[发明专利]一种芳纶压制环及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料领域，公开了一种芳纶压制环及其制备方法，本发明在芳纶基布上选择粘结改性丁腈橡胶，可获得耐油性、抗压性俱佳的芳纶压制环。本发明改性丁腈胶中含有与丁二烯和丙烯腈共聚结合的纳米二氧化硅@金属有机框架材料，可有效提升橡胶抗压强度和进一步改善橡胶的耐油性。本发明方法制得的芳纶压制环，芳纶基布与橡胶层的粘结力更强，进而可进一步改善抗压性。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种芳纶压制环及其制备方法。

背景技术

芳纶压制环是由芳纶基布和粘结于基布上的橡胶结合而成的制品，其主要用于油田钻孔机的轴上。由于芳纶压制环特殊的使用场景，其需要在-20--100℃连续24小时工作，适用钻井液、酸化液、压力液、石英砂等，且工作位置有震动，柱塞做往复直线运动，最高速度达1m/s。因此要求其具有高抗压性(抗压强度至少需要达到138MPa)、耐油性。

芳纶压制环的研发包括基布的选择、橡胶材料配方开发、橡胶和基布的刮胶成型工艺以及橡胶制品的硫化工艺等。其中，芳纶布又名凯夫拉，是美国杜邦公司研制的一种芳纶纤维材料，这种材料具有密度低、强度高、韧性好、耐高温等特点。目前高性能的芳纶基布已经比较成熟，主要难点在于高强度高耐油的橡胶材料的开发以及芳纶基布与橡胶材料的刮胶成型工艺上。丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经共聚而制得的一种合成橡胶。丁晴胶中丙烯腈含量越多，其耐油性越好。因此丁腈橡胶是一种通用型耐油橡胶，但是普通丁腈橡胶的抗高压性尚难以满足芳纶压制环的性能需求。

综上，芳纶压制环因其设计加工流程复杂，使用环境恶劣，对材料要求很高，目前国内外生产芳纶压制环制品的公司很少，因此有必要开发出一款具有高抗压性、高耐油性的芳纶压制环产品。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种芳纶压制环及其制备方法，本发明在芳纶基布上选择粘结改性丁腈橡胶，可获得耐油性、抗压性俱佳的芳纶压制环。本发明改性丁腈胶中含有与丁二烯和丙烯腈共聚结合的纳米二氧化硅@金属有机框架材料，可有效提升橡胶抗压强度和进一步改善橡胶的耐油性。本发明方法制得的芳纶压制环，芳纶基布与橡胶层的粘结力更强，进而可进一步改善抗压性。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种芳纶压制环，包括间隔叠合粘结的芳纶基布和橡胶层。

其中，所述橡胶层为丁腈橡胶，包括以下重量份的原料：含有纳米二氧化硅@金属有机框架材料的改性丁腈胶90-110份，液体丁腈胶5-15份，C5石油树脂5-15份，固马隆树脂3-7份，白炭黑70-90份，硫酸钡6-10份，氧化锌3-7份，轻质氧化镁3-5份，微晶蜡0.4-0.8份，聚乙二醇2-3份，硬脂酸0.5-1.5份，硫化剂0.5-1.0份，防老剂2-3份，促进剂2-4份。

在芳纶基布上选择粘结丁腈橡胶，相较于其他橡胶来说，丁腈橡胶耐油性较为出色、机械性能较佳。进一步地，为了克服普通丁腈胶抗压性不足的缺陷，本发明的改性丁腈胶中含有与丁二烯和丙烯腈共聚结合的纳米二氧化硅@金属有机框架材料，一方面，纳米二氧化硅颗粒可作为补强点有效提升橡胶抗压强度；另一方面，金属有机框架材料可进一步改善橡胶的耐油性，其原理为：我们知晓耐油性是指橡胶抵抗油类引起溶解，溶胀，开裂，变形或物理性能降低的能力，因此橡胶耐油性差的本质是当其接触油类后容易溶解或溶胀(主要是溶胀)，而当具有笼状网络结构的金属有机框架材料分散于橡胶中时，相当于在橡胶基体中构建了大量微小的框架结构，起到包笼效果，类似于水泥中钢筋网络的作用，可有效增加材料溶胀的阻力，进而使得橡胶表现出更好的耐油性。

此外，配方中液体丁腈胶的作用是增塑，C5石油树脂和固马隆树脂的作用是增粘。作为优选，所述硫化剂为硫磺。

作为优选，所述防老剂为质量比为(1-2)∶1的RD防老剂和MB防老剂。

作为优选，所述促进剂为质量比为(1-2)∶1∶(0.3-0.5)的TMTD促进剂、CBS促进剂和DM促进剂。