CN113788996A - 一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料 - Google Patents
一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及橡胶技术领域，尤其为一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，按比例将混炼胶称出，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在30‑50℃进行塑炼，塑炼时间在20‑25min，粘度达到10‑12时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在20‑50℃之间，开始混炼，待胶片包辊后，按比例投入耐超高温高耐磨炭黑、交联剂、古马隆树脂、防老剂、氧化锌、硬脂酸、减摩剂、促进剂、硫磺，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上耐磨纤维，然后在160吨硫化机上加热到150‑160℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20‑25分钟，制成产品盘根。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，具体为一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料。
背景技术
油田不断发展，采油工艺水平不断提高，相应对橡胶的要求也越来越高，不同井口温度差异也比较大。鉴于此，我们提出一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，包括如下重量组分的原料：
作为本发明的优选，所述混炼胶为丁腈混炼胶、氢化丁腈混炼胶、四丙氟混炼胶的任意一种或几种的混合。
作为本发明的优选，所述耐磨纤维为凯夫拉纤维或特制布。
作为本发明的优选，所述特制布的制备方法如下：准备麻布纤维，至于二甲基硅油与乙醇的混合溶液中，保持温度在28-30℃，浸泡5-8min后取出，在表面涂刷一层聚四氟乙烯。
作为本发明的优选，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺、N-苯基-β-萘胺和对苯二胺中的任意一种。
作为本发明的优选，所述减摩剂为焦炭、二硫化钼和石墨中的任意一种。
作为本发明的优选，所述促进剂为2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化四甲基秋兰姆中的任意一种。
作为本发明的优选，所述交联剂为DCP交联剂。
作为本发明的优选，所述耐超高温高耐磨炭黑的制备方法如下：将压缩至165-190Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900-1927℃，将预热后温度为180-260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行6-20毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
作为本发明的优选，制备方法包括如下步骤：
步骤1：按比例将混炼胶称出，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在30-50℃进行塑炼，塑炼时间在20-25min，粘度达到10-12时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；
步骤2：将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在20-50℃之间，开始混炼，待胶片包辊后，按比例投入耐超高温高耐磨炭黑、交联剂、古马隆树脂、防老剂、氧化锌、硬脂酸、减摩剂、促进剂、硫磺，制成混炼胶半成品；
步骤3：将步骤2制备的混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上耐磨纤维，然后在160吨硫化机上加热到150-160℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20-25分钟，制成产品盘根。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用耐超高温高耐磨炭黑作为橡胶盘根材料的炭黑替代物，其中以天然气为燃料，蒽油为原料油，采用的原料油结构合理，炭黑产品质量较好，所产炭黑产品粒径极小且分布较窄，结构比较高，使其硫化胶具有超强的耐磨性能和耐高温性能，同时在其外部有耐磨纤维，进一步提高了其耐磨性能，并且在减摩剂和交联剂的协同作用下，由于石墨和二硫化钼等减摩剂在20-50℃的低温作用下有类似的层状结构，其与超高温高耐磨炭黑的表面结构形成较强地交互作用，并且在DCP交联剂的硫化作用下能够引发超高温高耐磨炭黑与古马隆树脂之间的聚合反应，能够使其很好地在熔融状态下与混炼胶融合。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，
本发明实施例所用：
氢化丁腈混炼胶购自常州海霸橡胶有限公司。
凯夫拉纤维购自广东特维隆新材料应用有限公司。
DCP交联剂购自济南鸿程化工有限公司。
古马隆树脂购自山东云顶化工有限公司。
防老剂购自石家庄台胜化工有限公司。
减摩剂购自青岛东凯石墨有限公司。
促进剂购自山东创鉴助剂有限公司。
实施例1
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑20份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例2
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑21份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例3
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑22份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例4
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑23份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例5
