一种纳米BN填充PTFE制备耐磨耐高温复合材料的方法技术

一种纳米BN填充PTFE制备耐磨耐高温复合材料的方法，涉及油田采油技术领域，将纳米六方相BN通过表面活性剂分散在溶剂中，然后填充于PTFE中，经干燥、模压、烧结，取得耐磨耐高温复合材料。本发明专利技术克服了六方相纳米BN填料因为尺寸小、表面能高、容易团聚的缺点，实现了纳米六方相BN在PTFE中的高度分散，以显著提升复合材料的耐摩擦磨损性能，将其应用于抽油杆接箍，填充有纳米氮化硼的聚四氟乙烯复合材料，其使用温度可以达到160℃以上，其耐磨性与纯聚四氟乙烯相比得到了大幅提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油田采油
，特别是有杆抽油用防偏磨接箍的耐磨耐高温材料的制备技术。
技术介绍
现今改善抽油杆接箍的耐磨性的方法是在抽油杆接箍金属部分的外表面设置一层耐磨的非金属层，这种非金属层的材料可以是超高分子量聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯等，江苏油田研发了一种柔性防磨抽油杆接箍（《钻采工艺》，2013年5月）。通过该柔性防磨接箍，抽油杆可以发生任意方向的偏转，变偏磨为全磨；变刚性连接为柔性连接，降低了抽油杆接箍对油管的正压力，从而减少了磨损。同时，该方法在抽油杆接箍外表面烧结一层耐磨的超高分子量聚乙烯，减缓杆管之间的磨损，延长了杆管的寿命。但是，接箍外表面的超高分子量聚乙烯的软化温度低，在井深较大、井下温度较高时，烧结在抽油杆接箍外表面的超高分子量聚乙烯塑料就很快被磨损、脱落。天津市超科光纤通讯器材科技有限公司研发了一种耐磨抽油杆接箍（申请号：200420029609.3），其在抽油杆接箍的金属外表面设置的一层非金属层为聚氨酯，设置的非金属层具有一定的厚度，同时可以具有很好的耐腐蚀性，由此可以具有很好的耐腐蚀性，由此可以大大改善抽油杆接箍的耐磨性能，有效的避免了由于抽油杆接箍的金属部分直接与油管发生摩擦，而导致抽油杆接箍磨损现象的发生，延长了油管的检修周期，减少维修工作量，提高了油井的年采油量。但聚氨酯的使用温度不宜超过120℃。因此，专利技术在高温下使用的耐磨材料迫在眉睫。六方相氮化硼为层状材料，又称为“白石墨”，具有良好的导热、耐腐蚀、耐溶胀和抗磨减摩性能，是理想的摩擦材料填充剂。高度分散纳米六方相氮化硼能够实现和有机基质高度相容，大幅度减少有机-无机界面的缺陷，进一步提高复合材料的摩擦学性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种可在高温下使用的、以纳米BN填充PTFE制备耐磨耐高温复合材料的方法。本专利技术技术方案是：将纳米六方相BN通过表面活性剂分散在溶剂中，然后填充于PTFE中，经干燥、模压、烧结，取得耐磨耐高温复合材料。本专利技术克服了六方相纳米BN填料因为尺寸小、表面能高、容易团聚的缺点，通过表面活性剂将其分散在溶剂中，得到独立分散的BN悬浮液，然后将其用于对PTFE的填充，从而实现纳米六方相BN在PTFE中的高度分散，以显著提升复合材料的耐摩擦磨损性能。本专利技术的有益效果：这种应用于抽油杆接箍，填充有纳米氮化硼的聚四氟乙烯复合材料，其使用温度可以达到160℃以上，其耐磨性与纯聚四氟乙烯相比得到了大幅提升。进一步地，本专利技术所述溶剂为丙酮、乙醇、乙醇水溶液或丙酮水溶液中的一种。溶剂选择的依据主要是基体材料（PTFE）和填充材料（纳米六方相BN）的表面性质，即纳米BN和PTFE在溶剂里的分散。此外，溶剂的价廉易得、稳定、安全和容易回收也是考虑的因素。溶剂的用量要使填料没和基体材料能够形成悬浮液，为了实现他们的充分分散而有利于均匀填充，本专利技术所述溶剂与PTFE的用料质量比为2～3：1。所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)或十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）中的一种。选择上述阴离子的和阳离子表面活性剂的主要目的是抑制纳米BN的团聚，选择的表面活性剂的极性集团可以和纳米BN具有较好的相互作用。所述表面活性剂与PTFE的用料质量比为1～10∶100。该数量主要是根据填料纳米六方相BN的量来选择的，即表面活性剂的量要足够的多，能够实现其在纳米六方相BN表面的吸附，从而抑制BN的团聚。当然，过量的表面活性剂也没有意义。所述纳米六方相BN与PTFE的用料质量比为1～10∶100。太少的填料的填充增强、抗磨减摩效果有限；太多的填料导致基体材料连续性下降，韧性变差，该比例是研究优化的结果。所述纳米六方相BN的粒径为30～100nm。如纳米六方相BN的尺寸太小，由于其表面能高，均匀填充的难度大；而如纳米六方相BN的尺寸太大，则已经不是纳米级材料，会增加有机-无机材料之间的缺陷，导致综合性能下降。所述PTFE的粒径为10～35µm。该尺寸范围有利于和填料的均与混合，市场可得到性也是因素之一。