一种耐高温高压橡胶密封材料的制备方法 技术领域：
本发明属于橡胶密封材料技术领域，涉及一种可应用于油田深采采油工程工艺中的耐高温高压橡胶密封材料的制备方法。
背景技术：
随着油气田不断深入开发，为了石油的高产稳产，国内油田将目光逐渐转向深井、超深井和热采井，采用分段注水、分段压裂、分段堵水的工艺进行施工。在现有的采油工程工艺实施中，油田封隔器是石油开采中的关键部件，而胶筒又是封隔器中关键之关键，胶筒在液压推力作用下，通过轴向压缩力的作用在封隔器套管壁上，对套管起密封作用。随着油水井的深度增加，地层的温度、压力越来越高，在中、深油井的分层开采、堵水、压裂、注水等作业中，油田封隔器胶筒发挥了关键作用。近年来，油井已进入高含水阶段，加上新的采油方法——热采的需要，还有日趋恶化的井下工况，现有耐温120℃的封隔器胶筒已不能满足油田开采的需要，开发研究耐温150℃以上、内压30MPa以上的胶筒才能满足当今油田钻采的工作需要。目前，在90℃高温高压下和120℃高温高压工况使用的胶筒技术国内已经成熟。然而在150℃度高温高压下使用的胶筒还未见有出售或使用的报道。国内油田普遍将耐温150℃、耐压差30MPa作为耐高温、高压压裂封隔器胶筒的主要性能指标。为了满足耐高温、高压两项指标的要求，在橡胶材料配方和加工工艺等方面进行优化突破，寻求解决技术的方案并探索新型材料的制备工艺已成为业内的热点。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求探讨一种耐高温高压橡胶密封材料的制备工艺方法，采用高氢化度的氢化丁腈橡胶作为基体材料，超细微尺度的炭黑、甲基丙烯酸盐或二者的混合物作为增强相，在多种橡胶助剂的协同作用下，制备出性能优异的橡胶密封复合材料；该材料加工的胶筒能够在180℃，30～35MPa压差条件下具有较好的密封效果。
为了实现上述目的，本发明先按重量比份称取氢化丁腈橡胶100份，放入开炼机中进行塑炼，然后将金属氧化物2-20份，硬脂酸1-5份，丙烯酸盐5-100份，炭黑10-70份，防老剂1-6份，增塑剂5-30份，防焦剂2-10份，硫化剂2-10份和硫化助剂2-10份，依次加入开炼机中进行混炼至混合均匀，将混炼胶在平板硫化机中进行一段硫化，控制硫化温度为150-180℃，硫化时间为20-40分钟，硫化压力为10-20MPa。将橡胶从平板硫化机上取出后，在150-180℃温度下进行二段硫化，得到性能优异的硫化胶。
本发明涉及的氢化丁腈橡胶，其丙烯腈(AN)键含量为35-50％，门尼粘度为75-100，氢化度为95-100％，在高温、高压状态下保持较好的热稳定性以及耐油、耐老化等性能；涉及的炭黑增强剂可以是炭黑330、炭黑401、炭黑220、超耐磨炭黑(SAF)、中超耐磨炭黑(ISAF)和高耐磨炭黑(HAF)等，以确保橡胶保持较好的力学性能；配方中的丙烯酸盐包括甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸锌和甲基丙烯酸铝等，在常温下增强效果优异，高温下发生自聚合反应或者与氢化丁腈的分子主链上少量的不饱和键发生交联反应而形成互穿网络结构，使橡胶在高温下保持较高的力学性能。由于氢化丁腈生胶的饱和度高，同时要求硫化后的橡胶保持较高的耐热性，所以配方中硫化剂为有机过氧化物，有机过氧化物交联后得到的C-C饱和键，键能较高，耐热性能优良。有机过氧化物硫化剂包括过氧化叔丁基异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化异丙基苯和2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)己烷，每100重量份氢化丁腈橡胶混合1～10重量份；配方中添加多官能度不饱和化合物作为硫化助剂能够提高交联效率，使用的硫化助剂包括N，N间苯基双马来酰亚胺、异氰脲酸三烯丙酯、三羟甲基三丙烯酸丙烷酯和丁二烯低聚物等，每100重量份氢化丁腈橡胶可以混合1-10重量份的硫化助剂；配方中的增塑剂包括TP-95、TP-759、TP-90B、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲苯酯、莱茵散25、莱茵散12和莱茵散42，以每100重量份氢化丁腈橡胶混合2-30重量份为宜；配方中还添加一定重量份的硬脂酸、金属氧化物、防老剂，防焦剂等以确保硫化胶具有优异的性能。
本发明在传统硫化的基础上，采用炭黑和有机金属盐协同增强，再配合多官能度的活性助剂，经过混炼硫化制备出综合性能优异、在150℃或高于150℃环境下长期使用的橡胶密封材料。
本发明加工的橡胶材料与现有氟橡胶材料相比，其工艺过程简单，操作使用方便，制备成本低，具有优异的力学性能，尤其是较好的高温力学性能。
具体实施方式：
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1-4：其中实施例1的增强材料为超细粒径炭黑220；实施例2的增强材料为甲基丙烯酸盐；实施例3的增强材料为超细粒径炭黑401；实施例4的增强材料为超细粒径炭黑220和甲基丙烯酸盐协同。
本实施例按表1中记载份额称取所列的原料，先将氢化丁腈橡胶放入开炼机中进行塑炼，然后将其他材料和助剂依次加入开炼机中进行混炼，直至混合均匀。将混炼胶在平板硫化机中进行一段硫化，控制硫化温度为150-180℃，硫化时间为20-40分钟，硫化压力为10-20MPa。将橡胶从平板硫化机上取出后，在150-180℃温度下进行二段硫化，得到性能优异的硫化胶。
实施例1-4的氢化丁腈复合材料的组分重量配比和所得产品的主要性能指标如表1所示，表1中实施例1～实施例3给出了炭黑、甲基丙烯酸盐单独增强的配比和性能，实施4为组合增强剂复合的组分配比和性能；表中数据清楚地说明组合增强剂表现出优异的增强效果和良好的耐温性。
表1 实施例1～4的原料重量配比及橡胶密封材料的力学性能
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