CN106084430B - 一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺，填充料中各组份组配重量百分比为：石墨1%~1.5%、碳黑1.5%~2%、硬脂酸钙1%~1.5%、热解硅石0.4%~1%、二氧化钛1%~2%、偶联剂乙烯基硅氧烷0.5%~1%、超高分子量聚乙烯90%~95%，以上各组份按重量配比之和为100%；将填充料倒在抽油杆扶正器下模具的上方，合模后放入压力机内加压制成型坯，开启加热使填充料受热后逐渐熔化为液态，液态的填充料填满抽油杆扶正器模腔，继续加热加压使产品定型，保压冷却后，开模取出成品；改善了超高分子量聚乙烯的材料性能以及加工方式使其能够用于生产抽油杆扶正器，提高了抽油杆扶正器的耐化学腐蚀性、耐磨性、抗冲击性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及抽油杆扶正器制造技术，尤其是一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺。
背景技术
目前，国内外油田开采石油的主要方式是抽油井，通过抽油杆向抽油泵传递动力来抽取原油，抽油杆扶正器主要用于油田的有杆泵抽油设备中，是连接在抽油杆上防止油管发生偏磨的一个关键部件，是防抽油井偏磨的井下工具，连接在抽油杆上，利用扶正器的外径大于抽油杆接箍外径起扶正作用，利用抽油杆扶正器材料是高强度耐磨性、润滑性好等特性，与油管接触使抽油杆扶正器磨损，从而减少油管的磨损，以达到防偏磨的目的。抽油杆扶正器在工作过程中，除承受较大的摩擦力和冲击力作用，还会受到工作环境中酸、碱、盐、砂子及聚合物等的腐蚀。因而实际工况要求抽油杆扶正器必须具有高的耐磨性、抗冲击性和耐复杂环境腐蚀等性能。
目前油田上采用的抽油杆扶正器材料多为尼龙(PA)和玻纤增强尼龙以及聚四氟乙烯。由于PA分子具有强极性，故吸水率较大，使其耐磨性、热膨胀性能下降，影响材料尺寸稳定性；而玻纤增强尼龙材料随着玻纤的加入也增加了复合材料的脆性和摩擦系数，过多的玻纤加入会导致复合材料的流动性变差，使其注塑难度加大，成型困难，而且制品会出现严重的纤维外露和各向异性等实际应用问题；聚四氟乙烯(PTFE)具有极好的自润滑性和耐化学药品性，但是由于其存在易磨损、加工性能差、硬度低、耐蠕变性能和导热性能差等缺点，使其在抽油杆扶正器上的应用带来一定的困难。
国外采用高性能聚氨酯类工程塑料加工制造抽油杆扶正器，但是造价高，加工工艺复杂，产品容易出现缺陷。
超高分子量聚乙烯具有润滑、抗粘附、不吸水、韧性好，抗冲击好等综合性能，被称为令人惊异的塑料，超高分子量聚乙烯材料耐磨损、耐低温、自身润滑、抗冲击性能在所有塑料中最高，耐磨性优于聚四氟乙烯、尼龙、碳钢等材料。与PA性能相比，克服了吸水膨胀、低温脆性等缺点，因为其一系列优点使得它很适合用于抽油杆扶正器材料，目前仅有文献报道超高分子量聚乙烯的优异特性，但是超高分子量聚乙烯流动性差难以注塑加工以及表面硬度、耐高温性、抗磨损性能等方面存在缺陷，限制了它的推广应用，没有任何厂家能够将超高分子量聚乙烯用于生产抽油杆扶正器。因此如何改善超高分子量聚乙烯的材料性能以及加工方式使其能够用于生产抽油杆扶正器显得尤为重要。
鉴于上述原因，现有的抽油杆扶正器的原材料需要进行优化改进，现研发出一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺，克服了现有产品的不足，配合专用的模压模具，使超高分子量聚乙烯能够用于生产抽油杆扶正器。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺，改善了超高分子量聚乙烯的材料性能以及加工方式使其能够用于生产抽油杆扶正器，克服了现有产品的不足，充分发挥了超高分子量聚乙烯的一系列优异特性，很好地解决了国内外在抽油杆扶正器制造及应用中长期以来难以解决的一系列技术难题，提高了抽油杆扶正器的耐化学腐蚀性、耐磨性、抗冲击性以及提高了使用寿命，更加满足抽油杆扶正器的使用标准。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺，先制备填充料，再将填充料倒入超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器模压模具内，加压加热冷却后，开模取出产品；
