ТЕРМОСТОЙКАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ
THERMOSTABLE RUBBER MIXTURE WITH INCREASED HARDNESS

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.
Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающая, мас.ч: каучук бутадиен-нитрильный парафинатный марки БНКС-40 АМН 100,00 с массовой долей нитрила акриловой кислоты (НАК) до 41%, перекись дикумила (Перкадокс BC-FF) - 3,0-4,0, соагент вулканизации Дельтагран HVA 270 GT - 1,0-3,0, оксид цинка - 3,0-5,0, антиоксидант Ирганокс 1010 - 2,0-3,0, олигоэфиракрилат ТГМ-3 - 6,0-10,0, активный технический углерод Н-220 - 50,0-70,0, техуглерод Т-900 - 10,0-30,0, диспергатор Цинколет ВВ 222 - 1,0-3,0, антискорчинг Сантогард PVI - 0,3-0,5 (патент на изобретение RU №2501820, 2012 г.).
Недостатком указанной резиновой смеси является низкая термостойкость при температуре 150°C, невысокое сопротивление к накоплению остаточной относительной деформации, низкое сопротивление к изменению прочности при раздире, потеря упругопрочностных характеристик при повышенной температуре эксплуатации и воздействии агрессивных сред, а также потеря герметизирующей способности резиновых элементов на их основе, при температуре 150°C и осевом давлении до 70,0 МПа.
Известна термостойкая резиновая смесь включающая, 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 (м-фенилен-бисмалеимид) - 1.5-2,0, замедлитель преждевременной вулканизации - 2-меркаптобензтиазол (2-МБТ) - 0,3-0,5, оксид цинка - 3,0-5,0, магнезия жженая - 8,0-10,0, стеариновая кислота - 0,5-1,0, диспергатор-цинколет ВВ-222 (смесь высокомолекулярных алифатических жирных кислот и сложных эфиров) - 1,0-2,0, технологическая добавка для резиновых смесей-мягчитель РС-1 - 1,0-2,0, противостарители - наугард 445 (4,4′-бис(α-диметилбензил)дифениламин, МВРА) - 1,0-3,0 и новантокс 8ПФДА - 1,03,0, технический углерод N 220 - 15,0-20,0, технический углерод П 514 - 50,0-55,0, олигоэфирокрилаты - МГФ-9 - 8,0-12,0 и ТГМ-3 - 8,0-12,0, описанная в патенте на изобретение RU №2495061, 2012 г., которая по числу совпадающих признаков и технической сущности выбрана в качестве наиболее близкого аналога - прототипа предложенной смеси.
Недостатком известной резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНК) и частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука (ГБНК) является низкое сопротивление к изменению прочности при раздире, потеря упруго-прочностных характеристик при повышенной температуре эксплуатации и воздействии агрессивных сред.
Задача настоящего изобретения направлена на увеличение упругопрочностных свойств вулканизата и снижение относительной остаточной деформации при температуре 150°C, с целью обеспечения герметизирующей способности резиновых элементов пакерно-якорного оборудования при проведении гидравлического разрыва пласта и выполнении ремонтно-изоляционных работ, осуществление которых требует создания высокого перепада давления на пакер.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение сопротивления раздиру, улучшение термоагрессивостойкости, увеличение работоспособности резинового элемента при высоких температурах, осевых нагрузках и перепадах давлений.
Поставленная задача достигается путем подбора определенных каучуков и специальных ингредиентов в оптимальном соотношении, мас.ч.
бутадиен-нитрильный каучук
10,0-15,0
частично гидрированный
бутадиен-нитрильный каучук
85,0-90,0
дельтагран HVA-270 GE
1,5-2,0
цинколет ВВ-222
1,5-2,5
олигоэфирокрилат МГФ-9
4,0-6,0
олигоэфирокрилат ТГМ-3
4,0-6,0
перкадокс BC-FF
7,0-7,5
монометакрилат цинка
4,0-5,0
ирганокс 1010
2,0-3,0
ацетонанил H
0,5-1,5
смола нефтеполимерная «Шинпласт»
1,5-2,0
смола СФ-012А
1,5-2,0
технический уротропин
1,5-2,0
полиметилсилоксан ПМС-200
0,5-1,5
техуглерод N 220
50,0-55,0
техуглерод П 803
20,0-25,0
росил-175
4,0-6,0
Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резины.
