一种遇气膨胀橡胶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其是一种遇气膨胀橡胶材料及其制备方法。

背景技术

现有技术中，橡胶材料中有亲油性乙丙橡胶材料具备遇油溶解和膨胀能力，但不具备快速吸收烷烃、烃组分的能力。所以在储存高温高压的烷烃类气体或烃类气体时，橡胶的密封性、耐高压性等较差，影响储存性能。

目前国内外未见吸烃膨胀橡胶与管外封隔器共同使用解决固井长久密封问题的报道，急需开发一款遇气可持续膨胀橡胶材料，满足国内外气井的分段完井以及固井辅助密封的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种遇气膨胀橡胶材料及其制备方法，能实现橡胶材料吸收烃类、烷烃类气体而膨胀。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑40-80份，活性剂0-10份，防老剂2-8份，液体乙丙橡胶0-20份，改性吸烃组分5-30份，促溶解剂0-10份，增塑剂5-30份，过氧化二异丙苯3-5份，助交联剂1-5份。

作为优化：所述的乙丙橡胶由三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶中的一种或两种组成。

作为优化：所述的炭黑由N220、N234、N330、N550、N660中的一种或多种组成。

作为优化：所述的防老剂由防老剂RD、防老剂MB、防老剂4010NA、防老剂4020中的一种或多种组成。

作为优化：所述的液体乙丙橡胶由液体三元乙丙橡胶、液体二元乙丙橡胶中的一种或两种组成。

作为优化：所述的活性剂由纳米氧化锌、氧化镁、硬脂酸中的一种或多种组成。

作为优化：所述改性吸烃组分由石油树脂、芳香烃树脂、环烷烃树脂中的一种或多种组成。

作为优化：所述溶解剂由聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯、烷芳基聚乙二醇醚中的一种或两种组成。

作为优化：所述增塑剂由机械油、链烷烃油、芳香烃油、环烷烃油中的一种或多种组成。

作为优化：所述助交联剂由三烯丙基异氰尿酸酯、N,N ‘-间苯撑双马来酰亚胺中的一种或两种组成。

一种遇气膨胀橡胶材料的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑40-80份、活性剂0-10份、液体乙丙橡胶0-20份、改性吸烃组份5-30份、促溶解剂0-10份、增塑剂5-30份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂2-8份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯3-5份、助交联剂1-5份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

本发明所得到的一种遇气膨胀橡胶材料及其制备方法，利用亲油耐高温的乙丙橡胶作为遇气膨胀橡胶复合基体，配合吸烃材料、耐高温防老体系、低生热补强体系，使用过氧化物硫化体系复合的橡胶，提高橡胶的耐老化性能、高温高压吸烃性能、高速率膨胀性能等。

其中：遇气膨胀橡胶材料应用在自膨胀封隔器上，用于气井的分段完井以及固井辅助密封的作用，由于长期处于在高温高压甲烷气体、乙烷气体、甲烷乙烷混合气体、烷烃类气体的环境下工作，因此橡胶材料必须具备耐高温、耐高压、遇气膨胀、密封性好的特征。

遇气膨胀橡胶是一种新型功能高分子材料，将促吸促溶材料与橡胶弹性体溶为一体，使其使其形成一种具有橡胶的弹性和高物理性能，同时具有吸收烷烃膨胀、高温高压情况下不流失相应组分，达到既能适应结构变化，又具有高耐压密封功能的材料。根据大量的实践和研究发现，遇气膨胀橡胶具备快速吸收烷烃、烃组分的能力，起到快速吸收、帮助膨胀的作用，使橡胶在吸收后快速溶胀，不流失相应组分，不会溶胀后反弹缩小。乙丙橡胶主体材料具有很好的耐高温性能和物理性能，但在高温高压环境下，吸收溶胀后的橡胶材料物理性能下降、老化后胶料变硬、龟裂、脆化，需要在橡胶材料中添加防老体系保证橡胶材料的耐老化性能且需不影响橡胶材料的膨胀速率和膨胀率。橡胶的各种硫化体系中，过氧化物体系能够赋予橡胶最为优越的综合物理机械性能（能形成高键能的交联键和高的交联密度），同时也有利于获得高弹性、高撕裂力，提高橡胶各项物理性能，保证胶料在拉伸状态下，膨胀后胶料任然能满足实际需求，保持良好的物理性能。

物理性能：拉伸强度≥10MPa、扯断伸长率≥350、硬度≥60 。

适用温度：60-180℃；适用介质：甲烷气体、乙烷气体、甲烷乙烷混合气体、烷烃类气体。

适用气体压力：0-40MPa；适用状态：拉伸状态、正常状态；耐压：≥15MPa。

遇气膨胀橡胶材料硫化时间为15-25分钟，硫化温度：160℃，硫化压力：8-10MPa。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：

本实施例描述的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑60份，活性剂2份，防老剂3份，液体乙丙橡胶5份，改性吸烃组分15份，促溶解剂2份，增塑剂15份，过氧化二异丙苯3份，助交联剂4份。

