[发明专利]一种增强氢化丁腈复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涉及一种增强氢化丁腈复合材料的制备方法，主要用于低渗透油藏采油工程中高温高压工况下的橡胶密封，属于橡胶复合材料制备技术领域。

背景技术

随着油气田开发的不断深入，国内油田将逐渐转向深井、超深井和热采井、非常规、低渗透油藏，采用分段注水、分段压裂、分段堵水的工艺进行施工。在上述采油工程工艺实施中，油田封隔器是石油开采工艺中的关键部件，而胶筒又是封隔器中关键之关键。胶筒在液压推力作用下，通过轴向压缩力的作用在封隔器套管壁上，对套管起密封作用。随着油水井的深度增加，地层的温度、压力越来越高，在中、深油井的分层开采、堵水、压裂、注水等作业中，油田封隔器胶筒发挥了关键作用。近年来，油井已进入高含水阶段，加上新的采油方法——热采的需要，还有日趋恶化的井下工况，现有耐温120℃的封隔器胶筒已不能满足油田开采的需要，开发研究耐温150℃以上、内压30MPa以上的胶筒才能满足当今油田钻采的工作需要。目前，在90℃高温高压下和120℃高温高压工况使用的胶筒技术国内已经成熟。国内油田普遍将耐温150℃、耐压差30MPa作为耐高温、高压压裂封隔器胶筒的主要性能指标。高于150℃度、高温、高压下使用的胶筒国内几乎没有厂家加工生产，目前主要依靠进口。

J karger-Kocsis （Tribological Testing of Peroxide Cured HNBR with Different MWCNT and Silica Contents under Dry Sliding and Rolling Conditions against Steel [J]Journal of Applied Polymer Science, 2008, 108:2840- 2851制备出多壁碳纳米管(MWCNT)和SiO₂增强的HNBR复合材料，碳纳米管较SiO₂表现出较优越的增强作用，MWCNT复合HNBR橡胶表现出较好的抗撕裂效果。国内外关于HNBR橡胶的改性补强报道较多的采用二甲基丙烯酸锌盐（ZMA）。二甲基丙烯酸锌盐（ZMA）和HNBR橡胶相容性较好，但分散性并不完美，与炭黑N550表现出一定的协同增强作用，制备的橡胶复合材料的拉伸强度一般小于35MPa，不能很好的解决高于150℃、高压差的密封难题。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种增强氢化丁腈复合材料的制备方法。所制备的橡胶在常温或高温力学性能较高、耐老化性优异，在油介质环境中，170℃×30～60MPa的工况下可以长期工作使用。

为达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案是：一种增强氢化丁腈复合材料的制备方法，步骤如下：首先将氢化丁腈橡胶置于开炼机中塑炼，待氢化丁腈橡胶包辊后，依次加入硬脂酸、金属氧化物、防老剂于开炼机上混炼5min，然后加入增强剂混炼均匀，而后再加入硫化剂和硫化助剂混炼均匀后，薄通下片制得混炼胶；将混炼好的混炼胶在170℃，硫化时间20min，硫化压力15 MPa的条件下，用平板硫化机硫化出氢化丁腈硫化胶。

进一步的，所述氢化丁腈橡胶的氢化度大于96%，丙烯腈含量为44%。

进一步的，所述增强剂是指炭黑或丙烯酸锌盐的一种或二者的混合物。

更进一步的，所述丙烯酸锌盐是氢氧化单甲基丙烯酸锌；所述炭黑是炭黑N330、炭黑N401、炭黑N220、炭黑N550中的一种或几种的混合物。

进一步的，所述金属氧化物是指普通氧化锌、活性氧化锌的一种或两种的混合物。

进一步的，所述防老剂是防老剂RD、防老剂MBZ、防老剂Naugard 445 、防老剂4020、橡胶防老剂4010NA、防老剂BHT的一种或几种的混合物。

进一步的，所述硫化剂为过氧化叔丁基异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化异丙基苯、2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧）己烷的一种。

进一步的，所述的硫化助剂为N,N间苯基双马来酰亚胺、异氰脲酸三烯丙酯、三羟甲基三丙烯酸丙烷酯的一种。

更进一步的，所述硫化剂为过氧化异丙苯，硫化助剂为异氰脲酸三烯丙酯。

进一步的，制备过程中使用的原料，其组成包括以下质量份：氢化丁腈橡胶 100、硬脂酸 1-5、金属氧化物 2-10、防老剂 1-5、增强剂 5-70、硫化剂 2-10、硫化助剂 2-15；所述增强剂中丙烯酸盐 5-50、炭黑 10-70。