Резиновая смесь
RUBBER COMPOUND

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству эластомерных материалов уплотнительного назначения, и может быть использовано для уплотнительных элементов в составе водонабухающих пакеров, применяемых в нефтегазодобывающей промышленности.
Известна водонефтенабухающая эластомерная композиция на основе этилен-пропиленового каучука, включающая вулканизующий агент серу, ускорители вулканизации альтакс и каптакс, активирующую систему оксид цинка и стеарин, диспергирующий агент глицерин, наполнитель коллоидную кремнекислоту и технический углерод, водонабухающие реагенты - натрий-карбоксиметилцеллюлозу и сополимер акриламида с акрилатом калия, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: этиленпропиленовый каучук СКЭПТ-50 - 100,0; коллоидная кремнекислота БС-120 - 10,0; технический углерод ТУ П234 - 30,0; оксид цинка - 5,0; стеарин - 1,0; глицерин - 2,0; сера - 2,0; альтакс - 1,0; каптакс - 1,0; натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 80,0-100,0; сополимер акриламида с акрилатом калия -80,0-100,0 (RU 2744341 С1, опубл. 05.03.2021).
Известна водонабухающая эластомерная композиция на основе карбоксилатного бутадиен-нитрильного каучука, содержащего 26 мас. % звеньев нитрила акриловой кислоты и 7 мас.% карбоксильных групп, включающая вулканизующий агент, ускорители вулканизации меркаптанового ряда, активаторы вулканизации, диспергирующий агент, наполнители, водонабухающие реагенты, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: карбоксилатный бутадиен-нитрильный каучук - 100,0; БС-120 - 10,0; ТУ П234 - 30,0; оксид цинка - 5,0; стеарин - 1,0; глицерин - 2,0; сера - 2,0; альтакс - 1,0; каптакс - 1,0; сополимер акриламида с акрилатом калия - 100,0; натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 100,0 (RU 2744282 С1, опубл. 04.03.2021).
Недостатком этих резин на основе указанных резиновых смесей является недостаточно высокие показатели условной прочности при растяжении.
Наиболее близкой по технической сущности является резиновая смесь для изготовления водонабухающих пакеров, применяемых в нефтегазодобывающей промышленности, на основе хлоропренового каучука, включающая вулканизирующие агенты - оксид цинка и оксид магния, ускорители вулканизации - дифенилгуанидин, тиурам Д и серу, наполнитель - технический углерод Π 803, диспергатор наполнителя -стеариновую кислоту, замедлитель подвулканизации - мыло хозяйственное, гидрофильную добавку - метилцеллюлозу МС-2000 и/или полиакрилат натрия (RU 2617101 С1, опубл. 20.04.2017).
Недостатком данной резины на основе указанной резиновой смеси являются недостаточно высокие показатели сопротивления раздиру, отсутствие данных степени объемного набухания в 10%-ном водном растворе хлорида натрия NaCl.
Задачей изобретения является создание резиновой смеси на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20%, хлоропренового, акрилатного AR22 и бутадиенового каучуков, обладающей хорошей набухающей способностью резины как в дистиллированной, так и пластовой (10%-ном водном растворе хлорида натрия NaCl) воде, в том числе в условиях высоких температур (до 90°С) которая может найти применение при производстве водонабухающих пакеров для нефтегазодобывающей промышленности.
Технический результат - обеспечение хорошей набухающей способности как в дистиллированной, так и пластовой (10%-ном водном растворе хлорида натрия NaCl) воде, в том числе в условиях высоких температур (до 90°С), расширение арсенала средств данного назначения.
