功能化氧化石墨烯丁腈橡胶及无牙痕牙块的制备方法技术

本申请涉及一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶100～140份，功能化氧化石墨烯‑丁腈橡胶母胶30～90份，硫化剂1.8～2.52份，硫化促进剂1.2～1.68份，硫化活化剂5～7份，增塑剂17～23.8份，防老剂2～2.8份，填料59‑86.6份，固化剂0.1～0.14份，二氯苯酚(DCP)2～2.8份。本申请的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，机械性能优异，适用温度范围广、稳定性强，解决了丁腈橡胶因使用温度范围受限而造成的机械性能差及填料与橡胶间的界面相容问题。

【技术实现步骤摘要】
功能化氧化石墨烯丁腈橡胶及无牙痕牙块的制备方法
本申请涉及一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶及无牙痕牙块的制备方法，可用于制造井下采油采气的液压钳。
技术介绍
目前，油气井钻井的安全和综合效益的提高所面临首要问题是井下钻具断裂失效事故，由钻具失效所造成的经济损失不容低估。据统计，钻具接头及螺纹失效引起的钻具失效事故约占80％左右。通过大量的失效分析及研究发现，多数钻具失效是由于钻具接头和螺纹磨损后，降低了其连接的抗扭强度，在交变弯曲应力作用下失效。因油钻杆接头长度受限，大钳夹持管体部位上卸扣，上扣扭矩大，大钳牙痕就会变大。在钻杆上的各种表面伤痕中，大钳牙痕是最常见和最严重的，极易形成应力集中点，诱使钻具接头和螺纹失效。因此，改进钻杆钳对钻具管体上造成的牙痕损伤是不容忽视的问题。丁腈橡胶由于其优异的耐油性被广泛用于制造密封制品、垫圈等耐油制品。但丁腈橡胶使用温度范围有限，无法满足钻具钳中保护牙块的现场工况需要，高温环境会降低丁腈橡胶的耐老化性能，从而使得其机械性能迅速减退。因此，制备一种具有更好机械性能的丁腈橡胶在实际应用中具有重要意义。中国专利CN110343299A公开了一种石墨烯改性丁腈橡胶及其制备方法，该方法利用巯基硅氧烷水解后与氧化石墨烯脱水缩合反应所得产物改性丁腈橡胶，较未改性的丁腈橡胶其机械性能有所提升。但该方法未考虑填料与橡胶之间的界面相容以及填料在橡胶中的分散问题，不具有适用性和通用性。且其填料只使用炭黑一种，这样会加大改性氧化石墨烯的使用含量，不具有经济性。中国专利CN104262700A公开了一种二氧化硅接枝氧化石墨烯/橡胶复合材料的制备方法，该方法利用二氧化硅接枝氧化石墨烯改性橡胶，较未改性橡胶其耐热耐磨性能有所提升。但该方法未考虑二氧化硅有酸根残留，用于改性后材料易变黄，耐候性较差。因此，现有技术中的丁腈橡胶会因温度使用范围受限而造成机械性能降低以及填料与橡胶界面的相容问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是涉及一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶及无牙痕牙块的制备方法，其中的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶机械性能优异、适用温度范围广、稳定性强，很好地解决了现有技术中丁腈橡胶因使用温度范围受限而造成的机械性能差及填料与橡胶间的界面相容问题。利用本申请的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶制备无压痕牙块的方法，其工艺简单，成本低廉，制造出的无压痕牙块机械性能优异、稳定性强。本申请涉及一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶100～140份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶30～90份，硫化剂1.8～2.52份，硫化促进剂1.2～1.68份，硫化活化剂5～7份，增塑剂17～23.8份，防老剂2～2.8份，填料59-86.6份，固化剂0.1～0.14份，二氯苯酚(DCP)2～2.8份。其中，所述增塑剂可以为硬脂酸、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲苯酯的混合物，其质量份数比为1.5-2.5：8-12：4-6；所述防老剂可以为防老剂D和防老剂4010的混合物，其质量份数比为1：1；所述填料可以为混气炭黑、半补强炉黑、环氧树脂E44的混合物，其质量份数比为32-37：18-22：3-5；所述填料可以为混气炭黑、半补强炉黑、环氧树脂E44的混合物，其质量份数比为32-37：18-22：3-5；所述功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶中的功能化氧化石墨烯的质量分数为30～57％。本申请还提供了一种功能化氧化石墨烯改性无牙痕牙块，其由如上所述的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶制成，制备过程包括以下步骤：(1)根据功能化氧化石墨烯丁腈橡胶的配方，称取各组分备用；(2)将丁腈橡胶塑炼，得到塑炼胶；(3)向步骤(2)得到的塑炼胶中依次加入二氯苯酚、硫化剂、硫化活化剂、增塑剂、防老剂、填料，混合均匀后得到预混胶料；(4)将步骤(3)得到的预混胶料冷却后，加入功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶、固化剂，混合均匀后得到混合胶料；(5)将步骤(4)得到的混合胶料冷却后加入硫化促进剂，混合均匀后下片，得到混炼胶胶片；(6)将步骤(5)得到的混炼胶胶片按照牙块模具尺寸和形状下料，硫化过程中模具的压紧力为25～27MPa，温度保持在175～180℃，压紧时间为5～6h；硫化完成后打开模具，取出牙块产品；(7)牙块产品取出以后，及时修剪成型。本专利技术提供的无牙痕牙块的制备方法，其工艺简单，成本低廉。配方中功能化氧化石墨烯及环氧树脂的添加，使制备的功能化氧化石墨烯改性丁腈橡胶牙块的机械性能优异，适用温度范围广、稳定性强，很好地解决了现有技术中丁腈橡胶因使用温度范围受限而造成的机械性能差及填料与橡胶间的界面相容问题。附图说明图1为氧化石墨烯与功能化氧化石墨烯透射电镜图。图2为氧化石墨烯与功能化氧化石墨烯红外光谱图具体实施方式本申请的第一方面提供一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶100～140份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶30～90份，硫化剂1.8～2.52份，硫化促进剂1.2～1.68份，硫化活化剂5～7份，增塑剂17～23.8份，防老剂2～2.8份，填料59-86.6份，固化剂0.1～0.14份，二氯苯酚(DCP)2～2.8份。其中，所述功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶中的功能化氧化石墨烯的质量分数可以为30～57％；所述硫化剂可以为硫磺；所述硫化促进剂可以为促进剂DM；所述硫化活化剂可以为氧化锌；所述增塑剂可以为硬脂酸、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲苯酯的混合物，其质量份数比为1.5-2.5：8-12：4-6，优选质量份数比为2:10:5；所述防老剂可以为防老剂D和防老剂4010的混合物，其质量份数比可以为1：1；所述填料可以为混气炭黑、半补强炉黑、环氧树脂E44的混合物，其质量份数比可以为32-37：18-22：3-5，优选质量份数比为35：20：4；所述固化剂可以为顺丁烯二酸酐。功能化氧化石墨烯均匀分散在丁腈橡胶体系中时，丁腈橡胶中分子链的运动能力在很大程度上被拥有巨大比表面积的片状功能化氧化石墨烯所限制，因此丁腈橡胶表现出具有相对较高的使用温度范围。且石墨烯本征强度达130GPa，断裂应变约为25％，弹性模量可达1.1TPa。石墨烯抗拉强度可达42N/m2，按照二维强度极限推算约为普通钢的100倍。经实验检测，功能化氧化石墨烯改性丁腈橡胶制成的牙块，其机械性能有明显提升。高温硫化时，环氧树脂与固化剂在胶料中发生原位聚合形成纳米级颗粒、纤维或与橡胶分子形成局部互穿网络结构，改善胶料综合性能。环氧树脂作为非极性不饱和橡胶与填料、功能化氧化石墨烯间的界面添加剂，在填料与橡胶界面形成桥梁作用，提高了填料的分散度和补强效果。功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶的制备方法为：将功能化氧化石墨烯分散于分散剂中，超声分散60～90min，得到功能化氧化石墨烯分散液，加入丁腈橡胶胶乳搅拌90～120min，得到混合液，其中，功能化氧化石墨烯的质量占所述功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶100～140份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶30～90份，硫化剂1.8～2.52份，硫化促进剂1.2～1.68份，硫化活化剂5～7份，增塑剂17～23.8份，防老剂2～2.8份，填料59-86.6份，固化剂0.1～0.14份，二氯苯酚2～2.8份。/n

