滑轮的原料与滑轮的制作方法

本申请涉及油田开采领域，具体而言，涉及一种滑轮的原料与滑轮。

背景技术：

碳纤维复合材料制成的抽油杆(以下简称碳纤维抽油杆)具有质轻、高强、高比模量、耐腐蚀、耐老化、寿命长、连续长度长、减少接箍、施工方便以及抗疲劳性强等优异性能，近年来已经广泛应用于油田原油开采作业中，极其适用于高腐蚀井、超深井、高含水井、低出液井与直井中，可有效解决高腐蚀油井开采、超深井开采困难、泵效低、能耗高、大泵挂以及抽油机超载等问题，并且，节能与增产效果显著，市场前景广阔，极具发展潜力，促进原油开采的绿色革命。

碳纤维可以通过聚丙烯腈(pan)纺丝、牵伸、氧化与碳化等工艺路线生产(pan基碳纤维)，也可用特殊的沥青树脂经纺丝、氧化与碳化等工艺路线生产(沥青基碳纤维)。碳纤维一般根据拉伸强度和拉伸模量分为不同的品级，有标准模量型碳纤维(如t300、as4或t700等)、中模型碳纤维(如im6或im7等)和高模型碳纤维(如m55j、m60j或m65j等)。

碳纤维抽油杆表面光滑，抗弯折以及抗扭转能力相对较低，易在放线和回收过程中受横向剪切力与冲击力而损坏，因此，需要配备导向和定位的滑轮对杆体进行保护，以便使其定向运动并减小受冲击、扭转与弯折的几率，顺利地进行下井和提升回收作业。

现有技术中，采用钢制滑轮对杆体进行保护，但是钢制滑轮比较笨重，对碳纤维抽油杆易造成磨损等伤害，因此，需要配套碳纤维抽油杆专用的滑轮。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种滑轮的原料与滑轮，以解决现有技术中滑轮容易对碳纤维抽油杆造成损伤的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种滑轮的原料，该原料包括尼龙66树脂与t700碳纤维，且上述t700碳纤维的重量为上述尼龙66树脂的重量的20～40％。

进一步地，上述原料还包括增韧剂，上述增韧剂的重量为上述尼龙66树脂的重量的8～10％。

进一步地，上述增韧剂包括乙烯丙烯酸酯共聚物和/或马来酸酐。

进一步地，上述原料还包括填料，上述填料的重量为上述尼龙66树脂的重量的10～12％。

进一步地，上述填料为玻璃纤维、高岭土、铝粉、炭黑、纳米二氧化硅和/或氧化铜。

进一步地，上述填料包括纳米二氧化硅，且优选上述纳米二氧化硅的粒径小于100nm。

进一步地，上述原料还包括阻燃剂，上述阻燃剂的重量为上述尼龙66树脂的重量的12～14％。

进一步地，上述阻燃剂包括卤素阻燃剂、氮素阻燃剂和/或锑系阻燃剂，优选上述阻燃剂包括卤素阻燃剂，进一步优选上述阻燃剂包括溴化苯乙烯聚合物或敌可燃。

进一步地，上述t700碳纤维的长度大于6mm且小于15mm。

根据本申请的另一方面，提供了一种滑轮，上述滑轮采用任一种上述的原料制作而成。

应用本申请的技术方案，在滑轮的原料中加入t700碳纤维，使得滑轮的拉伸强度、弯曲强度和模量等力学性能较好，且制成的滑轮呈现较强的界面耐湿性能，摩擦系数较小，具有较优的耐磨性能，且不容易对抽油杆造成损伤。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种实施例提供的碳纤维抽油杆在作业时的结构示意图；

图2示出了一种代替图1中的过滑轮的多个小导向滑轮的结构示意图；

图3示出了图2的侧面结构示意图；以及

图4示出了碳纤维抽油杆在下井作业时的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、过滑轮；2、注入头；3、井口；4、碳纤维抽油杆；5、传动电机；6、收卷盘；7、小导向过滑轮；8、定位轮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的滑轮容易对碳纤维抽油杆造成损伤，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种滑轮的原料与滑轮。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种滑轮的原料，该原料包括尼龙66树脂与t700碳纤维，且上述t700碳纤维的重量为上述尼龙66树脂(pa66)的重量的20～40％。