Новым является не использованное ранее сочетание известных ингредиентов, используемых в количественном соотношении, а также ранее не применяемые в рецептуре резин, на основе комбинации ГБНК и БНК, монометакрилат цинка (ZMMA, SR 709) и смола нефтеполимерная «Шинпласт». Впервые монометакрилат цинка используется в качестве активатора вулканизации для бутадиен-нитрильных каучуков. Это позволяет получить технический результат: повышенная термо-, агрессивостойкость и герметизирующая способность эластичных резиновых элементов при температуре 150±5°C и высоком перепаде давлений на пакер (от 35,0 до 70,0 МПа).
Процесс смешивания резиновой смеси осуществляется 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. Стандартные образцы свулканизованы при оптимуме вулканизации 170°C × 60 минут, определенной на реометре MDR 3000 Basic фирмы MonTech.
Основные материалы:
- бутадиен-нитрильный каучук, с массовой долей нитрила акриловой кислоты (НАК) от 17 до 28% (ТУ 38.30313-2006);
- частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, содержащей НАК до 34% и степенью насыщенности более 99% (проспект фирмы Байер АГ);
- перкадокс BC-FF - Ди-(1-метил-1-фенилэтил) пероксид (перекись дикумила) - вулканизующий агент (проспект фирмы Akzo Nobel Chemicals BV);
- дельтагран HVA-2 70 GE N,N′-м-фениленбисмалеимид, (70% основного вещества и 30% наполнителя) - соагент вулканизации (проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);
- монометакрилат цинка - активатор пероксидной вулканизации (проспект фирмы Sartomer);
- смола нефтеполимерная «Шинпласт» - технологическая добавка для улучшения литьевых свойств резиновых смесей (ТУ 2451-005-60928760-09);
- технический уротропин - (гексаметилентетрамин) - соагент вулканизации (ГОСТ 1381-73);
- смола СФ-012А - фенольная смола - соагент вулканизации (СТП 031-71-2001);
- ирганокс 1010 - Тетракис[метилен-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат] метан-фенольный термостабилизатор (проспект фирмы Ciba, Швейцария);
- ацетонанил H - 2,2,4-Триметил-1,2-дигидрохинолин полимеризованный - антиоксидант и стабилизатор вулканизации (ТУ 6-00-04691277-202-97);
- полиметилсилоксан ПМС-200 - технологическая добавка для улучшения съема детали с прессформы (ГОСТ 13032-77);
- техуглерод N 220 - наполнитель высокой активности (ГОСТ 7885-86);
- техуглерод П 803 - наполнитель низкой активности (ГОСТ 7885-86);
- росил-175 - тонкодисперсный осажденный диоксид кремния, наполнитель для повышения термостойкости резни (ТУ 2168-038-00204872-2001);
- олигоэфирокрилат МГФ-9 - сополимер метакриловой кислоты, триэтиленгликоля и фталевого ангидрида, соагент вулканизации (ТУ 2226-065-05761-2003);
- олигоэфирокрилат ТГМ-3 - диметакриловый эфир триэтиленгликоля, соагент вулканизации (ТУ 2226-065-05761-2003);
- цинколет ВВ-222 - смесь высокомолекулярных алифатических жирных кислот и сложных эфиров, технологическая добавка, диспергатор наполнителей (проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезелыиафт мбХ).
В предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемые различными фирмами.
Изобретение поясняется примерами, составы которых представлены в таблице.
Сравнительные физико-механические показателей рецептуры известной резиновой смеси и вариантов рецептуры резиновой смеси по изобретению приведены в таблице 2.
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемая по изобретению резиновая смесь имеет лучшие показатели по относительному удлинению при разрыве, твердости, остаточной деформации, термоагрессивостойкости при температуре 150°C.
Предлагаемая по изобретению резиновая смесь позволяет использовать ее в производстве резиновых элементов пакерно-якорного оборудования повышенной твердости для нефтегазодобывающей отрасли при температуре до 150°C и соответствует ТУ 253910-004-20666528-2011 группе 1000-Т150-90-КЗ.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по вулканизации синтетических каучуков, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности серийного производства резиновых смесей для нефтегазодобывающей и других отраслей промышленности, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.