【技术特征摘要】
1.一种功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶100～140份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶30～90份，硫化剂1.8～2.52份，硫化促进剂1.2～1.68份，硫化活化剂5～7份，增塑剂17～23.8份，防老剂2～2.8份，填料59-86.6份，固化剂0.1～0.14份，二氯苯酚2～2.8份。


2.根据权利要求1所述的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶100份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶30份，硫化剂1.8份，硫化促进剂1.2份，硫化活化剂5份，增塑剂17份，防老剂2份，填料59份，固化剂0.1份，二氯苯酚2份；
其中，硫化剂为硫磺；硫化促进剂为促进剂DM；硫化活化剂为氧化锌；增塑剂为硬脂酸、邻苯二甲酸二丁酯和磷酸三甲苯酯，其质量份数比为2：10：5；防老剂为防老剂D和防老剂4010的混合物，其质量份数比为1：1；填料为混气炭黑、半补强炉黑和环氧树脂E44，其质量份数比为35：20：4；固化剂为顺丁烯二酸酐。


3.根据权利要求1所述的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶120份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶60份，硫化剂2份，硫化促进剂1.5份，硫化活化剂6.5份，增塑剂20份，防老剂2.5份，填料70份，固化剂0.12份，二氯苯酚2.5份；
其中，硫化剂为硫磺；硫化促进剂为促进剂DM；硫化活化剂为氧化锌；增塑剂为硬脂酸、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲苯酯，其质量份数比为2：10：5；防老剂为防老剂D、防老剂4010的混合物，其质量份数比为1：1；填料为混气炭黑、半补强炉黑、环氧树脂E44，其质量份数比为35：20：4；固化剂为顺丁烯二酸酐。


4.根据权利要求1所述的功能化氧化石墨烯丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶110份，功能化氧化石墨烯-丁腈橡胶母胶50份，硫化剂2.1份，硫化促进剂1.4份，硫化活化剂5.5份，增塑剂21份，防老剂2.3份，填料60份，固化剂0.12份，二氯苯酚2.3份；
其中，硫化剂为硫磺；硫化促进剂为促进剂DM；硫化活化剂为氧化锌；增塑剂为硬脂酸、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲苯酯，其质量份数...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立中，李东风，
申请(专利权)人：吴立中，
类型：发明
国别省市：江苏;32