所述填充料中各组份组配重量百分比为：石墨1％～1.5％、碳黑1.5％～2％、硬脂酸钙1％～1.5％、热解硅石0.4％～1％、二氧化钛1％～2％、偶联剂乙烯基硅氧烷0.5％～1％、超高分子量聚乙烯90％～95％，以上各组份按重量配比之和为100％；
按照各组份的组配重量百分比称取原料，将原料中的大颗粒进行研磨处理，使其颗粒在40目以下，大小均匀，将称取的石墨、碳黑、热解硅石和二氧化钛倒入高速混合机中搅拌，搅拌15～20分钟后，加入偶联剂乙烯基硅氧烷搅拌10～13分钟，再加入硬脂酸钙搅拌5～8分钟，最后加入超高分子量聚乙烯搅拌均匀15～20分钟制得填充料；
所述超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器模压模具是由模具主体、下模板、上模板、抽油杆扶正器下模具、垫板、半圆柱模具、抽油杆扶正器上模具、抽油杆扶正器模腔构成；模具主体为长方体，模具主体内设置由正方体空腔和长方体空腔构成的近似“凸”字形模具空腔，模具主体底面下方设置下模板，顶面上方设置上模板，所述模具空腔内依次设置抽油杆扶正器下模具和抽油杆扶正器上模具，抽油杆扶正器下模具上表面的中心线上均匀分布至少两个插孔，所述正方体空腔内设置长方形垫板，垫板上设置至少两个插孔，所述垫板上的插孔与抽油杆扶正器下模具上的插孔对应设置，所述垫板上方沿抽油杆扶正器下模具上表面的中心线方向设置半圆柱模具，半圆柱模具下表面垂直设置至少两个插杆，所述插杆插入所述的插孔内；抽油杆扶正器下模具、垫板、半圆柱模具和抽油杆扶正器上模具之间构成抽油杆扶正器模腔，抽油杆扶正器上模具的上平面与上模板下表面接触。
先将抽油杆扶正器下模具放入所述模具空腔内，长方形垫板放入抽油杆扶正器下模具上方的正方体空腔内，半圆柱模具放在垫板上方且位于抽油杆扶正器下模具上表面的中心线上，半圆柱模具下表面的插杆插入垫板和抽油杆扶正器下模具的插孔内，使抽油杆扶正器下模具、垫板和半圆柱模具连为一体，将制得的填充料均匀倒在抽油杆扶正器下模具、垫板和半圆柱模具的上方，将填充料上表面均匀铺平，上模板固定在抽油杆扶正器上模具的上方，抽油杆扶正器上模具放入所述模具空腔内缓慢合模，合模后放入压力机内，加压,压力为15MPa预压制成型坯，开启加热，填充料受热后逐渐熔化为液态，液态的填充料填满抽油杆扶正器模腔，继续加热至210℃，保温20～30分钟，期间进行两次放气处理，继续加压，压力达到20MPa时，保持压力20～30分钟使产品定型，保压冷却，冷却方式为水冷却，待模具主体的温度冷却至60℃以下，开模取出超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器并修整飞边，即制得超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器成品。
本发明的有益效果是：本发明改善了超高分子量聚乙烯的材料性能以及加工方式，使其能够用于生产抽油杆扶正器，克服了现有产品的不足，充分发挥了超高分子量聚乙烯的一系列优异特性，很好地解决了国内外在抽油杆扶正器制造及应用中长期以来难以解决的一系列技术难题。
本发明利用超高分子量聚乙烯的优良特性制作超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器，提高了抽油杆扶正器的耐化学腐蚀性、耐磨性、抗冲击性以及提高了使用寿命，更加满足抽油杆扶正器的使用标准。研发设计的出模压模具，克服超高分子量聚乙烯难以注塑加工的问题，利用模压的方法制作超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器，使其易于加工，适合大批量生产，有利于超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的广泛应用。