在滑轮的原料中加入t700碳纤维，使得滑轮的拉伸强度、弯曲强度和模量等力学性能较好，且制成的滑轮呈现较强的界面耐湿性能，摩擦系数较小，具有较优的耐磨性能，且不容易对抽油杆造成损伤。

尼龙66树脂，是己二酸和己二胺的缩聚物[聚(己二酰己二胺)，pa66]，在聚合过程中己二酸和己二胺的摩尔比一般为1∶1，聚合物的分子量可通过加入少量乙酸或己二酸来调节，也可通过切粒后的固相聚合来调节，具体生产过程可参考化学工业出版社(2001年)《工程塑料》p43-65。本发明使用的尼龙66树脂是可作为工程塑料塑料使用的聚(己二酰己二胺)，以中等分子量或高分子量为好，为了调节组合物的加工流动性也可采取高分子量pa66加入少量低分子量pa66的方式。

为了进一步提升制成的滑轮的韧性且同时保证滑轮的其他性能例如耐磨性等较好，进一步避免滑轮对碳纤维抽油杆造成损伤，本申请的一种实施例中，上述原料还包括增韧剂，上述增韧剂的重量为上述尼龙66树脂的重量的8～10％。此时，原料的冲击韧性和耐热性较好，特别的，当增韧剂的用量为尼龙66树脂重量的8.57％时，材料的冲击韧性和耐热性较用量为8％时分别提高5％和1％左右。

本申请中的增韧剂可以是现有技术中的任何可用的增韧剂，如韧性树脂、橡胶弹性体及热塑性弹性体，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料作为本申请的原料中的增韧剂。

用共混的方法改善高聚物的性能，要得到预期的效果，必须是共混组分在宏观上相容，而微观上相分离。若共混的两组分相容性太好，则共混物的性能不会得到很大的改善；但两者的相容性太差，其界面结合力低，材料的力学性能也难以提高。为了进一步改善pa66的冲击韧性，提高材料干态和低温下的冲击强度，改善吸湿性，提高耐热性，本申请的一种实施例中，上述增韧剂包括乙烯丙烯酸酯共聚物和/或马来酸酐。

本申请的一种实施例中，上述原料不仅包括增韧剂还还包括填料，上述填料的重量为上述尼龙66树脂的重量的10～12％，该重量的填料一方面可以降低滑轮的原料的成本，另一方面还可以使得滑轮兼具较好的刚性、韧性、阻燃性和抗老化性，有利于油田现场作业环境的长期使用。

本申请中的填料可以是现有技术中的任何可用的填料例如石墨或碳纤维等，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的填料。

为了进一步降低本申请的滑轮的成本，且保证滑轮具有较好的刚性与韧性，本申请的一种实施例中，上述填料为玻璃纤维、高岭土、铝粉、炭黑、纳米二氧化硅和/或氧化铜。

本申请的另一种实施例中，上述填料包括纳米二氧化硅。纳米二氧化硅使本申请的滑轮的原料的强度、模量、冲击韧性和拉伸韧性均有一定幅度提高，并且使得原料的摩擦稳定性较高，摩擦系数和磨损率均较低，原料中的纳米二氧化硅含量为10.0wt％时，较不包括纳米二氧化硅的原料，制成的滑轮的耐磨性能提高幅度可达30％(2000rpm，20n)。

为了进一步提升滑轮的耐老化性能，本申请的一种实施例中，上述纳米二氧化硅的粒径小于100nm。粒径小于100nm的纳米二氧化硅使得滑轮对紫外线的反射的隐蔽作用很明显，可有效防止滑轮的紫外老化。

本申请的再一种实施例中，上述增韧剂与上述填料的重量比4～5:5～6。这样的比例可以进一步提升制备得到的滑轮的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度以及无缺口冲击强度，使得滑轮的拉伸强度可达238.5mpa，弯曲强度可达345.1mpa，弯曲模量可达23981mpa，缺口冲击强度可达84j/m，无缺口冲击强度可达753j/m。

尼龙66树脂是结晶性聚合物其阻燃性属ul94v-2级，加人阻燃剂后可以提升原料的阻燃性，可达到ul94v-0级，使得该原料的使用更加安全。

本申请中的阻燃剂可以是现有技术中常用的阻燃剂，例如氢氧化铝或氢氧化镁，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的阻燃剂。

