CN105086038A - 一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料及其制备方法，复合材料的原料按重量份包括以下组分：氢化丁腈橡胶100份、快压出炭黑35-45份、沉淀法白炭黑40-50份、芳纶纤维15-25份、硅烷偶联剂3-7份、纳米氮化硅2-4份、软化增塑剂6-10份、防老剂1-3份、硫化体系13-17份。本发明提出的用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法过程简单，易于操作，得到的用于油田封隔器橡胶组件的复合材料具有优异的高温强度和高温油强度，且尺寸稳定性好，用其制作的封隔器橡胶组件综合性能好，密封效果好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及油田封隔器橡胶组件技术领域，尤其涉及一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料及其制备方法。
背景技术
随着钻探向深井、超深井发展，井下密封件必须适应更苛刻复杂的工况环境。油田用封隔器橡胶组件处于高压、高温和油介质的环境中，同时还受到硫化氢、蒸汽、酸的腐蚀。在这样的工作环境下，用于封隔器的橡胶材料容易发生油溶胀、老化、过度交联等结构的变化，导致材料硬度上升，强度和弹性下降，抗裂口增长能力明显降低，致使封隔器橡胶组件很容易产生早期破坏，导致材料的失效。有效的抵抗方法是提高弹性体复合材料的高温强度和高温油强度。
传统的封隔器橡胶组件采用单纯的氢化丁腈橡胶材料制作，氢化丁腈橡胶的耐热极限温度为150℃，进一步升温则由于氢化丁腈橡胶的高温降解而导致橡胶件的力学性能急剧下降。高温时弹性体主体材料拉伸结晶行为大大减弱，使弹性体材料性能下降，致使封隔器橡胶组件很容易产生早期破坏，导致失效。同时，在重复使用情况下，弹性体复合材料将重复受压，当压力骤减时，弹性体复合材料溶胀或溶解的部分气体会迅速膨胀，导致弹性体复合材料破裂。而目前深井温度经常达到150℃以上，因此，单纯的氢化丁腈橡胶材料已不能适应目前深井开采的需要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料及其制备方法。所述制备方法过程简单，易于操作，得到的用于油田封隔器橡胶组件的复合材料具有优异的高温强度和高温油强度，且尺寸稳定性好，用其制作的封隔器橡胶组件综合性能好，密封效果好，使用寿命长。
本发明提出的一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其原料按重量份包括以下组分：
优选地，其原料中，氢化丁腈橡胶、快压出炭黑、沉淀法白炭黑、芳纶纤维、纳米氮化硅的重量比为100:37-42:43-47:18-23:3-3.5。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：
优选地，其原料按重量份包括以下组分：
优选地，所述氢化丁腈橡胶为THERBAN4369。
优选地，所述芳纶纤维为芳纶1414。
优选地，所述芳纶1414的长度为1-2mm。
优选地，所述硅烷偶联剂为双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-四硫化物。
优选地，所述防老剂为取代二苯胺类防老剂。
本发明提出的一种所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为150-210Kgf/cm2,一次硫化的温度为150-160℃，一次硫化的时间为45min-60min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
氢化丁腈橡胶具有优异的耐油性能、耐热性能、耐腐蚀性能和高的机械强度，但是在高温条件下，这些性能会大打折扣，最好只能做到常态下的三分之一。本发明中，不仅采用了优异综合性能的氢化丁腈橡胶为基体材料，同时并用了耐更高温度的芳纶纤维，并结合使用沉淀法白炭黑、硅烷偶联剂的辅助使用，大大提高了芳纶纤维在基体材料中的粘合强度，改善了复合材料的耐高温强度和高温油强度；配合传导热快的纳米氮化硅，减小了动态生热的影响，提高了复合材料的尺寸稳定性。
对本发明所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料进行性能检测，检测结果如下所示：硬度89-95(邵尔A)；拉伸强度(室温)28-36Mpa；拉伸强度(160℃)15-19.8Mpa；撕裂强度(室温)62-78KN/m；撕裂强度(160℃)19-28KN/m；由以上数据可知，本发明所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料综合性能好。大大改善了封隔器的密封性能。
附图说明
图1为本发明实施例5所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其原料按重量份包括以下组分：
本发明提出的所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为150Kgf/cm2,一次硫化的温度为160℃，一次硫化的时间为45min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
实施例2
本发明提出的一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其原料按重量份包括以下组分：
本发明提出的所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为210Kgf/cm2,一次硫化的温度为150℃，一次硫化的时间为60min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
实施例3
本发明提出的一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其原料按重量份包括以下组分：
本发明提出的所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为160Kgf/cm2,一次硫化的温度为158℃，一次硫化的时间为49min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
实施例4
本发明提出的一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其原料按重量份包括以下组分：
本发明提出的所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为200Kgf/cm2,一次硫化的温度为152℃，一次硫化的时间为58min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
实施例5
本发明提出的一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其原料按重量份包括以下组分：
其中，所述氢化丁腈橡胶为THERBAN4369；所述芳纶纤维为芳纶1414；所述芳纶1414的长度为1-2mm；所述硅烷偶联剂为双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-四硫化物；所述防老剂为取代二苯胺类防老剂。
参照图1，本发明提出的所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为180Kgf/cm2,一次硫化的温度为155℃，一次硫化的时间为50min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：
2.根据权利要求1所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，其原料中，氢化丁腈橡胶、快压出炭黑、沉淀法白炭黑、芳纶纤维、纳米氮化硅的重量比为100:37-42:43-47:18-23:3-3.5。
3.根据权利要求1或2所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：
4.根据权利要求1-3中任一项所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：
5.根据权利要求1-4中任一项所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，所述氢化丁腈橡胶为THERBAN4369。
6.根据权利要求1-5中任一项所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，所述芳纶纤维为芳纶1414。
7.根据权利要求6所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，所述芳纶1414的长度为1-2mm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-四硫化物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料，其特征在于，所述防老剂为取代二苯胺类防老剂。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述用于油田封隔器橡胶组件的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份配比将各原料混合均匀，然后通过密炼机得到合成橡胶；
S2、将得到的合成橡胶通过开炼机热炼后进行挤出成型，然后注入硫化设备中的模具内进行一次硫化得到一次硫化产品，其中一次硫化的压力为150-210Kgf/cm2,一次硫化的温度为150-160℃，一次硫化的时间为45-60min；
S3、将一次硫化产品进行修边、二次硫化、检验、包装、入库。
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