CN115160665B - 一种耐油耐磨石油平台用电缆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐油耐磨石油平台用电缆料及其制备方法。本发明研制的产品中，包括基础橡胶，和分散于所述基础橡胶中的改性层状硅酸盐填料；所述改性层状硅酸盐填料的用量为所述基础橡胶质量的10‑15％；所述改性层状硅酸盐包括层状硅酸盐以及通过偶联剂吸附固定于层状硅酸盐表面的纳米无机颗粒；并且，所述偶联剂仅包覆于所述纳米无机颗粒表面；所述层状硅酸盐的D50为10‑30μm；所述纳米无机颗粒的D50为20‑30nm；所述纳米无机颗粒的用量为所述层状硅酸盐质量的8‑12％；所述层状硅酸盐的粒径分布范围为3‑50μm，并且，所述纳米无机颗粒的粒径分布范围为10‑50nm。本发明所得产品应用于石油平台，具有良好的耐磨和耐油性能。

Description

一种耐油耐磨石油平台用电缆料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域。更具体地，涉及一种耐油耐磨石油平台用电缆料及其制备方法。

背景技术

在航空航天工业、汽车工业、机械制造、石油开采、炼油及其他工业生产中，需要大量的在燃油、润滑油、液压油等油类中使用的橡胶制品，因而对耐油橡胶的研究具有很重要的意义。

橡胶制品在使用过程如果和油类介质长期接触，油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其他力学性能降低。油类能使橡胶发生溶胀，是因为油类渗入橡胶后，产生了分子相互扩散，使硫化胶的网状结构发生变化。橡胶的耐油性，取决于橡胶和油类的极性，橡胶分子中含有极性基团，如氰基、酯基、羟基、氯原子等，会使橡胶表现出极性。极性大的橡胶和非极性的石油系油类接触时，两者的极性相差较大，此时橡胶不易溶胀。如丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、氟硅胶等对非极性的油类有良好的耐油性。

然而，对于石油平台用电缆料而言，其使用的橡胶材料必须耐受不同种类的油类对其造成的溶胀影响，例如：原油、变压器油、汽油、煤油、润滑机油等；另外，由于频繁的操作需求，在实际使用过程中，会在石油开采平台进行频繁的拖拽，该过程中，电缆料面临频繁的与地面摩擦的过程；因此，对于石油平台用电缆料而言，如何开发一种可以耐油耐磨的橡胶类电缆料，来应对复杂的使用工况，保障产品较长的使用寿命，是本领域技术人员面临的技术难题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有橡胶电缆料用于石油平台时，难以克服复杂的工况环境，耐磨和耐油性能无法满足长期使用需求的缺陷和不足，提供一种耐油耐磨石油平台用电缆料及其制备方法。

本发明的目的是提供一种耐油耐磨石油平台用电缆料。

本发明另一目的是提供一种耐油耐磨石油平台用电缆料的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种耐油耐磨石油平台用电缆料，包括基础橡胶，和分散于所述基础橡胶中的改性层状硅酸盐填料；

所述改性层状硅酸盐填料的用量为所述基础橡胶质量的10-15％；

所述改性层状硅酸盐包括层状硅酸盐以及通过偶联剂吸附固定于层状硅酸盐表面的纳米无机颗粒；并且，所述偶联剂仅包覆于所述纳米无机颗粒表面；

所述层状硅酸盐的D50为10-30μm；

所述纳米无机颗粒的D50为20-30nm。

上述技术方案通过在基础橡胶中添加改性的层状硅酸盐，首先，层状硅酸盐为片层状结构的无机颗粒，选用微米级别的层状硅酸盐为填料基体，并且，在填料基体表面吸附固定有纳米级别的无机颗粒，如此，可以使得层状硅酸盐的片层表面变得粗糙，再加上利用偶联剂仅对纳米无机颗粒表面进行包覆，如此，纳米无机颗粒和基础橡胶之间，以及层状硅酸盐未吸附固定有纳米无机颗粒的区域和基础橡胶之间，存在相容性差异，将上述特性的改性层状硅酸盐添加至橡胶基体中，可以使得基体橡胶在制备过程中，和纳米无机颗粒的凸出处良好结合，而相邻颗粒之间的凹坑，即为未吸附纳米无机颗粒的部分，则由于相容性差异而形成空隙，空隙的尺寸随纳米无机颗粒大小来进行控制，其尺寸也在纳米级，通过在基体内部形成滞留的纳米级别的空隙，使得产品在石油平台复杂工况下使用时，空隙优良的缓冲效果可以提高其耐磨性能，并且由于该纳米空隙的存在，原油等材料难以对整体材料形成有效的溶胀破坏，一定程度上也提升了产品的耐油性能。

