CN109273898A - 一种复合材料井下连接器及制备方法 - Google Patents

一种复合材料井下连接器及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合材料井下连接器，包括以下重量份的原理组成：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物20‑50份、不导电纤维20‑70份、助剂0‑20份，本发明采用高Tg和高HDT聚合物材料或聚合物合金材料(Tg≥140℃或者HDT≥180℃)，不导电纤维在X‑Y方向做有序或者无序排列，纤维长度≥10mm，纤维为不导电纤维，其X‑Y平面的平均热膨胀系数＜30×10‑6m/K(140‑280℃下)，电子插针采用铍青铜，表面镀金，或者镍合金或者不锈钢材质，表面镀金，本发明制备的连接器，不会由于热膨胀系数巨大的差异导致电子插针的松动和渗水。

Description

一种复合材料井下连接器及制备方法
技术领域
本发明涉及石油探测井技术领域，具体涉及一种复合材料井下连接器及制备方法。
背景技术
HPHT(high temperature and high pressure,高温高压)连接器一般应用于石油探测井中，把石油探测井的各个电气单元连接起来的电气部件，用于传送电力和信号，当石油测井单元的某一段进水或者泥浆时，HPHT连接器需要把水或者泥浆密封在破坏段，而避免其进入下一段或者上一段，避免造成更加严重的损坏。HPHT连接器的工作工况很苛刻(一般石油井下温度在120-260℃，水或者泥浆的压力＞140Mpa)。
目前HPHT连接器根据绝缘本体大致分两类，一类为陶瓷或者玻璃本体，另一类为高Tg，高HDT(热变形温度)的聚合物注塑成型本体(例如：高Tg环氧树脂，高HDT的PEEK,PEK，PEKEKK.等)。但这两种都存在一定的缺陷。
陶瓷或者玻璃本体，由于陶瓷和玻璃都属于脆性材料，由于井下温度变化带来的热应力和Griffith微裂纹理论，绝缘本体还是很容易在高压力情况下破裂，一般很难做到耐压200Mpa的连接器。
高Tg和高HDT聚合物材料，例如PEK本体，铍青铜插针，PEK为具有良好韧性的聚合物材料，其热膨胀系数为160×10-6m/K(170-220℃下).铍青铜热膨胀系数为17.5×10-6m/K(20-300℃下)，其热膨胀系数巨大的差异会导致电子插针的松动从而渗水。
发明内容
本发明采用高Tg和高HDT聚合物材料或聚合物合金材料(Tg≥140℃或者HDT≥180℃)，不导电纤维在X-Y方向做有序或者无序排列，纤维长度≥10mm，纤维为不导电纤维，其X-Y平面的热膨胀系数＜30×10-6m/K(140-280℃下)，电子插针采用铍青铜，表面镀金，或者镍合金或者不锈钢材质，表面镀金，本发明制备的连接器，不会由于热膨胀系数巨大的差异导致电子插针的松动和渗水。
本发明提供了一种复合材料井下连接器，包括以下重量份的原理组成：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物20-50份、不导电纤维20-70份、助剂0-20份。
上述的连接器，其中，所述聚合物为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亚胺与聚酰亚胺合金、聚醚酰亚胺与聚对苯撑苯并二噁唑纤维合金、聚醚酮醚酮酮中的至少一种。
上述的连接器，其中，所述不导电纤维为玻璃纤维、石英纤维、PBO纤维、陶瓷纤维中任一种或者多种的组合，纤维形态为毡、布、单向带、纸、晶须等，即在X-Y平面纤维做定向铺设，在Z方向几乎没有纤维取向。
上述的连接器，其中，所述助剂为流变助剂和附着力助剂。
上述的连接器，其中，所述不导电纤维的长度≥10mm。
上述的连接器，其中，该连接器在140-280℃下，其X-Y平面的平均热膨胀系数＜30×10-6m/K，其中电子插针方向为z方向，电子插针的垂直面为X-Y平面。
本发明的另一面，一种复合材料井下连接器的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物、不导电纤维和助剂搅拌均匀并压制成薄片状结构；
步骤(2)：将上述的薄片状结构层压成型；
步骤(3)：将电子插针插入到上述层压成型的结构上并再次进行压合得到所述的连接器。
上述的制备方法，其中，所述电子插针采用铍青铜，表面镀金，或者镍合金或者不锈钢材质，表面镀金。
本发明具有以下有益效果：1、本发明采用高Tg和高HDT聚合物材料或聚合物合金材料(Tg≥140℃或者HDT≥180℃)，不导电纤维在X-Y方向做有序或者无序排列，纤维长度≥10mm，纤维为不导电纤维，其X-Y平面的平均热膨胀系数＜30×10-6m/K(140-280℃下)，电子插针采用铍青铜，表面镀金，或者镍合金或者不锈钢材质，表面镀金，本发明制备的连接器，不会由于热膨胀系数巨大的差异导致电子插针的松动和渗水。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为实施例1中连接器本体在X-Y平面TMA热膨胀系数曲线。
图2为现有PEEK加30份短玻璃纤维注塑成型连接器中X-Y平面的TMA热膨胀系数曲线。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
参照图1-图2所示，一种复合材料井下连接器，包括以下重量份的原理组成：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物20-50份、不导电纤维20-70份、助剂0-20份。
