本發(fā)明屬于鉆井用高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制作鉆井提升閥的高定伸型功能材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在石油開采作業(yè)時(shí)，經(jīng)常要在井下放置某些具有特定功能的設(shè)備，比如橋塞、提升閥等。如果這類部件完全采用金屬材料，則需要取出后再進(jìn)行下一步作業(yè)，否則會(huì)形成阻礙。但是如果采用橡膠塑料等高分子功能材料制成的部件，則可以在下一步作業(yè)中直接破碎掉，不需要再次取出，即不會(huì)對(duì)開采鉆探的后續(xù)工作造成影響，又不會(huì)引起取出部件時(shí)產(chǎn)生安全問題，這就節(jié)省了大量的操作成本和操作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。但是，目前高分子功能材料的力學(xué)性能指標(biāo)與金屬材質(zhì)還有較大差距。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品及材料中存在的缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種用于鉆井提升閥的高定伸型功能材料，所述功能材料具有很高的力學(xué)強(qiáng)度，能在短時(shí)間下進(jìn)行高壓密封，并在使用過后可被鉆探設(shè)備破碎。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述高定伸型功能材料的制備方法，該方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種用在鉆井提升閥表面的高定伸型功能材料，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：
橡膠 100~200
含鋅金屬材料 1~20
防老劑 1~20
第一補(bǔ)強(qiáng)材料 40~80
第二補(bǔ)強(qiáng)材料 1~20
硫化劑 1~20
進(jìn)一步，所述橡膠為丁腈橡膠或改性丁腈橡膠。其中優(yōu)選改性丁腈橡膠，因?yàn)楦男远‰嫦鹉z擁有較高的耐腐蝕性，對(duì)于井下泥漿、油液的混合環(huán)境有更好的耐受性，溶脹系數(shù)更低，高溫穩(wěn)定性更好，老化壽命更高。同時(shí)，選用門尼粘度值較高的牌號(hào)，可以提高產(chǎn)品在高壓下的使用壽命，同時(shí)提高其力學(xué)性能。更進(jìn)一步，橡膠的重量份數(shù)優(yōu)選100~110份。
所述第一補(bǔ)強(qiáng)材料為吸碘值在120±5 g/kg 的耐磨材料，建議采用2系列的炭黑，可以提高功能材料的力學(xué)性能和耐磨性，同時(shí)增加材料硬度，提高高壓下的抗撕裂性能，但是會(huì)顯著影響功能材料的硬度。所述的第二種補(bǔ)強(qiáng)材料為白炭黑、硅藻土、補(bǔ)強(qiáng)樹脂或它們的混合物，根據(jù)不同的使用要求，可以從屈撓性能、撕裂性能、強(qiáng)力性能、硬度等角度，用第二種補(bǔ)強(qiáng)材料來對(duì)功能材料的各種使用性能進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。第二種補(bǔ)強(qiáng)材料既可以單獨(dú)使用一種，也可以多種聯(lián)合使用，以達(dá)到提高功能材料特定性能的目的。進(jìn)一步，第一補(bǔ)強(qiáng)材料的重量份數(shù)優(yōu)選50~65，第二補(bǔ)強(qiáng)材料的重量份數(shù)優(yōu)選10~15份。
所述防老劑為酮胺類防老劑中的一種或多種混合并用，包含并不限于6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉、2,2,4-三甲基1,2-二氫化喹啉聚合體（多種）的單獨(dú)使用或者混合使用。進(jìn)一步，防老劑的重量份數(shù)優(yōu)選1~6份。
