專利名稱：一種鉆井用聚氨酯自封膠芯及生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于有機合成物領域，具體涉及一種鉆井用聚氨酯自封膠芯的配方設計及其制作 工藝。
背景技術：
國內現有的鉆井用自封膠芯材料以橡膠為主，近幾年也不斷有聚氨酯材料出現。二者的 制作過程都是高溫高壓成型，期間容易發生人員被燙傷及模具被壓壞等現象。其中傳統的橡 膠自封膠芯，由于橡膠本身物理機械性能較差，耐磨性能不佳等，導致自封膠芯使用壽命都 不長。而普通的聚氨酯自封膠芯耐磨性能雖然得到了改善，但是在特殊環境下，尤其在強酸 強堿高水溫及高速運轉的情況下，聚氨酯的分子鏈被破壞，聚氨酯本身的物理機械性能大幅 度下降，最終導致自封膠芯的使用壽命也不長，限制了聚氨酯在鉆井自封膠芯方面的使用。
發明內容
針對上述現有的技術不足,本發明的主要目的在于提供一種聚氨酯自封膠芯，能耐強酸 強堿、耐高水溫、耐疲勞、耐油、耐磨等性能，降低聚氨酯材料的內生熱。
本發明解決上述技術問題所采用的方案是研發一種鉆井用聚氨酯自封膠芯,其特征在于
包括甲組分和乙組分，甲組分與乙組分以質量比計甲組分乙組分=100:6—100:600;甲組 分包括以質量百分比計占0-76. 4%的A組分和23. 6-100%的B組分，乙組分包括以質量百分比 計占0-90%的A組分和10—10(W的C組分；A組分包括多元醇，苯甲酰氯或磷酸或鹽酸，B組 分采用多異氰酸酯，C組分包括三羥甲基丙烷，二醇或乙二醇，無機填料，能助劑，消泡劑， 苯甲酰氯或磷酸或鹽酸，催化劑，C組分中的各原料以質量百分比計
醇或乙二醇+三羥甲基丙烷 50%-100%， 無機填料 0-50%， 能助劑 0-1%， 消泡劑 0-1.5%，
苯甲酰氯或磷酸或鹽酸 0-0. 5%，
催化劑 0-0.5%。
本發明中的多元醇采用聚碳酸酯多元醇，聚己內酯多元醇，聚四氫呋喃醚多元醇，以質量百分比計聚碳酸酯多元醇、聚己內酯多元醇、聚四氫呋喃醚多元醇的總含量》99.91 B組分采用二異氰酸酯。甲組分與乙組分混合制成鉆井用聚氨酯自封膠芯。 制備鉆井用聚氨酯自封膠芯的基本反應機理為
第一步先由多元醇與多異氰酸酯反應生成異氰酸酯封端的聚氨酯預聚物；
(n+l)NCO-Rl-NCO+nOH-R2-OH-------nNC0-R3-NC0
第二步再由聚氨酯預聚物與小分子多元醇進行擴煉交聯反應。 nNC0-R3-NC0+ n0H-R4-0H---------聚氨酯高分子材料
本發明中，無機填料可以采用白碳黑、沸石、滑石粉、碳酸鈣、石英粉中的一種。催化 劑可采用辛酸亞錫、二丁基錫二月桂酸、有機鉍中的一種。
為了能簡單安全地制得鉆井用聚氨酯自封膠芯，本發明采用的生產工藝，其特征在于按 如下步驟依次進行
(1) 將噴涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具裝配好，打開上蓋，放置在平板硫化機上；
(2) 將配制好的甲乙兩組分進行真空脫泡；
(3) 將真空脫泡后的甲乙兩組分按照比例充分混合后再次進行真空脫泡；
(4) 將脫泡后的混合物取出，沿模具內壁緩慢倒入，蓋好上蓋后在平版硫化機上加壓成型；
(5) 將成型后的聚氨酯自封膠芯從模具中取出，修理邊角，進行表面處理；
(6) 將修整好的聚氨酯自封膠芯放入烘箱中進行硫化處理后制成聚氨酯自封膠芯。 本發明所具有的有益效果為
1. 本發明采用對苯二異氰酸酯作為異氰酸酯組分得到的聚氨酯彈性體，其物理機械性能 優良，回彈性、耐磨性、抗疲勞性、耐熱性和耐濕性好，動態力學性能佳。
2. 本發明采用聚碳酸酯多元醇，聚己內酯多元醇，聚四氫呋喃醚多元醇作為發明體系中
的多元醇組分得到的聚氨酯彈耐磨性，其回彈性、壓縮變形以及耐溫耐耐化學藥品等的綜合 性能較優。
3. 本發明在乙組分中加入了經過活化劑處理的無機填料，引入了絡合粒子。無機填料與 多元醇等經過充分的混和，絡合粒子便無序的分布在各個分子間，形成了新的化學鍵，首先 起到了增強補韌的作用，提高了聚氨酯自封膠芯的力學性能。其次，由于無機粒子填充了大 量的分子空間，增加了空間阻尼，所以當其他介質在進入聚氨酯分子間時首先與絡合粒子發 生物理交換，在一定程度上減緩了其他介質對聚氨酯自封膠芯的影響。此外，加入無機填料還 可以減少聚氨酯自封膠芯的收縮。降低聚氨酯自封膠芯的成本。
