石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料及制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种既能满足石油钻井泥浆泵活塞皮碗的力学性能，又具有耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等性能的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料及制备工艺，重量配比是：XHNBR100份、芳纶浆粕预混料5-15份、氧化锌4.5-5.5份、硬脂酸1.4-1.6份、N-220炭黑19-21份、N-550炭黑54-56份、齐聚酯11.5-12.5份、F-406.5-7.5份、TAIC1.4-1.6份、加工助剂2.4-2.6份。优点：不仅满足石油钻井泥浆泵活塞皮碗的力学性能，而且达到了石油钻井泥浆泵活塞皮碗对耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨性能的要求。
【专利说明】石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料及制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种既能满足石油钻井泥浆泵活塞皮碗的力学性能，又具有耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等性能的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料及制备工艺，属泥浆栗活塞皮桃材料制备领域。
【背景技术】
[0002]CN101445621、名称“利用芳纶短纤维-橡胶复合材料制造泥浆泵用活塞皮碗的方法”，涉及的泥浆泵用活塞皮碗配方为:NBR 100，芳纶短纤维-橡胶复合材料5?15，炭黑50?70，轻质碳酸钙25?35，氧化锌4?6，硬脂酸I?3，防老剂4010
I?3，促进剂CZ I?2，硫黄I?2。其制备工工艺为:将生胶、炭黑、轻质碳酸钙、防老剂4010、芳纶短纤维-橡胶复合材料、促进剂CZ、活性剂和硫黄等经过配料、混炼、成型、硫化和检验工序制得产品。该泥浆泵用活塞皮碗的撕裂强度一般在100 kN *m-l以上，使用寿命在450h以上。但是耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等性能不通满足石油钻井泥浆泵活塞皮碗要求。
【发明内容】
[0003]设计目的:避免【背景技术】中的不足之处，设计一种既能满足石油钻井泥浆泵活塞皮碗的力学性能，又具有耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等性能的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料及制备工艺。
[0004]设计方案:为了实现上述设计目的。1、氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)是由共轭二烯、丙烯腈和不饱和羧酸共聚形成的三元共聚物，再经过选择氢化而制成。HXNBR中的羧基基本未被氢化，沿着主链随机分布。除保留了氢化丁腈橡胶(HNBR)的性能之外，HXNBR具有更加优异的力学性能、粘合性能和耐磨性。为此本发明以XHNBR为石油钻井泥浆泵用活塞皮碗的橡胶材料的基体材料，以满足该产品的力学性能、耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等苛刻要求。2、芳纶浆柏是芳纶纤维的一种差别化产品，既保留了芳纶纤维的绝大部分优异性能，如耐热、耐磨及尺寸稳定等，又具有一些区别于芳纶长纤维的物性，如表面呈毛绒状微纤丛生，纤维轴向尾端原纤化成针尖状，从而使其比表面积巨大，因此与增强基体的潜在接触面大，且由于“机械”啮合作用而与基体有很强的表面结合力，可以改善复合效果。因此，芳纶浆柏非常适合作为一种增强纤维用于橡胶等聚合物的增强。但芳纶浆柏直接与橡胶机械共混较难分散,容易团聚,影响橡胶的力学性能。3、本发明首先将芳纶浆柏进行预处理，以粉末丁腈橡胶和沉淀法白炭黑为隔离剂、以对叔丁基苯酚聚乙炔树脂为增粘剂，将其制成预混料，再按照配方将其与XHNBR橡胶、补强填充剂、硫化活性剂、硫化剂和助硫化剂进行共混得到混炼胶。在活塞皮碗材料的构成上:
(I)以XHNBR(朗盛公司的Therban VP KA 8889)为石油钻井泥浆泵用活塞皮碗的橡胶材料的基体材料，以满足该产品的力学性能、耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等苛刻要求。
