CN105086024A - 一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法 Download PDF

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吕晓仁
王世杰
唐黎明
何恩球
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Abstract

本发明公开了一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法。制备橡胶所用的原料和质量份数如下：丁腈橡胶100份、N330高耐磨炭黑60份、纳米氧化锌5份、γ-胺丙基三乙氧基硅烷（KH550）2份、硬脂酸1份、4010防老剂1份、硫磺1.5份、促进剂-DM？2.5份、促进剂-TMTD？0.25份、促进剂-MgO？0.15份、邻苯二甲酸二辛脂（DOP）2份。投料顺序依次为：丁腈橡胶→硫磺→硬脂酸→纳米氧化锌→γ-胺丙基三乙氧基硅烷→4010防老剂→N330高耐磨炭黑→邻苯二甲酸二辛脂（DOP）→DM+TMTD+MgO，按照设定的硫化温度和测定的硫化时间对混炼胶进行平板硫化。本发明工艺简单，生产效率高，节能降耗，所得硫化胶耐溶胀、耐磨损性能优异。

Description

一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种丁腈橡胶及其制备方法，特别是涉及一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法，属于材料改性技术领域。
背景技术
丁腈橡胶因含有极性CN基团，具有良好的耐油性、耐磨性和耐热性，被广泛用来制造油田螺杆泵采油定子。随着采油工艺由过去的一次开采逐渐向二次、三次开采过渡，油井工况环境更为复杂，常伴随高温、高压、强腐蚀性介质、高含砂等，造成丁腈定子橡胶过早失效。
为了适应复杂井况的需求，人们常常对丁腈橡胶进行改性处理大幅度提高原有性能或赋予新的使用性能，如丁腈橡胶与其它塑料或橡胶共混，丁腈橡胶配方改性或表面改性等。
目前采用纳米氧化锌(ZnO)改性丁腈橡胶的比较多，如橡胶支座(专利公开号为CN1598155A)、橡胶止水带(专利公开号为CN1597830A)、橡胶带(专利公开号为CN104086842A)、密封垫(专利公开号为CN104558706A)、减震橡胶(专利公开号为CN103467787A)和橡胶V带(专利公开号为CN101104712A)等，使用性能与寿命大幅度提高。纳米氧化锌用于螺杆泵定子橡胶的专利已有报道，如专利公开号CN101891908A的“一种多功能ZnO晶须增强螺杆泵用定子橡胶”和专利公开号CN1386788A的“含有纳米氧化锌的橡胶及其混炼方法”，这两种橡胶配方中所用的为改性纳米ZnO，所用的促进剂为DM和CZ，硫化的温度为150℃。
上述纳米氧化锌增强的螺杆泵定子橡胶硫化温度过高，纳米粒子容易团聚长大而失去纳米所特有的性能。同时为了保持纳米ZnO的稳定性和抵抗橡胶硫化过程中焦烧的发生，需进一步调整促进剂。为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法。
发明内容
发明目的
本发明提供了一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶及其制备方法，其目的是使其具有低的硫化温度、优异的耐油、耐磨性，提高了材料的使用寿命与应用范围。
技术方案
一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶，其特征在于：按质量份数比由以下原料组成：丁腈橡胶100份、N330高耐磨炭黑60份、纳米氧化锌5份、γ-胺丙基三乙氧基硅烷(KH550)2份、硬脂酸1份、4010防老剂1份、硫磺1.5份、促进剂-二硫化苯并噻唑(DM)2.5份、促进剂-二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)0.25份、促进剂-MgO0.15份、邻苯二甲酸二辛脂(DOP)2份。
2.根据权利要求1所述低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(1)按上述比例称取物料备用；将开炼机辊距调整为0.5-1mm，称取丁腈橡胶投放薄通塑炼3分钟并包辊；
(2)将配合剂依次加入开炼机中混炼；投料顺序为：丁腈橡胶→硫磺→硬脂酸→纳米氧化锌→γ-胺丙基三乙氧基硅烷→4010防老剂→N330高耐磨炭黑→邻苯二甲酸二辛脂(DOP)→DM+TMTD+MgO，采用三角包法打包8-10次使之混炼均匀；
(3)将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，将混炼胶在平板硫化机中硫化即得到低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶。
硫化温度范围为100℃-150℃。
最佳硫化温度为120℃。
优点及效果
(1)纳米氧化锌和促进剂的加入，大幅度降低了硫化的温度，节约大量的能源和成本。
(2)硫化后交联密度的增加，一方面提高了丁腈橡胶的耐油溶胀老化性能，另一方面提高了丁腈橡胶的强度和塑性，使其耐磨损性能提高。
(3)本发明拓宽了螺杆泵用丁腈橡胶的应用范围。
本发明产品的主要性能指标：
1.硬度(ShoreA)≥70。
2.拉伸强度≥20Mpa。
3.原油介质下摩擦系数：0.08～0.15。
4.原油介质下磨损量≤3mm/a。
5.使用温度≤120℃。
具体实施方式
本发明所用的仪器设备包括：XK-150型双辊开放式炼胶机，青岛亚东机械股份有限公司。GT-M2000-A型橡胶无转子硫化仪，台湾高铁科技股份有限公司。XLB-D50型平板硫化机，青岛亚东机械股份有限公司。XY-6064型冲片机，扬州市韧恒机械厂。XHS型邵尔橡塑硬度计，深圳海滨仪器有限公司。RGL-30A型微机控制电子万能试验机，深圳市瑞格尔仪器有限公司。
本发明涉及一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶，其特征在于：按质量份数比由以下原料组成：丁腈橡胶100份、N330高耐磨炭黑60份、纳米氧化锌5份、γ-胺丙基三乙氧基硅烷(KH550)2份、硬脂酸1份、4010防老剂1份、硫化剂-硫磺1.5份、促进剂-二硫化苯并噻唑(DM)2.5份、促进剂-二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)0.25份、促进剂-MgO0.15份、邻苯二甲酸二辛脂(DOP)2份。