一种遇气膨胀橡胶材料制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑60份、活性剂2份、液体乙丙橡胶5份、改性吸烃组份15份、促溶解剂2份、增塑剂15份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂3份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯3份、助交联剂4份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

硫化温度：160℃；硫化压力8-10MPa；硫化时间：20-25分。

拉伸强度（MPa）：10-11；扯断伸长率（%）：450-550；硬度（ShoreA）：55-60；T90（min:s）:13-14;膨胀率（%）：120-150。

实施例2：

本实施例描述的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑70份，活性剂2份，防老剂3份，液体乙丙橡胶6份，改性吸烃组分15份，促溶解剂2份，增塑剂15份，过氧化二异丙苯3份，助交联剂4份。

一种遇气膨胀橡胶材料制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑70份、活性剂2份、液体乙丙橡胶6份、改性吸烃组份15份、促溶解剂2份、增塑剂15份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂3份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯3份、助交联剂4份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

硫化温度：160℃；硫化压力8-10MPa；硫化时间：20-25分。

拉伸强度（MPa）：11-13；扯断伸长率（%）：450-550；硬度（ShoreA）：60-65；T90（min:s）:13-14;膨胀率（%）：120-150。

实施例3：

本实施例描述的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑60份，活性剂2份，防老剂3份，液体乙丙橡胶10份，改性吸烃组分15份，促溶解剂2份，增塑剂15份，过氧化二异丙苯3份，助交联剂4份。

一种遇气膨胀橡胶材料制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑60份、活性剂2份、液体乙丙橡胶10份、改性吸烃组份15份、促溶解剂2份、增塑剂15份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂3份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯3份、助交联剂4份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

硫化温度：160℃；硫化压力8-10MPa；硫化时间：20-25分。

拉伸强度（MPa）：11-13；扯断伸长率（%）：500-550；硬度（ShoreA）：60-65；T90（min:s）:13-14;膨胀率（%）：120-150。

实施例4：

本实施例描述的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑60份，活性剂2份，防老剂3份，液体乙丙橡胶5份，改性吸烃组分20份，促溶解剂2份，增塑剂15份，过氧化二异丙苯3份，助交联剂4份。

一种遇气膨胀橡胶材料制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑60份、活性剂2份、液体乙丙橡胶5份、改性吸烃组份20份、促溶解剂2份、增塑剂15份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂3份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯3份、助交联剂4份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

硫化温度：160℃；硫化压力8-10MPa；硫化时间：20-25分。

拉伸强度（MPa）：8-10；扯断伸长率（%）：400-450；硬度（ShoreA）：58-63；T90（min:s）:14-17;膨胀率（%）：150-200。

实施例5：

本实施例描述的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑60份，活性剂2份，防老剂3份，液体乙丙橡胶5份，改性吸烃组分15份，促溶解剂2份，增塑剂25份，过氧化二异丙苯3份，助交联剂4份。

一种遇气膨胀橡胶材料制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑60份、活性剂2份、液体乙丙橡胶5份、改性吸烃组份15份、促溶解剂2份、增塑剂25份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂3份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯3份、助交联剂4份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

硫化温度：160℃；硫化压力8-10MPa；硫化时间：20-25分。

拉伸强度（MPa）：8-10；扯断伸长率（%）：550-600；硬度（ShoreA）：53-58；T90（min:s）:13-14;膨胀率（%）：150-180。

实施例6：

本实施例描述的一种遇气膨胀橡胶材料，由以下重量份数的原料制备而成，乙丙橡胶100份，炭黑60份，活性剂2份，防老剂3份，液体乙丙橡胶5份，改性吸烃组分15份，促溶解剂2份，增塑剂15份，过氧化二异丙苯4份，助交联剂3份。

一种遇气膨胀橡胶材料制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将100份乙丙橡胶放入橡胶密炼机中，在30-50℃条件下反应80-120秒；

第二步，将炭黑60份、活性剂2份、液体乙丙橡胶5份、改性吸烃组份15份、促溶解剂2份、增塑剂15份放入橡胶密炼机中，在50-80℃条件下反应120-150秒；

第三步，将防老剂3份放入橡胶密炼机中，混炼400-500秒或温度达到150℃时取出混炼橡胶材料，其中以混炼时间或温度先到达为准；

第四步，在开炼机中出片，待橡胶材料冷却至30-60℃；密炼机温度控制在40-50℃之间，放入已冷却橡胶、过氧化二异丙苯4份、助交联剂3份在密炼机中50-85℃条件下反应100-120秒，即可制得所需产品。

硫化温度：160℃；硫化压力8-10MPa；硫化时间：20-25分。

拉伸强度（MPa）：10-11；扯断伸长率（%）：450-550；硬度（ShoreA）：55-60；T90（min:s）:9-11;膨胀率（%）：120-150。