[发明专利]一种高性能氢化丁腈橡胶胶料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能氢化丁腈橡胶胶料及其制备方法，该高性能氢化丁腈橡胶胶料的基体材料由高饱和度氢化丁腈橡胶、羧基氢化丁腈橡胶和多官能团环氧树脂组成，氢化丁腈橡胶在有机过氧化物作用下产生交联的同时，其中的羧基氢化丁腈橡胶和多官能团环氧树脂也将产生自交联，从而形成一种多元化的聚合物交联体系，以满足油田用橡胶密封制品所要求的耐油、耐热、耐硫化氢、高硬度以及良好的耐压缩性等特性。与此同时，液态化的多官能团环氧树脂作为橡胶的反应性临时增塑剂，使混炼胶具有较低的门尼粘度，可改善混炼胶的混炼、与成型和硫化成型工艺性能。制备时，可利用传统的混炼工艺技术，采用开炼机或密炼机进行混炼，并适应模压或注压硫化成型工艺。与现有技术相比，本发明技术所涉及的橡胶胶料性能优良，制备方法简便，成本低廉，可实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种高性能氢化丁腈橡胶胶料及其制备方法，特别是该高性能氢化丁腈橡胶胶料可利用传统的混炼工艺技术，采用开炼机或密炼机进行混炼，并适应于模压或注压硫化成型工艺。

背景技术

地下原油由于多年的开采，多数油井已经成为低渗透或超低渗透油井，开采越来越困难，而海洋石油开采也已开始从浅海区域向深海转移，油井深度向深井、超深井发展。超深井的特点是温度和压力都很高，一般5000m深井的井底温度将超过150℃，井底压力可能达到50MPa以上。工作环境也日趋苛刻， H₂S和CO₂浓度越来越高，所以油田深井使用的橡胶密封材料必须具有耐高温高压，耐腐蚀性良好等性能。

作为油田井下橡胶密封制品，特别是封隔器胶筒是油田分层开采作业中所使用的封隔器的核心部件，其性能要求极为苛刻，因而，许多研发人员都在想方设法改善和提高油田井下用氢化丁腈橡胶材料的性能，诸如：采用原位不饱和羧酸盐增强氢化丁腈橡胶【原位合成甲基丙烯酸锌增强氢化丁腈橡胶，合成橡胶工业，2005, 28(3):205-210】，将氢化丁腈橡胶与芳纶短纤维/浆粕或者酚醛树脂复合，甚至有人还想到把碳纳米管或石墨烯等最新型的纳米材料与氢化丁腈橡胶复合【发明专利，氢化丁腈橡胶与对位芳纶纤维复合材料及其制备方法，200410062207.8；发明专利，一种油田超高压耐酸橡胶密封材料及其制备方法，201310134896.5；发明专利，一种氢化丁腈橡胶/碳纳米管复合材料及其制备方法，20120208196.4；发明专利，一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，201410391897.5】，虽然这些研究工作对于提高氢化丁腈橡胶的力学性能效果都是很明显的，但将其实际应用油田井下橡胶密封制品在工业化生产上也许还有待改进，况且在性能上也并非完美，如：树脂增强、不饱和羧酸盐增强以及芳纶纤维增强橡胶材料的压缩永久变形并不理想。

多官能团环氧树脂是一种多酚型缩水甘油醚环氧树脂，其分子中有两个以上的环氧基，可以与胺基、羧基或咪唑类化合物反应，产生交联，而且在高温下交联速度较快，固化物的交联密度大，具有优良的耐热性（可耐200℃以上的高温）、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。羧基氢化丁腈橡胶（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，再经过选择性氢化而制成。HXNBR中的羧基基本未被氢化，沿着主链随机分布。与氢化丁腈橡胶（HNBR）相比，HXNBR具有更加优异的力学性能、粘合性能和耐磨性，可用油井专用的封隔器、钻头密封圈、防爆器和钻杆刮泥器等方面【Ferrari, L., Pazur, R. J.,Campomizzi, E. C., HXNBR for oil well specialties roll applications[J].Rubber World, 2004, 230 (1), 39-43.】。另外，羧基氢化丁腈橡胶的羧基具有一定的化学活性，它可能会与无机氧化物或氢氧化物产生中和反应，也可能与含有羟基或环氧基的有机化合物产生酯化反应，从而对橡胶本身的化学改性。因此，将氢化丁腈橡胶、羧基氢化丁腈橡胶和多官能团环氧树脂共混，将会实现羧基氢化丁腈橡胶和环氧树脂的自交联，形成相容性良好的聚合物合金，可望会的性能优异的氢化丁腈材料。

发明内容