一种合金橡胶活塞及其采用的氢化丁腈高分子橡胶制造技术

本发明专利技术公开了一种合金橡胶活塞及其采用的氢化丁腈高分子橡胶，属于活塞技术领域。包括活塞和缸套，所述活塞由钢芯和弹性体组成，所述弹性体和缸套采用氢化丁腈高分子橡胶，弹性体和缸套采用过盈配合，弹性体与钢芯通过胶粘硫化成型，所述氢化丁腈高分子橡胶以碳化硅与表面活性处理纳米石英为改性基础材料，配合过氧化物硫化，超高强度纳米补强，加入耐高温防老剂，采用双马来酰胺高分子接枝复合技术而成；本发明专利技术适用于石油开采恶劣环境下，具有耐高温高压耐磨抗腐蚀等多重优点，使用寿命长，降低了更换频率，提高了钻井生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种合金橡胶活塞及其采用的氢化丁腈高分子橡胶
本专利技术属于活塞
，具体涉及一种合金橡胶活塞及其采用的氢化丁腈高分子橡胶。
技术介绍
在泥浆泵液力端中，活塞和缸套是实现泵功能的两组关键部件。钻井泥浆泵普遍使用胀紧式活塞，活塞与缸套构成密封副，活塞的弹性体靠一定的过盈量紧贴在缸套壁作往复运动。而且由于工作条件严酷，活塞和缸套易磨损，须经常更换。其使用寿命直接影响到钻井生产的效率。石油开采的深井、超深井的工况环境十分恶劣，包括高低温、高压、S和H2S以及CO2等腐蚀性介质的高含量、各类强腐蚀添加剂等，对于井下密封材料的性能提出了更高的要求。普通的NBR丁腈橡胶已经不能满足这些要求，而以前大量使用的氟橡胶存在一些性能上的缺点，如在烃类液体中稍有溶胀后，其机械强度损失很大；对于某些特殊化学药品的反应十分敏感，加工性能较差；价格昂贵等。随着现代科学技术的不断发展，对橡胶材料的性能提出了日益广泛和苛刻要求，单一品种橡胶性能已无法满足复杂的苛刻环境。高分子“聚合物合金”技术是目前常用于橡胶材料改性的技术，可以实现两种或多种材料的取长补短，满足在高温、高压、磨耗、化学物品等苛刻条件下正常使用。
技术实现思路
针对现有技术中缺陷与不足的问题，本专利技术提出了一种合金橡胶活塞及其采用的氢化丁腈高分子橡胶，适用于石油开采恶劣环境下，具有耐高温高压耐磨抗腐蚀等多重优点，使用寿命长，降低了更换频率，提高了钻井生产效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种合金橡胶活塞，包括活塞和缸套，所述活塞由钢芯和弹性体组成，所述弹性体和缸套采用氢化丁腈高分子橡胶，弹性体和缸套采用过盈配合，弹性体与钢芯通过胶粘硫化成型。进一步的，所述钢芯上设有若干齿槽，弹性体上设有与齿槽配合的凸起。一种合金橡胶活塞采用的氢化丁腈高分子橡胶，所述氢化丁腈高分子橡胶成分为：生胶100g：HNBR氢化丁腈橡胶；填充补强剂30～100g：包括炭黑，ZnO，MMA，碳化硅，表面活性处理的纳米石英,硬脂酸；硫化剂3～15g：采用过氧化物硫化剂包括Vul-cup40KE、PeroximonF-40；硫化促进剂1-10g：包括HVA-2（N,N’-间苯撑双马来酰亚胺）、TMTD（四甲基硫代过氧化二碳酸二酰胺），TAIC（三烯丙基异氰尿酸酯）、TMPT（三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯）；防老剂1～5g：双组份防老剂体系RD/MB或MB/二苯胺类防老剂445；其它助剂1～5g：包括金属氧化物。进一步的，所述金属氧化物可选用MgO。进一步的，所述氢化丁腈高分子橡胶加工工艺为：a.将生胶通过塑炼成塑炼胶；b.在塑炼胶中加入硫化促进剂、防老剂、金属氧化物翻炼，再加入填充补强剂翻炼，再加入硫化剂薄通、下片成混炼胶；c.将混炼胶硫化；d.对硫化胶进行性能测试。本专利技术具有如下有益效果：填充补强剂中的ZnO/MMA在混炼硫化时，发生聚合反应，并与氢化丁腈橡胶接枝，构成一种新型超高分子纳米复合材料，使氢化丁腈橡胶拉伸强度可高达60MPa，并具有较高的定伸应力、撕裂强度和良好的加工性能；采用过氧化物硫化剂硫化的氢化丁腈具有更好的耐热性、动态力学性能和较低的压缩永久变形；引进双组份防老剂中适当加入一些金属氧化物凸显耐高温防老剂之间的协同效应，可以进一步提高硫化胶的耐高温、耐介质腐蚀性能；本专利技术的合金橡胶活塞具有耐高温高压耐磨抗腐蚀等多重优点，适用于石油开采恶劣环境，使用寿命长。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术活塞结构示意图；图3为活塞工作过程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。如图1所示，一种合金橡胶活塞，包括活塞1和缸套2，所述活塞1由钢芯11和弹性体12组成，所述弹性体12和缸套2采用氢化丁腈高分子橡胶，弹性体12和缸套2采用过盈配合，弹性体12与钢芯2通过胶粘硫化成型。