丙烯腈含量对螺杆泵定子橡胶机械物理性能的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油大学 作者:曹刚

  本文通过对不同丙烯腈含量的丁腈橡胶的耐油性能、耐磨损试性能和耐疲劳性能进行研究,分析了丙烯腈含量对螺杆泵定子橡胶机械物理性能的影响。结果表明,随丙烯腈含量的增加,丁腈橡胶的力学性能和耐油性增强;在55℃的工作温度下,N220S橡胶的损耗因子最小;丙烯腈含量越高,其耐磨损性能越差;丙烯腈含量最高的橡胶,耐屈挠性能和耐伸张疲劳性能最好。

  螺杆泵是上世纪八十年代发展起来的油田新型举升设备,具有投资少、效率高、节能环保等突出特点,在国内外油田得到广泛应用。螺杆泵的定子内衬材料通常选用丁腈橡胶。在使用过程中橡胶定子长期受到转子周期的挤压、摩擦作用,同时定子橡胶还与举升介质相接触,这就要求所使用的丁腈橡胶具有较好的耐油性能、耐磨性能和耐疲劳性能。已有的研究表明,生胶中丙烯腈含量在很大程度影响了丁腈橡胶的上述性能。本实验选取几种丙烯腈含量不同的丁腈橡胶,研究了丙腈含量对丁腈橡胶耐油性能、耐磨性能和耐疲劳性能的影响,为建立采油螺杆泵用橡胶的合理评价体系和新型配方研发提供重要依据。

1、实验部分

  1.1、原材料

  丁腈橡胶的性能指标和生产厂家见表1,其他配合剂为市售工业级产品。

表1 不同牌号的丁腈橡胶生胶指标参数

不同牌号的丁腈橡胶生胶指标参数

不同牌号的丁腈橡胶生胶指标参数

  1.2、实验配方

  基础配方(质量份数):NBR100,氧化锌3,硬脂酸1,防老剂RD1,MB1,炭黑N33050,DCP3,TAIC1。

  1.3、试样制备

  基于所给配方配料,将生胶和配料在SK-1608型双辊筒开炼机上按照常规工艺进行塑炼和混炼。混炼胶采用GT-M2000A型硫化仪测定正硫化时间,并据此在XLB型平板硫化机上硫化,硫化温度150℃。

  1.4、分析与测试

  耐油实验,试样在70℃柴油中浸泡168h后,按照GB/T528在上海浦东荣丰科学仪器有限公司WDTⅡ-20变温拉伸机上进行力学性能测试,并与浸泡前性能进行对比。

  磨损实验,硫化胶阿克隆磨耗按GB1689在台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-7012-A阿克隆磨耗实验机上测定,每组3个试样,取平均值。伸张疲劳实验,伸张疲劳按GB/T16886在江都市明珠试验机械厂生产的橡胶立式疲劳试验机MZ-4003B上进行测定,试样的拉伸比λ=1,测试频率500r/min,疲劳时间为6h,疲劳结束后立即测拉伸强度、定伸应力和扯断伸长率,每组5个试样,取中值。

  曲挠实验,橡胶屈挠疲劳试验按GB/T13934-1992在台湾高铁科技股份有限公司生产的疲劳试验机GT-7011-D上测定,每组3个试样,取中值。

小结

  (1)在一定的门尼粘度情况下,随着丙烯腈含量的增加,丁腈橡胶的拉伸强度和断裂伸长率逐渐增加,柴油腐蚀后,丙烯腈含量越高的其力学性能的保持率越高。

  (2)不同牌号NBR胶料的耐油性能差异较大。丙烯腈含量高的胶料达到溶胀平衡的时间最短;随着丙烯腈含量的增加,柴油浸渍后,NBR硫化胶的质量变化逐渐减小,丙烯腈含量28%的硫化胶质量变化最大,丙烯腈含量48%的硫化胶质量变化最小。

  (3)不同牌号的NBR胶料的动态力学性能和耐磨性能也不同,在55℃时N220S硫化胶的损耗因子最小;在较高温度下,不同硫化胶的tanδ值的变化趋势不同,温度越高tanδ值相差越大。N220S硫化胶的阿克隆磨耗体积最小,耐磨性较好,N215SL硫化胶的阿克隆磨耗体积最大,但是N215SL硫化胶的屈挠龟裂性能和伸张疲劳性能好。

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