改性海泡石纤维及其接枝共聚物、四丙氟橡胶胶料和密封胶圈及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性海泡石纤维及其接枝共聚物、四丙氟橡胶胶料和密封胶圈及其制备方法和应用。本发明专利技术的改性海泡石纤维，其通过将海泡石纤维浸入含有醇解氨基硅烷和黏合促进剂的溶液中得到。本发明专利技术的改性海泡石纤维能够实现将冠能反应点充分分散在海泡石纤维上的技术效果。将本发明专利技术的改性海泡石纤维与四丙氟橡胶形成接枝共聚物，进而得到的四丙氟橡胶胶料具有很好的硬度、模量以及定伸应力。进而采用该四丙氟橡胶胶料制备得到的密封胶圈能够适应油田井下复杂的苛刻工况条件，满足尾管悬挂器的密封性能要求。悬挂器的密封性能要求。

【技术实现步骤摘要】
改性海泡石纤维及其接枝共聚物、四丙氟橡胶胶料和密封胶圈及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及改性海泡石纤维及其接枝共聚物、四丙氟橡胶胶料和密封胶圈及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在油田开采
，石油开采已逐渐向更深的地底迈进，这就意味着石油的开采过程将要面临更高的温度和压力，这一问题在过去20多年来一直存在。事实上，大约有20％以上的油田属于高压、高温(HPHT)油井。该处所指的高温高压主要指温度高于170℃，压力高于70MPa，有些油井的温度甚至高于200℃或者225℃，其当然也属于本专利技术中涉及的高压高温油井。
[0003]在高压高温(HPHT)油井中，悬挂器需下深到7000m以下，此时的井底温度高达170℃以上，压力高达50～100MPa。在该深度的井底中，主要工作介质包括泥浆、二氧化碳、硫化氢、盐水和原油等复杂介质。这样的工作环境对尾管悬挂器上的橡塑密封元件提出了极高的要求。
[0004]CN102010553A公开了一种密封圈橡胶材料及其混炼方法，其介绍了一种用于双离合密封圈氟橡胶的制造方法，主要阐述的是关于工艺性能的改进及其在汽车油封市场上的应用，并没有涉及到在油田复杂介质(硫化氢、水、原油和泥沙混合的条件下)、高压高温(HPHT)环境下的应用。
[0005]CN103613886A公开了一种耐高温高压的氟橡胶胶料及其制备方法与应用，其介绍了一种FKM与芳纶浆粕混合物的制造方法，但其采用的双酚硫化氟橡胶不耐硫化氢，不耐水蒸气，因此无法在高温高压的油田中使用。
[0006]CN105111642A公开了一种具有低压缩永久变形性能的四丙氟橡胶及其制备方法，其所涉及的主体材料虽然是四丙氟橡胶，但是存在橡胶并用或者采用了不耐油的交联助剂及其他组分，又或者存在耐压能力不足、耐高温性能不足等固有缺陷，使得其不能满足本申请中的尾管悬挂器所需的密封件对材料性能的需求。
[0007]CN109749316A公开了一种耐高温水环境的四丙氟橡胶组合物及制备方法，该申请公开的四丙氟橡胶组合物能够在高温水环境下应用于油田封隔器胶桶，用于开采稠油。但是，该申请采用了氧化铅等来提高橡胶稳定性，其不但严重污染腐蚀金属，还会对环境造成有毒有害的影响。当本申请的组合物用于尾管悬挂器时，会腐蚀结构件，带来巨大隐患。
[0008]CN110157124A公开了一种耐硫化氢腐蚀的四丙氟橡胶组合物及其应用，其主要采用碳纳米管来提高橡胶的抗挤出和抗减压爆炸的性能，通常只适用于简单断面形状产品的制造，满足不了本申请中关于密封胶圈等复杂产品的制造，且没有给出高温和高压条件下的性能数据。
[0009]CN101307165A公开了一种耐热氟橡胶组合物及其硫化成型制品，其主要是通过添加适量的稀土金属氧化物来提高氟橡胶材料的耐热老化性能，并未考察该橡胶组合物在较
高温度环境下的性能，而且该组合物的硬度只有邵氏A 80度左右，并不适用于耐高压的环境。
[0010]CN108841017A公开了一种提高四丙氟橡胶交联活性的热处理方法，该技术方案是在280℃～400℃的温度条件下，在烘箱中处理0.5到3h，从而来提高四丙氟橡胶的交联能力，是一种静态处理方法，效果有限。并且，过高的温度会引起橡胶分子链降解及后续的力学性能的劣化。
[0011]综上，现有技术所公开的内容并不适用于高压高温且工作介质较为复杂的环境，或者会对环境造成较为严重的影响。