上述低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(1)按上述比例称取物料备用；将开炼机辊距调整为0.5-1mm，称取丁腈橡胶投放薄通塑炼3分钟并包辊。
(2)将配合剂依次加入开炼机中混炼；投料顺序为：丁腈橡胶→硫磺→硬脂酸→纳米氧化锌→γ-胺丙基三乙氧基硅烷→4010防老剂→N330高耐磨炭黑→邻苯二甲酸二辛脂(DOP)→DM+TMTD+MgO，采用三角包法打包8-10次使之混炼均匀。
(3)将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，改变硫化温度测定硫化时间；按照硫化温度和时间，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
硫化温度范围为100℃-150℃。
经过不同温度硫化后样品的性能测试，确定120℃为最佳硫化温度。
实施例1
按质量份数比由以下原料组成：丁腈橡胶100份、高耐磨炭黑60份、纳米氧化锌5份、γ-胺丙基三乙氧基硅烷(KH550)2份、硬脂酸1份、4010防老剂1份、硫化剂1.5份、DM2.5份、TMTD0.25份、MgO0.15份、邻苯二甲酸二辛脂(DOP)2份。
上述采用低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的制备方法，步骤如下：按上述比例称取物料备用；将开炼机辊距调整为0.5-1mm，称取丁腈橡胶投放薄通塑炼3分钟并包辊；将配合剂依次加入开炼机中混炼。投料顺序为：丁腈橡胶→硫磺→硬脂酸→纳米氧化锌→γ-胺丙基三乙氧基硅烷→4010防老剂→N330高耐磨炭黑→邻苯二甲酸二辛脂(DOP)→DM+TMTD+MgO，采用三角包法打包8-10次使之混炼均匀；将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，固定硫化温度为150℃，测定硫化时间tc90；按照所得tc90，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
将上述硫化样品进行筛选，选择表面光滑，无气泡的试样进行性能测试，主要经过：力学性能测试，按照GB/T1040-1992执行；硬度性能测试，按照GB/T531-1999执行；耐油性能通过常温常压原油浸泡实验完成。磨损试验测试。
本实施例所得低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的力学性能测试结果见表1，硬度性能测试见表2，硫化时间测试结果见表3，耐溶胀测试结果见表4。磨损试验见表5。
实施例2
上述质量份数与实施例1相同，此处不再赘述。
制备方法中混炼工艺与实施例1相同，此处不再赘述。将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，固定硫化温度为140℃，测定硫化时间tc90；按照所得tc90，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
本实施例所得低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的力学性能测试结果见表1，硬度性能测试见表2，硫化时间测试结果见表3，耐溶胀测试结果见表4。磨损试验见表5。
实施例3
上述质量份数与实施例1相同，此处不再赘述。
制备方法中混炼工艺与实施例1相同，此处不再赘述。将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，固定硫化温度为130℃，测定硫化时间tc90；按照所得tc90，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
本实施例所得低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的力学性能测试结果见表1，硬度性能测试见表2，硫化时间测试结果见表3，耐溶胀测试结果见表4。磨损试验见表5。
实施例4
上述质量份数与实施例1相同，此处不再赘述。
制备方法中混炼工艺与实施例1相同，此处不再赘述。将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，固定硫化温度为120℃，测定硫化时间tc90；按照所得tc90，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
本实施例所得低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的力学性能测试结果见表1，硬度性能测试见表2，硫化时间测试结果见表3，耐溶胀测试结果见表4。磨损试验见表5。
实施例5
上述质量份数与实施例1相同，此处不再赘述。
制备方法中混炼工艺与实施例1相同，此处不再赘述。将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，固定硫化温度为110℃，测定硫化时间tc90；按照所得tc90，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
本实施例所得低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的力学性能测试结果见表1，硬度性能测试见表2，硫化时间测试结果见表3，耐溶胀测试结果见表4。磨损试验见表5。
实施例6
上述质量份数与实施例1相同，此处不再赘述。
制备方法中混炼工艺与实施例1相同，此处不再赘述。将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，固定硫化温度为100℃，测定硫化时间tc90；按照所得tc90，将混炼胶在平板硫化机中硫化即可。
本实施例所得低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的力学性能测试结果见表1，硬度性能测试见表2，硫化时间测试结果见表3，耐溶胀测试结果见表4。磨损试验见表5。
表1拉伸强度测试结果
表2硬度性能测试结果
表3硫化时间测试结果
表4常温常压原油浸泡结果
表5磨损试验测试结果

