本發(fā)明涉及油田化學(xué)品，具體而言，涉及一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、橡膠是一種高彈性聚合物材料，在室溫條件下富有優(yōu)異的彈性，可以在很小的外力作用下產(chǎn)生較大的形變，在除去外力后又能恢復(fù)原狀。將橡膠置于各類泵體閥蓋、閥門中連接時(shí)，可起到絕佳的密封作用，常被制作成密封圈。尤其是對于油田泥漿泵而言，橡膠密封圈是影響其功能的重要部件之一。

2、常規(guī)密封圈要求具有高拉伸性能、耐老化、低壓縮永久變形和低壓縮應(yīng)力松弛的性能，故一般只需要采用天然橡膠、三元乙丙橡膠制備，但其并不具備耐油、耐低溫性，而在一些對耐油性要求極高的特殊領(lǐng)域，如油田用泥漿泵、輸油管等，稍有不慎，易燃易爆的燃?xì)夂陀皖惥蜁?huì)導(dǎo)致生命和財(cái)產(chǎn)安全問題；同時(shí)，我國新疆、東北地區(qū)冬季嚴(yán)寒，又要求橡膠具有優(yōu)異的耐低溫性，保證橡膠在低溫環(huán)境下仍具有密封作用。因此，既具備耐老化、耐變形，又具耐油和耐低溫性能的橡膠密封圈受到廣泛關(guān)注。

3、耐油性與耐低溫性是相互矛盾的兩種性能，改善其一意味著另一種性能的犧牲。丁腈橡膠中，丙烯腈含量越高，耐油性越優(yōu)異，但耐低溫性越差，兼顧耐油性和耐低溫性仍是重大難題。而如果材料的耐油性、耐低溫性難以兼顧，會(huì)導(dǎo)致由其制備的密封圈難以滿足在低溫環(huán)境的使用，對油田泥漿泵的作業(yè)造成極大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料及制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的材料難以兼具耐油性、耐低溫性、強(qiáng)度低、拉伸性能不佳、密封性差等問題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，所述材料的原料中包括生膠體系、硅藻土和高純多層氧化石墨烯；所述生膠體系包括丁腈橡膠、順丁橡膠和三元乙丙橡膠。

4、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

5、進(jìn)一步，所述高純多層氧化石墨烯為納米石墨烯，固定碳含量大于或等于99.9％，篩下物粒度為4μm-0.335nm。

6、進(jìn)一步，所述硅藻土的中值粒徑為6-10微米，比表面積為25-35m2/g。

7、進(jìn)一步，所述高純多層氧化石墨烯和所述硅藻土的質(zhì)量比為1：1-3。

8、進(jìn)一步，所述生膠體系中，所述丁腈橡膠、所述順丁橡膠和所述三元乙丙橡膠的質(zhì)量份數(shù)比為6-7：1-2：1-3。

9、進(jìn)一步，還包括增容劑，所述增容劑為馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠。

10、本發(fā)明還提供一種如上述的耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，包括以下步驟：

11、s1、在所述硅藻土和所述高純多層氧化石墨烯上均勻噴灑硅烷偶聯(lián)劑kh570的乙醇溶液，烘干后，與硬脂酸鈣混合并制備得到物料a；

12、s2、制備含有增容劑的物料b；

13、s3、將聚乙烯、聚丙烯蠟與所述物料a、納米二氧化鈦、納米碳酸鈣混合并造粒，得到物料c；

14、s4、采用所述丁腈橡膠、所述順丁橡膠和所述三元乙丙橡膠混合得到所述生膠體系，再將所述生膠體系與所述物料b和所述物料c混合，并經(jīng)過密煉處理和冷卻，得到混煉膠物料d；

15、s5、采用所述混煉膠物料d與活性穩(wěn)定劑、抗氧劑、分散劑、防老劑，促進(jìn)劑、硫化劑、耐寒增塑劑進(jìn)行開煉混合，制得混合物料；再將所述混合物料制備為所述耐低溫橡膠密封圈材料。

16、進(jìn)一步，所述步驟s1中，所述高純多層氧化石墨烯、所述硅藻土、所述硅烷偶聯(lián)劑kh570、所述硬脂酸鈣的質(zhì)量比為1：1-3：0.01-0.05：0.03-0.2。

