橡胶材料组合物、橡胶材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及石油工程新材料，具体涉及一种橡胶材料组合物、橡胶材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、吸烃遇氢膨胀橡胶材料常用于油田密封领域。由于传统橡胶材料仅依靠弹性实现井下环空间隙的密封，该类材料一旦长期老化或者间隙变大，便无法充填间隙，造成密封失效。吸烃遇氢膨胀橡胶材料依靠弹性和材料自身的持续膨胀实现双重密封，可应用于封隔器、测试阀等井下工具中。

2、吸烃遇氢橡胶材料是在传统弹性体基体上引入亲烷烃、氢组分官能团。其中采用分子结构不规整的非结晶橡胶，无自补强性，需要添加大量填充剂和补强体系来提高物料性能。添加大量炭黑可以提高橡胶材料的储烃能力和基本物理性能。通过橡胶本身特性，在活性剂和硅烷偶联剂的催化下吸引其他组分的加入，将烷烃和氢组分引入，并通过扩散剂的不断引导，加速吸收烷烃和氢组分，储存于橡胶与炭黑中。虽然炭黑的大量加入可以带来物理性能的提升，但橡胶混炼工艺变差，需要添加软化增粘剂和增塑剂来提高橡胶混炼均匀度和橡胶加工性能，从而使橡胶分子间的作用力降低，并降低橡胶的可塑性、流动性，提高加工成型能力。如果没有正确地选择合适的橡胶基材，材料中添加的填充补强剂不具备储烃的能力，没有添加牵引导向的增塑剂，很难完成对烃、氢分子的吸收。橡胶基材需要与耐高温材料和耐高温防老体系复合来提高橡胶的耐高温性能，使其能满足长时间高温环境下使用的要求。

3、制备吸烃遇氢膨胀橡胶的一般方法是：以丙烯酸酯类高吸烃树脂、烯烃类高吸烃树脂以及天然高分子或制备改性高吸烃树脂等树脂材料为原材料。其中，虽然烯烃类高吸烃树脂对油品的亲和性能更加优越，但高碳烯烃来源较少，制备的吸烃橡胶过于昂贵，不利于工业化生产，而天然或制备改性高吸烃树脂的原料来源虽较为广泛，价格较为便宜，但树脂吸烃后强度太低，不利于作为密封材料使用。故多采用丙烯酸酯类高吸烃树脂制备吸烃遇氢膨胀橡胶。但是，现在国内外制备出的采用丙烯酸酯类树脂为原材料的吸烃遇氢膨胀橡胶，是单一的化学交联，并且侧链一般都带有长链烷基，其中化学交联使分子链受到很强的束缚，影响了树脂三维网络的扩张，使得树脂的吸烃遇氢倍率不高，吸放油可逆性差，而侧基为长链烷基，增加了吸烃树脂的空间位阻，减小了树脂网络结构的有效吸烃遇氢容积。

4、cn1869090a公开了一种高吸烃树脂，以橡胶和烷基苯乙烯为单体，以二乙烯苯、乙二醇二丙烯酸酯类物质为交联剂，采用悬浮聚合制备了一种半互穿网络的高吸烃树脂，其对四氯化碳的最大吸烃倍率可达51倍。

5、但是，现有吸烃遇氢橡胶材料无法兼具优异的吸烃遇氢膨胀性能、力学性能和耐老化性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的吸烃遇氢橡胶材料无法兼具优异的吸烃遇氢膨胀性能、力学性能和耐老化性能的问题，提供一种橡胶材料组合物、橡胶材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种橡胶材料组合物，其中，所述组合物包括以下组分：丁苯橡胶、乙丙橡胶、石墨、炭黑和助剂。

3、本发明第二方面提供一种由第一方面所述的组合物制得的橡胶材料。

4、本发明第三方面提供一种橡胶材料的制备方法，其中，所述方法包括：将丁苯橡胶、乙丙橡胶、石墨、炭黑和助剂进行混合发生反应，得到所述橡胶材料。

5、本发明第四方面提供一种根据第三方面所述的制备方法得到的橡胶材料。

6、本发明第五方面提供第二方面和第四方面所述的橡胶材料在油田井下密封中的应用。

7、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

8、(1)本发明利用丁苯橡胶和乙丙橡胶作为橡胶材料基体，其中，丁苯橡胶中的苯乙烯刚性单体，可以增加树脂网络结构的刚性，降低其膨胀后的强度衰减；乙丙橡胶可以提高橡胶材料的耐高温特性，乙丙基橡胶具有亲烃、亲氢的特性，作为与丁苯橡胶的共混材料，其具备引导和吸引的作用。本发明利用石墨和炭黑作为复合补强剂，提高橡胶材料储烃储氢能力。

9、(2)本发明所提供的橡胶材料兼具优异的吸烃遇氢膨胀性能、力学性能和耐老化性能。

10、本发明提出以丁苯橡胶和乙丙橡胶作为吸烃遇氢膨胀橡胶复合基体，使用无硫磺硫化体系进行硫化，从而提高橡胶的耐老化性能和高温吸烃遇氢性能。

11、(3)本发明的橡胶材料制备工艺简单、设备要求低、生产成本低，可在地下、仓库、油井等环境下作为防漏材料使用。

技术特征：

1.一种橡胶材料组合物，其特征在于，所述组合物包括以下组分：丁苯橡胶、乙丙橡胶、石墨、炭黑和助剂。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物中各组分的重量份如下：丁苯橡胶5-100份、乙丙橡胶5-100份、石墨5-50份、炭黑5-40份和助剂5-70份；

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述助剂选自硅烷偶联剂、扩散剂、活性剂、防老剂、软化增粘剂、增塑剂和硫化促进剂中的至少一种；

4.一种由权利要求1-3中任意一项所述的组合物制得的橡胶材料。

5.根据权利要求4所述的橡胶材料，其中，所述橡胶材料的拉伸强度≥10mpa，扯断伸长率≥350％，shorea硬度为55-70，吸烃遇氢膨胀率为150-200％。

6.一种橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将丁苯橡胶、乙丙橡胶、石墨、炭黑和助剂进行混合发生反应，得到所述橡胶材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述丁苯橡胶的重量份为5-100份，优选为10-90份；所述乙丙橡胶的重量份为5-100份，优选为10-90份；所述石墨的重量份为5-50份，优选为10-40份；所述炭黑的重量份为5-40份，优选为10-30份；所述助剂的重量份为5-70份，优选为11-60份；

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中，所述助剂选自硅烷偶联剂、扩散剂、活性剂、防老剂、软化增粘剂、增塑剂和硫化促进剂中的至少一种；

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，塑炼温度为30-70℃，优选为35-65℃；塑炼时间为60-130s，优选为80-120s；

11.一种根据权利要求6-10中任意一项所述的制备方法得到的橡胶材料。

12.权利要求4-5和11中任意一项所述的橡胶材料在油田井下密封中的应用。

技术总结
本发明涉及石油工程新材料技术领域，公开了一种橡胶材料组合物、橡胶材料及其制备方法和应用。所述组合物包括以下组分：丁苯橡胶、乙丙橡胶、石墨、炭黑和助剂。将丁苯橡胶、乙丙橡胶、石墨、炭黑和助剂进行混合发生反应，得到橡胶材料。本发明还包括所述橡胶材料在油田井下密封中的应用。本发明所提供的橡胶材料兼具优异的吸烃遇氢膨胀性能、力学性能和耐老化性能。本发明的橡胶材料制备工艺简单、生产成本低，可在地下、仓库、油井等环境下作为防漏材料使用。

技术研发人员：刘阳,秦金立,陈武君,阮臣良,刘奔
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13