在本发明一优选而非限制性的实施例中，聚合物为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亚胺与聚酰亚胺合金、聚醚酰亚胺与聚对苯撑苯并二噁唑纤维合金、聚醚酮醚酮酮中的至少一种；不导电纤维为氮化硼纤维毡、玻璃纤维毡、玻璃纤维布、石英单向带、玻璃纤维单向带、玻璃纤维纸、PBO纤维纸、氧化铝晶须中任一种或者多种的组合，也就是说不导电的纤维包括多种形态，例如：玻璃纤维布、玻璃纤维毡、玻璃纤维单向带、玻璃纤维纸等，而且并不局限于上述中列举的形态，其中不导电纤维的长度≥10mm。
在本发明一优选而非限制性的实施例中，助剂为流变助剂和附着力助剂。
在本发明一优选而非限制性的实施例中，该连接器在140-280℃下，其X-Y平面的平均热膨胀系数＜30×10-6m/K，其中电子插针方向为z方向，电子插针的垂直面为X-Y平面。
本发明还提供了一种复合材料井下连接器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物、不导电纤维和助剂搅拌均匀并压制成薄片状结构；
步骤(2)：将上述的薄片状结构层压成型；
步骤(3)：将电子插针插入到上述层压成型的结构上并再次进行压合得到所述的连接器，其中电子插针采用铍青铜，表面镀金，或者镍合金或者不锈钢材质，表面镀金。
以下提供几组具体的实施例来进一步阐述本发明。
实施案例1：
聚合物材料为PEEK(聚醚醚酮)，重量含量68份，纤维为玻璃纤维，形态为毡，纤维长度≥10mm，重量含量30份，流变助剂和附着力助剂为2份，其平均热膨胀系数为13×10-6m/K(-50-280℃下)电子插针为铍青铜，表面镀金，针数22根，层压成型。
实施案例2：
聚合物材料为PEK(聚醚酮)，重量含量30份，纤维为玻璃纤维布，重量含量65份，助剂为5份，其平均热膨胀系数为10×10-6m/K(-40-300℃下)电子插针为镍合金，表面镀金，针数22根，层压成型。
实施案例3：
聚合物材料为PEI和PI的合金(聚醚酰亚胺与聚酰亚胺合金)，重量含量30份，纤维为石英单向带，定向铺设，重量含量52份，助剂为18份，其平均热膨胀系数为12×10-6m/K(-40-260℃下)电子插针为铍青铜，表面镀金，针数6根，层压成型。
实施案例4：
聚合物材料为PEI和PBO的合金(聚醚酰亚胺与聚对苯撑苯并二噁唑纤维合金)，重量含量40份，纤维为PBO纤维纸，重量含量50份，助剂为10份，其平均热膨胀系数为28×10- 6m/K(-50-280℃下)电子插针为不锈钢，针数1根，层压成型。
实施案例5：
聚合物材料为PEKEKK(聚醚酮醚酮酮)，重量含量32份，纤维为氧化铝晶须，定向铺设，重量含量67份，流变助剂和附着力助剂为1份，其平均热膨胀系数为10×10-6m/K(-50-280℃下)电子插针为铍青铜，表面镀金，针数3根，层压成型。
参照图1所示，实施例1的热膨胀系数随着温度的变化(升高)热膨胀系数上升趋势明显小于图2中的热膨胀系数，也就是说随着温度的变化，本发明制备的井下连接器不会由于热膨胀系数巨大的差异导致电子插针的松动和渗水，例如在220度的情况下，本发明的热膨胀系数为14.95×10-6m/K，在280度的情况下，热膨胀系数为16.37×10-6m/K，而参照图2所示，现有的产品随着温度的变化热膨胀系数巨大的差异会导致电子插针的松动和渗水；本发明通过薄片状结构层压成型和选择适合的聚合物材料，以及不导电纤维类型的选择，本发明在制备工艺和材料上颠覆了现有的注塑成型和材料的选择，从而可以达到上述中所述的效果。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种复合材料井下连接器，其特征在于，包括以下重量份的原理组成：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物20-50份、不导电纤维20-70份、助剂0-20份。
2.如权利要求1所述的一种复合材料井下连接器，其特征在于，所述聚合物为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亚胺与聚酰亚胺合金、聚醚酰亚胺与聚对苯撑苯并二噁唑纤维合金、聚醚酮醚酮酮中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种复合材料井下连接器，其特征在于，所述不导电纤维为玻璃纤维、石英纤维、PBO纤维、陶瓷纤维中任一种或者多种的组合，纤维形态为毡、布、单向带、纸、晶须，并在X-Y平面纤维做定向铺设，在Z方向没有纤维取向。
4.如权利要求1所述的一种复合材料井下连接器，其特征在于，所述助剂为流变助剂和附着力助剂。
5.如权利要求4所述的一种复合材料井下连接器，其特征在于，所述不导电纤维的长度≥10mm。
6.如权利要求4所述的一种复合材料井下连接器，其特征在于，该连接器在140-280℃下，其X-Y平面的平均热膨胀系数＜30×10-6m/K，其中电子插针方向为z方向，电子插针的垂直面为X-Y平面。
7.一种复合材料井下连接器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：玻璃化温度≥140℃或热变形温度≥180℃的聚合物、不导电纤维和助剂搅拌均匀并压制成薄片状结构；
步骤(2)：将上述的薄片状结构层压成型；
步骤(3)：将电子插针插入到上述层压成型的结构上并再次进行压合得到所述的连接器。
8.如权利要求7所述的一种复合材料井下连接器的制备方法，其特征在于，所述电子插针采用铍青铜，表面镀金，或者镍合金或者不锈钢材质，表面镀金。
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