4. 本發明采用小分子多元醇作為擴鏈交聯劑，區別于普通聚氨酯使用的氨類擴鏈交聯劑,在使用過程中更安全，更環保。
5.本發明的反應體系得到的聚氨酯產品在耐強酸強堿、耐高水溫、耐疲勞、耐油、耐磨 等方面都有很大的提高，并且降低了聚氨酯材料的內生熱。本發明制備的聚氨酯自封膠芯相 比橡膠自封膠芯的使用壽命提高了兩倍以上，比較普通的聚氨酯自封膠芯的使用壽命提高了 三倍以上。
本發明在制造工藝上的有益效果集中表現為以下幾個方面
1. 本發明在聚氨酯自封膠芯的制作工藝上采用中溫操作，中溫反應，中溫成型。普通聚 氨酯制品的操作一般原料的混合溫度在80'C以上，模具溫度以及平版硫化機在IO(TC以上。 本發明甲乙兩個組分的混合溫度，模具溫度以及平版硫化機都在6(TC左右，大大降低了生產 過程中的操作溫度，減少了化工氣體的散發，減少了電的使用，降低了操作人員的危害。
2. 本發明使用的模具為噴涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具。區別于普通鋼制模具，噴 涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具在生產過程中不需要涂抹脫模劑就可以將聚氨酯制品順利的 取出，減少了操作歩驟，減少了制品的污染，降低了制品的制作成本。
具體實施方式
實施例1
一、聚氨酯自封膠芯配方的配制。
1. 第一步，所選用原材料的第一次混合反應
(1) A組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量聚己內酯多元醇(1000Mw)1000g，與1 g苯甲酰氯或磷酸 或鹽酸的混合物在11(TC的環境下攪拌2小時后，混合物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。
(2) 配制B組分，采用苯二異氰酸酯；
(3) C組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇84. 6g，苯甲酰氯0. lg,有機鋅0. 02g，將混合物 在11CTC的環境下環境下攪拌2小時后，混合物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。
2. 第二步，所選用原材料的第二次混合反應 (l)甲組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量A組分1000g，在115土5'C的環境下真空脫水2.5小時， 脫水真空度在-0. 095-0. OOl即a之間。將脫水后的混合物料的料溫降低為80'C以下，加入320 g的B組分，緩慢加熱到80士5t:，保溫2.5小時，即為制得的預聚體。分析預聚體的NCO百 分含量，室溫放置24小時后即可使用。(2) 乙組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇84. 6g，苯甲酰氯0. lg，有機鋅0. 02g，將混合物 在11(TC的環境下，攪拌大于0.5小時后，混合物料開始降溫，小于80的'C后即可使用。
(3) 將甲組分與乙組分混合反應，甲組分與乙組分以質量比例計為 甲組分乙組分=100:6
(4) 甲組分與乙組分混合反應制成鉆井用聚氨酯自封膠芯。 二、聚氨酯自封膠芯的制造工藝
1. 將噴涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具裝配好，打開上蓋，放置在平板硫化機上。硫化 機溫度保持在55'C之間。
2. 將配制好的甲乙兩組分進行真空脫泡。甲乙兩組分料溫保持在20-8(TC之間，脫泡的 真空度保持在-0. 095-0. OOlmpa之間。甲乙兩組分料溫為60士5。C。
3. 將真空脫泡后的甲乙兩組分按照比例充分混合后再次進行真空脫泡。甲乙兩組分的混 合溫度保持在55-65'C之間，脫泡的真空度保持在-0. 095-0. OOl即a之間。
4. 將脫泡后的混合物取出，沿模具內壁緩慢倒入，蓋好上蓋后在平版硫化機上加壓成型。 加壓時模具的溫度保持在55-65'C之間之間。
5. 將成型后的聚氨酯自封膠芯從模具中取出，修理邊角，進行表面處理。
6. 將修整好的聚氨酯自封膠芯放入烘箱中進行硫化。烘箱溫度保持在ll(TC之間，硫化 時為16-20小時。
