专利名称：一种多功能ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石油井控装置、特种机械设备以及化学化工领域的多功能 ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶。
背景技术：
石油井控装置、特种机械设备等特殊工作环境要求所用橡胶部件具有优异的塑性 性能。随着石油行业的发展，对橡胶材料提出新的要求①螺杆泵开采稠油过程中，常含有 较多细粉砂，这就要求作为定子的橡胶材料具有较强的耐磨性；②同时橡胶材料本身不能 太硬，否则将影响转子的转动；③采油螺杆泵的工作条件苛刻，如高温、高压、工作时间长、 腐蚀性介质、周期性挤压等等，传统的橡胶材料已远远不能满足；④螺杆泵使用工况不同， 对定子橡胶材料的性能要求不同，因而同一种定子橡胶材料难以适应各种工况需求，应考 虑采用不同类型的橡胶定子材料。螺杆泵定子橡胶材料的选择及其综合性能的增强，对于提高采油螺杆泵性能和工 作寿命至关重要。通过纳米改性的橡胶制成的产品具有较好的塑性、耐油性、且具有使用寿 命长、输送液体时扰动小、流量均勻、压力稳、效率高、吸入性能好、宜于输送粘稠的非牛顿 液体等等优点。通过利用ZnO晶须对NBR进行改性从而提升橡胶制品强度、塑性及其化学 稳定性、热稳定性等综合使用性能，进而延长制品的使用寿命，以更好的应用于实际生产。
发明内容
本发明的目的在于为了克服橡胶强度低、塑性差，耐磨性能及化学稳定性不足等 缺陷，特提供一种多功能ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种多功能ZnO晶须增强螺杆泵 用定子橡胶，其特征在于制备该橡胶所用原料的成分和含量如下，其中含量为质量百分 比，质量的单位为克或千克；丁腈橡胶、代号NBR、65% ；硫磺粉、；改性纳米氧化锌、是指 ZnO粒径在Inm到IOOnm的经过改性的纳米ZnO粉末、3% ；改性ZnO晶须、是指四针状单晶 体铅锌矿结构的改性ZnO晶须、7%;防老剂264，即双苯胺、0.7%;炭黑、20%;邻苯二甲酸二 辛酯、代号D0P、1 % ；硬脂酸、即十八烷酸、0.8% ；促进剂-DM、即二硫化二苯骈噻唑、0.5% ； 促进剂-CZ、即N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺、1 %。其中纳米ZnO的改性将纳米ZnO 在200-210°C温度条件下，烘干1. 5h，使其充分干燥；用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即 双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]_四硫化物或乳化剂0P-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其 体积比为20 1 ；再在均勻搅拌的条件下，压力控制在0. 3MPa 0. 5MPa，采用喷雾法利用 丙酮稀释后的表面活性剂处理充分干燥的纳米ZnO ；最后在70-90°C温度条件下，将上述混 合物中的丙酮挥发完全，得改性纳米氧化锌。ZnO晶须的改性取硅烷偶联剂即双-[Y-(三 乙氧基硅)丙基]-四硫化物、或钛酸酯类偶联剂即Y-氨丙基三乙氧基硅烷、代号KH550、 用量为ZnO晶须用量的2%、在pH值为3 5的水-乙醇或水-丙酮-盐酸溶剂中水解 20min 45min，加入ZnO晶须，在水浴中恒温机械搅拌30min 60min，然后减压过滤，用去离子水洗涤至无氯离子，产物置于80°C烘箱中干燥、翻松，并在150°C下活化8h得到改性 ZnO晶须。制备方法在常温条件下，将丁腈橡胶于开炼机上塑炼IOmin左右至包辊(辊温 45-550C，注意双辊塑炼机前辊温度必须高于后辊温度大约10°C，辊距Imm)，将塑炼之后的 丁腈橡胶在空气中静置2 6小时，方可进行混炼。丁腈橡胶的混炼时一般采用低温混炼， 严格按照丁腈橡胶、代号NBR、65% ；硫磺粉、；改性纳米氧化锌、3% ；改性ZnO晶须、7% ； 防老剂264，即双苯胺、0.7% ；炭黑、20% ；邻苯二甲酸二辛酯、；硬脂酸、即十八烷酸、 0. 