Технический результат достигается тем, что резиновая смесь для водонабухающих уплотнительных элементов, включающая хлоропреновый каучук, вулканизующие агенты - оксид цинка, оксид магния, серу, ускоритель вулканизации - дифенилгуанидин, замедлитель подвулканизации - мыло хозяйственное, согласно изобретению, она дополнительно содержит бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20%, акрилатный каучук AR22 и бутадиеновый каучук СКД, полиизобутилен П-200, ускоритель вулканизации - 2,2'-дибензтиазолдисульфид, противостарители - ацетонанил Н, парафин, пластификатор - трихлорэтилфосфат, технологическую добавку - ЦД-12, наполнители - технический углерод Π 514, волокнистый наполнитель - «Экстэлинт», гидросорбционные добавки - акриламид и полиактилат натрия при следующем соотношении исходных компонентов, мас. ч.:
Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием
нитрила акриловой кислоты
17-20% 17,0-23,0
Хлоропреновый каучук
36,0-42,0
Акрилатный каучук AR22
19,0-23,0
Бутадиеновый каучук СКД
18,0-22,0
Полиизобутилен П-200
8,0-10,0
Сера
1,2-1,7
2,2'-дибензтиазолдисульфид
1,5-2,0
Дифенилгуанидин
0,8-1,2
Оксид цинка
3,0-4,0
Оксид магния
4,0-5,0
Ацетонанил Н
1,5-2,0
Технический углерод Π 514
28,0-33,0
Волокно «Экстэлинт»
9,5-10,5
Парафин
4,0-5,0
Технологическая добавка ЦД-12
1,5-2,0
Трихлорэтилфосфат
18,0-20,0
Мыло хозяйственное
2,0-3,0
Акриламид
27,0-32,0
Полиакрилат натрия
38,0-43,0
Отличительными признаками заявляемого изобретения являются вышеперечисленные дополнительные компоненты, введенные в состав резиновой смеси в оптимальных соотношениях. Такое соотношение компонентов позволяет обеспечить хорошую набухающую способность как в дистиллированной, так и пластовой (10%-ном водном растворе хлорида натрия NaCl) воде, в том числе в условиях высоких температур (до 90°С) и сопротивление раздиру резины.
Заявляемая резиновая смесь проявляет свойства водонабухания за счет использования комбинации бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20%, акрилатного AR22 и бутадиенового СКД каучуков, полиизобутилена П-200, гидросорбционных добавок - акриламида, полиакрилата натрия, волокна «Экстэлинт», а также других компонентов, что позволяет расширить арсенал средств данного назначения.
Резиновую смесь готовили смешением всех рецептурных компонентов с последующим вальцеванием на вальцах ЛБ 320 160/160.
Составы резиновых смесей приведены в табл. 1. Физико-механические показатели вулканизатов приведены в табл. 2. Исследования физико-механических свойств резин осуществлялись по стандартным методикам: условную прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве определяли по ГОСТ 270-75; твердость по Шору А - по ГОСТ 263-75; сопротивление раздиру - по ГОСТ 262-79; изменение объема резины после воздействия воды и 10%-го водного раствора хлорида натрия - по ГОСТ 9.030-74. Заявляемую резиновую смесь изготавливали из следующих материалов: Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20% (ТУ 38.30313-2006); хлоропреновый каучук (проспект фирмы DuPont, США); акрилатный каучук AR22 (проспект фирмы Zeon Chemicals L.P., США); бутадиеновый каучук (ГОСТ 14924-75); полиизобутилен П-200 (ГОСТ 13303-86); сера (ГОСТ 127.1-93); 2,2'-дибензтиазолдисульфид (ГОСТ 7087-75); дифенилгуанидин (ГОСТ 40-80); оксид цинка (ГОСТ 202-84); оксид магния (ГОСТ 4526-75); ацетонанил Η (ТУ 2492-542-05763441-2013) технический углерод Π 514 (ГОСТ 7885-86); волокно «Экстэлинт» представляет собой волокна полимера органической кислоты (АО «Полиэкс», ТУ 20.59.59-116-53501222-2017, https://polyex.ru/catalog/potokootklonyashchie_sostavy/voloknistyy-napolnitel-ekstelint/); парафин (ГОСТ 23683-89); технологическая добавка ЦД-12 представляет собой комбинацию цинковых солей жирных кислот от белого до коричневого цвета, нерастворимую в воде, частично растворимую в спирте и разбавленных минеральных кислотах (ООО ПКФ «Сингер», ТУ 20.59.56-046-74584703-2019, http://singerl6.ru/katalog-tovarov/testl/testl_635276.html); трихлорэтилфосфат (ТУ 6-05-1611-73); мыло хозяйственное (ГОСТ 30266-2017); акриламид (проспект фирмы Zibo Anquan Chemical Co., Ltd, Китай); полиакрилат натрия (проспект фирмы Evonik Industries, Германия).
В предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемые различными фирмами.
Из таблицы 2 следует, что резины обладают высокими значениями сопротивления раздиру, характеризуются высокой степенью объемного набухания в воде и 10%-ном водном растворе хлорида натрия, которые обеспечивают хорошую набухающую способность как в дистиллированной и пластовой (10%-ном водном растворе хлорида натрия NaCl) воде, в том числе в условиях высоких температур (до 90°С) и позволяют рекомендовать ее для создания водонабухающих уплотнительных элементов, используемых в нефтегазодобывающей промышленности.