ТЕРМОСТОЙКАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ Российский патент 2013 года по МПК C08L9/02 C08K13/02 

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. Термостойкая резиновая смесь включает следующие каучуки и ингредиенты: бутадиен-нитрильный каучук, частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, вулканизующий агент-новоперокс БП-40, соагент перекисной вулканизации - дельтагран HVA-2 70 GE (м-фенилен-бисмалеимид), замедлитель преждевременной вулканизации-2-меркаптобензтиазол (2-МБТ), оксид цинка, магнезия жженая, стеариновая кислота, диспергатор - цинколет ВВ-222 (смесь высокомолекулярных алифатических жирных кислот и сложных эфиров), технологическая добавка для резиновых смесей - мягчитель РС-1, противостарители - наугард 445 (4,4'-бис(α-диметилбензил)дифениламин, МВРА) и новантокс 8ПФДА, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты - МГФ-9 и ТГМ-3.

Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40 AM, АМН-100,0, включающая, мас.ч: тиурам «Д» - 1,5, N,N'-дитиодиморфолин-2,0, сульфенамид «Ц» - 2,0; нафтам - 2-1,5, диафен ФП-1,0, белила цинковые - 5,0, канифоль - 5,0, мел ММОР, ММС - 1-30,0, технический углерод П 701-55,0, технический углерод П 514-20,0, дибутилфталат - 15,0. (Патент RU №2232171 2002 г.).

Вулканизаты из резиновых смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков (БНК) характеризуются высокой стойкостью к воздействию различных агрессивных сред (топливо, масла, смазки, нефть). Благодаря этим свойствам резины на основе БНК широко используются для изготовления уплотнителей, прокладок, манжет, рукавов, пыльников и других резинотехнических изделий. Однако существенным недостатком этих резин является низкая термостойкость при температуре выше 130°C.

Одним из путей преодоления указанного недостатка является добавление в рецептуру частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука.

Известна эластомерная композиция включающая, мас.ч: бутадиен-нитрильный каучук 5,0-70,0, частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук 30,0-95,0, вулканизующий агент-бис(трет-бутилпероксиизопропил)-бензол-4,0-8,0, соагент перекисной вулканизации - триаллил изоцианурат-0,5-2,0, технический углерод - 40,0-60,0, стеариновую кислоту 1,0-3,0; антиоксидант 1,0-3,0, описанная в патенте на изобретение RU №2322462 2007 г., которая по числу совпадающих признаков и технической сущности выбрана в качестве наиболее близкого аналога - прототипа предложенной смеси.

Недостатком указанных резин является низкая термостойкость при температуре 150°C (невысокое сопротивление к накоплению остаточной относительной деформации, низкая прочность при раздире, потеря упругопрочностных характеристик при температуре эксплуатации), а также потеря герметизирующей способности резиновых элементов на их основе при температуре 150°C и осевом давлении до 700 атм.

Задача настоящего изобретения направлена на увеличение упругопрочностных свойств вулканизата при температуре 150°C и обеспечение герметизирующей способности резиновых элементов пакерно-якорного оборудования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение сопротивления раздиру, увеличение работоспособности резинового элемента при высоких температурах.

Поставленная задача достигается путем подбора определенных каучуков и ингредиентов в оптимальном соотношении, 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 1,5-2,0 - замедлитель преждевременной вулканизации -   2-меркаптобензтиазол (2-МБТ) 0,3-0,5 - оксид цинка 3,0-5,0 - технологическая добавка для резиновых смесей -   мягчительРС-1 1,0-2,0 - магнезия жженая 8,0-10,0 - стеариновая кислота 0,5-1,0 - цинколет ВВ-222 1,0-2,0 - наугард 445 (МВРА) 1,0-3,0 - новантокс 8ПФДА 1,0-3,0 - техуглерод N 220 15,0-20,0 - техуглерод П 514 50,0-55,0 - олигоэфирокрилат МГФ-9 8,0-12,0 - олигоэфирокрилат ТГМ-3 8,0-12,0

Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резин.