具体操作方法是：将纳米六方相BN和表面活性剂分散在溶剂中，搅拌0.5～1h后再加入PTFE，再搅拌0.5～1h，烘干后制成混合粉料；将混合粉料置于模具中，先在200～280℃环境下预热5～20min，再在10～20mPa的压力下保压10～30min，卸压，再将压制成型的坯料和模具一起置于350～390℃的烧结炉中烧结0.5～2h，冷压后，脱模，即得耐磨耐高温复合材料。上述方法的主要优点在于带热预压可以充分排气，减少产品缺陷；冷压后脱模和调节产品的精度、硬度和韧性。具体实施方式实施例1：先将1质量份的纳米六方相BN和1质量份的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分散到由200质量份的乙醇水溶液或丙酮水溶液中，在室温搅拌0.5h后加入100质量份的聚四氟乙烯（PTFE）搅拌0.5h至混匀，再在60℃下烘干，得到混合粉末。然后在模具的模腔中放入上述混合粉料，在250℃预热10min，再在10MPa的压力下保压15min，卸压后取出，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在370℃下烧1h，然后冷压20min，脱模，取出复合材料样品。样品在200N的载荷下，摩擦24000r，拉伸性能按GB1040-2006测定。其摩擦系数和磨耗见表1。作为参比，将纯的聚四氟乙烯微粉在250℃预热10min，再在10MPa的压力下保压10min，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在370℃下烧1h，然后冷压20min，取出。样品在200N的载荷下，摩擦12000r，拉伸性能按GB1040-2006测定。其摩擦系数和磨耗见表1。实施例2：先将5质量份的纳米六方相BN和5质量份的十二烷基硫酸钠（SDS）分散到300质量份的丙酮中，在室温搅拌0.5h后加入100质量份的聚四氟乙烯搅拌0.5h至混匀，再在60℃烘干，得到混合粉料。然后在模具的模腔中放入上述混合粉料，在280℃预热5min，再在15MPa的压力下保压10min，卸压后取出，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在350℃下烧2h，然后冷压20min，脱模，取出复合材料样品。样品在200N的载荷下，摩擦24000r，拉伸性能按GB1040-2006测定。其摩擦系数和磨耗见表1。实施例3：先将10质量份的纳米六方相BN和10质量份的十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）分散到250质量份的乙醇中，在室温搅拌0.5h后加入100质量份的聚四氟乙烯搅拌0.5h至混匀，再在60℃烘干，得到混合粉料，然后在模具的模腔中放入上述混合粉料，在200℃预热20min，再在20MPa的压力下保压10min，卸压后取出，然后将压制成型的坯料和模具一起放入马弗炉中，在390℃下烧0.5h，然后冷压20min，取出。样品在200N的载荷下，摩擦24000r，拉伸性能按GB1040-2006测定。其摩擦系数和磨耗见表1。表1改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能和力学性能样品参比实施例1实施例2实施例3摩擦系数0.2340.1680.1380.169磨耗（mg）676.6351.176.3151.1拉伸强度（MPa）32.730.429.018.0拉伸模量（MPa）3643243本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米BN填充PTFE制备耐磨耐高温复合材料的方法，其特征在于将纳米六方相BN通过表面活性剂分散在溶剂中，然后填充于PTFE中，经干燥、模压、烧结，制得耐磨耐高温复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米BN填充PTFE制备耐磨耐高温复合材料的方法，其特征在于将纳米六方相BN通过表面活性剂分散在溶剂中，然后填充于PTFE中，经干燥、模压、烧结，制得耐磨耐高温复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述溶剂为丙酮、乙醇、乙醇水溶液或丙酮水溶液中的一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述溶剂与PTFE的用料质量比为2～3∶1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)或十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）中的一种。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述表面活性剂与PTFE的用料质量比为1～10∶100。6.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐海军，马建杰，石国军，邹俊松，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32