丁腈类吸水膨胀橡胶的研制

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:dwwn123456
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人们生活中对油气资源的依赖与日俱增,所以油井的稳定性至关重要。新型的自膨胀封隔器逐渐取代了传统封隔器,大大提升了完井效率,降低了完井风险。作为其核心部件的原材料,吸水膨胀橡胶的开发及其吸水机理的研究尤为重要。开发出结构稳定、吸水能力强、强度高,可长期使用的吸水膨胀橡胶对油井的开采与开发具有非常重要的意义。丁腈橡胶是油气田中常用的橡胶之一,本文通过在丁腈橡胶以及氢化丁腈橡胶中加入不同的加工助剂,探究加工助剂对丁腈橡胶(NBR)以及氢化丁腈橡胶(HNBR)的物理机械性能和水解性能影响,开展了水解剂对氢化丁腈橡胶水解机理的研究,具体研究内容如下:研究了硫磺用量、炭黑用量对丁腈橡胶力学性能以及吸水性能的影响。硫磺用量增加使丁腈橡胶交联网络密集,进而提升橡胶物理机械性能,但是吸水性能下降;炭黑N220比其他补强剂能比较好的增强橡胶物理机械性能,与其他补强剂相比还可以使得吸水膨胀橡胶拥有较好的吸水能力。研究了吸水树脂种类及用量对吸水膨胀橡胶在不同温度及不同矿化度下吸水能力的影响。丙烯酸类吸水树脂虽然在水中可以提供较为优异的吸水能力,但是在高矿化度水中吸水能力较差,达不到实际应用需求。丙烯酰胺类吸水树脂在高矿化度水以及去离子水中都表现出较为优异的吸水能力,但是仍存在吸水后易析出,吸水膨胀橡胶保水能力以及反复吸水能力差等问题。加入金属离子封闭剂EDTA-2Na作为螯合剂,探究EDTA-2Na用量对吸水膨胀橡胶性能的影响。通过EDTA-2Na分子上带孤对电子的氮原子和氧原子,与高矿化度水中的金属离子形成螯合物,大大提高了吸水膨胀橡胶在高矿化度水中的吸水能力。利用丁腈橡胶以及氢化丁腈橡胶中的丙烯腈在碱性条件下发生水解,通过氰基水解反应改善橡胶基体的疏水性,减小橡胶基体与吸水树脂的极性差别,从而解决吸水树脂与橡胶基体相容性差的问题。探究不同助水解剂对水解氢化丁腈橡胶物理机械性能、吸水性能的影响。研究发现Na OH用量为10 phr时,WSR吸水能力最强并能保证较高的强度。利用扫描电镜对吸水膨胀氢化丁腈橡胶进行观察,发现水解后氢化丁腈橡胶制备的吸水膨胀橡胶较未水解氢化丁腈橡胶制备的吸水膨胀橡胶的断面微观结构更为均匀。说明吸水树脂在橡胶基体中分散效果好,克服了吸水组分吸水后与胶体相容性较差的问题。
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