本发明专利技术涉及高分子橡胶复合材料，公开了一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料及其制备方法。将少量的纳米碳管加入到氟橡胶聚合物中，同时合理优化填料以及硫化体系，该耐高温高压密封件用氟橡胶材料由100重量份的过氧硫化体系氟橡胶聚合物、1‑15重量份的碳纳米管、1‑3份的交联剂、1‑6份的促进剂、0‑5重量份的吸酸剂、5‑40重量份的填料和0‑2重量份的加工助剂制备而成的。该发明专利技术所述配方合理，工艺简单，大大提高了高温高压下井下工具及阀门阀座的密封和承压效果。
Fluorine rubber material for high temperature and high pressure sealing component and preparation method thereof
The invention relates to a polymer rubber composite material and discloses a fluorine rubber material for high-temperature and high-pressure sealing parts and a preparation method thereof. The amount of carbon nano tube into the fluorine rubber polymer, while optimizing filler and curing system, the high temperature high pressure seal with fluorine rubber material is composed of 100 parts by weight of a peroxy vulcanizator polymer, 1 15 parts by weight of carbon nanotubes, 1 3 copies of the crosslinking agent, 1 6 the accelerator, 0 5 by weight of the acid absorbing agent, 5 40 parts by weight of filler and 0 2 parts by weight of a processing aid prepared. The formula of the invention is reasonable and the process is simple, and the sealing and pressure bearing effect of downhole tools, valves and valve seats are greatly improved under the condition of high temperature and high pressure.
【技术实现步骤摘要】
一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子橡胶复合材料，特别涉及一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料及其制备方法。
技术介绍
随着油气钻采深度逐渐增加，油气体成份以及压力状况变得更为复杂，由此，油气钻采、传输以及加工工艺相关设备对相关橡胶密封材料技术提出了更高的要求。在高温高压强腐蚀工况下，橡胶材料除了耐受复杂介质外，更是提出了高硬度、高拉伸强度、高抗剪切变形、防爆(ED，ExplosiveDecompression)或耐气体快速释压(RGD，RapidGasDecompression)，以及橡胶材料抗挤出变形(ER,ExtrusionResistance)等性能要求。在油气管线输送过程中，阀门是非常重要的部件。在阀门的非金属密封领域，非金属材料一般指塑料、橡胶以及柔性石墨等，而橡胶材料由于其弹性优异，补偿公差作用明显，对金属件加工精度要求低等特点，在阀门密封方面大量设计和使用。但现有的橡胶材料在高温高压下，密封效果不理想，主要是由于耐磨性较差，硬度低，强度低，抗挤出变形大，易受高压剪切失效，同时在高温高压液体或气体环境下，橡胶密封件容易产生气体快速释压失效。因此，研发一种高硬度抗挤出变形、抗剪切以及抗气体快速释压的高性能橡胶材料十分必要，尤其是用于阀门阀座密封用高硬度橡胶材料，硬度要求90ShoreA以上。在油气开采工艺中，封隔器是油气田井下常用的一种关键工具，广泛使用于油田分注、分层改造、压裂、分层采油、机械管道堵水等多种作业目的需要。橡胶胶筒作为封隔器的主要组成部分，它的质量直接影响封隔器的正常使用效果，使用寿命等，在封隔器中起着决定性的作用。橡胶胶筒在高温环境中承受较高压差时，胶筒容易被压裂，使得整个封隔器工具密封失效，从而造成封隔器的耐压差低、使用寿命短。目前使用的封隔器胶筒材料有丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、含氟橡胶等，在压差不是很高的情况下，基本满足了使用要求，但随着压差的进一步升高，但都由于常温及高温下抗剪切强度低，容易造成胶筒损坏。因此，研发一种高硬度抗挤出变形、高抗剪切变形的橡胶材料十分必要，硬度要求85ShoreA以上。碳纳米管(CNTs)是在一定条件下由大量碳原子聚集在一起形成的同轴空心管状的纳米级材料，其具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200Gpa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级，碳纳米管的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。随着纳米碳管生产商业化的日趋成熟，材料成本也大幅下降，纳米碳管作为增强填料使用也逐渐增多。中国专利(公开号：CN1615336A)公开了含有纳米碳管作为增强剂的橡胶组合物及其制备方法，提供了一种天然橡胶、丁苯橡胶和聚丁二烯橡胶在内的合成橡胶或天然胶，使用纳米碳管或石墨纤维增强橡胶，改善橡胶制品的力学性能、物理性能和化学性能。此类橡胶材料一般适用于橡胶轮胎制造，不适合用于耐高温耐高压的石油天然气工业。中国专利(公开号：CN101613495A)公开了含有纳米碳管的橡胶组合物，提供了包含一种特别的氢化丁腈、至少一种交联剂、以及纳米碳管的可固化的组合物，显示固化橡胶具有优异热性能、耐油性能以及机械强度。