进一步的，所述纳米无机颗粒的用量为所述层状硅酸盐质量的8-12％。

进一步的，所述纳米无机颗粒选自纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化镁中的任意一种。

进一步的，所述层状硅酸盐的粒径分布范围为3-50μm，并且，所述纳米无机颗粒的粒径分布范围为10-50nm。

选用粒径分布范围相对较窄的层状硅酸盐和纳米无机颗粒，如此，可以在橡胶基体中，形成相对稳定的填料分布，并且在填料未吸附纳米无机颗粒处形成稳定均匀的空隙。

进一步的，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种。

进一步的，所述基础橡胶选自丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶中的任意一种。

进一步的，所述层状硅酸盐选自蒙脱石、累托石、海泡石、凹凸棒土、高岭土、蛇纹石中的任意一种。

一种耐油耐磨石油平台用电缆料的制备方法，具体制备步骤包括：

S1：在纳米无机颗粒表面包覆偶联剂；

S2：将包覆有偶联剂的纳米无机颗粒和层状硅酸盐超声分散于无水乙醇中，再经抽滤，干燥，得改性层状硅酸盐；

S3：将改性层状硅酸盐作为填料添加至基础橡胶中，并加入硫化剂，硫化成型。

进一步的，所述在纳米无机颗粒表面包覆偶联剂包括：

将纳米无机颗粒分散于乙醇溶液中，并加入偶联剂，随后滴加氨水调节pH，搅拌水解反应后，过滤，干燥。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

准备粒径分布范围为10-50nm，D50为20nm的纳米无机颗粒；以及粒径分布范围为3-50μm，D50为10μm的层状硅酸盐；

其中，所述纳米无机颗粒选自纳米氧化铝；所述层状硅酸盐选自蒙脱石；

按重量份数计，依次取20份纳米无机颗粒，120份质量分数为50％的乙醇溶液，3份偶联剂，先将纳米无机颗粒和偶联剂加入乙醇溶液中，于超声频率为60kHz，温度为45℃条件下，滴加氨水，调节pH至8.4，待pH调节结束，继续超声保温反应3h后，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为90℃条件下，干燥至恒重，出料，得预处理纳米无机颗粒；

其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH-550；

将层状硅酸盐，层状硅酸盐质量8％的预处理纳米无机颗粒，以及层状硅酸盐质量10倍的无水乙醇混合后，于超声频率为80kHz，温度为50℃条件下，保温超声分散30min后，抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼2次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为100℃条件下干燥至恒重，得改性层状硅酸盐；

采用开炼机对基体橡胶进行塑炼，调节开炼机辊距至1mm，随后将塑化完成的基体橡胶薄通3遍，再将开炼机辊距调节至1.8mm，待其包辊后，将基体橡胶质量1％的防老剂、基体橡胶质量1.2％的氧化锌、基体橡胶质量1％的硬脂酸依次加入，随后再加入基体橡胶质量10％的改性层状硅酸盐，基体橡胶质量1.5％的增塑剂，以及基体橡胶质量4％的硫化剂DCP，经打三角包和薄通混炼均匀后，出片，得混炼胶，再将混料胶于温度为170℃，压力为18MPa条件下，硫化处理10min，即得电缆料；

其中，所述基础橡胶选自丁腈橡胶。

实施例2

准备粒径分布范围为10-50nm，D50为25nm的纳米无机颗粒；以及粒径分布范围为3-50μm，D50为15μm的层状硅酸盐；

其中，所述纳米无机颗粒选自纳米二氧化硅；所述层状硅酸盐选自累托石；

按重量份数计，依次取25份纳米无机颗粒，130份质量分数为60％的乙醇溶液，5份偶联剂，先将纳米无机颗粒和偶联剂加入乙醇溶液中，于超声频率为70kHz，温度为48℃条件下，滴加氨水，调节pH至8.6，待pH调节结束，继续超声保温反应4h后，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为95℃条件下，干燥至恒重，出料，得预处理纳米无机颗粒；

其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH-560；

将层状硅酸盐，层状硅酸盐质量10％的预处理纳米无机颗粒，以及层状硅酸盐质量11倍的无水乙醇混合后，于超声频率为90kHz，温度为55℃条件下，保温超声分散50min后，抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得改性层状硅酸盐；

采用开炼机对基体橡胶进行塑炼，调节开炼机辊距至1mm，随后将塑化完成的基体橡胶薄通4遍，再将开炼机辊距调节至1.8mm，待其包辊后，将基体橡胶质量2％的防老剂、基体橡胶质量2.1％的氧化锌、基体橡胶质量1.8％的硬脂酸依次加入，随后再加入基体橡胶质量12％的改性层状硅酸盐，基体橡胶质量2％的增塑剂，以及基体橡胶质量5％的硫化剂DCP，经打三角包和薄通混炼均匀后，出片，得混炼胶，再将混料胶于温度为170℃，压力为19MPa条件下，硫化处理15min，即得电缆料；