Claims (4)

1.一种低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶，其特征在于：按质量份数比由以下原料组成：丁腈橡胶100份、N330高耐磨炭黑60份、纳米氧化锌5份、γ-胺丙基三乙氧基硅烷（KH550）2份、硬脂酸1份、4010防老剂1份、硫磺1.5份、促进剂-二硫化苯并噻唑（DM）2.5份、促进剂-二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）0.25份、促进剂-MgO0.15份、邻苯二甲酸二辛脂（DOP）2份。
2.根据权利要求1所述低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）按上述比例称取物料备用；将开炼机辊距调整为0.5-1mm，称取丁腈橡胶投放薄通塑炼3分钟并包辊；
（2）将配合剂依次加入开炼机中混炼；投料顺序为：丁腈橡胶→硫磺→硬脂酸→纳米氧化锌→γ-胺丙基三乙氧基硅烷→4010防老剂→N330高耐磨炭黑→邻苯二甲酸二辛脂（DOP）→DM+TMTD+MgO，采用三角包法打包8-10次使之混炼均匀；
（3）将所得混炼胶放置24小时后，返炼3-5分钟，将混炼胶在平板硫化机中硫化即得到低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶。
3.根据权利要求2所述的低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：硫化温度范围为100℃-150℃。
4.根据权利要求2或3所述的低温硫化高性能螺杆泵定子用丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：硫化温度优选120℃。
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