Материал для изготовления резино-технических изделий и способ его получения

 

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой, машиностроительной и других отраслях, в том числе в опорных и уплотнительных элементах бурового и нефтегазопромыслового оборудования. Материал включает резиновую смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука и наполнитель. В качестве наполнителя используют сплошное нетканое полотно на основе полиамидного волокна, пропитанное трибополимеробразующей добавкой. Добавка содержит 57 мас.% гексаметилендиизоцианата и 15 мас.% поливинилового спирта марки К-28. Состав материала, мас. %: резиновая смесь 94-96, наполнитель 2-3, трибополимеробразующая добавка 2-3. Перед вальцеванием наполнитель размещают в виде прослоек между листами из резиновой смеси. Технический результат состоит в повышении стойкости материала к гидроабразивному износу и увеличении ресурса оборудования. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к материалам на основе органических высокомолекулярных соединений, в частности к получению материалов для изготовления резинотехнических изделий, и может быть использовано в нефтегазовой, машиностроительной и других отраслях; в том числе в опорных и уплотнительных элементах бурового и нефтегазопромыслового оборудования.

Для изготовления уплотнительных элементов в подвижных соединениях деталей используют маслобензостойкие резиновые смеси, сочетающие устойчивость к действию воды, нефти и истиранию при трении.

Известны резиновые смеси на основе синтетических бутадиен-нитрильных каучуков марок 7-ИРП-1068, 7-ИРП-1078, 7-В-14.

Наиболее широко используется для изготовления деталей нефте- и газопромыслового оборудования резиновая смесь 7-В-14, гр.1.

Недостатком используемых резиновых смесей является повышенный износ в условиях воздействия рабочих сред, в частности, содержащих абразивные частицы (песок). Наработка на отказ деталей колеблется от 80 до 150 ч в зависимости от конкретных условий работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является материал, представляющий собой резиновую смесь марки 7-В-14 на основе бутадиен-нитрильного каучука (97-98 мас.%), наполненную отходами синтетического полиамидного волокна (синтепона) (2-3 мас.%), что способствует возникновению дополнительных сил связи (адсорбционных и адгезионных) между ингредиентами резиновой смеси и усилению цепочно-сетчатой структуры и в конечном счете уменьшению скорости износа и повышению долговечности оборудования [пат. СССР 1790578. Резиновая смесь /В.В. Шайдаков, А.И. Кравцов, В.В. Кравцов, С.Т. Баширов //БИ 3, 1993].

Наиболее близким к заявляемому является способ получения материала из резиновой смеси с наполнителем на основе полиамидного волокна путем вальцевания листов резиновой смеси марки 7-В-14 на основе бутадиен-нитрильного каучука с отходами синтетического полиамидного волокна (синтепона) [пат. СССР 1790578. Резиновая смесь /В.В. Шайдаков, А.И. Кравцов, В.В. Кравцов, С. Т. Баширов //БИ 3, 1993].

Недостатками известного материала и способа его получения являются: - недостаточно высокая долговечность в узлах трения (особенно при действии гидроабразивной рабочей среды), во многих случаях не обеспечивающая требуемую продолжительность межремонтного цикла оборудования; - анизотропия свойств в объеме изделия, трудно учитываемая при проектировании и приводящая в отдельных случаях к сокращению ресурса работы оборудования.

Решаемая предлагаемыми изобретениями задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении стойкости материала к гидроабразивному износу и увеличении ресурса работы оборудования, в том числе за счет снижения анизотропии свойств резиновой смеси.

Поставленная задача решается тем, что материал для изготовления резино-технических изделий, включающий резиновую смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука и наполнитель на основе полиамидного волокна, содержит в качестве наполнителя на основе полиамидного волокна сплошное нетканое полотно, пропитанное трибополимеробразующей добавкой (ТПОД), содержащей гексаметилендиизоцианат - 57 мас.%, поливиниловый спирт марки К - 28 мас.%, дибутилфталат - 15 мас.%, при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %: Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука - 94-96 Указанный наполнитель - 2-3 Указанная трибополимеробразующая добавка - 2-3 Поставленная задача решается также тем, что способ получения материала для изготовления резино-технических изделий заключается в вальцевании листов из резиновой смеси с наполнителем на основе полиамидного нетканого полотна, которое предварительно пропитывают трибополимеробразующей добавкой, причем перед вальцеванием наполнитель размещают в виде прослоек между листами из резиновой смеси.