17、進(jìn)一步，所述步驟s3中，各組分的用量以重量份計(jì)為，所述聚乙烯70-80份、所述聚丙烯蠟10-20份、所述物料a為3-10份、所述納米二氧化鈦1-3份、所述納米碳酸鈣1-5份。

18、進(jìn)一步，所述步驟s4中，所述密煉處理的溫度為110-140℃，所述密煉處理的時(shí)間為10-30min。

19、進(jìn)一步，所述步驟s4中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為，所述丁腈橡膠60-70份、所述順丁橡膠10-20份，所述三元乙丙橡膠10-30份，所述物料b為3-7份、所述物料c為1-3份。

20、進(jìn)一步，所述步驟s5中，所述活性穩(wěn)定劑為氧化鋅和硬脂酸，所述抗氧劑為抗氧劑168，所述分散劑為飽和脂肪酸分散劑，所述防老劑為n-(4-苯胺基苯基)乙酰胺nlb，所述促進(jìn)劑為四硫化雙五亞甲基秋蘭姆dptt，所述耐寒增塑劑為己二酸二辛酯doa、己二酸二異癸酯d?ida、鄰苯二甲酸二辛酯dop、己二酸二丁基二甘酯tp95中的一種或多種。

21、進(jìn)一步，所述步驟s5中，所述硫化劑為復(fù)合硫化體系，所述復(fù)合硫化體系包括硫磺、對苯醌二肟、過氧化異丙苯、酚醛樹脂，各組分的質(zhì)量份數(shù)比為1：0.5：0.5：0.3。

22、進(jìn)一步，所述步驟s5中，各成分的質(zhì)量份數(shù)為，所述混煉膠物料d100份、所述活性穩(wěn)定劑2-5份、所述抗氧劑1-3份、所述分散劑1-3份、所述防老劑2-5份、所述促進(jìn)劑1-3份、所述硫化劑1-3份、所述耐寒增塑劑10-40份。

23、本發(fā)明還提供一種油田泥漿泵用耐低溫橡膠密封圈，采用上述材料制備得到。

24、本發(fā)明的有益效果為：

25、(1)本發(fā)明的耐低溫耐油橡膠密封圈材料，丁腈橡膠(nbr)、順丁橡膠(br)和三元乙丙橡膠(epdm)為生膠體系，丁腈橡膠和順丁橡膠使材料具有良好的耐油耐低溫特性，三元乙丙橡膠使材料具有良好的抗老化性能；

26、(2)本發(fā)明的耐低溫耐油橡膠密封圈材料，硅藻土與高純多層氧化石墨烯能夠有效提高材料的強(qiáng)度以及體積穩(wěn)定性；

27、(3)本發(fā)明的耐低溫耐油橡膠密封圈材料，還添加了增容劑(epdm-g-mah)，能夠使丁腈橡膠和三元乙丙橡膠能夠良好的相容；

28、(4)本發(fā)明的耐低溫耐油橡膠密封圈材料制備方法，采用硅烷偶聯(lián)劑kh570和硬脂酸鈣對硅藻土與高純多層氧化石墨烯進(jìn)行改性，增加了與聚乙烯的相容性；

29、(5)本發(fā)明的耐低溫耐油橡膠密封圈材料制備方法，采用聚乙烯增加橡膠基體的強(qiáng)度，并降低制備成本，采用聚丙烯蠟將納米二氧化鈦與納米碳酸鈣均勻分散于基體中，使材料更好的相容；納米二氧化鈦可以提高橡膠材料的熱穩(wěn)定性與耐候性；

30、(6)本發(fā)明的耐低溫耐油橡膠密封圈材料制備方法，使用的復(fù)合硫化劑能夠在綜合程度上提高材料的耐磨性能；

31、(7)本發(fā)明的油田泥漿泵用耐低溫橡膠密封圈，兼具耐低溫性和耐油性，可滿足-35℃的低溫環(huán)境使用，密封圈邵氏a硬度可以達(dá)到90°，拉伸強(qiáng)度≥18mpa，壓縮永久變形≤35％，滿足現(xiàn)場施工時(shí)泥漿泵用低溫環(huán)境下使用。

