ТЕРМОСТОЙКАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ
HEAT-RESISTANT RUBBER MIXTURE

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству резиновых смесей, используемых для изготовления изделий различного целевого назначения, в том числе эластичных резиновых элементов используемых в производстве пакерно-якорного оборудования нефтегазодобывающей отрасли. Термостойкая резиновая смесь включает следующие каучуки и ингредиенты: бутадиен-нитрильный каучук, частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующий агент-новоперокс БП-40, соагент перекисной вулканизации - дельтагран HVA-2 70 GE (м-фенилен-бисмалеимид), замедлитель преждевременной вулканизации-2-меркаптобензтиазол (2-МБТ), оксид цинка, магнезия жженая, стеариновая кислота, диспергатор - цинколет ВВ-222 (смесь высокомолекулярных алифатических жирных кислот и сложных эфиров), технологическая добавка для резиновых смесей - мягчитель РС-1, противостарители - наугард 445 (4,4'-бис(α-диметилбензил)дифениламин, МВРА) и новантокс 8ПФДА, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты - МГФ-9 и ТГМ-3.
Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40 AM, АМН-100,0, включающая, мас.ч: тиурам «Д» - 1,5, N,N'-дитиодиморфолин-2,0, сульфенамид «Ц» - 2,0; нафтам - 2-1,5, диафен ФП-1,0, белила цинковые - 5,0, канифоль - 5,0, мел ММОР, ММС - 1-30,0, технический углерод П 701-55,0, технический углерод П 514-20,0, дибутилфталат - 15,0. (Патент RU №2232171 2002 г.).
Вулканизаты из резиновых смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков (БНК) характеризуются высокой стойкостью к воздействию различных агрессивных сред (топливо, масла, смазки, нефть). Благодаря этим свойствам резины на основе БНК широко используются для изготовления уплотнителей, прокладок, манжет, рукавов, пыльников и других резинотехнических изделий. Однако существенным недостатком этих резин является низкая термостойкость при температуре выше 130°C.
Одним из путей преодоления указанного недостатка является добавление в рецептуру частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука.
Известна эластомерная композиция включающая, мас.ч: бутадиен-нитрильный каучук 5,0-70,0, частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук 30,0-95,0, вулканизующий агент-бис(трет-бутилпероксиизопропил)-бензол-4,0-8,0, соагент перекисной вулканизации - триаллил изоцианурат-0,5-2,0, технический углерод - 40,0-60,0, стеариновую кислоту 1,0-3,0; антиоксидант 1,0-3,0, описанная в патенте на изобретение RU №2322462 2007 г., которая по числу совпадающих признаков и технической сущности выбрана в качестве наиболее близкого аналога - прототипа предложенной смеси.
Недостатком указанных резин является низкая термостойкость при температуре 150°C (невысокое сопротивление к накоплению остаточной относительной деформации, низкая прочность при раздире, потеря упругопрочностных характеристик при температуре эксплуатации), а также потеря герметизирующей способности резиновых элементов на их основе при температуре 150°C и осевом давлении до 700 атм.
Задача настоящего изобретения направлена на увеличение упругопрочностных свойств вулканизата при температуре 150°C и обеспечение герметизирующей способности резиновых элементов пакерно-якорного оборудования.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение сопротивления раздиру, увеличение работоспособности резинового элемента при высоких температурах.
Поставленная задача достигается путем подбора определенных каучуков и ингредиентов в оптимальном соотношении, мас.ч.:
- бутадиен-нитрильный каучук
15,0-25,0
- частично гидрированный
бутадиен-нитрильный каучук
75,0-85,0
- вулканизующий агент - новоперокс БП-40
10,0-11,0
- соагент перекисной вулканизации -
дельтагран HVA-2 70 GE
1,5-2,0
- замедлитель преждевременной вулканизации -
2-меркаптобензтиазол (2-МБТ)
0,3-0,5
- оксид цинка
3,0-5,0
- технологическая добавка для резиновых смесей -
мягчительРС-1
1,0-2,0
- магнезия жженая
8,0-10,0
- стеариновая кислота
0,5-1,0
- цинколет ВВ-222
1,0-2,0
- наугард 445 (МВРА)
1,0-3,0
- новантокс 8ПФДА
1,0-3,0
- техуглерод N 220
15,0-20,0
- техуглерод П 514
50,0-55,0
- олигоэфирокрилат МГФ-9
8,0-12,0
- олигоэфирокрилат ТГМ-3
8,0-12,0
Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резин.