本发明生产出的超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器，具有耐磨性、耐化学腐蚀性，使用时间长等优良特性，利用超高分子量聚乙烯的这些优良特性达到防止油管偏磨的目的。
用于制造超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的超高分子量聚乙烯的模压装置，解决了超高分子量聚乙烯因为分子量大难以加工的问题，对其将来在油田领域的发展有很大的推动作用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是总装结构示意图；
图2是图1中A-A向剖面结构示意图；
图1、2中：模具主体1、下模板2、上模板3、抽油杆扶正器下模具4、垫板41、半圆柱模具42、抽油杆扶正器上模具5、抽油杆扶正器模腔6。
具体实施方式
下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
先制备填充料，再将填充料倒入超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器模压模具内，加压加热冷却后，开模取出产品；
所述填充料中各组份组配重量百分比为：石墨1％～1.5％、碳黑1.5％～2％、硬脂酸钙1％～1.5％、热解硅石0.4％～1％、二氧化钛1％～2％、偶联剂乙烯基硅氧烷0.5％～1％、超高分子量聚乙烯90％～95％，以上各组份按重量配比之和为100％；
按照各组份的组配重量百分比称取原料，将原料中的大颗粒进行研磨处理，使其颗粒在40目以下，大小均匀，将称取的石墨、碳黑、热解硅石和二氧化钛倒入高速混合机中搅拌，搅拌15～20分钟后，加入偶联剂乙烯基硅氧烷搅拌10～13分钟，再加入硬脂酸钙搅拌5～8分钟，最后加入超高分子量聚乙烯搅拌均匀15～20分钟制得填充料；
所述超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器模压模具是由模具主体1、下模板2、上模板3、抽油杆扶正器下模具4、垫板41、半圆柱模具42、抽油杆扶正器上模具5、抽油杆扶正器模腔6构成；模具主体1为长方体，模具主体1内设置由正方体空腔和长方体空腔构成的近似“凸”字形模具空腔，模具主体1底面下方设置下模板2，顶面上方设置上模板3，所述模具空腔内依次设置抽油杆扶正器下模具4和抽油杆扶正器上模具5，抽油杆扶正器下模具4上表面的中心线上均匀分布至少两个插孔，所述正方体空腔内设置长方形垫板41，垫板41上设置至少两个插孔，所述垫板41上的插孔与抽油杆扶正器下模具4上的插孔对应设置，所述垫板41上方沿抽油杆扶正器下模具4上表面的中心线方向设置半圆柱模具42，半圆柱模具42下表面垂直设置至少两个插杆，所述插杆插入所述的插孔内；抽油杆扶正器下模具4、垫板41、半圆柱模具42和抽油杆扶正器上模具5之间构成抽油杆扶正器模腔6，抽油杆扶正器上模具5的上平面与上模板3下表面接触。
实施例2
先将抽油杆扶正器下模具4放入所述模具空腔内，长方形垫板41放入抽油杆扶正器下模具4上方的正方体空腔内，半圆柱模具42放在垫板41上方且位于抽油杆扶正器下模具4上表面的中心线上，半圆柱模具42下表面的插杆插入垫板41和抽油杆扶正器下模具4的插孔内，使抽油杆扶正器下模具4、垫板41和半圆柱模具42连为一体，将制得的填充料均匀倒在抽油杆扶正器下模具4、垫板41和半圆柱模具42的上方，将填充料上表面均匀铺平，上模板3固定在抽油杆扶正器上模具5的上方，抽油杆扶正器上模具5放入所述模具空腔内缓慢合模，合模后放入压力机内，加压,压力为15MPa预压制成型坯，开启加热，填充料受热后逐渐熔化为液态，液态的填充料填满抽油杆扶正器模腔6，继续加热至210℃，保温20～30分钟，期间进行两次放气处理，继续加压，压力达到20MPa时，保持压力20～30分钟使产品定型，保压冷却，冷却方式为水冷却，待模具主体的温度冷却至60℃以下，开模取出超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器并修整飞边，即制得超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器成品。
