CN111732710A - 一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料及制备方法 - Google Patents

一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种石油钻井泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料及制备方法，包括：将聚合多元醇抽真空脱水；在聚合多元醇加入多异氰酸酯和环氧树脂，然后升温反应形成第一反应物；对第一反应物降温并加入磷酸进行搅拌后，真空脱气泡，降温获得预聚体，预聚体密封保持；对预聚体升温并真空脱气泡；对模具调温保温；将扩链剂熔融后倒入预聚体中搅拌，搅匀后，再加入固化剂，搅匀后倒入已预热的模具中，待固化后用恒温进行第一次熟化，出模获得预熟化材料；对预熟化材料再次进行第二次熟化，获得泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料；本发明具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、高强力、硬度高的优点，还具有耐油、耐低温、收缩率和使用寿命长的特点。

Description

一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料及制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井泥浆泵活塞材料技术领域，具体涉及一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料及制备方法。
背景技术
泥浆泵是石油开发中钻井、修井作业的重要装备，其作用是在作业时以高压向井底输送高粘、大比重、含沙量较高钻井液钻井液，冲洗井底、破碎岩石、冷却润滑钻头，并将岩屑携带返回地面。泥浆泵活塞是泥浆泵在钻井过程中最重要部件之一，其工作环境十分恶劣。在钻井过程中，泥浆泵活塞损坏而频繁更换，大大降低了钻井工作效率，影响生产进度，并且在更换泥浆泵活塞的费用上也浪费巨大。
聚氨酯(PU)弹性体是由分子链段由软、硬链段交替组成，具有卓越的耐磨、柔性好、耐紫外线、耐低温等优点，常作为泥浆泵活塞的材料使用。但由于自身结构的限制，聚氨酯弹性体也有许多不足之处，其分子链内刚性基团少，耐热性及力学性能差，不能在高温高频条件下长期使用，使用温度不能超过120℃，应用受限。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，包括步骤：
S1，将聚合多元醇抽真空脱水；
S2，在所述聚合多元醇加入多异氰酸酯和环氧树脂，然后升温反应形成第一反应物；
S3，对所述第一反应物降温并加入磷酸进行搅拌后，真空脱气泡，降温获得预聚体，所述预聚体密封保持；
S4，对所述预聚体升温并真空脱气泡；
S5，对模具调温保温；
S6，步骤S4、步骤S5完成后，将扩链剂熔融后倒入所述预聚体中搅拌，搅匀后，再加入固化剂，搅匀后倒入已预热的所述模具中，待固化后用恒温进行第一次熟化，出模获得预熟化材料；
S7，对所述预熟化材料再次进行第二次熟化，获得泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料。
较佳的，所述泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料在制备过程中按质量份数包括以下原料：80～110份的所述聚合物多元醇、20～40份的所述多异氰酸酯、8～12份的所述扩链剂、8～12份的所述环氧树脂、0.1～0.3份的所述磷酸、0.1～0.5份的所述固化剂。
较佳的，步骤S1中，将所述聚合多元醇温度升至120℃～130℃，并在保温状态下抽真空脱水3h～4h；步骤S2中，在所述聚合多元醇中加入所述多异氰酸酯和所述环氧树脂，升温至80℃～90℃反应2h～4h；步骤S3中，对所述第一反应物降温度至55℃～65℃，并加实施磷酸搅拌20min～30min，真空脱气泡1h～1.5h，所述预聚体密封保持24h；步骤S4中，把所述预聚体升温至80℃～90℃，真空脱气泡1h～1.5h；步骤S5中，把所述模具调温到115℃～125℃，保持0.5h～1h；步骤S6中，第一次熟化条件为：115℃～125℃熟化4h～6h；步骤S7中，第二次熟化条件为：80℃～90℃熟化8h～12h。
较佳的，所述聚合物多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或者一种以上的混合物。
较佳的，所述多异氰酸酯为芳香族多异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯中的一种或者一种以上的混合物。
较佳的，所述扩链剂为4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，5-二甲硫基甲苯二胺和2，4-甲苯二胺中的一种或者一种以上的混合物。
较佳的，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛改性环氧树脂中的一种或者一种以上的混合物。
较佳的，所述磷酸为浓度85％的工业磷酸。
较佳的，所述固化剂为2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基咪唑、2，4二甲基咪唑和4甲基咪唑中的一种或者一种以上的混合物。
