油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料及其制备方法与流程

本发明涉及密封材料，尤其涉及一种油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料及其制备方法。

背景技术：

1、在油田开发过程中，密封材料需要在高温、高压、强腐蚀和高磨损的环境中工作。现有的密封材料虽然在某些方面表现优异，但在综合性能上仍有不足。例如，氟橡胶(fkm)成本高，氢化丁腈橡胶(hnbr)成本高、耐高温性能有限，聚四氟乙烯(ptfe)机械性能和耐磨性不如弹性体材料。

2、三元乙丙橡胶(epdm)的化学结构中含有饱和的主链结构，赋予其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀能力。在所有橡胶中，三元乙丙橡胶具有最低的比重，它能吸收大量的填料和油而对特性影响不大，可以制作成本低廉的橡胶化合物，广泛应用于汽车、建筑和电力等领域。然而其侧链的结构在高温下容易发生氧化降解和热老化，导致材料的机械性能下降和使用寿命缩短。此外，epdm的耐磨性能也受其分子结构和交联密度的影响，虽然epdm具有良好的弹性，但其分子链的强度和交联密度相对于其他高性能橡胶如hnbr较低。因此，在高磨损环境中，epdm的表面容易受到磨损，导致材料快速磨损和老化。epdm的化学结构中含有的乙烯和丙烯单体，对极性化学品如酸、碱具有良好的耐受性，但对非极性化学品和有机溶剂的耐受性较差。在复杂化学环境中，epdm容易发生溶胀和降解，导致材料的机械性能和密封性能下降。此外，高温高压环境会加剧化学介质对epdm的侵蚀，使其耐化学腐蚀性能进一步下降。

3、鉴于其成本低和耐候性良好的优势，针对epdm的改性层出不穷,但是通过共混将改性poss引入epdm中的报道还比较少。八乙烯基poss是具有有机-无机杂化结构材料，刚性的si—o—si结构提供了独特的耐热性和优异的机械性能。另一方面，与si顶点群相连的有机基团能提高poss与epdm基体的相容性和硫化时间，使其交联密度明显增加,玻璃化转变温度也显著升高,而热膨胀系数降低，促使epdm产品的热稳定性和力学性能也得到显著改善。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在解决上述技术问题，提供一种油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料及其制备方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其采用epdm作为基材，乙烯基功能化poss作为关键改性成分，制备得到复合橡胶密封材料，以期获得良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温性能，该橡胶密封材料的原料按重量份数计算，包括：

3、

4、在一些实施方式中，乙烯基功能化poss的制备方法包括：将八乙烯基poss溶解于二氯甲烷中，加入氯铂酸，搅拌混合均匀，在氮气氛围下，缓慢滴加三氟丙基三氯硅烷，滴加完毕后，在30-40℃下搅拌反应4-6h，过滤后干燥，得到乙烯基功能化poss，乙烯基poss与三氟丙基三氯硅烷的摩尔比为1:(2-3)。

5、在一些实施方式中，乙烯基功能化poss的制备方法中，在缓慢滴加三氟丙基三氯硅烷的同时，还包括，缓慢滴加环氧丙基三甲氧基硅烷，乙烯基poss与环氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:(2-3)。

6、在一些实施方式中，乙烯基功能化poss的制备方法中，在缓慢滴加三氟丙基三氯硅烷的同时，还包括，缓慢滴加三甲氧基硅烷，乙烯基poss与三甲氧基硅烷的摩尔比为1:(2-3)。

7、在一些实施方式中，硫化剂为硫磺。

8、在一些实施方式中，填料为炭黑。

9、在一些实施方式中，增塑剂为石蜡油。

10、在一些实施方式中，进剂为cbs或ttbs。

11、在一些实施方式中，抗氧化剂为rd抗氧化剂。

12、另外，本发明还提供一种上述油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料的制备方法，具体包括如下步骤：

13、步骤一、将epdm与乙烯基功能化poss、填料、增塑剂和抗氧化剂进行预混分散；

14、步骤二、将步骤一预混分散的物料通过双螺杆挤出机在100-120℃下维持200-300rpm进行剪切混合处理5-10min；

15、步骤三、将步骤二所得剪切混合物料与硫化剂和促进剂混合后加入开炼机内继续混合均匀后，放入模具内，在150-180℃下，模压处理10-30min，得到密封材料；所述开炼机辊温为60-80℃，辊距为1.5-2mm，辊速为20-30rpm，开练时间为3-5min。

16、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

17、本发明采用epdm作为基材，采用具有笼状结构的有机-无机杂化材料聚倍半硅氧烷作为改性材料，显著提高了epdm的综合性能，具体的，采用乙烯基功能化poss作为功能改性材料，其具有多个反应型乙烯基，可以与epdm的双键交联，形成稳定的三维交联网络，poss的引入增加了epdm的交联密度和分子链强度，显著提高了材料的耐磨性，poss的无机硅氧结构具有良好的热稳定性，可以提高epdm的耐高温性能，减少材料在高温下的氧化降解和热老化，更进一步地，引入功能化poss中的氟基具有极低的表面能和高度的化学惰性，显著提高了材料对非极性化学品和有机溶剂的耐受性，更进一步地，通过引入环氧基，可以提高交联密度和机械强度，提高耐磨性能，硅烷基的引入增强材料的耐高温性能和与基体的结合性。

技术特征：

1.一种油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述橡胶密封材料的原料按重量份数计算，包括：

2.如权利要求1所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述乙烯基功能化poss的制备方法包括：将八乙烯基poss溶解于二氯甲烷中，加入氯铂酸，搅拌混合均匀，在氮气氛围下，缓慢滴加三氟丙基三氯硅烷，滴加完毕后，在30-40℃下搅拌反应4-6h，过滤后干燥，得到乙烯基功能化poss，乙烯基poss与三氟丙基三氯硅烷的摩尔比为1:(2-3)。

3.如权利要求2所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，乙烯基功能化poss的制备方法中，在缓慢滴加三氟丙基三氯硅烷的同时，还包括，缓慢滴加环氧丙基三甲氧基硅烷，乙烯基poss与环氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:(2-3)。

4.如权利要求2所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，乙烯基功能化poss的制备方法中，在缓慢滴加三氟丙基三氯硅烷的同时，还包括，缓慢滴加三甲氧基硅烷，乙烯基poss与三甲氧基硅烷的摩尔比为1:(2-3)。

5.如权利要求1所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述硫化剂为硫磺。

6.如权利要求1所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述填料为炭黑。

7.如权利要求1所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述增塑剂为石蜡油。

8.如权利要求1所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述促进剂为cbs或ttbs。

9.如权利要求1所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料，其特征在于，所述抗氧化剂为rd抗氧化剂。

10.权利要求1-9中任一所述的油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及密封材料技术领域，具体提出了一种油田用耐磨、耐腐蚀、耐高温橡胶密封材料及其制备方法。该密封材料的原料包括：EPDM、乙烯基功能化POSS、硫化剂、填料、增塑剂、促进剂和抗氧化剂，采用三氟丙基三氯硅烷对八乙烯基POSS进行接枝改性，从而获得乙烯基功能化POSS，采用该纳米功能材料对EPDM橡胶复合材料进行性能增强，可以显著提升其耐磨性、耐腐蚀性以及耐高温性能，使其在油田设备中具有良好的应用前景。

技术研发人员：刘韬
受保护的技术使用者：江苏多肯新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14