所述氢化丁腈高分子橡胶成分为：生胶100g：HNBR氢化丁腈橡胶；填充补强剂30～100g：包括但不限于炭黑，ZnO，MMA，碳化硅，表面活性处理的纳米石英,硬脂酸；硫化剂3～15g：采用过氧化物硫化剂包括但不限于Vul-cup40KE、PeroximonF-40；硫化促进剂1-10g：包括但不限于HVA-2（N,N’-间苯撑双马来酰亚胺）、TMTD（四甲基硫代过氧化二碳酸二酰胺），TAIC（三烯丙基异氰尿酸酯）、TMPT（三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯）；防老剂1～5g：双组份防老剂体系RD/MB或MB/二苯胺类防老剂445；其它助剂1～5g：包括金属氧化物，可选用MgO。所述氢化丁腈高分子橡胶的加工工艺为：将生胶通过塑炼成塑炼胶；在塑炼胶中加入硫化促进剂、防老剂、金属氧化物翻炼，再加入填充补强剂翻炼，再加入硫化剂薄通、下片成混炼胶；将混炼胶硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为4h；最后对硫化胶进行性能测试。本专利技术填充补强剂中的ZnO/MMA在混炼硫化时，发生聚合反应，并与氢化丁腈橡胶接枝，构成一种新型超高分子纳米复合材料，使氢化丁腈橡胶拉伸强度可高达60MPa，并具有较高的定伸应力、撕裂强度和良好的加工性能；采用过氧化物硫化剂硫化的氢化丁腈具有更好的耐热性、动态力学性能和较低的压缩永久变形；引进双组份防老剂中适当加入一些金属氧化物凸显耐高温防老剂之间的协同效应，可以进一步提高硫化胶的耐高温、耐介质腐蚀性能。本专利技术限于橡胶活塞成品试验条件，在180℃×70MPa压缩式封隔器胶筒的成品试验设备上对氢化丁腈高分子橡胶作了试验。将一种以碳化硅与表面活性处理纳米石英为改性基础材料采用双马来酰胺高分子接枝技术复合材料用于氢化丁腈橡胶胶筒中，成为高分子橡胶“合金”，使得氢化丁腈橡胶胶筒在高温下承受井下高压力时，橡胶分子链段直接产生有足够键能和适应外力变化，具有在180℃高温下抵抗和缓和高压冲击橡胶胶筒，避免胶筒遭受撕裂破坏，封隔器胶筒达到了在180℃×70MPa条件下正常使用，其试验记录如下表：氢化丁腈复合材料的物理机械性能（表1）封隔器胶筒压力试验记录（表2）如图2所示，所述钢芯11上设有若干齿槽，弹性体12上设有与齿槽配合的凸起，从而使钢芯11与弹性体12配合更牢固，活塞1结构更稳定。如图3所示，由曲柄31、连杆32带动滑枕33，使活塞1在缸套2内作往复运动，活塞1的往复运动改变着缸套2的容积，并使液缸内保持一定的压力，借助排出阀34和吸入阀实现抽送液体的工作过程，在此过程中，活塞1主要起到了密封、扶正、擦拭三个作用。本专利技术在以下工况中试验：使用温度：≤170℃，使用介质：原油/水及25%酸碱溶液，PH值4-13，工作压力：≤60MPa；其往复工作总长度620mm，每分钟频次≤80次。经试验验证，在以上工况下正常使用，平均使用寿命≥500小时。本专利技术活塞由于采用了氢化丁腈高分子橡胶，具有耐高温高压耐磨抗腐蚀等多重优点，适用于石油开采恶劣环境，使用寿命长。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征和本专利技术的优点。本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术的范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合金橡胶活塞，其特征在于：包括活塞和缸套，所述活塞由钢芯和弹性体组成，所述弹性体和缸套采用氢化丁腈高分子橡胶，弹性体和缸套采用过盈配合，弹性体与钢芯通过胶粘硫化成型。

【技术特征摘要】
1.一种合金橡胶活塞，其特征在于：包括活塞和缸套，所述活塞由钢芯和弹性体组成，所述弹性体和缸套采用氢化丁腈高分子橡胶，弹性体和缸套采用过盈配合，弹性体与钢芯通过胶粘硫化成型。2.如权利要求1所述的一种合金橡胶活塞，其特征在于：所述钢芯上设有若干齿槽，弹性体上设有与齿槽配合的凸起。3.如权利要求1所述的一种合金橡胶活塞采用的氢化丁腈高分子橡胶，其特征在于：所述氢化丁腈高分子橡胶成分为：生胶100g：HNBR氢化丁腈橡胶；填充补强剂30～100g：包括炭黑，ZnO，MMA，碳化硅，表面活性处理的纳米石英,硬脂酸；硫化剂3～15g：采用过氧化物硫化剂包括Vul-cup40KE、PeroximonF-40；硫化促进剂1-10g：包括HVA-2（...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨维庆，杨维顺，
申请(专利权)人：安徽聚力石油钻采设备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34