一种超耐磨包塑复合材料及其制备方法技术

一种超耐磨包塑复合材料及其制备方法，所述复合材料包括以下质量份的原料：超高分子量聚乙烯100份；MXene 1～10份；表面迁移剂0.5～5份；抗氧剂0.1～0.5份。本发明专利技术的复合材料具有较高的机械性能、稳定的摩擦系数和极低的磨损率，能够大大提高钻井钢丝绳运行稳定性和使用寿命，制备方法简单，操作方便，成本低，易于工业化应用。业化应用。业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种超耐磨包塑复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别是涉及一种超耐磨包塑复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着开采区块地质结构不断变化，油气井的深度不断增加，钻井采油难度不断加大，对钻井钢丝绳的要求也越来越高，钻井使用的钢丝绳一般是直接暴露在阳光辐照、风雨、酸碱、CO2、高矿化度水、H2S等强腐蚀介质的露天恶劣环境中。更主要的是钢丝绳的特殊结构导致其受力状态很复杂，工作时做往复疲劳运动，同时与油管有强烈的摩擦和磨损，钢丝绳内部也存在摩擦和微动磨损，严重影响了钢丝绳的使用寿命，所以寻求一种超耐磨钢丝绳包塑复合材料对于提高钢丝绳的使用寿命及稳定性至关重要。
[0003]目前常用的包塑复合材料为聚烯烃或尼龙，但是纯的聚合物材料随着实际作业过程发生磨损，在磨损后期发热明显，高温及腐蚀介质下发生的降解、氧化反应表现为腐蚀磨损。腐蚀磨损本身在这里是一种轻微磨损，但腐蚀磨损加剧了黏着磨损、疲劳磨损的发生，无法满足连续苛刻工况下长寿命工作。通常采用引进各种填料或共混来改善材料的摩擦磨损性能。但是，还存在填料在聚合物基体中分散性差、在摩擦过程中和摩擦副的结合力弱且不能进入摩擦副表面微凹区的问题，导致难以有效发挥其优异性能。
[0004]CN201710887903.X涉及一种改性超高分子量聚乙烯复合材料，其特点是使用了纳米二氧化硅和玻璃微珠作为改性填料，一定程度上提高了材料的热稳定性和抗摩擦蠕变性能，但是未考虑填料分散问题和复合材料表面性能。
[0005]CN201510039607.5公开了一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法，其特点是在于使用了碳纳米管作为改性填料，且应用了冷冻干燥的方法解决分散问题，但是所制备粉料经过挤出加工成制品过程中，填料又会被重新分散。
[0006]CN201810619992.4公开了一种新型MXenes改性防腐涂料及其制备方法，其特点在于发挥了MXenes材料的迷宫效应和电流保护增强涂料的防腐性能，但是涂层不适合表面能低的非极性树脂。
[0007]因此，亟需开发一种具有超高耐磨性能的包塑复合材料。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种超耐磨包塑复合材料，以解决现有技术中包塑复合材料耐磨性较差的问题。
[0009]本专利技术的目的还在于提供一种超耐磨包塑复合材料的制备方法。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供一种超耐磨包塑复合材料，包括以下质量份的原料：
[0011][0012]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为100～700万。
[0013]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述MXene选自Ti3C
2 MXene、Ti2C MXene、Mo2TiC
2 MXene、Mo2Ti2C3MXene、Mo2C MXene、Ta4C
3 MXene、TiNbC MXene、V2C MXene、Nb2C MXene、Nb4C
3 MXene、Ti4N
3 MXene、Ti3CN MXene和Cr2TiC
2 MXene中的一种或多种。
[0014]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述表面迁移剂为全氟烷基化合物。
[0015]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述全氟烷基化合物选自全氟烷基乙醇、全氟辛基乙醇、全氟烷基乙烯、全氟辛基乙烯、全氟己基乙基磺酰氯、全氟辛基磺酰胺、全氟己基乙硫醇、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟烷基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基磺酸、全氟己基乙基磺酸铵、全氟己基乙基磷酸酯和全氟己基乙基三氯硅烷中的一种或多种。
[0016]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
[0017]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述受阻酚类抗氧剂选自2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯酚、2
‑
叔丁基
‑
4，6
‑
二甲基苯酚、2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