Новым является не использованное ранее сочетание известных ингредиентов, используемых в количественном соотношении и не применяемой в рецептуре резин на основе БНК технологической добавки для резиновых смесей - мягчитель РС-1. Это позволяет получить технический результат: повышенная термо-, агрессивостойкость и герметизипрующая способность эластичных резиновых элементов при температуре 150±5°C.
По мнению заявителей, данная резиновая смесь не известна и можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Так как заявленная совокупность существенных признаков проявляет новые свойства, позволяющие получить изменение количественной меры результата, а именно увеличение упругопрочностных показателей вулканизата по сравнению с известной резиной, то можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательный уровень».
Процесс смешивания резиновой смеси на смесительных вальцах СМ 2130 660/660 в две стадии при последовательном вводе ингредиентов в матрицу каучука. Общее время смешивания и гомогенизации составляет для I и II стадии 20-25 минут.
Образцы для определения физико-механических показателей резиновой смеси готовили согласно принятым для резиновой промышленности стандартам.
Основные материалы:
- бутадиен-нитрильный каучук (ТУ 38.30313-2006);
- частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук
(Проспект фирмы Байер АГ);
- новоперокс БП-40 (ТУ 2417-007-00151673-2004);
- дельтагран HVA-2 70 GE
(проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);
- 2-меркаптобензтиазол (2-МБТ) (ГОСТ 739-74);
- оксид цинка (ГОСТ 202-84);
- технологическая добавка для резиновых смесей -
мягчитель PC-1 (ТУ 2312-020-50518328-11);
- магнезия жженая (ГОСТ 844-79);
- стеариновая кислота (ГОСТ 6484-96);
- цинколет ВВ-222
(проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);
- наугард 445 (МВРА) (Проспект Uniroyal, США);
- новантокс 8ПФДА (ТУ 2492-465-05766-3441-2004);
- техуглерод N 220 (ГОСТ 7885-86);
- техуглерод П 514 (ГОСТ 7885-86);
- олигоэфирокрилат МГФ-9 (ТУ 2226-065-05761-2003);
- олигоэфирокрилат ТГМ-3 (ТУ 2226-065-05761-2003).
В предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемые различными фирмами.
Сравнительные технические характеристики резиновой смеси - прототипа и новой рецептуры резиновой смеси по заявке на изобретение приведены в таблице.
№ п/п
Наименование показателей
Известная резина
Резина по изобретению
Методы контроля
1
Условная прочность при растяжении, МПа
21,5
24,0
ГОСТ 270
2
Относительное удлинение при разрыве, %
200
200
ГОСТ 270
3
Твердость по Шор А, ед. Шор А
70±5
80±5
ГОСТ 263
4
Сопротивление раздиру, кН/м
-
60
ГОСТ 262
5
Относительная остаточная деформация (100°C×24ч×30%), %
+17,0
-
ГОСТ 9.029
6
Относительная остаточная деформация (150°C×24ч×30%), %
-
+15,8
ГОСТ 9.029
7
Изменение после старения в воздухе (125°C×72ч):
ГОСТ 9.024
- условной прочности при растяжении, %
-6,0
-
- относительного удлинения при разрыве, %
-18,0
-
8
Изменение после старения в воздухе (150°C×72ч):
ГОСТ 9.024
- условной прочности при растяжении, %
-
+13,0
- относительного удлинения при разрыве, %
-
-15,0
9
Изменение после воздействия СЖР-1 (150°C×24ч):
ГОСТ 9.030
- условной прочности при растяжении, %
-
+10,0
- относительного удлинения при разрыве, %
-
-30,0
10
Изменение массы после воздействия СЖР-3 (100°C×24ч), %
+17,8
+15,1
ГОСТ 9.030
11
Изменение массы после воздействия изооктан + толуол (70:30), %
+24,6
+10,6
ГОСТ 9.030
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемая по изобретению резиновая смесь имеет лучшие показатели по условной прочности при растяжении, относительной остаточной деформации, термостойкости при температуре 150°C.
Предлагаемая по изобретению резиновая смесь позволяет использовать ее в производстве резиновых элементов пакерно-якорного оборудования для нефтегазодобывающей отрасли при температуре до 150°C и соответствует ТУ 253910-004-20666528-2011 группе 1000-Т150-80-КЗ.
Учитывая вышеизложенное, по мнению заявителя, изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».