技术实现思路

[0012]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种改性海泡石纤维及其接枝共聚物、四丙氟橡胶胶料和密封胶圈及其制备方法和应用。本专利技术提供的改性海泡石纤维，通过将海泡石纤维和醇解氨基硅烷、黏合促进剂反应后，能够实现将各种活性反应点，例如冠能反应点充分分散在海泡石纤维上的技术效果。由该改性海泡石纤维与四丙氟橡胶进行接枝反应得到接枝共聚物的过程，能够使得冠能反应点在高温下进行反应。进而由该接枝共聚物得到的四丙氟橡胶胶料具有很好的硬度、模量以及定伸应力。进而由该四丙氟橡胶胶料制备得到的密封胶圈能够适应温度为180～225℃、压力为70～100MPa的高温高压环境，并且能够适应油田井底复杂的工作介质，从而用于尾管悬挂器的密封，且密封性能优异、使用寿命长。
[0013]本专利技术第一方面提供了一种改性海泡石纤维，其通过将海泡石纤维浸入含有醇解氨基硅烷和黏合促进剂的溶液中得到。
[0014]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述醇解氨基硅烷通过将氨基硅烷溶解于醇溶剂中得到。
[0015]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述醇溶剂可以为但不限于：乙醇或丙醇。
[0016]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的优选实施方式，所述醇溶剂与氨基硅烷的重量配比为100：1～3。例如100：1、100：2、100：3，以及它们之间的任意值。
[0017]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的优选实施方式，所述氨基硅烷选自二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、双-[3-(三甲氧基硅)-丙基]-胺、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷和N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
[0018]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述黏合促进剂包括乙酰丙酮钛和环氧树脂。
[0019]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的优选实施方式，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂和/或缩水甘油酯型环氧树脂。
[0020]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的具体实施方式，所述环氧树脂选自E-44(6101)、E-35(637)和E-20(601)中的至少一种。
[0021]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述海泡石纤维的比表面积为800～900m2/g。
[0022]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述海泡石纤维的纤维长度
为3～12mm。例如3mm、4mm、6mm、7mm、8mm、9mm、12mm，以及它们之间的任意值。
[0023]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的优选实施方式，所述海泡石纤维的纤维长度为4～9mm。
[0024]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述海泡石纤维的平均长度为6～9mm。例如6mm、7mm、8mm、9mm，以及它们之间的任意值。
[0025]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述溶液中，所述醇溶剂、乙酰丙酮钛、环氧树脂的重量配比为100：0.1～0.3：0.5～1.0。例如100：0.1：1.0、100：0.2：0.5、100：0.3：0.75，以及它们之间的任意值。
[0026]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的一些实施方式，所述改性海泡石纤维中，所述海泡石纤维和溶液的重量配比为0.5～1.5：2～4。
[0027]根据本专利技术所述的改性海泡石纤维的优选实施方式，所述改性海泡石纤维中，所述海泡石纤维和溶液的重量配比为1：3。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性海泡石纤维，其通过将海泡石纤维浸入含有醇解氨基硅烷和黏合促进剂的溶液中得到。2.根据权利要求1所述的改性海泡石纤维，其特征在于，所述醇解氨基硅烷通过将氨基硅烷溶解于醇溶剂中得到，优选地，所述醇溶剂与氨基硅烷的重量配比为100：1～3；优选地，所述氨基硅烷选自二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、双-[3-(三甲氧基硅)-丙基]-胺、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷和N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种；和/或，所述黏合促进剂包括乙酰丙酮钛和环氧树脂，优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂和/或缩水甘油酯型环氧树脂；和/或，所述海泡石纤维的比表面积为800～900m2/g；和/或，所述海泡石纤维的纤维长度为3～12mm；和/或，所述海泡石纤维的平均长度为6～9mm；和/或，所述溶液中，所述醇溶剂、乙酰丙酮钛、环氧树脂的重量配比为100：0.1～0.3：0.5～1.0；和/或，所述改性海泡石纤维中，所述海泡石纤维和溶液的重量配比为：0.5～1.5：2～4。3.一种四丙氟橡胶和改性海泡石纤维的接枝共聚物，其通过将四丙氟橡胶和权利要求1或2所述的改性海泡石纤维进行热炼反应得到。4.根据权利要求3所述的接枝共聚物，其特征在于，所述四丙氟橡胶选自四氟乙烯-丙烯聚合物、四氟乙烯-丙烯-硫化点单体聚合物和乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-交联点单体聚合物中的至少一种；和/或，所述四丙氟橡胶和改性海泡石纤维的重量配比为100：3～10；和/或，所述热炼反应的温度为155～195℃，时间为4～10分钟；优选地，所述热炼反应的温度为165～185℃，时间为5～8分钟。5.一种四丙氟橡胶胶料，其特征在于，所述四丙氟橡胶胶料包括权利要求3或4所述的四丙氟橡胶和改性海泡石纤维的接枝共聚物、过氧化物、交联助剂，任选的填料和加工助剂。6.根据权利要求5所述的四丙氟橡胶胶料，其特征在于，各物质的组成为：7.根据权利要求5或6所述的四丙氟橡胶胶料，其特征在于，所述过氧化物为有机过氧化物；优选地，所述有机过氧化物选自过氧化二异丙苯、过...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭朝辉，段风海，耿传芸，李富平，张冠林，孙文俊，张金法，姚辉前，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：