为了进一步保证该原料具有较好的阻燃性，且同时保证阻燃剂的添加尽量不影响原料的其他的性能，本申请的一种实施例中，上述阻燃剂包括卤素阻燃剂、氮素阻燃剂和/或锑系阻燃剂。

本申请的一种实施例中，上述阻燃剂包括卤素阻燃剂，卤素阻燃剂不仅具有较好的阻燃效果，还可以使得原料的耐温性能提升。

为了进一步提升原料的阻燃性能的同时提升原料的耐温性能，本申请的一种实施例中，上述阻燃剂包括溴化苯乙烯聚合物或敌可燃。

本申请的再一种实施例中，上述t700碳纤维的长度大于6mm且小于15mm。即该t700碳纤维为长纤t700碳纤维。研究中发现：短纤t700碳纤维(cfp)对原料的强度、刚性和硬度的提高较明显，其中强度增幅可达120％，模量增幅达到452％，硬度增幅达20％，而长纤碳纤维(scf)对原料的韧性的提高更突出，其增幅可达234％。添加短纤碳纤维后，原料的摩擦稳定性下降，摩擦系数在0.20～0.22之间(2000rpm，20n)，当添加的是长纤t700碳纤维时，耐磨性能提高明显，scf含量为尼龙66树脂的重量的30％时，耐磨性能更突出，其磨损率仅为3.46×10^-5mm³/nm(2000rpm，20n)；而当添加的是短纤t700碳纤维时，原料的耐磨性能下降。

pa6/scf复合材料的磨损机制以粘着磨损为主，纤维含量增加有助于减缓粘着磨损。pa66/cfp的磨损机理以磨粒磨损为主，cfp的重量增加，磨粒磨损程度增大。随着载荷、转速和工作温度的升高，pa66/scf和pa66/cfp摩擦系数降低、磨损率增大，纤维较长时摩擦性能下降幅度较小。总体而言，长纤t700碳纤维对pa66的减摩耐磨能力提高优于短纤t700碳纤维，尤其在较高载荷、转速和工作温度下，长纤t700碳纤维增强远原料的摩擦性能远强于短纤t700碳纤维。

一种实施例中，原料包括：尼龙66树脂、碳纤维、增韧剂、阻燃剂，填料；其中，碳纤维的重量为尼龙66树脂重量的20-30％，增韧剂的重量为尼龙66树脂重量的8％-9％，阻燃剂的重量为尼龙66树脂重量的12％-13％，填料的重量为尼龙66树脂重量的10-11％。

另一种实施例中，原料包括：尼龙66树脂、碳纤维、增韧剂、阻燃剂，填料；其中，碳纤维的重量为尼龙66树脂重量的30-40％，增韧剂的重量为尼龙66树脂重量的9％-10％，阻燃剂的重量为尼龙66树脂重量的13％-14％，填料的重量为尼龙66树脂重量的11-12％。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种滑轮，该滑轮采用上述的原料制成。

该滑轮由于采用上述的滑轮制成，具有质量轻的特点，便于运输和油田现场作业，架设简单；强度高，刚性好，可在碳纤维抽油杆在承受大拉力下不变形，稳定性好；摩擦系数低，自润滑性好，耐磨性高，利于抽油杆上下行运动，并减小在受力状态下对杆体和磨损；耐油，耐腐蚀，使用寿命长等优点，可有效对碳纤维抽油杆进行保护，减小对其磨损和剪切损伤。

本申请中的滑轮专用于新型碳纤维抽油杆的放线和回收，起导向和/或定位作用。具体如图1所示，该滑轮可以是过滑轮1，可以是定位轮，也可以是导向轮，本领域技术人员可以根据实际情况将该滑轮应用在合适的位置上。

在具体的应用过程中，盘在收卷盘6上碳纤维抽油杆4通过经传动电机5带动经注入头2送入井口3，过滑轮1起大角度转向作用，如图2与图3所示，多个小导向过滑轮7也可实现大角度转向，并在定位轮8夹紧状态下定向移动。图4示出了碳纤维抽油杆4在下井作业时的结构示意图。

