本发明专利技术提出一种耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料、其制备方法及所得封隔器，属于功能材料技术领域，该复合材料具有优异的力学性能和耐老化性，由其制备的封隔器可长效使用在高温石油开采条件下，且老化30天仍能表现出显著的力学性能。该技术方案包括超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40‑50份、反应补强剂3‑7份、混合炭黑30份、防老剂2‑5份、助交联剂3‑8份、无味自由基引发剂3‑8份、软化剂0.5‑2.0份和促进剂2‑6份。本发明专利技术能够应用于油气藏开采过程中所用封隔器的制备中。
Aging-resistant HNBR/silicone-carbon rubber composites, preparation methods and packers obtained
The invention provides an aging-resistant HNBR/silicone-carbon rubber composite material, its preparation method and the packer obtained, belonging to the technical field of functional materials. The composite material has excellent mechanical properties and aging resistance. The packer prepared by the composite material can be used in high-temperature oil exploitation conditions for a long time, and can still show remarkable mechanical properties after 30 days of aging. The technical scheme includes 100 phr of supersaturated hydrogenated nitrile rubber, 40 phr of biomass silicone carbon, 3 phr of reactive reinforcing agent, 30 phr of mixed carbon black, 2 phr of antioxidant, 3 phr of assistant crosslinking agent, 3 phr of odorless free radical initiator, 0.5 phr of softener and 2 phr of promoter.6 phr. The invention can be applied to the preparation of packers used in the process of oil and gas reservoir exploitation.
【技术实现步骤摘要】
耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料、其制备方法及所得封隔器
本专利技术属于功能材料
，尤其涉及一种耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料、其制备方法及所得封隔器。
技术介绍
近几年国内油田油气的深入开发，低渗透油藏中的深井、超深井得到大力开发，深层油气资源开发面临高含水、深井、高温、高压、高应力、高二氧化碳等特征，采油工况日趋恶化，新型井下工具的研发及非常规油藏开发用新型材料越来越成为采油工程的关键。HNBR具有优异的力学性能、耐高低温性、耐化学介质和耐臭氧性等特点，因此广泛应用于采油工程中。近些年，采用不饱和羧酸金属盐类对氢化丁腈橡胶的复合改性得到广泛的应用，常见的不饱和羧酸金属盐类有双甲基丙烯酸锌、甲基丙烯酸镁盐、氢氧化单甲基丙烯酸锌，这些反应型增强剂以化学反应增强原理完成对氢化丁腈橡胶的补强，与HNBR的结合性较好，提升材料的耐极性溶剂和耐高温性。虽然氢化丁腈橡胶复合材料的力学性能的增强得到广泛研究，但其耐热氧老化性能还不尽人意。基于我国越来越多的非常规油气藏得到开采的现状，为了保持油气资源的开采产量，提高油气资源的采收率，高效开发复杂条件下的油气藏，开发高性能储层改造材料是确保油藏高产稳产的重要支撑。封隔器用橡胶的耐老化性、使用寿命成为制约封隔器长效使用的技术关键和瓶颈，因此，如何克服耐老化性、耐高温、高压差的技术难题，制备出具有优异的力学性能和耐老化性橡胶材料成为采油工程中的科学难题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料、其制备方法及所得封隔器，该复合材料具有优异的力学性能和耐老化性，由其制备的封隔器可长效使用在高温石油开采条件下，且老化30天时仍表现优异的力学性能。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，包含下述重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40-50份、反应补强剂3-7份、混合炭黑30份、防老剂2-5份、助交联剂3-8份、无味自由基引发剂3-8份、软化剂0.5-2.0份和促进剂2-6份。作为优选，包括以下重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40-50份、反应补强剂3-7份、混合炭黑30份、防老剂2-5份、助交联剂3-8份、无味自由基引发剂3-8份、软化剂0.5-2.0份和促进剂2-6份。作为优选，所述反应补强剂为双甲基丙烯酸锌、单甲基丙烯酸锌、单甲基丙烯酸镁、单甲基丙烯酸钙和甲基丙烯酸铝中的任意一种。作为优选，所述反应补强剂为单甲基丙烯酸锌。作为优选，所述混合炭黑为炭黑774、炭黑990、炭黑220、炭黑N330和炭黑N110中的任意几种的混合物。作为优选，所述防老剂为防老剂RD和防老剂MB的混合物，其中防老剂RD和防老剂MB的摩尔比为1:1。作为优选，所述助交联剂为三烯基甲基三异氰脲酸脂，所述无味自由基引发剂为无味过氧化二异丙苯，所述促进剂为氧化锌，所述软化剂为硬脂酸。作为优选，所述复合材料在温度160℃-200℃、老化30天后所表现出的力学性能显著优于其老化前的力学性能。