[0005](2)将芳纶浆柏(纤维长度为0.85?1.19_，含水量5.0?llwt%)与XHNBR (朗盛公司的Therban VP KA 8889)复合，进一步提高材料的力学性能(尤其是撕裂性能)、耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨等。
[0006](3)为了解决纶浆柏直接与橡胶机械共混难于在橡胶基体中分散均匀、影响橡胶的力学性能的混炼工工艺问题，该技术首先将芳纶浆柏进行预处理，以粉末丁腈橡胶(Goodyear公司的ChemigumP83)和沉淀法白炭黑为隔离剂、以对叔丁基苯酹聚乙炔树脂(牌号AD-2000，软化点为120?140°C)为增粘剂，将其制成预混料，再按照配方将其与XHNBR橡胶(Therban VP KA 8889)、补强填充剂、增塑剂、硫化剂和助硫化剂进行共混得到混炼胶。
[0007](4)采用高结构炭黑的超耐磨炭黑与快压出炭黑并用，改善硫化胶的力学性能和混炼工工艺性。
[0008](5)采用有机过氧化物(F-40)与助硫化剂(TAIC)配合使用的硫化体系。
[0009](6)采用齐聚酯增塑剂(西安有机化工厂，12-11)，在改善胶料混炼工工艺性能的同时，增加胶料的硬度、强度和耐磨性。
[0010]技术方案1:一种石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，重量配比是=XHNBR 100份、芳纶浆柏预混料5-15份、氧化锌4.5-5.5份、硬脂酸1.4-1.6份、N-220炭黑19-21份、N-550 炭黑 54-56 份、齐聚酯 11.5-12.5 份、F-40 6.5-7.5 份、TAIC 1.4-1.6 份、加工助剂
2.4-2.6 份。
[0011]技术方案2:—种石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料制备工工艺，(I)芳纶浆柏预混料的制备:首先，在常温下将60份芳纶浆柏、10份叔丁基苯酚聚乙炔树脂、10份沉淀法白炭黑和20份粉末丁腈橡胶加入万能粉碎机中，通过固定刀片和高速旋转刀片使叔丁基苯酚聚乙炔树脂、沉淀法白炭黑和粉末丁腈橡胶混合并预分散在芳纶浆柏纤维绒毛表面，制成芳纶浆柏预分散混合料，通过沉淀法白炭黑和粉末丁腈橡胶对芳纶浆柏绒毛的隔离作用，防止混炼时芳纶浆柏被挤压成团难于均匀分散在橡胶基体中；(2)胶料混炼:胶料混炼采用两段混炼，先用密炼机将生胶、芳纶浆柏预混料、软化剂、填充剂等硫化体系之外的其他组分混炼成母炼胶，冷却后在开炼机上将硫化体系加入，胶料经过滤后出片、冷却后装箱；一段混炼:采用90立升全自动密炼生产线进行，依次将生胶、防老剂加入密炼机，然后将软化剂与炭黑加入，混炼5?10分钟，在120?130°C下排胶；主要操作要点如下:按顺序依次称好生胶、小料，通过输送带将其投入密炼机；投炭黑完毕，上顶栓下降，将转速调至35，混炼约120秒后升栓，注软化剂，上顶栓下降，混炼150秒；打开下顶栓，上顶栓升栓，排胶，30秒后关闭下顶栓；二段混炼:将密炼机排料放入开炼机拉片冷却，待胶料冷却至60°C以下时，将硫化剂、促进剂加入，翻捣均匀，放厚辊距5?7mm下片，投入硬脂酸锌水溶液冷却，悬挂风干进入下一工序；(3)停放和过滤:上述混炼胶冷却后在室温下停放8小时以上，重新返炼出条，用滤胶机进行过滤，滤网为100目，滤胶温度为80°C以下；(4)切割下片:过滤好的胶料在开炼机上出成5?7mm胶片，并切割成300X400mm的胶片，冷却后叠放入塑料袋、包裹后装箱。
[0012]本发明与【背景技术】相比，不仅满足石油钻井泥浆泵活塞皮碗的力学性能，而且达到了石油钻井泥浆泵活塞皮碗对耐油、耐高温、耐化学药品、耐磨性能的要求。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:一种石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，重量配比是=XHNBR 100份(Therban VP KA 8889)、芳纶浆柏预混料5-15份、氧化锌4.5-5.5份、硬脂酸1.4-1.6份、N-220 炭黑 19-21 份、N-550 炭黑 54-56 份、齐聚酯 11.5-12.5 份、F-40 6.5-7.5 份、TAIC 1.4-1.6份、加工助剂2.4-2.6份。所述XHNBR是指氢化羧基丁腈橡胶原料。所述芳纶浆柏预混料是指将芳纶浆柏/叔丁基苯酚聚乙炔树脂/沉淀法白炭黑/粉末丁腈橡胶=60/10/10/20。所述芳纶浆柏纤维长度为0.85?1.19mm，含水量5.0?llwt%。所述F-40是指乙烯-四氟乙烯共聚物。所述TAIC是指三烯丙基异氰脲酸酯。
