[发明专利]耐酸碳复合物、其制造方法及由其形成的制品

说明书

一种包含碳复合物的制品，所述碳复合物含有碳微结构，所述碳微结构之间具有间隙空间；和粘合剂，所述粘合剂设置在所述间隙空间的至少一些中；其中所述碳微结构包含在所述碳微结构内的未填充空隙；并且所述粘合剂包含以下的一种或多种：聚四氟乙烯；聚氟乙烯；聚偏二氟乙烯；聚三氟氯乙烯；全氟烷氧基烷烃；氟化乙烯丙烯；乙烯四氟乙烯；乙烯三氟氯乙烯；四氟乙烯和丙烯的过氧化物固化共聚物；氟碳橡胶；全氟碳橡胶；或全氟聚醚。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月17日提交的美国申请号62/486061的权益，所述美国申请以引用方式整体并入本文中。

背景技术

石墨是碳的同素异形体并且具有层状平面结构。在每一层中，碳原子通过共价键排列成六角形阵列或网络。然而，不同的碳层仅通过微弱的范德华力(van der Waalsforce)结合在一起。

石墨已经因其极佳的导热性和导电性、轻质性、低摩擦性以及高耐热性和耐腐蚀性而被用于各种应用，包括电子、原子能、热金属加工、涂料、航空航天等。然而，石墨没有弹性并且具有低强度。为了提高石墨的弹性和机械强度，已经提出了各种石墨复合物。尽管取得了所有所述进步，但该行业始终乐于接受新型石墨材料，所述新型石墨材料具有进一步改善的性能，诸如改善的在高压和高温环境下对强酸的耐受性。

发明内容

在一个实施方案中，现有技术中的上述和其他缺陷通过一种制品来克服，所述制品包含碳复合物，所述碳复合物含有碳微结构，在所述碳微结构之间具有间隙空间；和粘合剂，所述粘合剂设置在所述间隙空间的至少一些中；其中所述碳微结构包含在碳微结构内的未填充空隙；并且所述粘合剂包含以下的一种或多种：聚四氟乙烯；聚氟乙烯；聚偏二氟乙烯；聚三氟氯乙烯；全氟烷氧基烷烃；氟化乙烯丙烯；乙烯四氟乙烯；乙烯三氟氯乙烯；四氟乙烯和丙烯的过氧化物固化共聚物；氟碳橡胶；全氟碳橡胶；或全氟聚醚。

一种形成制品的方法包括：在比粘合剂的熔点高约10℃至约50℃的温度和约500psi至约30,000psi的压力下压缩含有碳和粘合剂的组合物以形成制品。

一种对井孔进行隔离或完井的方法，包括在井孔中部署包含制品中的一种或多种的设备，其中使所述制品在大于150℉的温度下暴露于流体，所述流体含有硫酸、硝酸、盐酸、乙酸，或包含前述酸中的至少一种的组合。

附图说明

以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件被相同地编号：

图1是根据本公开的实施方案的碳复合物的示意图；

图2比较了在150℃的温度和150psi的压力下暴露于50体积％硝酸达7天之前和之后的碳复合物；并且

图3示出了根据本公开的实施方案的碳复合物的应力-应变曲线。

具体实施方式

本发明人已经发现，由石墨和微米或纳米大小的耐酸粘合剂形成的碳复合物在高压和高温下具有改善的耐酸性。新型碳复合物具有极佳的机械强度。此外，碳复合物在高温下具有极佳的弹性、耐热性和耐化学性。在另一个有利特征中，复合物保持石墨的各种优异性质，诸如导热性、导电性、润滑性等。

不希望受理论的束缚，据信耐酸性的改善是由碳微结构之间形成的耐酸结合相提供的。在高温下，诸如在高于粘合剂熔点的温度下，微米或纳米大小的粘合剂液化，使得其均匀地分散在碳微结构中。冷却后，粘合剂固化并形成结合相，从而通过机械联锁将碳纳米结构结合在一起。

此外，不希望受理论的束缚，对于具有改善的机械强度和改善的弹性的复合物，据信碳微结构本身是在堆叠层之间具有空间的片层结构。粘合剂仅选择性地将微结构锁定在所述微结构的边界，而不穿透所述微结构。因此，微结构内的无界层提供弹性，并且设置在碳微结构之间的结合相提供机械强度。