8% ；促进剂-DM、即二硫化二苯骈噻唑、0. 5% ；促进剂-CZJP N-环己基-2-苯骈噻唑次 磺酰胺、的顺序加入。混炼辊温为40 60°C，否则会出现粘辊现象。当出现粘辊时，加 入少量硬脂酸。混合均勻后，制得混炼胶并停放16 18小时。硫化前将混炼胶返炼，薄 通6次出片，混炼胶经过硫化成型得到螺杆泵定子用橡胶材料。其硫化条件为硫化时间 2100s，硫化温度150°C，硫化压力12. 5MPa。本发明与现有技术比较，其有益效果是①该多功能ZnO晶须增强橡胶为热力稳 定性和各向同性的多组分分散体系，贮存过程中不易发生聚结；②加入ZnO晶须配合纳米 ZnO使得丁腈橡胶强度、塑性明显提高，从而提高橡胶材料使用寿命，使得该配方的适应范 围也被大大拓宽；③较大程度提高橡胶稳定性的同时，提升其综合性能及其在恶劣使用条 件下的使用寿命，最大限度地发挥药剂之间的协同作用并达到增强橡胶材料性能的目的。
具体实施例方式实例1 增强橡胶的配方及制备过程丁腈橡胶的塑炼与一般通用胶不同，它需要采用低温、小辊距、低容量薄通法，这 样才能有效地获得一定的可塑度。在常温条件下，将丁腈橡胶生胶于开炼机上塑炼IOmin 左右至包辊。辊温45-55°C，注意双辊塑炼机前辊温度必须高于后辊温度10°C，辊距1mm。 将塑炼后的丁腈橡胶在空气中静置2 6小时，方可进行混炼。丁腈橡胶的混炼时采用低 温混炼，辊温为40 60°C。先取丁腈橡胶65%，再依次加入硫磺粉；改性纳米氧化锌 3% ；改性ZnO晶须7% ；双苯胺0. 7%、炭黑20%、邻苯二甲酸二辛酯1%、十八烷酸0. 8%, 二硫化二苯骈噻唑0. 5%, N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺；混炼辊温40-6(TC，制得 混炼胶停放16-18h ；硫化前将混炼胶返炼、薄通6次出片，混炼胶经硫化成型、硫化时间为 2100s、硫化温度为150°C、硫化压力为12. 5MPa，最后得到螺杆泵用定子橡胶。实例2 橡胶补强助剂纳米的改性方法本发明提供的多功能ZnO晶须增强橡胶配方其特征在于，实验过程中采用硅烷偶 联剂即双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物或乳化剂0P-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合 物，利用喷雾处理对ZnO晶须进行改性。实验所涉及的内容包括表面改性和防聚集机理、 表面活性剂的选择与分散剂的搭配等等。设计的主要原理有降低粒子表面能态、消除粒子 的表面电荷、提高粒子与有机相的亲和力。ZnO晶须、纳米ZnO的改性步骤如下纳米ZnO的改性将纳米ZnO在200-21(TC温度条件下，烘干1. 5h，使其充分干 燥；用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即双-[υ-(三乙氧基硅)丙基]_四硫化物或乳化 剂0P-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20 1 ；再在均勻搅拌的条件下，压力控制在0. 3MPa 0. 5MPa，采用喷雾法利用丙酮稀释后的表面活性剂处理纳米ZnO ；最后在 70-90°C温度条件下，将上述混合物中的丙酮挥发完全，得到的改性纳米氧化锌。ZnO晶须的改性取硅烷偶联剂即双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]_四硫化物、或钛 酸酯类偶联剂即Y “氨丙基三乙氧基硅烷、代号KH550、用量为ZnO晶须用量的2%、在pH 值为3 5的水-乙醇或水-丙酮-盐酸溶剂中水解20min 45min，加入ZnO晶须，在水 浴中恒温机械搅拌30min 60min，然后减压过滤，用去离子水洗涤至无氯离子。产物置于 80°C烘箱中干燥、翻松，并在150°C下活化8h得到改性ZnO晶须。实例3 =ZnO晶须对NBR的增强效果由于ZnO晶须和纳米ZnO用量直接关系到经济因素，出于工业化生产的考虑，不可 能无限增大用量，因此，选择ZnO晶须、纳米ZnO的添加量分别为7%和3%时，上述多功能 ZnO晶须增强橡胶配方其特征在于，其室内检测综合性能如表1。表IZnO晶须对橡胶的增强效果
