[发明专利]一种耐高温、高强度和高膨胀率橡胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温、高强度和高膨胀率橡胶，包含以下重量份的组分：丁腈橡胶100份、硬脂酸0.5～2份、气相白炭黑10～20份、碳纳米管3～5份、炭黑N330 20～30份、硅烷偶联剂1～2份、金属氧化物3～8份、防老剂1～3份、交联剂0.7～0.9份和助交联剂5～10份。本发明所述橡胶中添加了炭黑N330为填充剂，添加了气相白炭黑和碳纳米管可以将交联剂的用量降低至1份以下，可获得的高温下具有较高拉断伸长率和拉伸强度的橡胶。本发明还公开了所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的制备方法，采用该制备方法制得的橡胶具有更高的拉断伸长率和拉伸强度。

技术领域

本发明涉及一种橡胶及其制备方法，具体涉及一种耐高温、高强度和高膨胀率橡胶及其制备方法。

背景技术

膨胀桥塞是油田领域使用的一种井下工具，在将其下放至井中目标位置后直径膨胀数倍贴紧套管，密封环空，承受压差，实现其功能。桥塞在使用时的环境温度在120摄氏度左右，属于高温环境。普通桥塞一般直径膨胀为原来的1.1-2.5倍，而更高膨胀率的过油管膨胀桥塞，对橡胶的高温力学性能要求非常高，难度非常大。只有在高温下仍然保持较高伸率，同时拥有高温高强度，并且具有耐油性的橡胶材料，才能满足高温高膨胀率过油管膨胀桥塞的需求。

目前所公开的信息，油田领域常用的氟橡胶、丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶，在高温下拉伸强度和拉断伸长率下降较快，无法满足高温高膨胀率(膨胀率大于300％)过油管膨胀桥塞的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种耐高温、高强度和高膨胀率橡胶。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种耐高温、高强度和高膨胀率橡胶，包含以下重量份的组分：丁腈橡胶100份、硬脂酸0.5～2份、气相白炭黑10～20份、碳纳米管3～5份、炭黑N330 20～30份、硅烷偶联剂1～2份、金属氧化物3～8份、防老剂1～3份、交联剂0.7～0.9份和助交联剂5～10份。

本发明所述橡胶中添加了炭黑N330为填充剂，添加了气相白炭黑和碳纳米管可以将交联剂的用量降低至1份以下，可获得的最佳材料性能，在常温下橡胶的拉断伸长率大于800％，拉伸强度大于20MPa；在120摄氏度高温下的拉断伸长率大于600％，拉伸强度大于9MPa。所述丁腈橡胶优选高丙烯腈含量、高门尼丁腈橡胶。优选地，所述丁腈橡胶的丙烯腈含量在40％以上，门尼粘度在75以上。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述气相白炭黑的比表面积大于等于120m²/g。采用上述比表面积的气相白炭黑作为耐高温补强剂，有利于提高橡胶高温下的拉断伸长率和拉伸强度。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述碳纳米管为长径比大于等于200的多壁碳纳米管。采用上述长径比的多壁碳纳米管作为高温导热剂，有利于提高橡胶高温下的拉断伸长率和拉伸强度。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述金属氧化物为氧化镁、氧化锌和氧化铅中的至少一种，但不限于上述氧化物。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述防老剂为防老剂RD、防老剂MB和防老剂445中的至少一种，但不限于上述防老剂。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述硅烷偶联剂为Si-69。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述交联剂为DCP(过氧化二异丙苯)、硫化剂BIPB和双二五硫化剂中的至少一种。

作为本发明所述耐高温、高强度和高膨胀率橡胶的优选实施方式，所述助交联剂为丙烯酸盐类。使用丙烯酸盐作为助交联剂和高温补强剂，无需添加较较大的助交联剂量，即可有效提高橡胶高温下的拉断伸长率和拉伸强度。更优选地，所述丙烯酸盐类为甲基丙烯酸镁和/或甲基丙烯酸锌。