7.將硫化好的聚氨酯自封膠芯入庫。 實施例2
一、聚氨酯自封膠芯配方的配制。 l.第一步，所選用原材料的第一次混合反應-
(1) A組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量聚己內酯多元醇(1000Mw)300g，聚四氫呋喃醚多元醇 (1000Mw)700g，與lg苯甲酰氯或磷酸或鹽酸的混合物在ll(TC的環境下攪拌2小時后，混合 物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。
(2) 配制B組分，采用苯二異氰酸酯；
(3) C組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇84. 6g，苯甲酰氯0. lg，有機鋅0. 02g，將混合物 在11(TC的環境下環境下攪拌2小時后，混合物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。2.第二步，所選用原材料的第二次混合反應 (l)甲組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量A組分lOOOg，在115土5'C的環境下真空脫水2. 5小時， 脫水真空度在-O. 095-0. 001mpa之間。將脫水后的混合物料的料溫降低為80°C以下，加入320 g的B組分，緩慢加熱到80士5。C，保溫2.5小時，即為制得的預聚體。分析預聚體的NCO百 分含量，室溫放置24小時后即可使用。
(2) 乙組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇84. 6g，苯甲酰氯0. lg，有機鋅0. 02g，將混合物 在11(TC的環境下，攪拌大于0.5小時后，混合物料開始降溫，小于80的'C后即可使用。.
(3) 將甲組分與乙組分混合反應，甲組分與乙組分以質量比例計為 甲組分乙組分=100:6.4
(4) 甲組分與乙組分混合反應制成鉆井用聚氨酯自封膠芯。 二、聚氨酯自封膠芯的制造工藝
1. 將噴涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具裝配好，打開上蓋，放置在平板硫化機上。硫化 機溫度保持在6(TC之間。
2. 將配制好的甲乙兩組分進行真空脫泡。甲乙兩組分料溫保持在20-8(TC之間，脫泡的 真空度保持在-O. 095-0. OOlmpa之間。甲乙兩組分料溫為60士5'C。
3. 將真空脫泡后的甲乙兩組分按照比例充分混合后再次進行真空脫泡。甲乙兩組分的混 合溫度保持在55-65。C之間，脫泡的真空度保持在-O. 095-0. OOlmpa之間。
4. 將脫泡后的混合物取出，沿模具內壁緩慢倒入，蓋好上蓋后在平版硫化機上加壓成型。 加壓時模具的溫度保持在55-65。C之間之間。
5. 將成型后的聚氨酯自封膠芯從模具中取出，修理邊角，進行表面處理。
6. 將修整好的聚氨酯自封膠芯放入烘箱中進行硫化。烘箱溫度保持在115'C之間，硫化 時為16-20小時。
7.將硫化好的聚氨酯自封膠芯入庫。 實施例3
一、聚氨酯自封膠芯配方的配制。 l.第一步，所選用原材料的第一次混合反應 (1) A組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量聚己內酯多元醇(1000Mw)300g，聚四氫呋喃醚多元醇(1000Mw)700g，與lg苯甲酰氯或磷酸或鹽酸的混合物在11(TC的環境下攪拌2小時后，混合 物料開始降溫，小于80'C后即可使用。
(2) 配制B組分，采用苯二異氰酸酯；
(3) C組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇84.6g，苯甲酰氯0.1g，有機鋅0.02g，將混合物 在11(TC的環境下環境下攪拌2小時后，混合物料開始降溫，小于80'C后即可使用。 2.第二步，所選用原材料的第二次混合反應 (l)甲組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量A組分500g，在115土5-C的環境下真空脫水2. 5小時， 脫水真空度在-O. 095-0. 001mpa之間。將脫水后的混合物料的料溫降低為8(TC以下，加入320 g的B組分，緩慢加熱到80土5。C,保溫2.5小時，即為制得的預聚體。分析預聚體的NCO百 分含量，室溫放置24小時后即可使用。