权利要求
一种多功能ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶，其特征是制备该橡胶所用原料的成分和含量如下，其中含量为质量百分比，质量的单位为克或千克；丁腈橡胶、代号NBR、65％；硫磺粉、1％；改性纳米氧化锌、是指ZnO粒径在1nm到100nm的经过改性的纳米ZnO粉末、3％；改性ZnO晶须、是指四针状单晶体铅锌矿结构的改性ZnO晶须、7％；防老剂264，即双苯胺、0.7％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、代号DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.8％；促进剂 DM、即二硫化二苯骈噻唑、0.5％；促进剂 CZ、即N 环己基 2 苯骈噻唑次磺酰胺、1％；纳米ZnO的改性将纳米ZnO在200 210℃温度条件下，烘干1.5h，使其充分干燥；用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即双 [Y (三乙氧基硅)丙基] 四硫化物或乳化剂OP 10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20∶1；再在均匀搅拌的条件下，压力控制在0.3MPa～0.5MPa，采用喷雾法利用丙酮稀释后的表面活性剂处理充分干燥的纳米ZnO；最后在70 90℃温度条件下，将上述混合物中的丙酮完全挥发，得改性纳米氧化锌；ZnO晶须的改性取硅烷偶联剂即双 [Y (三乙氧基硅)丙基] 四硫化物、或钛酸酯类偶联剂即γ 氨丙基三乙氧基硅烷、代号KH550、用量为ZnO晶须用量的2％、在pH值为3～5的水 乙醇或水 丙酮 盐酸溶剂中水解20min～45min，加入ZnO晶须，在水浴中恒温机械搅拌30min～60min，然后减压过滤，用去离子水洗涤至无氯离子，产物置于80℃烘箱中干燥、翻松，并在150℃下活化8h，得到改性ZnO晶须。
2.根据权利要求1所述螺杆泵用定子橡胶，其特征是该橡胶的制备方法是在常温 下，将丁腈橡胶于开炼机上塑炼IOmin至包辊，辊温45 55°C，双辊塑炼机前辊温度高于后 辊温度约10°C、辊距1mm，将塑炼后的丁腈橡胶在空气中静置2_6h ；采用低温混炼，先取经 塑炼的丁腈橡胶65%，再依次加入硫磺粉；改性纳米氧化锌3% ；改性ZnO晶须7% ；双 苯胺0. 7 %、炭黑20 %、邻苯二甲酸二辛酯1 %、十八烷酸0.8%、二硫化二苯骈噻唑0.5%、 N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺1 % ；混炼辊温40-60°C，制得混炼胶停放16-18h ；硫化 前将上述混炼胶返炼、薄通6次出片，混炼胶经硫化成型、硫化时间为2100s、硫化温度为 150°C、硫化压力为12. 5MPa，最后得到螺杆泵用定子橡胶。
全文摘要
本发明涉及一种用于石油井控装置、特种机械设备及化学化工领域的多功能ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶。它能克服橡胶强度低、塑性差、耐磨性能及化学稳定性不足的缺陷。其技术方案是制备该橡胶所用原料的成分和含量为丁腈橡胶、65％；硫磺粉、1％；改性纳米氧化锌、3％；改性ZnO晶须、7％；防老剂264、0.7％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、1％；硬脂酸、0.8％；促进剂-DM、0.5％；促进剂-CZ、1％。通过丁腈橡胶塑炼、混炼、硫化成型工艺过程，最终得到本橡胶产品。该橡胶为热力稳定性和各向同性的多组分分散体系，不易发生聚结；能使橡胶强度、塑性明显提高；它用于油田井控、特种机械设备及化学化工行业中。
文档编号C08K9/06GK101891908SQ20101023076
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者刘承杰, 张建国, 王霞, 赵竹轩, 陈玉祥 申请人:西南石油大学