较佳的，一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料，通过所述泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法制得。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、高强力、硬度高的优点，还具有耐油、耐低温、收缩率和使用寿命长的特点；本发明以环氧改性聚氨酯材料作为泥浆泵活塞用材料，解决泥浆泵活塞易损问题，以提高其工作时效。
附图说明
图1为所述泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1所示，图1为所述泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法的流程图。本发明所述泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：
S1，取一定量的聚合多元醇置于釜内，温度升至120℃～130℃，在此温度下抽真空脱水3h～4h；
S2，慢慢加多异氰酸酯和环氧树脂，然后升温至80℃～90℃反应2h～4h；
S3，降温度至55℃～65℃，加磷酸，搅拌20min～30min，真空脱气泡1h～1.5h，降温既得预聚体，预聚体密封保持24h，方可浇注使用；
S4，把预聚体升温至80℃～90℃，真空脱气泡1h～1.5h；
S5，把模具放入烘干箱调温到115℃～125℃，保持0.5h～1h；
S6，待步骤S4、步骤S5完成后取一定量的扩链剂在电炉上熔融后倒入计算好的预聚体中，迅速搅拌，搅匀后，再加入固化剂，快速搅匀后倒入已预热的模具中，待几分钟固化后，放入烤箱中，用恒温115℃～125℃熟化4h～6h，即可出模，此为一次熟化；
S7，再次放入烘箱，80℃～90℃再熟化8h～12h，即为环氧改性聚氨酯材料。
所述聚合物多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇中的至少一种，按质量份数加入量为80～110份。
所述多异氰酸酯为芳香族多异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯中的至少一种，按质量份数加入量为20～40份。
所述扩链剂有4，4’-二氨基二苯基甲烷(MDA)、3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)，3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、2，4-甲苯二胺(TDA)的至少一种，按质量份数加入量为8～12份。
所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛改性环氧树脂一种或多种，按质量份数加入量为8～12份。
所述磷酸为浓度85％的工业磷酸，按质量份数加入量为0.1～0.3份。
所述固化剂为2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基咪唑、2，4-二甲基咪唑或4-甲基咪唑一种或多种，按质量份数加入量为0.1～0.5份。
为了克服现有泥浆泵活塞耐磨性能差而致使其使用寿命短的不足，本发明提供一种耐高温、耐腐蚀、耐磨、高强力、硬度高石油钻井泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料，根本上解决泥浆泵活塞易损问题，以提高其工作时效，降低成本。
以下通过具体的实施例进行说明：
实施例一
S1，取95份聚四氢呋喃二醇置于釜内，温度升至120℃，在此温度下抽真空脱水3h；
S2，慢慢加35份4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和10份环氧树脂E-44，然后升温至90℃反应3h；
S3，降温度至60℃，加0.01份磷酸，搅拌20分钟，真空脱气泡1h，降温获得预聚体；所述预聚体密封保持24h后，可浇注使用；
S4，把所述预聚体升温至80℃～90℃，真空脱气泡1h；
S5，把模具放入烘干箱调温到115℃～125℃，保持0.5h；
S6，待步骤S4、步骤S5完成后取一定量的12份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)在电炉上熔融后倒入计算好的所述预聚体中，迅速搅拌，搅匀后，再加入0.2份2-甲基咪唑，快速搅匀后倒入已预热的模具中，待几分钟固化后，放入烤箱中，用恒温120℃熟化4h，即可出模，此为一次熟化；
S7，再次放入烘箱，90℃再熟化12h，即为环氧改性聚氨酯材料。
本实施例中所得的环氧改性聚氨酯材料：硬度(邵氏)94A；断裂伸长率：530％；拉升强度：44MPa；回弹率：48％；抗冲击强度：35MPa；阿克隆磨耗：0.18；耐腐蚀：10％的硫酸40℃，保存12月不破坏；耐高温：130℃，保存6月不破坏。
实施例二
S1，取100份聚己内酯二醇置于釜内，温度升至120℃，在此温度下抽真空脱水4h；
S2，慢慢加28份甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)和份10份环氧树脂E-51，然后升温至90℃反应3h；
S3，降温度至60℃，加0.01份磷酸，搅拌30分钟，真空脱气泡1h，降温既得预聚体；预聚体密封保持24h，方可浇注使用；
S4，把预聚体升温至80℃～90℃，真空脱气泡ih；
S5，把模具放入烘干箱调温到115℃～125℃，保持0.5h；
S6，待步骤S4、步骤S5完成后取一定量的10份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)在电炉上熔融后倒入计算好的预聚体中，迅速搅拌，搅匀后，再加入0.25份2-乙基-4-甲基咪唑，快速搅匀后倒入已预热的模具中，待几分钟固化后，放入烤箱中，用恒温120℃熟化5h，即可出模，此为一次熟化；