[0014]实施例2:在实施例1的基础上，XHNBR 100份、芳纶浆柏预混料10份、氧化锌5份、硬脂酸1.5份、N-220炭黑20份、N-550炭黑55份、齐聚酯12份、F-40 7份、TAIC 1.5份、加工助剂2.5份。
[0015]实施例3:在实施例1的基础上，XHNBR 100份、芳纶浆柏预混料5份、氧化锌4.5份、硬脂酸1.4份、N-220炭黑19份、N-550炭黑54份、齐聚酯11.5份、卩_40 6.5份、TAIC1.4份、加工助剂2.4份。
[0016]实施例4:在实施例1的基础上，XHNBR 100份、芳纶浆柏预混料15份、氧化锌5.5份、硬脂酸1.6份、N-220炭黑21份、N-550炭黑56份、齐聚酯12.5份、F-40 7.5份、TAIC
1.6份、加工助剂2.6份。
[0017]实施例5:在实施例1的基础上，XHNBR 100份、芳纶浆柏预混料9份、氧化锌5份、硬脂酸1.55份、N-220炭黑19.5份、N-550炭黑55.5份、齐聚酯11.8份、F-40 6.9份、TAIC
1.56份、加工助剂2.56份。
[0018]实施例6:在实施例1的基础上，一种石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料制备工工艺，其特征是:
(1)芳纶浆柏预混料的制备:首先，在常温下将60份芳纶浆柏、10份叔丁基苯酚聚乙炔树脂、10份沉淀法白炭黑和20份粉末丁腈橡胶加入万能粉碎机中，通过固定刀片和高速旋转刀片使叔丁基苯酚聚乙炔树脂、沉淀法白炭黑和粉末丁腈橡胶混合并预分散在芳纶浆柏纤维绒毛表面，制成芳纶浆柏预分散混合料，通过沉淀法白炭黑和粉末丁腈橡胶对芳纶浆柏绒毛的隔离作用，防止混炼时芳纶浆柏被挤压成团难于均匀分散在橡胶基体中；
(2)胶料混炼:
胶料混炼采用两段混炼，先用密炼机将生胶、芳纶浆柏预混料、软化剂、填充剂等硫化体系之外的其他组分混炼成母炼胶，冷却后在开炼机上将硫化体系加入，胶料经过滤后出片、冷却后装箱；
一段混炼:采用90立升全自动密炼生产线进行，依次将生胶、防老剂加入密炼机，然后将软化剂与炭黑加入，混炼5?10分钟，在120?130°C下排胶；主要操作要点如下:按顺序依次称好生胶、小料，通过输送带将其投入密炼机；投炭黑完毕，上顶栓下降，将转速调至35，混炼约120秒后升栓，注如软化剂(油)，上顶栓下降，混炼150秒；打开下顶栓，上顶栓升栓，排胶，30秒后关闭下顶栓；
二段混炼:将密炼机排料放入开炼机拉片冷却，待胶料冷却至60°C以下时，将硫化剂、促进剂加入，翻捣均匀，放厚辊距5?7_下片，投入硬脂酸锌水溶液冷却，悬挂风干进入下一工序；
(3)停放和过滤:上述混炼胶冷却后在室温下停放8小时以上，重新返炼出条，用滤胶机进行过滤，滤网为100目，滤胶温度为80°C以下；
(4)切割下片:过滤好的胶料在开炼机上出成5?7mm胶片，并切割成300X400mm的胶片，冷却后叠放入塑料袋、包裹后装箱。
[0019]首先将芳纶浆柏进行预处理，以粉末丁腈橡胶和沉淀法白炭黑为隔离剂、以对叔丁基苯酚聚乙炔树脂(牌号AD-2000，软化点为12(Tl40°C )为增粘剂，将其制成预混料，再按照配方将其与XHNBR橡胶、补强填充剂、增塑剂、硫化剂和助硫化剂进行共混得到混炼胶。粉末丁腈橡胶(Goodyear公司的ChemigumP83),
石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料技术指标:
(1)阿克隆磨耗(cm3/l.61km): ^ 0.25cm3 ；
(2)硬度，邵氏A，85±5度
(4)拉伸强度18MPa；
(5)拉断伸长率:彡250%
(8)撕裂强度:彡80kN/m
(9)压缩永久变形(150°CX24h): ^ 25%
(10)热空气老化(150。。X72h)
硬度变化:+6
拉伸强度降低:< 15%
伸长率降低:< 25%
(11)耐油(150°CX72h, ASTM 903)
重量变化:-10?O度
体积变化:O?+15%。
[0020]需要理解到的是:上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征重量配比是:XHNBR 100份、芳纶浆柏预混料5-15份、氧化锌4.5-5.5份、硬脂酸1.4-1.6份、N-220炭黑19-21份、N-550炭黑 54-56 份、齐聚酯 11.5-12.5 份、F-40 6.5-7.5 份、TAIC 1.4-1.6 份、加工助剂 2.4-2.6份。