乙基苯酚、2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
正丁基苯酚、2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
异丁基苯酚、3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯丙酸异辛酯、3
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯和四(4
‑
羟基
‑
3，5
‑
二叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯中的一种或多种。
[0018]为实现上述目的，本专利技术还提供一种超耐磨包塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]1)MXene/表面迁移剂改性粒子的制备
[0020]先将MXene均匀分散于水中，然后加入表面迁移剂混合均匀，然后经水热法得到产物，将产物清洗干燥，得到改性粒子；
[0021]2)复合材料的制备
[0022]将改性粒子与超高分子量聚乙烯和抗氧剂进行混合，得到混合料，对所述混合料进行挤出，得到包塑复合材料。
[0023]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料的制备方法，其中，步骤1)中，加入表面迁移剂后经超声处理进行混合。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术所述技术方案先对MXene表面进行改性修饰处理，引入表面迁移剂，制得改性粒子，使得其具有较低的表面能，通过将改性粒子引入超高分子量聚乙烯基体中，利用改性粒子较好的表面迁移性使其在材料表面富集，从而发挥出改性粒子的超强耐磨和耐腐蚀性能，既避免了改性粒子在基体中的分散问题，又充分利用了填料的超耐磨性，同时在摩擦
副表面形成了牢固、自润滑、耐腐蚀的表面层，对钻井钢丝绳作业工程中的几种典型磨损机制，如黏着、磨粒、氧化、疲劳等均起到了作用。
[0026]本专利技术的复合材料具有较高的机械性能、稳定的摩擦系数和极低的磨损率，能够大大提高钻井钢丝绳运行稳定性和使用寿命，制备方法简单，操作方便，成本低，易于工业化应用。
附图说明
[0027]图1为本专利技术所述超耐磨包塑复合材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面通过实施例对本专利技术进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。
[0029]一种超耐磨包塑复合材料，包括以下质量份的原料：
[0030][0031]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为100～700万。
[0032]本专利技术所述的超耐磨包塑复合材料，其中，所述MXene选自Ti3C
2 MXene、Ti2C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超耐磨包塑复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料：2.根据权利要求1所述的超耐磨包塑复合材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为100～700万。3.根据权利要求1所述的超耐磨包塑复合材料，其特征在于，所述MXene选自Ti3C
2 MXene、Ti2C MXene、Mo2TiC
2 MXene、Mo2Ti2C3MXene、Mo2C MXene、Ta4C
3 MXene、TiNbC MXene、V2C MXene、Nb2C MXene、Nb4C
3 MXene、Ti4N
3 MXene、Ti3CN MXene和Cr2TiC
2 MXene中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的超耐磨包塑复合材料，其特征在于，所述表面迁移剂为全氟烷基化合物。5.根据权利要求4所述的超耐磨包塑复合材料，其特征在于，所述全氟烷基化合物选自全氟烷基乙醇、全氟辛基乙醇、全氟烷基乙烯、全氟辛基乙烯、全氟己基乙基磺酰氯、全氟辛基磺酰胺、全氟己基乙硫醇、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟烷基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基磺酸、全氟己基乙基磺酸铵、全氟己基乙基磷酸酯和全氟己基乙基三氯硅烷中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的超耐磨包塑复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。7.根据权利要求6所述的超耐磨包塑复合材料，其特征在于，所述受阻酚类抗氧剂选自2，6
‑
二叔丁基
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜斌，石行波，陈商涛，张凤波，祝文亲，王帆，蔡玉东，张瑀健，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：