一种实施例中，碳纤维抽油杆为碳纤维复合材料扁片式抽油杆。

本申请的滑轮的制备方法为将上述的原料混合均匀，高温注射成型。该制备方法制备得到的产品尺寸稳定，精度高。

为了使得本领域的技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。

实施例1

过滑轮的原料包括尼龙66树脂与t700碳纤维，且上述t700碳纤维的重量为上述尼龙66树脂的重量的20％。其中，t700碳纤维的长度为7mm。

将上述原料混合均匀，高温注射成型，即得过滑轮，滑轮内径900mm，厚度50mm，作为导向轮。

实施例2

滑轮的原料包括尼龙66树脂、t700碳维纤、增韧剂、填料以及阻燃剂，t700碳纤维的重量为尼龙66树脂的重量的20％，t700碳纤维的长度为10mm，增韧剂的重量为尼龙66树脂的重量的8％，增韧剂为马来酸酐，阻燃剂的重量为尼龙66树脂的重量的12％，阻燃剂为溴化聚苯乙烯，填料的重量为尼龙66树脂的重量的10％，填料为纳米二氧化硅，且其粒径为90nm。

制备方法与实施例1相同。

实施例3

与实施例2的区别在于：t700碳纤维的重量为尼龙66树脂的重量的30％，且t700碳纤维的长度为14mm，增韧剂的重量为尼龙66树脂的重量的9％，阻燃剂的重量为尼龙66树脂的重量的13％，填料的重量为尼龙66树脂的重量的11％。

实施例4

与实施例2的区别在于：t700碳纤维的重量为尼龙66树脂的重量的40％，增韧剂的重量为尼龙66树脂的重量的10％，阻燃剂的重量为尼龙66树脂的重量的14％，填料的重量为尼龙66树脂的重量的12％。

实施例5

与实施例2的不同之处在于，上述增韧剂为乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物。

实施例6

与实施例2的不同之处在于，上述阻燃剂为敌可燃。

实施例7

与实施例2的不同之处在于，滑轮内径为150mm，作为小导向轮。

实施例8

与实施例2的不同之处在于，滑轮内径100mm，作为定位轮。

实施例9

与实施例2的不同之处在于，t700碳纤维的长度为3mm，即t700碳纤维为短纤t700碳纤维。

实施例10

与实施例2的不同之处在于，上述增韧剂的重量为尼龙66树脂的重量的7％。

实施例11

与实施例2不同之处在于，增韧剂为三元乙丙橡胶(epdm)。

实施例12

与实施例2的不同之处在于，填料的重量为尼龙66树脂的重量的14％。

实施例13

与实施例2的不同之处在于，填料为铝粉。

实施例14

与实施例2的不同之处在于，纳米二氧化硅的粒径为110nm。

实施例15

与实施例2的不同之处在于，阻燃剂的重量为尼龙66树脂的重量的16％。

实施例16

与实施例2的不同之处在于，阻燃剂为十溴二苯醚。

对比例1

与实施例2的不同之处在于，原料不包括t700碳纤维，而是包括t600碳纤维。

对比例2

与实施例2的不同之处在于，原料不包括尼龙66树脂，而是包括尼龙6树脂。

测试各个实施例的滑轮的拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、缺口冲击强度、无缺口冲击强度、磨损率、阻燃级别以及耐热性，具体的测试结果见表1。

表1

由上述的测试结果可知，相对于对比例来说，本申请的各个实施例的各项测试性能均较好；并且，当原料还包括增韧剂，上述增韧剂的重量为上述尼龙66树脂的重量的8～10％，且增韧剂包括乙烯丙烯酸酯共聚物和/或马来酸酐，原料还包括填料，上述填料的重量为上述尼龙66树脂的重量的10～12％，上述填料包括纳米二氧化硅，且优选上述纳米二氧化硅的粒径小于100nm，上述原料还包括阻燃剂，上述阻燃剂的重量为上述尼龙66树脂的重量的12～14％，上述阻燃剂包括溴化苯乙烯聚合物或敌可燃，且上述t700碳纤维的长度大于6mm且小于15mm时，制备得到的滑轮的个性性能参数均较好。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的滑轮的原料中加入t700碳纤维，使得滑轮的拉伸强度、弯曲强度和模量等力学性能较好，且制成的滑轮呈现较强的界面耐湿性能，摩擦系数较小，具有较优的耐磨性能，且不容易对抽油杆造成损伤。

2)、本申请的滑轮由于采用上述的滑轮制成，其呈现较强的界面耐湿性能，摩擦系数较小，具有较优的耐磨性能，且不容易对抽油杆造成损伤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。