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑24份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例6
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑25份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例7
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑18份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
实施例8
称取100份氢化丁腈混炼胶，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在50℃进行塑炼，塑炼时间在20min，粘度达到10时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在50℃，开始混炼，待胶片包辊后，投入耐超高温高耐磨炭黑28份、DCP交联剂5份、古马隆树脂8份、N-苯基-α-苯胺1份、氧化锌4份、硬脂酸3份、石墨1份、二硫化二苯并噻唑1份、硫磺3份，制成混炼胶半成品；将混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上凯夫拉纤维18份，然后在160吨硫化机上加热到150℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20分钟，制成产品盘根。
其中，耐超高温高耐磨炭黑的制备方法为：将压缩至180Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900℃，将预热后温度为260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
通过大量探究性试验。参照GB1689—1998的方法对实施例1-8的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料磨耗体积进行测试并对其耐高温性能进行测试。本实验采用控制变量法，实施例1-8中，在其他条件不变的情况下，仅改变掺入的耐超高温高耐磨炭黑重量份数，实验结果为5次取平均值。
测试结果如下表：
表1耐超高温高耐磨炭黑掺入的重量份数对磨耗体积和耐高温性能的影响
从上表中数据可以看出，当耐超高温高耐磨炭黑重量份数小于20份时掺入，磨耗体积明显增大，而耐超高温高耐磨炭黑重量份数大于25份后，耐受温度明显降低，可见耐超高温高耐磨炭黑的最佳掺入量在20-25份。
对比例1
在实施例1其他条件不变的情况下，仅将耐超高温高耐磨炭黑替换为普通炭黑。
对比例2
在实施例1其他条件不变的情况下，仅去除其中的减摩剂石墨。
对比例3
在实施例1其他条件不变的情况下，仅去除其中的DCP交联剂。
再次按照表1的实验方法对实施例1、对比例1-3进行实验，结果如下表：表2耐超高温高耐磨炭黑与减摩剂、交联剂的协同作用对磨耗体积和耐高温性能的影响
从表4数据可以看出，当耐超高温高耐磨炭黑为普通炭黑时，磨耗体积明显增大，耐受温度也明显降低，当去除了减摩剂或者交联剂之后，磨耗体积明显增大，耐受温度也明显降低，证明了耐超高温高耐磨炭黑与减摩剂以及交联剂协同效果的优异性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：包括如下重量组分的原料：
2.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述混炼胶为丁腈混炼胶、氢化丁腈混炼胶、四丙氟混炼胶的任意一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述耐磨纤维为凯夫拉纤维或特制布。
4.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述特制布的制备方法如下：准备麻布纤维，置于甲基硅油与乙醇的混合溶液中，保持温度在28-30℃，浸泡5-8min后取出，在表面涂刷一层聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述防老剂为N-苯基-α-苯胺、N-苯基-β-萘胺和对苯二胺中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述减摩剂为焦炭、二硫化钼和石墨中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述促进剂为2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化四甲基秋兰姆中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述交联剂为DCP交联剂。
9.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：所述耐超高温高耐磨炭黑的制备方法如下：将压缩至165-190Kpa的空气经空气预热器预热到700-900℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室，将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900-1927℃，将预热后温度为180-260℃的蒽油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行6-20毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气，炭黑烟气经降温造粒后得到耐超高温高耐磨炭黑。
10.根据权利要求1所述的油田采油用高耐磨耐高温耐油耐高压橡胶密封材料，其特征在于：制备方法包括如下步骤：
步骤1：按比例将混炼胶称出，投入炼胶机中，炼胶机辊温控制在30-50℃进行塑炼，塑炼时间在20-25min，粘度达到10-12时，混炼均匀，薄通三遍下片，停放12小时待用；
步骤2：将停放好的上述胶片再次投入炼胶机中，辊温在20-50℃之间，开始混炼，待胶片包辊后，按比例投入耐超高温高耐磨炭黑、交联剂、古马隆树脂、防老剂、氧化锌、硬脂酸、减摩剂、促进剂、硫磺，制成混炼胶半成品；
步骤3：将步骤2制备的混炼胶半成品出片、称重，放到模具中，在表面铺上耐磨纤维，然后在160吨硫化机上加热到150-160℃，加压4kg/cm2进行硫化，硫化时间确定20-25分钟，制成产品盘根。
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