一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶

摘要

本发明公开了一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其是由以下质量份的原料组成的：100份的氢化丁腈橡胶、5~20份的耐热活性剂、1~4份的防老剂、60~120份的补强填充剂、2~10份的增塑剂、6~10份的硫化促进剂、1~4份的石墨烯、1~2份的加工助剂。本发明的硫化胶，具有较高的拉伸强度、硬度，也具有较好的耐高压、耐硫化氢腐蚀的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶。

背景技术

随着能源的消耗，石油和天然气逐年减少，开采难度也在不断升级，工况也变得愈加恶劣，高温高压强腐蚀在油田场合变得越来越常见，油田常见的压力等级有2000psi，3000psi，5000psi，10000psi，15000psi，20000psi，要耐如此高的压力除了结构要设计合理，对产品性能也提出了更高的要求，强度，硬度，模量，永久变形，都要达到一定极限值；油田高温可分为常见的121℃，150℃，177℃，200℃，甚至200度以上的深井油田，在177℃以下一般使用的是HNBR，超过177℃只能选择含氟的材料，高温容易造成密封件加速老化，变硬变脆，从而失去弹性，造成密封失效，导致泄露而出现安全事故；油田中总是存在H₂S，CO₂，CH₄等酸性气体，而H₂S是一种强腐蚀性气体，不仅对金属材料造成强烈侵蚀，还会与橡胶材料发生反应，对橡胶材料造成加速老化，起泡，断裂，强度和伸长率大大降低，而我国大约有1/4的油田属于高含硫油气田，因此开发出一种高性能的耐高压20000psi，耐高温150度，耐H₂S腐蚀，高耐磨，高硬度，高强度，高模量的材料迫在眉睫。

目前国外的材料基本上被几家大型跨国企业垄断，像james walker ，哈里波顿，卡梅隆，FMC等，而国内油田橡胶材料开发起步晚，研发周期长，投入研发资金和人员不足，导致水平和能力不足，国内大型油田，尤其是工况更加恶劣的场合基本上只能选择国外的材料和产品，国内通过NORSOK验证的密封件厂家少之又少，主要出现的密封失效方式为密封件材料耐不到高压，高温容易老化，抵抗硫化氢性能不足。

氢化丁腈橡胶是一种用于油田密封的常见材料，主要用于钻采、井喷、轴承、封隔器、套管等，CN1002140189公开了耐硫化氢腐蚀的氢化丁腈橡胶组合物，该组合物可用于耐硫化氢的油气环境中，但是其不适应于耐高温高压场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶。

本发明所采取的技术方案是：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其是由以下质量份的原料组成的：100份的氢化丁腈橡胶、5~20份的耐热活性剂、1~4份的防老剂、60~120份的补强填充剂、2~10份的增塑剂、6~10份的硫化促进剂、1~4份的石墨烯、1~2份的加工助剂。

所述的氢化丁腈橡胶丙烯腈含量在33%~40%之间，残余双键含量为0.9%~10%。

所述的耐热活性剂为ZnO、MgO中的至少一种。

所述的防老剂为防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂BLE、防老剂NBC、抗氧剂264、防老剂AW、防老剂4020、抗氧剂2246、防老剂DTPD、防老剂MB中的至少一种。

所述的补强填充剂为炭黑N110、N220、N330、N550中的至少一种。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛脂、偏苯三酸三辛酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、 邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的至少一种。

所述的硫化促进剂为硫化剂与促进剂的混合物。

所述的硫化剂为硫磺。

所述的促进剂为促进剂TT、促进剂CZ、促进剂DTDM、促进剂DM 中的两种或三种组成。

所述的加工助剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸丁酯、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。

本发明的有益效果是：本发明的硫化胶，具有较高的拉伸强度、硬度，也具有较好的耐高压、耐硫化氢腐蚀的性能。

具体实施方式

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其是由以下质量份的原料组成的：100份的氢化丁腈橡胶、5~20份的耐热活性剂、1~4份的防老剂、60~120份的补强填充剂、2~10份的增塑剂、6~10份的硫化促进剂、1~4份的石墨烯、1~2份的加工助剂。

优选的，一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其是由以下质量份的原料组成的：100份的氢化丁腈橡胶、5~15份的耐热活性剂、1~4份的防老剂、60~100份的补强填充剂、2~8份的增塑剂、6~10份的硫化促进剂、1~4份的石墨烯、1~2份的加工助剂。

所述的氢化丁腈橡胶丙烯腈含量在33%~40%之间，残余双键含量为0.9%~10%。

所述的耐热活性剂为ZnO、MgO中的至少一种；优选的，为两者的混合物，进一步优选的，混合物中，ZnO、MgO的质量比为1:(0.5-2)。

所述的防老剂为防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂BLE、防老剂NBC、抗氧剂264、防老剂AW、防老剂4020、抗氧剂2246、防老剂DTPD、防老剂MB中的至少一种。

所述的补强填充剂为炭黑N110、N220、N330、N550中的至少一种。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛脂、偏苯三酸三辛酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、 邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的至少一种。

所述的硫化促进剂为硫化剂与促进剂的混合物；优选的，硫化剂和促进剂的质量比为1:3-20。

所述的硫化剂为硫磺。

所述的促进剂为促进剂TT、促进剂CZ、促进剂DTDM、促进剂DM 中的两种或三种组成。

所述的加工助剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸、硬脂酸丁酯、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。

本发明的硫化胶的制备方法为本领域常规方法，例如经过混炼、返炼、硫化即可。

本发明实施例所用的HNBR中，丙烯腈含量在33%~40%之间，残余双键含量为0.9%~10%。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表1：

实施例2：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表2：

实施例3：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表3：

实施例4：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表4：

实施例5：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表5：

实施例6：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表6：

实施例7：

一种高强度抗高压耐硫化氢腐蚀氢化丁腈橡胶硫化胶，其配方组成如下表：

表7：

对比例1：

一种硫化胶，其配方组成如下表：

表8：

对比例2：

一种硫化胶，其配方组成如下表：

表9：

对实施例以及对比例的硫化胶进行测试，其结果如下表：

表10：性能测试结果

耐硫化氢腐蚀测试结果：硬度变化：-10度，体积变化%：+12%，质量变化%：+8%，拉伸强度变化%：-15%，伸长率变化%：-14%  ；

腐蚀条件为：温度：150度，时间：160H，硫化氢含量为：10%； 

耐压测试：压力：15000psi水压，时间：保压5min，泄压，保压60min，泄压，不泄漏，保压效果好。

压力：20000psi水压，时间：保压5min，泄压，保压60min，泄压，不泄漏，保压效果好。