浅谈长寿命螺杆钻具定子橡胶配方设计.docVIP

第二届全茸橡胶制品技术研讨会论文集 浅谈长寿命螺杆钻具定子橡胶配方设计 邢长星 (天津市大港油田中成公司螺杆钻具制造厂技术部天津300280) 摘要本文深入浅出地探讨了有关长寿命螺杆钻具定子马达橡胶的设计思路，从提高耐油性、耐热性 拉伸强度、抗撕裂性、抗疲劳性、抗老化性几个方面进行了详细分析，以此来指导橡胶配方设计。 关键词螺杆钻具；定子是达；橡譬；耐油擎；耐萤性；拉伸强度；抗撕裂性；抗疲劳性：抗老化性’ ’ 弹性体并用 X 螺杆钻具定子橡胶是整套钻具中最易损坏的部件之一，它的寿命长短直接影响到钻具的使用寿命。 目前，国内钻具的设计制造水平与发达国家还有较大差距，使用寿命远低于发达国家。这其中主要原 因多是因定子橡胶过早发生掉块、脱胶所至．因此，研究开发长寿命螺杆钻具定子用橡胶在我国目前 这种形势下，就显得尤为重要。 定予橡胶工作在高温、高压，高扭矩环境下，并受到频繁屈挠应力作用和酸性气体的腐蚀，工作 状况十分恶劣。鉴于此，定子橡胶在耐油性、耐热氧老化性、耐疲劳性、抗撕裂性、动态性能等方面 要求较高。所以，要提高使用寿命，必须围绕这些方面进行研究。 1提高橡胶耐油性 定子橡胶如果耐油性达不到指标，工作时橡胶遇油会很快发生溶胀，各项力学机械性能急剧下降， 定子在周期性应力作用下，很快遭到破坏。因此如果耐油性不合格，其它性能无从谈起。在通用橡胶 中，丁腈橡胶的耐油性最好。所以，它也就理所当然地成为定子橡胶的首选胶种。 1．1丙烯腑C^c吣含量的影响 丁腈橡胶的耐油性与丙烯腈(ACN)含量密切相关。见图l“’。 由图中曲线可以看出。随着ACN含量 增高，溶胀率显著下降。因此。欲提高橡胶 耐油性，可选择ACN含量较高的牌号的胶 种，并且，随着ACN含量的增大。丁腈橡 胶极性增大，大分子链柔性下降，分子间作 譬 井 用力增大，大分子链上双键减少，不饱和度 避 袖 下降。宏观上各项性能就会表现出一系列变 * 化，见表1。 ■ 呈 上述指标中。耐热性、耐臭氧老化性、 看 耐油性、强度、耐磨性、密度等上升对提高 翟 堪 ???子橡胶的使用寿命是有利的。但硬度、弹 性、耐屈挠性的变化却是不利的。因此。选 择牌号时应注意．并不是ACN含量越高越好。 含量 根据有关资料并结合我们多年的工作经验。 图1 ACN含量对溶胀率的影响 如果耐油性能够满足要求，应尽量使用ACN 含量低于40％的品种，如3446、3945、丁腈40等。 329  刑长照．浅淡长寿龠■杆钻具定子橡胶配方设计 表1 ACN含量对性能的影响 ACN 耐 耐臭 溶解 耐 绝 强 耐 密 耐压 常温 弹 自 加工 包 耐 古量 热 轭老 度参 油 缘 度 磨 度 缩永 硬度 性 粘 生热 辊 屈 性 化性 数 性 性 性 久变 性 量 性 挠 形性 性 高 t f f f f l f f f l f l l t I l 底 1．2软化剂的影响 配合体系中。应选用不被油类抽出的软化剂，如低分子聚乙烯、氧化聚乙烯、聚酯类增塑剂。 极性大、分子量大的软化剂对耐油有较好的作用，如DOP、DBP、G25，WB212等。 1．3交联密度的影响 适当提高交联密度，硫黄用量可适当增加，控制在2～2．5份。高丙烯腈含量的硫黄用量可适当少些． 丙烯腈低的硫黄用量可适当多一些。交联密度增大后，分子问作用力增大，油类扩散时阻力增加，耐 油性提高。 2提高橡胶耐热性 耐热性与橡胶选择有很大关系。定予通常所用的丁腈橡胶具有中下等的耐热性。长时间使用温度 为100C，120(3下使用40天，150C仅能使用3天．以上为静态制品指标。螺杆钻具定子橡胶工作在 动态恶劣环境下．所以使用寿命就要大打折扣。为此。我们就要在配方上进行研究，力求使实际使用 寿命接近实验室寿命，这就是我们研究的目标． 2．1硫化体系的影响 胶种选定后，影响耐热性的最大因素就是硫化体系。常用硫黄硫化体系有：普通硫黄硫化体系 (cV)、半有效硫黄硫化体系(SEV)、有效硫黄硫化体系(Ev)。这三种硫化体系的硫化胶结构如图 2 、图3“4、图4“l。 蕊Sx Sx S2 Sx—Sxl {2 f：。：]{1{1 一 ：： l ；e：]I 。L／＼1二＼／＼lVI一、， 图2 cv／＼少)／、L／^＼，^-^＼／弋／帆 、一喇一V ：v叫 生成的交联键类型及数量如下表 交联类塑 cv SEV BV ～sI～％ O～lO O～20 40～50 ～s2～％ ～＆～％ 90～100 80～100 50～60 由上表可以看出，普通硫黄硫化体系生成较多的多硫键和双硫键，有效硫黄硫化