其中，所述基础橡胶选自氢化丁腈橡胶。

实施例3

准备粒径分布范围为10-50nm，D50为30nm的纳米无机颗粒；以及粒径分布范围为3-50μm，D50为30μm的层状硅酸盐；

其中，所述纳米无机颗粒选自纳米二氧化钛；所述层状硅酸盐选自海泡石；

按重量份数计，依次取30份纳米无机颗粒，150份质量分数为80％的乙醇溶液，8份偶联剂，先将纳米无机颗粒和偶联剂加入乙醇溶液中，于超声频率为80kHz，温度为50℃条件下，滴加氨水，调节pH至8.8，待pH调节结束，继续超声保温反应5h后，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为100℃条件下，干燥至恒重，出料，得预处理纳米无机颗粒；

其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH-570；

将层状硅酸盐，层状硅酸盐质量12％的预处理纳米无机颗粒，以及层状硅酸盐质量12倍的无水乙醇混合后，于超声频率为100kHz，温度为60℃条件下，保温超声分散60min后，抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为120℃条件下干燥至恒重，得改性层状硅酸盐；

采用开炼机对基体橡胶进行塑炼，调节开炼机辊距至1mm，随后将塑化完成的基体橡胶薄通5遍，再将开炼机辊距调节至1.8mm，待其包辊后，将基体橡胶质量3％的防老剂、基体橡胶质量2.8％的氧化锌、基体橡胶质量3％的硬脂酸依次加入，随后再加入基体橡胶质量15％的改性层状硅酸盐，基体橡胶质量3％的增塑剂，以及基体橡胶质量6％的硫化剂DCP，经打三角包和薄通混炼均匀后，出片，得混炼胶，再将混料胶于温度为170℃，压力为20MPa条件下，硫化处理20min，即得电缆料；

其中，所述基础橡胶选自丁腈橡胶。

实施例4

本实施例和实施例1相比，区别在于：所述层状硅酸盐的粒径分布范围为1-90μm，并且，所述纳米无机颗粒的粒径分布范围为1-100nm。

实施例5

本实施例和实施例1相比，区别在于：所述纳米无机颗粒的用量为所述层状硅酸盐质量的5％，其余条件保持不变。

对比例1

本对比例和实施例1相比，区别在于：未添加硅烷偶联剂，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例和实施例1相比，区别在于：未添加纳米无机颗粒，其余条件保持不变。

对实施例1-5及对比例1-2所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

按照GB/T 528-2009对不同实施例和对比例所得电缆料进行拉伸性能测试，拉伸速度为250mm/min，得到拉伸强度1；再将不同实施例和对比例的同等大小的电缆料放于白油中，持续浸泡72h后，清洗，干燥，并再次按照上述国家标准低拉伸性能进行测试，得到拉伸强度2；

将上述各实施例和对比例所得电缆料材料压成3mm薄片，称取质量，精确到0.0001g，将薄片固定在耐磨测试仪上进行600次数的刮磨，取下片材称重，刮磨前后薄片的质量差(即磨损量)；

具体测试结果如表1所示：

表1：产品性能测试结果

	拉伸强度1/MPa	拉伸强度2/MPa	磨损量/g
				实施例1	12.8	12.7	1.02
实施例2	12.7	12.5	1.01
				实施例3	12.9	12.7	0.99
实施例4	12.2	11.8	1.15
				实施例5	12.5	12.0	1.13
对比例1	12.3	11.4	1.18
				对比例2	11.2	9.9	1.32

由表1测试结果可知，本发明所得产品具有优异的耐油和耐磨性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，包括基础橡胶，和分散于所述基础橡胶中的改性层状硅酸盐填料；

所述改性层状硅酸盐填料的用量为所述基础橡胶质量的10-15％；

所述改性层状硅酸盐包括层状硅酸盐以及通过偶联剂吸附固定于层状硅酸盐表面的纳米无机颗粒；并且，所述偶联剂仅包覆于所述纳米无机颗粒表面；

所述层状硅酸盐的D50为10-30μm；

所述纳米无机颗粒的D50为20-30nm。

2.根据权利要求1所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，所述纳米无机颗粒的用量为所述层状硅酸盐质量的8-12％。

3.根据权利要求1所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，所述纳米无机颗粒选自纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化镁中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，所述层状硅酸盐的粒径分布范围为3-50μm，并且，所述纳米无机颗粒的粒径分布范围为10-50nm。

5.根据权利要求1所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，所述基础橡胶选自丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料，其特征在于，所述层状硅酸盐选自蒙脱石、累托石、海泡石、凹凸棒土、高岭土、蛇纹石中的任意一种。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐油耐磨石油平台用电缆料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：

S1：在纳米无机颗粒表面包覆偶联剂；

S2：将包覆有偶联剂的纳米无机颗粒和层状硅酸盐超声分散于无水乙醇中，再经抽滤，干燥，得改性层状硅酸盐；

S3：将改性层状硅酸盐作为填料添加至基础橡胶中，并加入硫化剂，硫化成型。

9.根据权利要求8所述的一种耐油耐磨石油平台用电缆料的制备方法，其特征在于，所述在纳米无机颗粒表面包覆偶联剂包括：

将纳米无机颗粒分散于乙醇溶液中，并加入偶联剂，随后滴加氨水调节pH，搅拌水解反应后，过滤，干燥。