所述含鋅鹽材料為鋅的堿、堿式鹽、無機(jī)酸鹽和有機(jī)酸鹽的一種或多種，或鋅的氧化物與有機(jī)酸或無機(jī)酸的共混物。其中，所述堿與堿式鹽為堿與金屬或堿土金屬形成的堿（如氫氧化鎂）、堿式鹽（如堿式氯化鎂），所述無機(jī)酸鹽為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等無機(jī)酸與金屬形成的酸式鹽（如氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂、磷酸鎂等），所述有機(jī)酸鹽為硬脂酸等有機(jī)酸與金屬形成的有機(jī)酸鹽（如硬脂酸鎂）。進(jìn)一步，含鋅鹽材料的重量份數(shù)優(yōu)選5~10份。
所述硫化劑為硫磺類硫化劑、次磺酰胺類促進(jìn)劑、啡啉類含硫化合物的一種或多種共混。其中，所述次磺酰胺類促進(jìn)劑包含并不局限于N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-氧二亞乙基-2-苯并噻唑次磺酰胺的一種或幾種并用。所述的啡啉類含硫化合物包含并不限于二硫化二嗎啡啉、四硫化二嗎啡啉等一種或幾種共混。進(jìn)一步，硫化劑的使用份數(shù)優(yōu)選1~8份。
所述高定伸型功能材料，應(yīng)在GB/T 528 的測試方法下100%定伸強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到達(dá)到9MPa以上，且在GB/T 531.1測試方法下，其邵爾硬度不應(yīng)超過80。達(dá)到此性能標(biāo)準(zhǔn)的功能高分子材料，才能在井下環(huán)境中保持良好的密封性能和使用性能。
本發(fā)明提供的所述用于鉆井提升閥的高定伸型功能材料的制備方法包含如下幾個(gè)步驟：
（1）按配比準(zhǔn)備好所需原材料：橡膠、含鋅金屬材料、防老劑、第一補(bǔ)強(qiáng)材料、第二補(bǔ)強(qiáng)材料和硫化劑，顆粒原材料粉碎后備用；
（2）在密煉機(jī)中對(duì)橡膠進(jìn)行塑煉；
（3）在密煉機(jī)中對(duì)經(jīng)過步驟（2）處理的橡膠加入三分之二或以下的第一補(bǔ)強(qiáng)材料后密煉；
（4）在密煉機(jī)中對(duì)經(jīng)過步驟（3）處理的混合物中加入剩余的第一份補(bǔ)強(qiáng)材料和全部第二份補(bǔ)強(qiáng)材料后密煉；
（5）在密煉機(jī)中對(duì)經(jīng)過步驟（4）處理的混合物中加入防老劑和含鋅鹽材料后密煉，并取出；
（6）將經(jīng)過步驟（5）處理的混合物在開煉機(jī)上開煉至均勻，加入硫化劑并混勻；
（7）將經(jīng)過步驟（6）處理的混合物放置在模具硫化中硫化，即得高定伸型功能材料。
本發(fā)明的提供的一種用于鉆井提升閥表面的高定伸型功能材料，硬度在80一下，100%定伸強(qiáng)度達(dá)到9MPa以上，具有很高的力學(xué)強(qiáng)度，能在短時(shí)間下進(jìn)行高壓密封。同時(shí)使用本材料制作的鉆井提升閥密封組件在使用過后不需要進(jìn)行取出和返回操作，可以直接被鉆探設(shè)備破碎，極大地提高了生產(chǎn)效率。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
實(shí)施例1
將100kg丁腈橡膠在密煉機(jī)中塑煉30秒。在密煉機(jī)中加入炭黑30kg并混煉1分鐘，將剩余25kg炭黑和15kg硅藻土混合后加入密煉機(jī)中，混煉1分鐘。向密煉機(jī)中加入硬脂酸鋅7kg、6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉5kg，混煉1分鐘。清掃投料口，再密煉30秒，排膠在開煉機(jī)上。待膠料包輥后，將硫磺2kg、二環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2kg混合均勻并分兩次加至開煉機(jī)上，混勻后取下并放入指定模具，在151℃下硫化30分鐘，即得材料。
實(shí)施例2
將100kg丁腈橡膠在密煉機(jī)中塑煉30秒。在密煉機(jī)中加入炭黑30kg并混煉1分鐘，將剩余30kg炭黑和10kg白炭黑混合后加入密煉機(jī)中，混煉1分鐘。向密煉機(jī)中加入硬脂酸鋅7kg、2,2,4-三甲基1,2-二氫化喹啉三聚體4kg，混煉1分鐘。清掃投料口，再密煉30秒，排膠在開煉機(jī)上。待膠料包輥后，將硫磺1kg、N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺3kg混合均勻并分兩次加至開煉機(jī)上，混勻后取下并放入指定模具，在151℃下硫化30分鐘，即得材料。