S7，再次放入烘箱，升温90℃，再熟化12h即为环氧改性聚氨酯材料。
本实施例中所得的环氧改性聚氨酯材料：硬度(邵氏)94A；断裂伸长率：520％；拉升强度：42MPa；回弹率：46％；抗冲击强度：33MPa；阿克隆磨耗：0.16；耐腐蚀：10％的硫酸40℃，保存12月不破坏；耐高温：130℃，保存6月不破坏。
实施例三
S1，取100份聚己内酯二醇置于釜内，温度升至120℃，在此温度下抽真空脱水3h；
S2，慢慢加35份1，5萘二异氰酸酯和10份环氧树脂E-44，然后升温至90℃反应2h；
S3，降温度至60℃，加0.01份磷酸，搅拌20分钟；真空脱气泡1h，降温既得预聚体；预聚体密封保持24h，方可浇注使用；
S4，把预聚体升温至80℃～90℃，真空脱气泡1h～1.5h；
S5，把模具放入烘干箱调温到115℃～125℃，保持0.5h～1h；
S6，待步骤S4、步骤S5完成后取一定量的12份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)在电炉上熔融后倒入计算好的预聚体中，迅速搅拌，搅匀后，再加入0.2份2-乙基-4-甲基咪唑，快速搅匀后倒入已预热的模具中，待几分钟固化后，放入烤箱中，用恒温120℃熟化6h，即可出模，此为一次熟化；
S7，再次放入烘箱，90℃再熟化12h，即为环氧改性聚氨酯材料。
本实施例中所得环氧改性聚氨酯材料：硬度(邵氏)95A；断裂伸长率：540％；拉升强度：43MPa；回弹率：50％；抗冲击强度：36MPa；阿克隆磨耗：0.15；耐腐蚀：10％的硫酸40℃，保存12月不破坏；耐高温：130℃，保存6月不破坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1，将聚合多元醇抽真空脱水；
S2，在所述聚合多元醇加入多异氰酸酯和环氧树脂，然后升温反应形成第一反应物；
S3，对所述第一反应物降温并加入磷酸进行搅拌后，真空脱气泡，降温获得预聚体，所述预聚体密封保持；
S4，对所述预聚体升温并真空脱气泡；
S5，对模具调温保温；
S6，步骤S4、步骤S5完成后，将扩链剂熔融后倒入所述预聚体中搅拌，搅匀后，再加入固化剂，搅匀后倒入已预热的所述模具中，待固化后用恒温进行第一次熟化，出模获得预熟化材料；
S7，对所述预熟化材料再次进行第二次熟化，获得泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料。
2.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料在制备过程中按质量份数包括以下原料：80～110份的所述聚合物多元醇、20～40份的所述多异氰酸酯、8～12份的所述扩链剂、8～12份的所述环氧树脂、0.1～0.3份的所述磷酸、0.1～0.5份的所述固化剂。
3.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将所述聚合多元醇温度升至120℃～130℃，并在保温状态下抽真空脱水3h～4h；步骤S2中，在所述聚合多元醇中加入所述多异氰酸酯和所述环氧树脂，升温至80℃～90℃反应2h～4h；步骤S3中，对所述第一反应物降温度至55℃～65℃，并加实施磷酸搅拌20min～30min，真空脱气泡1h～1.5h，所述预聚体密封保持24h；步骤S4中，把所述预聚体升温至80℃～90℃，真空脱气泡1h～1.5h；步骤S5中，把所述模具调温到115℃～125℃，保持0.5h～1h；步骤S6中，第一次熟化条件为：115℃～125℃熟化4h～6h；步骤S7中，第二次熟化条件为：80℃～90℃熟化8h～12h。
4.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或者一种以上的混合物。
5.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述多异氰酸酯为芳香族多异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯中的一种或者一种以上的混合物。
6.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂为4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，5-二甲硫基甲苯二胺和2，4-甲苯二胺中的一种或者一种以上的混合物。
7.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛改性环氧树脂中的一种或者一种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸为浓度85％的工业磷酸。
9.如权利要求1所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述固化剂为2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基咪唑、2，4-二甲基咪唑和4甲基咪唑中的一种或者一种以上的混合物。
10.一种泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料，其特征在于，通过如权利要求1-9中任一项所述的泥浆泵活塞用环氧改性聚氨酯材料的制备方法制得。
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