Новым является не использованное ранее сочетание известных ингредиентов, используемых в количественном соотношении и не применяемой в рецептуре резин на основе БНК технологической добавки для резиновых смесей - мягчитель РС-1. Это позволяет получить технический результат: повышенная термо-, агрессивостойкость и герметизипрующая способность эластичных резиновых элементов при температуре 150±5°C.

По мнению заявителей, данная резиновая смесь не известна и можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».

Так как заявленная совокупность существенных признаков проявляет новые свойства, позволяющие получить изменение количественной меры результата, а именно увеличение упругопрочностных показателей вулканизата по сравнению с известной резиной, то можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательный уровень».

Процесс смешивания резиновой смеси 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.

Основные материалы:

- бутадиен-нитрильный каучук (ТУ 38.30313-2006);

- частично гидрированный бутадиен-нитрильный каучук

(Проспект фирмы Байер АГ);

- новоперокс БП-40 (ТУ 2417-007-00151673-2004);

- дельтагран HVA-2 70 GE

(проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);

- 2-меркаптобензтиазол (2-МБТ) (ГОСТ 739-74);

- оксид цинка (ГОСТ 202-84);

- технологическая добавка для резиновых смесей -

мягчитель PC-1 (ТУ 2312-020-50518328-11);

- магнезия жженая (ГОСТ 844-79);

- стеариновая кислота (ГОСТ 6484-96);

- цинколет ВВ-222

(проспект фирмы ДБХ Остхандельс Гезельшафт мбХ);

- наугард 445 (МВРА) (Проспект Uniroyal, США);

- новантокс 8ПФДА (ТУ 2492-465-05766-3441-2004);

- техуглерод N 220 (ГОСТ 7885-86);

- техуглерод П 514 (ГОСТ 7885-86);

- олигоэфирокрилат МГФ-9 (ТУ 2226-065-05761-2003);

- олигоэфирокрилат ТГМ-3 (ТУ 2226-065-05761-2003).

В предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемые различными фирмами.

Сравнительные технические характеристики резиновой смеси - прототипа и новой рецептуры резиновой смеси по заявке на изобретение приведены в таблице.

№ п/п Наименование показателей Известная резина Резина по изобретению Методы контроля 1 Условная прочность при растяжении, МПа 21,5 24,0 ГОСТ 270 2 Относительное удлинение при разрыве, % 200 200 ГОСТ 270 3 Твердость по Шор А, ед. Шор А 70±5 80±5 ГОСТ 263 4 Сопротивление раздиру, кН/м - 60 ГОСТ 262 5 Относительная остаточная деформация (100°C×24ч×30%), % +17,0 - ГОСТ 9.029 6 Относительная остаточная деформация (150°C×24ч×30%), % - +15,8 ГОСТ 9.029 7 Изменение после старения в воздухе (125°C×72ч):     ГОСТ 9.024 - условной прочности при растяжении, % -6,0 -   - относительного удлинения при разрыве, % -18,0 -   8 Изменение после старения в воздухе (150°C×72ч):     ГОСТ 9.024 - условной прочности при растяжении, % - +13,0   - относительного удлинения при разрыве, % - -15,0   9 Изменение после воздействия СЖР-1 (150°C×24ч):     ГОСТ 9.030 - условной прочности при растяжении, % - +10,0   - относительного удлинения при разрыве, % - -30,0   10 Изменение массы после воздействия СЖР-3 (100°C×24ч), % +17,8 +15,1 ГОСТ 9.030 11 Изменение массы после воздействия изооктан + толуол (70:30), % +24,6 +10,6 ГОСТ 9.030

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемая по изобретению резиновая смесь имеет лучшие показатели по условной прочности при растяжении, относительной остаточной деформации, термостойкости при температуре 150°C.