(2) 乙組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量A組分500g，將混合物在ll(TC的環境下，攪拌大于0.5 小時后，混合物料開始降溫，小于80的'C后即可使用。
(3) 將甲組分與乙組分混合反應，甲組分與乙組分以質量比例計為 甲組分乙組分=100:64。
(4) 甲組分與乙組分混合反應制成鉆井用聚氨酯自封膠芯。 二、聚氨酯自封膠芯的制造工藝
1. 將噴涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具裝配好，打開上蓋，放置在平板硫化機上。硫化 機溫度保持在65'C之間。
2. 將配制好的甲乙兩組分進行真空脫泡。甲乙兩組分料溫保持在20-80。C之間，脫泡的 真空度保持在-O. 095-0. OOl即a之間。甲乙兩組分料溫為60±5°C。
3. 將真空脫泡后的甲乙兩組分按照比例充分混合后再次進行真空脫泡。甲乙兩組分的混 合溫度保持在55-65'C之間，脫泡的真空度保持在-0. 095-0. OOl即a之間。
4. 將脫泡后的混合物取出，沿模具內壁緩慢倒入，蓋好上蓋后在平版硫化機上加壓成型。 加壓時模具的溫度保持在55-65'C之間之間。
5. 將成型后的聚氨酯自封膠芯從模具中取出，修理邊角，進行表面處理。
6. 將修整好的聚氨酯自封膠芯放入烘箱中進行硫化。烘箱溫度保持在12CTC之間，硫化 時間為16-20小時。
97.將硫化好的聚氨酯自封膠芯入庫。 實施例4
一、聚氨酯自封膠芯配方的配制。
1. 第一步，所選用原材料的第一次混合反應
(1) A組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量聚己內酯多元醇(1000Mw)300g，聚四氧呋喃醚多元醇 aOOOMw)700g，與lg苯甲酰氯或磷酸或鹽酸的混合物在110'C的環境下攪拌2小時后，混合 物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。
(2) 配制B組分，采用苯二異氰酸酯；
(3) C組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇84. 6g，苯甲酰氯0. lg,有機鋅0. 02g，將混合物 在11CTC的環境下環境下攪拌2小時后，混合物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。
2. 第二步，所選用原材料的第二次混合反應 U)甲組分的配制 甲組分全部采用B組分，
(2) 乙組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量A組分1000g，將混合物在11(TC的環境下攪拌，混合物 料開始降溫，小于80的'C后即可使用。
(3) 將甲組分與乙組分混合反應，甲組分與乙組分以質量比例計為-甲組分乙組分=100:304。
(4) 甲組分與乙組分混合反應制成鉆井用聚氨酯自封膠芯。 聚氨酯自封膠芯的制造工藝與實施例l相同，不再贅述。
實施例5
一、聚氨酯自封膠芯配方的配制。
l.第一步，所選用原材料的第一次混合反應
(1) A組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇60，三羥甲基丙烷24，6g，白碳黑40g，功能助劑 0. lg,消泡劑lg ,苯甲酰氯O. lg, 二丁基錫二月桂酸O. lg，混合后在11(TC的環境下攪拌2 小時后，混合物料開始降溫，小于8CTC后即可使用。
(2) 配制B組分，采用苯二異氰酸酯；(3)C組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量丁二醇60g，三羥甲基丙垸24.6§，白碳黑40g，功能助劑0. lg，消泡劑lg ，苯甲酰氯0. lg， 二丁基錫二月桂酸0. lg，混合物在IIO'C的環境下環境下攪拌2小時后，混合物料開始降溫，小于8(TC后即可使用。
2.第二步，所選用原材料的第二次混合反應
