分散时间为1.6-1.8h，超声分散的频率为36-37KHz，超声分散的功率为1540-1580W，再向第二反应容器加入7-8份长链烷基酰胺丙基季铵盐，将第二反应容器及其内容物温度升高至56-57℃，保温3.2-3.5h后，抽滤、洗涤、干燥、研磨过240-280目筛得到物料C；将物料C、56-58份尼龙6、11-12份聚丙烯混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融挤出、干燥得到改性蒙脱土复混尼龙/聚丙烯复合材料。
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