技術(shù)特征：

1.一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，其特征在于，所述材料的原料中包括生膠體系、硅藻土和高純多層氧化石墨烯；所述生膠體系包括丁腈橡膠、順丁橡膠和三元乙丙橡膠。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，其特征在于，所述高純多層氧化石墨烯為納米石墨烯，所述納米石墨烯的固定碳含量大于或等于99.9％，篩下物粒度為4μm-0.335nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，其特征在于，所述硅藻土的中值粒徑為6-10微米，比表面積為25-35m2/g。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，其特征在于，所述高純多層氧化石墨烯和所述硅藻土的質(zhì)量比為1:1-3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，其特征在于，所述生膠體系中，所述丁腈橡膠、所述順丁橡膠和所述三元乙丙橡膠的質(zhì)量份數(shù)比為6-7：1-2：1-3。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料，其特征在于，還包括增容劑，所述增容劑為馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠。

7.一種如權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述高純多層氧化石墨烯、所述硅藻土、所述硅烷偶聯(lián)劑kh570、所述硬脂酸鈣的質(zhì)量比為1：1-3：0.01-0.05：0.03-0.2。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，各組分的用量以重量份計(jì)為，所述聚乙烯70-80份、所述聚丙烯蠟10-20份、所述物料a為3-10份、所述納米二氧化鈦1-3份、所述納米碳酸鈣1-5份。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，各組分的質(zhì)量份數(shù)為，所述丁腈橡膠60-70份、所述順丁橡膠10-20份，所述三元乙丙橡膠10-30份，所述物料b為3-7份、所述物料c為1-3份。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，各成分的質(zhì)量份數(shù)為，所述混煉膠物料d100份、所述活性穩(wěn)定劑2-5份、所述抗氧劑1-3份、所述分散劑1-3份、所述防老劑2-5份、所述促進(jìn)劑1-3份、所述硫化劑1-3份、所述耐寒增塑劑10-40份。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，所述活性穩(wěn)定劑為氧化鋅和硬脂酸，所述抗氧劑為抗氧劑168，所述分散劑為飽和脂肪酸分散劑，所述防老劑為n-(4-苯胺基苯基)乙酰胺nlb，所述促進(jìn)劑為四硫化雙五亞甲基秋蘭姆dptt，所述耐寒增塑劑為己二酸二辛酯doa、己二酸二異癸酯dida、鄰苯二甲酸二辛酯dop、己二酸二丁基二甘酯tp95中的一種或多種。

13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，所述硫化劑為復(fù)合硫化體系，所述復(fù)合硫化體系包括硫磺、對苯醌二肟、過氧化異丙苯、酚醛樹脂，各組分的質(zhì)量份數(shù)比為1：0.5：0.5：0.3。

14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，所述密煉處理的溫度為110-140℃，所述密煉處理的時(shí)間為10-30min。

15.一種油田泥漿泵用耐低溫橡膠密封圈，其特征在于，采用如權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的材料制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及油田化學(xué)品技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種耐低溫耐油橡膠密封圈材料及制備方法。該材料的原料中包括生膠體系、硅藻土和高純多層氧化石墨烯；所述生膠體系包括丁腈橡膠、順丁橡膠和三元乙丙橡膠。丁腈橡膠和順丁橡膠使材料具有良好的耐油耐低溫特性，三元乙丙橡膠使材料具有良好的抗老化性能；硅藻土與高純多層氧化石墨烯能夠有效提高材料的強(qiáng)度以及體積穩(wěn)定性；該密封圈兼具耐低溫性和耐油性，可滿足?35℃的低溫環(huán)境使用，密封圈邵氏A硬度可以達(dá)到90°，拉伸強(qiáng)度≥18MPa，壓縮永久變形≤35％，滿足現(xiàn)場施工時(shí)泥漿泵用低溫環(huán)境下使用。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣其輝,周志雄,李楊,劉江濤,丁鐵恒,馬英,武思佳,張吉喆,左衛(wèi)東,鄭健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油天然氣集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28