(1) 甲組分的配制甲組分全部為B料
(2) 乙組分的配制
在帶有攪拌器的密閉容器中稱量A組分500g， B組分125g，將混合物在IIO'C的環境下攪拌，混合物料開始降溫，小于80的t)后即可使用。
(3) 將甲組分與乙組分混合反應，甲組分與乙組分以質量比例計為甲組分乙組分=100:600
(4) 甲組分與乙組分混合反應制成鉆井用聚氨酯自封膠芯。聚氨酯自封膠芯的制造工藝與實施例2相同，不再贅述。
權利要求
1. 一種鉆井用聚氨酯自封膠芯，其特征在于包括甲組分和乙組分，甲組分與乙組分以質量比計甲組分∶乙組分＝100∶6—100∶600；甲組分包括以質量百分比計占0-76.4％的A組分和23.6-100％的B組分，乙組分包括以質量百分比計占0-90％的A組分和10—100％的C組分；A組分包括多元醇，苯甲酰氯或磷酸或鹽酸，B組分采用多異氰酸酯，C組分包括三羥甲基丙烷，二醇或乙二醇，無機填料，能助劑，消泡劑，苯甲酰氯或磷酸或鹽酸，催化劑，C組分中的各原料以質量百分比計醇或乙二醇+三羥甲基丙烷50％-100％，無機填料 0-50％，能助劑 0-1％，消泡劑 0-1.5％，苯甲酰氯或磷酸或鹽酸 0-0.5％，催化劑 0-0.5％。
2. 根據權利要求1所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯，其特征在于多元醇采用聚碳酸酯 多元醇，聚己內酯多元醇，聚四氫呋喃醚多元醇，以質量百分比計聚碳酸酯多元醇、聚己 內酯多元醇、聚四氫呋喃醚多元醇的總含量》99.9%。
3. 根據權利要求1或2所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯，其特征在于B組分采用二異 氰酸酯。
4. 根據權利要求1或2所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯，其特征在于無機填料采用白 碳黑或沸石或滑石粉或碳酸鈣或石英粉。
5. 根據權利要求1或2所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯，其特征在于催化劑采用辛酸 亞錫或二丁基錫二月桂酸或有機鉍。
6. 根據權利要求1所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯的生產工藝，其特征在于按如下步 驟依次進行(1) 將噴涂有聚四氟乙烯涂層的鋼制模具裝配好，打開上蓋，放置在平板硫化機上；(2) 將配制好的甲乙兩組分進行真空脫泡；(3) 將真空脫泡后的甲乙兩組分按照比例充分混合后再次進行真空脫泡；(4) 將脫泡后的混合物取出，沿模具內壁緩慢倒入，蓋好上蓋后在平版硫化機上加壓成型；(5) 將成型后的聚氨酯自封膠芯從模具中取出，修理邊角，進行表面處理；(6) 將修整好的聚氨酯自封膠芯放入烘箱中進行硫化處理后制成聚氨酯自封膠芯。
7. 根據權利要求6所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯的生產工藝，其特征在于硫化機溫 度保持在55-65'C之間。
8. 根據權利要求6所述的一種鉆井用聚氨酯自封膠芯的生產工藝，其特征在于烘箱溫度 保持在110-12(TC之間。
全文摘要
一種鉆井用聚氨酯自封膠芯及生產工藝，涉及一種鉆井用聚氨酯自封膠芯的配方設計及其制作工藝。其特征在于包括甲組分和乙組分，甲組分與乙組分以質量比計甲組分∶乙組分＝100∶6-100∶600；甲組分包括以質量百分比計占0-76.4％的A組分和23.6-100％的B組分，乙組分包括以質量百分比計占0-90％的A組分和10-100％的C組分；A組分包括多元醇，苯甲酰氯或磷酸或鹽酸，B組分采用多異氰酸酯，C組分包括三羥甲基丙烷，二醇或乙二醇，無機填料，能助劑，消泡劑，苯甲酰氯或磷酸或鹽酸，催化劑。本發明所述生產工藝降低了生產過程中的操作溫度，減少了化工氣體的散發，減少了電的使用，降低了操作人員的危害。
文檔編號C08G18/00GK101481452SQ20091001395
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月22日 優先權日2009年1月22日
發明者張志強, 白紹敏, 陸興明 申請人:淄博賽通聚氨酯有限公司