本专利技术还提供了一种如上述任一项技术方案所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：将重量份为100份的超饱和氢化丁腈橡胶开炼塑炼，缓缓加入软化剂0.5-2.0份、促进剂2-6份、防老剂3-7份，然后混炼10-20min；向上述体系中依次加入反应型补强剂为3-7份、混合炭黑25-35份、生物质硅碳40-50份，混炼10-30min；向上述体系中再分次加入助交联剂3-8份、无味自由基引发剂3-8份，混炼20-40min后，均匀下片得混炼胶，冷却；将冷却后的混炼胶在硫化机上以165℃/15MPa进行一段硫化20min，然后以150℃进行二段硫化4h，得到耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料。本专利技术还提供了一种如上述任一项技术方案所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料制作得到的封隔器。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术提供的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料以从生物质稻壳中提取的硅碳无机粒子作为传统炭黑的替代物，加工出生物质硅碳复合的新型氢化丁腈橡胶复合材料的技术方法，该材料表现出比氢化丁腈橡胶/炭黑复合材料更加优异的力学性能、高温耐老化性。硅碳补强的HNBR复合材料的高温力学性能保留率高于N550补强的HNBR复合材料，具有更优的耐高温老化能力，且温度俞高这种优势愈加明显。硅碳补强的HNBR复合材料比N550补强的HNBR复合材料具有更优的韧性、弹性和力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的HNBR/硅碳和HNBR/炭黑橡胶复合材料的拉伸强度随温度升高而变化的对比图；图2为本专利技术实施例所提供的HNBR/硅碳和HNBR/炭黑橡胶复合材料的扯断伸长率随温度升高而变化的对比图；图3为本专利技术实施例所提供的HNBR/硅碳和HNBR/炭黑橡胶复合材料的撕裂强度随温度升高而变化的对比图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，包含下述重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40-50份、反应补强剂3-7份、混合炭黑30份、防老剂2-5份、助交联剂3-8份、无味自由基引发剂3-8份、软化剂0.5-2.0份和促进剂2-6份。上述实施例提供的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料的配方以超饱和氢化丁腈橡胶为基体材料、结合生物质硅碳以及反应补强剂，辅以混合炭黑、防老剂、助交联剂、无味自由基引发剂、软化剂和促进剂开练混合后经硫化反应制备而成，具有优异的力学性能和高温耐老化等性能特点。为了能够实现上述性能特点，本配方以超饱和氢化丁腈橡胶为基体材料，在该基体材料的基础上引入生物质硅碳代替传统的炭黑N550，生物质硅碳是二氧化硅和碳均匀分布的多孔性(孔径2nm左右)复合材料，比表面积比炭黑N550大得多，生物质硅碳复合材料中的碳可实现对二氧化硅的包覆，阻止纳米二氧化硅自身的团聚，因此可提高生物质硅碳在高分子基体中的分散性及相容性，而炭黑N550并不具备上述复合结构。此外，选用适合的反应补强剂可协同生物质硅碳发挥补强和耐老化效果，这主要是因为反应补强剂在硫化工艺中受自由基引发剂的作用可生成具有化学交联的离子聚合物，表现出较好的增强作用。在高温老化过程中，生成的热自由基会被材料中残存的反应补强剂捕捉，再次引发反应补强剂，使力学性能再次增强。同时，大量的硅碳纳微增强剂也会具有传导自由基单电子的作用，降低了老化过程产生的自由基向其他活性碳原子发生链转移自由基反应的能力，使材料表现出老化增强和耐老化的试验现象。因此，本实施例提供的橡胶复合材料可具有优异的力学性能和高温耐老化等性能特点。还可以理解的是，本实施例所用的超饱和氢化丁腈橡胶的氢化饱和度为99％的ZP1000L，这主要是考虑到超饱和氢化丁腈橡胶的分子主链几乎不存在不饱和双键，分子链热稳定性非常高，有利于橡胶耐老化性的提高。在一优选实施例中，包括以下重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40-50份、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，包含下述重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40‑50份、反应补强剂3‑7份、混合炭黑30份、防老剂2‑5份、助交联剂3‑8份、无味自由基引发剂3‑8份、软化剂0.5‑2.0份和促进剂2‑6份。
【技术特征摘要】
1.耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，包含下述重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40-50份、反应补强剂3-7份、混合炭黑30份、防老剂2-5份、助交联剂3-8份、无味自由基引发剂3-8份、软化剂0.5-2.0份和促进剂2-6份。2.根据权利要求1所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：超饱和氢化丁腈橡胶100份、生物质硅碳40-50份、反应补强剂3-7份、混合炭黑30份、防老剂2-5份、助交联剂3-8份、无味自由基引发剂3-8份、软化剂0.5-2.0份和促进剂2-6份。3.根据权利要求1所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，所述反应补强剂为双甲基丙烯酸锌、单甲基丙烯酸锌、单甲基丙烯酸镁、单甲基丙烯酸钙和甲基丙烯酸铝中的任意一种。4.根据权利要求3所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，所述反应补强剂为单甲基丙烯酸锌。5.根据权利要求1所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，所述混合炭黑为炭黑774、炭黑990、炭黑220、炭黑N330和炭黑N110中的任意几种的混合物。6.根据权利要求1所述的耐老化HNBR/硅碳橡胶复合材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD和防老剂MB的混合物，其中防...
【专利技术属性】
技术研发人员：李再峰，李子健，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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