中国专利(授权公告号：CN103242609B)公开了多维数复合无机粒子/四丙氟橡胶复合材料，其以四丙氟橡胶为主体材料，添加不同维数的复合无机粒子，通过表面修饰使得无机粒子表面带有可参加交联反应的双键，加入的复合粒子能够有效提高四丙氟橡胶的耐温、耐硫化氢及耐二氧化碳性能。但是这些现有技术的复合橡胶材料在高温高压强腐蚀工况下，除了不能耐受复杂介质外，也不能满足高硬度、高拉伸强度、高抗剪切变形、防爆(ED，ExplosiveDecompression)或耐气体快速释压(RGD，RapidGasDecompression)，以及橡胶材料抗挤出变形(ER,ExtrusionResistance)等性能要求，本专利技术经过反复比较和筛选，将过氧硫化体系氟橡胶聚合物和碳纳米管相结合，并结合辅料制备耐高温高压密封件用氟橡胶材料，但是起初发现，将碳纳米管添加到氟橡胶聚合物中，不是所有的复合橡胶材料在高温高压环境下都有高硬度、高拉伸强度和高伸长率，甚至一度放弃了制备耐高温高压密封件用氟橡胶材料的最初努力，然而随着试验的进行，我们惊奇的发现，采用少量比例的碳纳米管添加到特定比例的氟橡胶中，并且同时合理优化填料以及硫化体系，整个配方体系保证较高含胶率的情况下，大大提高了氟橡胶复合材料的硬度、定伸强度、抗挤出变形以及抗剪切性能，同时材料具有优异的抗气体快速释压性能，综上所述，本专利技术提供了一种配方合理、工艺简单的耐高温高压密封件用氟橡胶材料及其制备方法，大大提高了高温高压下井下工具及阀门阀座的密封和承压效果。
技术实现思路
为了解决现有技术中高温高压下的氟橡胶材料作为密封件用时，密封和承压效果差，本专利技术提供了一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料，由以下重量份的原辅料制备而成：优选地，所述的过氧硫化体系氟橡胶聚合物为偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯-硫化点单体氟橡胶或偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-硫化点单体氟橡胶的一种；更为优选地，所述的偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯-硫化点单体氟橡胶为氟橡胶VitonGF；所述偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-硫化点单体氟橡胶为氟橡胶VitonGLT。优选地，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管一种或两种。优选地，所述的交联剂是2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(101XL-45，有效成分45％)。优选地，所述促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC-S70，有效成分70％)。优选地，所述的吸酸剂为氧化锌；所述的炭黑为N990、N774或N550的一种或几种；所述的加工助剂为WS280或HT290。本专利技术同时也提供了采用本专利技术提供的氟橡胶材料制成耐高温高压的密封件；将所述的密封件用于石油天然气工业井下工具密封，或阀门密封，或泵及压缩机密封。本专利技术的另一个目的是提供一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料的制备方法，并通过该制备方法制备得到的氟橡胶材料。该制备方法具体包括：(1)将100重量份的过氧硫化体系氟橡胶聚合物在双辊开炼机上塑炼均匀并包辊，然后将1-15重量份的碳纳米管、1-3重量份的交联剂、1-6重量份的促进剂、0-5重量份的吸酸剂、5-40重量份的填料和0-2重量份的加工助剂辅料预先混合均匀，并逐渐地加入开炼机中，将过氧硫化体系氟橡胶与辅料混合；(2)将过氧硫化体系氟橡胶与辅料混合后，将包辊的橡胶混合物左右开刀各5-10次，调节开炼机辊距到最小，打卷或打三角包方式10次，整个混炼时间控制在15-20分钟之间，使橡胶复合材料混炼均匀后出片，得到氟橡胶混炼胶。(3)将制备好的氟橡胶混炼胶陈放16小时后，再返炼出片待用。本专利技术提供的耐高温高压密封件用氟橡胶材料及其制备方法，本专利技术将少量的纳米碳管加入到氟橡胶聚合物中，同时合理优化填料以及硫化体系，试验结果表明，在整个配方体系保证较高含胶率的情况下，本专利技术提供的耐高温高压密封件用氟橡胶材料大大提高了氟橡胶复合材料的硬度、定伸强本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料，其特征在于，由以下重量份的原辅料制备而成：
【技术特征摘要】
1.一种耐高温高压密封件用氟橡胶材料，其特征在于，由以下重量份的原辅料制备而成：2.如权利要求1所述的氟橡胶材料，其特征在于，所述的过氧硫化体系氟橡胶聚合物为偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯-硫化点单体氟橡胶或偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-硫化点单体氟橡胶的一种；所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管一种或两种。3.如权利要求2所述的氟橡胶材料，其特征在于：所述的偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯-硫化点单体氟橡胶为氟橡胶VitonGF；所述偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-硫化点单体氟橡胶为氟橡胶VitonGLT。4.如权利要求1所述的氟橡胶材料，其特征在于，所述的交联剂是2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷。5.如权利要求1所述的氟橡胶材料，其特征在于，所述促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)。6.如权利要求1所述的氟橡胶材料，其特征在于，所述的吸酸剂为氧化锌。7.如权利要求1所述的氟橡胶材料，其特征在于，所述的填料为炭黑如N990、N774或N...
【专利技术属性】
技术研发人员：李恩军，苟文亮，
申请(专利权)人：上海如实密封科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。