[发明专利]石油钻井泥浆泵活塞皮碗用橡胶胶料及制备工艺

说明书

技术领域

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，属泥浆泵活塞皮碗材料制备领域。

背景技术

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　1～3,防老剂4010　1～3,促进剂CZ　1～2,硫黄1～2。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-1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

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。

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、芳纶浆粕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, 芳纶浆粕非常适合作为一种增强纤维用于橡胶等聚合物的增强。但芳纶浆粕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粕进行预处理，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：

（1）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。 

（2）将芳纶浆粕（纤维长度为0.85～1.19mm，含水量5.0～11wt%）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。

（3）为了解决纶浆粕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粕进行预处理，以粉末丁腈橡胶（Goodyear公司的ChemigumP83）和沉淀法白炭黑为隔离剂、以对叔丁基苯酚聚乙炔树脂（牌号AD-2000，软化点为120～140℃）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。 

（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。

（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。

（6）采用齐聚酯增塑剂（西安有机化工厂，12-II），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。

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-40 6.5-7.5份、TAIC 1.4-1.6份、加工助剂2.4-2.6份。