В качестве ТПОД применили трехкомпонентный состав, представляющий собой вязкую жидкую смесь: гексаметилендиизоцианата по ТУ 6-03-332-72 (57 мас.%), поливинилового спирта марки К по ТУ 6-05-05-467-73 (28 мас.%) и дибутилфталата по ГОСТ 8728-88 (15 мас.%),
применяемый, например, в твердых смазочных покрытиях [Полякова А.А., Нехамкина Л.Г., Коган Л.О., Заславский Ю.С., Заславский Р.Н., Нестеров А.В. Исследование твердых смазочных покрытий с трибополимеробразующими наполнителями методом пиролитической масс-спектроскопии //Трибополимеробразующие смазочные материалы: Сб. науч. тр. - М.: Наука. - 1979. - С.56-66].

В качестве наполнителя в серийно выпускаемую резиновую смесь 7-В-14, гр. 1 добавляли полиамидные волокна (ГОСТ 8541-84, прейскурант 47-08); причем введение этих волокон осуществляли размещением сплошных нетканых полотен синтепона, предварительно пропитанных ТПОД, в виде прослоек между листами резиновой смеси, после чего производили пропускание через вальцы.

Использование вместо отходов синтепона (обрезков полотна) сплошного нетканого полотна равномерной толщины, пропитанного ТПОД, обеспечивает более равномерное распределение армирующих волокон нового качества по объему резиновой смеси после вальцевания, уменьшение анизотропии свойств и в конечном счете - повышение долговечности изделий при эксплуатации.

Образцы для испытаний получали путем горячего прессования (давление 1,8 МПа, температура 143...158^oС, продолжительность вулканизации 20 мин).

Сущность эксперимента заключалась в определении потери массы двух образцов - резинового и стального, работающих в паре трения. Образцы изготавливаются в виде колец с диаметрами, мм: наружным - 62, внутренним - 42. Скорость вращения колец относительно друг друга - 642,6 об/мин, усилие контакта - 32,65 кг. В зону трения подавали воду, содержащую 10% частиц непросеянного кварцевого песка. Линейная скорость вращения резинового кольца в зоне трения составляла 1,4 м/с.

Скорость износа двух образцов - резинового и стального колец, работающих в паре трения, составила 5,05...5,81 и 9,12...10,28 г/м²ч соответственно.

Пример 1. На поверхности листов из сырой резиновой смеси марки 7-В-14, гр. 1 (95,5 мас.%) укладывали слои нетканого полотна, пропитанные ТПОД (2,5 мас.% синтепона и 2,0 мас.% ТПОД). Затем проводили многократное вальцевание. Далее прессованием изготовляли уплотнительные элементы для свабирования скважин. Наработка на отказ резиновых элементов на предприятиях СП "Ватойл" составила 200 ч. Ресурс работы серийных уплотнений, изготовленных по прототипу, составляет 50 ч.

Пример 2. На поверхности листов из сырой резиновой смеси марки 7-В-14, гр. 1 (94,5 мас.%) укладывали слои нетканого полотна, пропитанные ТПОД (2,5 мас.% синтепона и 3,0 мас.% ТПОД). Затем проводили многократное вальцевание. Далее прессованием изготовляли сальники каркасные по ГОСТ 8752-79. Сальники использовались на ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" и нефтедобывающими предприятиями Главтюменнефтегаза. В 2001 г. для проведения производственных испытаний поставлено 4 тыс. шт. сальников размерами 25•35 мм. Срок службы составил 800 ч. Ранее сальники каркасные выходили из строя через 400 ч.

Таким образом, предлагаемые материал и способ его получения промышленно применимы и позволяют получать более износостойкие резинотехнические изделия.

Формула изобретения

1. Материал для изготовления резинотехнических изделий, включающий резиновую смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука и наполнитель на основе полиамидного волокна, отличающийся тем, что он содержит в качестве наполнителя на основе полиамидного волокна сплошное нетканое полотно, пропитанное трибополимеробразующей добавкой, содержащей гексаметилендиизоцианат 57 мас. %, поливиниловый спирт марки К 28 мас. %, дибутилфталат 15 мас. % при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %:
Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука - 94-96
Указанный наполнитель - 2-3
Указанная трибополимеробразующая добавка - 2-3
2. Способ получения материала по п. 1, заключающийся в вальцевании листов из резиновой смеси с наполнителем на основе полиамидного нетканого полотна, которое предварительно пропитывают трибополимеробразующей добавкой, причем перед вальцеванием наполнитель размещают в виде прослоек между листами из резиновой смеси.