Предлагаемая по изобретению резиновая смесь позволяет использовать ее в производстве резиновых элементов пакерно-якорного оборудования для нефтегазодобывающей отрасли при температуре до 150°C и соответствует ТУ 253910-004-20666528-2011 группе 1000-Т150-80-КЗ.

Учитывая вышеизложенное, по мнению заявителя, изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение относится к производству резиновых смесей, используемых для изготовления эластичных резиновых элементов, используемых в производстве пакерно-якорного оборудования нефтегазодобывающей отрасли. Термостойкая резиновая смесь на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука включает вулканизирующий агент, соагент перекисной вулканизации, оксид цинка, технологическую добавку для резиновых смесей и технический углерод. Смесь содержит в качестве вулканизующего агента - новоперокс БП-40, в качестве соагента перекисной вулканизации - дельтагран HVA-2 70 GE, в качестве технологической добавки для резиновых смесей - мягчитель РС-1 и дополнительно - 2-меркаптобензтиазол, магнезию жженую, стеариновую кислоту, наугард 445, новантокс 8ПФДА, цинколет ВВ-222, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты МГФ-9 и ТГМ-3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук - 15,0-25,0; частично гидрированный бутадиен-нитрильного каучук - 75,0-85,0; новоперокс БП-40 - 10,0-11,0; дельтагран HVA-2 70 GE - 1,5-2,0; 2-меркаптобензтиазол - 0,3-0,5; оксид цинка - 3,0-5,0; магнезия жженая - 8,0-10,0; стеариновая кислота - 0,5-1,0; цинколет ВВ-222 - 1,0-2,0; мягчитель PC-1 - 1,0-2,0; наугард 445 - 1,0-3,0; новантокс 8ПФДА - 1,0-3,0; техуглерод N 220 - 15,0-20,0 техуглерод П 514 - 50,0-55,0; олигоэфирокрилат МГФ-9 - 8,0-12,0; олигоэфирокрилат ТГМ-3 - 8,0-12,0. Технический результат - увеличение упругопрочностных свойств вулканизата при температуре 150°C, обеспечение герметизирующей способности резиновых элементов пакерно-якорного оборудования, повышение сопротивления раздиру, а также увеличение работоспособности резинового элемента при высоких температурах. 1 табл.

Термостойкая резиновая смесь на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и частично гидрированного бутадиен-нитрильного каучука, включающая вулканизирующий агент, соагент перекисной вулканизации, оксид цинка, технологическую добавку для резиновых смесей и технический углерод, отличающаяся тем, что смесь содержит в качестве вулканизующего агента новоперокс БП-40, в качестве соагента перекисной вулканизации дельтагран HVA-2 70 GE, в качестве технологической добавки для резиновых смесей мягчитель РС-1 и дополнительно 2-меркаптобензтиазол, магнезию жженую, стеариновую кислоту, наугард 445, новантокс 8ПФДА, цинколет ВВ-222, технический углерод N 220, технический углерод П 514, олигоэфирокрилаты МГФ-9 и ТГМ-3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Бутадиен-нитрильный каучук 15,0-25,0 Частично гидрированный   бутадиен-нитрильный каучук 75,0-85,0 Новоперокс БП-40 10,0-11,0 Дельтагран HVA-2 70 GE 1,5-2,0 2-меркаптобензтиазол 0,3-0,5 Оксид цинка 3,0-5,0 Магнезия жженая 8,0-10,0 Стеариновая кислота 0,5-1,0 Цинколет ВВ-222 1,0-2,0 Мягчитель PC-1 1,0-2,0 Наугард 445 1,0-3,0 Новантокс 8ПФДА 1,0-3,0 Техуглерод N 220 15,0-20,0 Техуглерод П 514 50,0-55,0 Олигоэфирокрилат МГФ-9 8,0-12,0 Олигоэфирокрилат ТГМ-3 8,0-12,0