Claims (2)
1.一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺，其特征在于：先制备填充料，再将填充料倒入超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器模压模具内，加压加热冷却后，开模取出产品；
所述填充料中各组份组配重量百分比为：石墨1％～1.5％、碳黑1.5％～2％、硬脂酸钙1％～1.5％、热解硅石0.4％～1％、二氧化钛1％～2％、偶联剂乙烯基硅氧烷0.5％～1％、超高分子量聚乙烯90％～95％，以上各组份按重量配比之和为100％；
按照各组份的组配重量百分比称取原料，将原料中的大颗粒进行研磨处理，使其颗粒在40目以下，大小均匀，将称取的石墨、碳黑、热解硅石和二氧化钛倒入高速混合机中搅拌，搅拌15～20分钟后，加入偶联剂乙烯基硅氧烷搅拌10～13分钟，再加入硬脂酸钙搅拌5～8分钟，最后加入超高分子量聚乙烯搅拌均匀15～20分钟制得填充料；
所述超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器模压模具是由模具主体(1)、下模板(2)、上模板(3)、抽油杆扶正器下模具(4)、垫板(41)、半圆柱模具(42)、抽油杆扶正器上模具(5)、抽油杆扶正器模腔(6)构成；模具主体(1)为长方体，模具主体(1)内设置由正方体空腔和长方体空腔构成的近似“凸”字形模具空腔，模具主体(1)底面下方设置下模板(2)，顶面上方设置上模板(3)，所述模具空腔内依次设置抽油杆扶正器下模具(4)和抽油杆扶正器上模具(5)，抽油杆扶正器下模具(4)上表面的中心线上均匀分布至少两个插孔，所述正方体空腔内设置长方形垫板(41)，垫板(41)上设置至少两个插孔，所述垫板(41)上的插孔与抽油杆扶正器下模具(4)上的插孔对应设置，所述垫板(41)上方沿抽油杆扶正器下模具(4)上表面的中心线方向设置半圆柱模具(42)，半圆柱模具(42)下表面垂直设置至少两个插杆，所述插杆插入所述的插孔内；抽油杆扶正器下模具(4)、垫板(41)、半圆柱模具(42)和抽油杆扶正器上模具(5)之间构成抽油杆扶正器模腔(6)，抽油杆扶正器上模具(5)的上平面与上模板(3)下表面接触。
2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器的制备工艺，其特征在于：先将抽油杆扶正器下模具(4)放入所述模具空腔内，长方形垫板(41)放入抽油杆扶正器下模具(4)上方的正方体空腔内，半圆柱模具(42)放在垫板(41)上方且位于抽油杆扶正器下模具(4)上表面的中心线上，半圆柱模具(42)下表面的插杆插入垫板(41)和抽油杆扶正器下模具(4)的插孔内，使抽油杆扶正器下模具(4)、垫板(41)和半圆柱模具(42)连为一体，将制得的填充料均匀倒在抽油杆扶正器下模具(4)、垫板(41)和半圆柱模具(42)的上方，将填充料上表面均匀铺平，上模板(3)固定在抽油杆扶正器上模具(5)的上方，抽油杆扶正器上模具(5)放入所述模具空腔内缓慢合模，合模后放入压力机内，加压,压力为15MPa预压制成型坯，开启加热，填充料受热后逐渐熔化为液态，液态的填充料填满抽油杆扶正器模腔(6)，继续加热至210℃，保温20～30分钟，期间进行两次放气处理，继续加压，压力达到20MPa时，保持压力20～30分钟使产品定型，保压冷却，冷却方式为水冷却，待模具主体的温度冷却至60℃以下，开模取出超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器并修整飞边，即制得超高分子量聚乙烯抽油杆扶正器成品。
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