2.根据权利要求1所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征是:XHNBR100份、芳纶浆柏预混料5-15份、氧化锌5份、硬脂酸1.5份、N-220炭黑20份、N-550炭黑55份、齐聚酯12份、F-40 7份、TAIC 1.5份、加工助剂2.5份。
3.根据权利要求1所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征是:所述XHNBR是指氢化羧基丁腈橡胶原料。
4.根据权利要求1所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征是:所述芳纶浆柏预混料是指将芳纶浆柏/叔丁基苯酚聚乙炔树脂/沉淀法白炭黑/粉末丁腈橡胶=60/10/10/20。
5.根据权利要求4所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征是:纤维长度为 0.85 ?1.19mm,含水量 5.0 ?llwt%。
6.根据权利要求1所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征是:所述F-40是指乙烯-四氟乙烯共聚物。
7.根据权利要求1所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料，其特征是:所述TAIC是指三烯丙基异氰脲酸酯。
8.一种石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料制备工工艺，其特征是: (1)芳纶浆柏预混料的制备:首先，在常温下将60份芳纶浆柏、10份叔丁基苯酚聚乙炔树脂、10份沉淀法白炭黑和20份粉末丁腈橡胶加入万能粉碎机中，通过固定刀片和高速旋转刀片使叔丁基苯酚聚乙炔树脂、沉淀法白炭黑和粉末丁腈橡胶混合并预分散在芳纶浆柏纤维绒毛表面，制成芳纶浆柏预分散混合料，通过沉淀法白炭黑和粉末丁腈橡胶对芳纶浆柏绒毛的隔离作用，防止混炼时芳纶浆柏被挤压成团难于均匀分散在橡胶基体中； (2)胶料混炼: 胶料混炼采用两段混炼，先用密炼机将生胶、芳纶浆柏预混料、软化剂、填充剂等硫化体系之外的其他组分混炼成母炼胶，冷却后在开炼机上将硫化体系加入，胶料经过滤后出片、冷却后装箱； 一段混炼:采用90立升全自动密炼生产线进行，依次将生胶、防老剂加入密炼机，然后将软化剂与炭黑加入，混炼5?10分钟，在120?130°C下排胶；主要操作要点如下:按顺序依次称好生胶、小料，通过输送带将其投入密炼机；投炭黑完毕，上顶栓下降，将转速调至35，混炼约120秒后升栓，注如软化剂，上顶栓下降，混炼150秒；打开下顶栓，上顶栓升栓，排胶，30秒后关闭下顶栓； 二段混炼:将密炼机排料放入开炼机拉片冷却，待胶料冷却至60°C以下时，将硫化剂、促进剂加入，翻捣均匀，放厚辊距5?7_下片，投入硬脂酸锌水溶液冷却，悬挂风干进入下一工序； (3)停放和过滤:上述混炼胶冷却后在室温下停放8小时以上，重新返炼出条，用滤胶机进行过滤，滤网为100目，滤胶温度为80°C以下； (4)切割下片:过滤好的胶料在开炼机上出成5?7mm胶片，并切割成300X400mm的胶片，冷却后叠放入塑料袋、包裹后装箱。
9.根据权利要求8所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料制备工工艺，其特征是:首先将芳纶浆柏进行预处理，以粉末丁腈橡胶和沉淀法白炭黑为隔离剂、以对叔丁基苯酚聚乙炔树脂为增粘剂，将其制成预混料，再按照配方将其与XHNBR橡胶、补强填充剂、增塑剂、硫化剂和助硫化剂进行共混得到混炼胶。
10.根据权利要求8所述的石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料制备工工艺，其特征是石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料技术指标: (1)阿克隆磨耗(cm3/l.61km): ^ 0.25cm3 ； (2)硬度，邵氏A，85±5度 (4)拉伸强度18MPa； (5)拉断伸长率:彡250% (8)撕裂强度:彡80kN/m (9)压缩永久变形(150°CX24h): ^ 25% (10)热空气老化(150。。X72h) 硬度变化:+6 拉伸强度降低:< 15% 伸长率降低:< 25% (11)耐油(150°CX72h, ASTM 903) 重量变化:-10?O度 体积变化:O?+15%。
【文档编号】C08L49/00GK104403158SQ201410660862
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】张庆虎 申请人:杭州顺豪橡胶工程有限公司