[发明专利]一种多功能ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶

说明书

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。

技术背景

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、流量均匀、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、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％。其中纳米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。

制备方法：在常温条件下，将丁腈橡胶于开炼机上塑炼10min左右至包辊(辊温45-55℃，注意双辊塑炼机前辊温度必须高于后辊温度大约10℃，辊距1mm)，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、1％；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、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％的顺序加入。混炼辊温为40～60℃，否则会出现粘辊现象。当出现粘辊时，加入少量硬脂酸。混合均匀后，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℃，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。

具体实施方式