選擇一種適用於油田密封應(yīng)用的材料，需要在各種要求中尋求平衡點。氟橡膠用於含有阻蝕劑和硫化氫的環(huán)境中，但是成本偏高或者犧牲耐芳香烴和低溫等密封性能。直到近期，全氟橡膠被開發(fā)出來。

這種技術(shù)可賦予材料耐芳香烴、耐油以及耐低溫等性能。本文將討論此材料組成、耐流體性、耐硫化氫性以及用於油田應(yīng)用的混煉配方示例。

氟化橡膠
氟橡膠的基本單體幾乎都是VF2、HPF、TFE或PMVE。由VF2和HFP生成的共聚物，一般被定為第1類FKM，並且一般氟含量大約在66%。在第2類FKM為三元聚合物，TFE作為第3種單體參與聚合，用於提高氟含量。根據(jù)不同的牌號，氟含量可達到67%到70%。三元聚合物和二元聚合物各有優(yōu)勢。

三元聚合物具有更好的耐化學(xué)性，但是耐低溫性變差。這就要求一種同時具有較好耐化學(xué)性和耐低溫性的FKM。在聚合物的碳架上加入PMVE能夠改善耐低溫性，針對此目的一係列FKM被生產(chǎn)出來。此外可以通過兩種硫化體係來定義氟橡膠
離子硫化（雙酚AF、BAF）和過氧化物硫化FKM是*常用的硫化體係。BAF硫化體係幾乎是二元膠專有的硫化體係，因為這種硫化體係提供了*好的耐熱性能以及優(yōu)異的壓縮長久變形性。當(dāng)聚合物碳架上氟含量和PMVE含量升高，有效的硫化點減少，這樣就要求使用另一種硫化體係來達到要求的硫化狀態(tài)。一般來說，在聚合物的鏈端添加含鹵素原子的交聯(lián)單體。交聯(lián)單體(CSM)用於與三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)進行交聯(lián)。過氧化物硫化體係比雙酚硫化體係具有更好的耐化學(xué)性。

FEPM類的氟化橡膠，組成單體包括丙稀和TFE，或丙稀、TFE以及PMVE。

全氟橡膠
材料的選擇

每種橡膠相比都有各自的優(yōu)勢和劣勢。在密封應(yīng)用中，需要通過考慮多種性質(zhì)來選擇合適的橡膠
雙酚硫化FKM具有很好的耐芳香烴和耐油性能，但是耐堿、耐高溫水、耐硫化氫的性能較差。過氧化物硫化的FKM 橡膠
基於TFE/P的FEPM橡膠耐芳香烴性能差，在含有芳香類物質(zhì)的流體中體積溶脹很大。由於Tg高於0℃，所以即使是耐低溫牌號的TFE/P也不適用於多種低溫應(yīng)用。FEPM橡膠
全氟橡膠可用於幾乎所有的油田流體環(huán)境，包括含有硫化氫的流體。將FFKM用於通常的密封應(yīng)用是可行的，但是可能因為性能超過了實際工程需要而導(dǎo)致不必要的成本損失。與基於TFE/P的橡膠製品。橡膠定義為第5類氟橡膠
耐堿性氟化橡膠
由於汽車工業(yè)和油田工業(yè)發(fā)展的需要，大量的研發(fā)力量用於開發(fā)耐堿性的氟化橡膠通過兩種不同結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)氟化橡膠
不含VF2的氟化橡膠
不含HFP的氟化橡膠
這些材料，由於完全不含有堿敏感點，所以表現(xiàn)出優(yōu)異的耐堿性能。顯然，不含有VF2的係列橡膠在不含有HFP的氟化橡膠
為了達到價格與性能的平衡，一種新的方法被用於開發(fā)耐堿型的材料：這種方法被定義為“保護單體方法”。主要設(shè)計思想是在不去除VF2和HFP的情況下，通過嚴(yán)格控製的聚合手段，在共聚物中引入一種特殊的單體，從而減少對堿敏感單體的總量。為了達到這種效果，需要引入一種對氟化自由基的反映活性儘可能高的單體。此外，這種單體需要具有較好的電負性，以減輕來自於含有堿敏感點的CH2單元上的HFP的電子進攻效應(yīng)。氫化烯烴(尤其乙烯)能夠滿足這些要求，用作保護單體。聚合物在不鏽鋼高壓鍋中通過微乳聚合得到。聚合在間歇式條件下進行，也就是說持續(xù)加入氣相的單體蒸汽，以保證在整個聚合過程中聚合物的組成保持穩(wěn)定。引發(fā)劑為水溶性的(NH4)2S2O8（過硫酸銨）。鏈轉(zhuǎn)移劑，名為全氟烷基碘(I-(CF2)n-I)，用於在聚合物中引入碘原子，實現(xiàn)自由基硫化。通過一種有機過氧化物和不飽和交聯(lián)劑（例如三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)）的相互作用，得到*終硫化成品。

通過這種方法，Tecnoflon?BR9151通過5種不同單體的共聚得到，VF2、HFP、TFE、PMVE和乙烯；然而，所謂的保護基團作用並不局限於這種特殊的聚合物。實際上，通過在單體分布平衡性很好的聚合物中加入特殊的單體，可以開發(fā)很多新的牌號。擁有良好的耐堿性，並具有各種溫度下的回彈性能。

討論

這種新材料（FKM-BR 9151）的相關(guān)性能顯示如下，並且下文將著重於油田市場情況。列舉了不同類型橡膠
如表1所示，二元FKM具有良好的耐芳香烴和耐油性，但是耐蒸汽、耐胺、耐甲醇、耐硫化氫性能較差。As FKM-P959由於具有較高的氟含量，所以耐甲醇性能較好，並且由於使用過氧化物硫化體係，耐蒸汽性能也較好。使用保護單體方法的FKM-BR9151除了具有二元FKM和FKM-P 959的特性以外，還具有很好的耐胺性和耐硫化氫性。

以下將對上述的每一個性能指標(biāo)，通過對各個類型材料的數(shù)據(jù)比較進行詳細敘述。

在烴類中的體積溶脹

類似於傳統(tǒng)的FKM，由於內(nèi)在的極性結(jié)構(gòu)，F(xiàn)KM BR9151表現(xiàn)出優(yōu)異耐脂肪烴和耐芳香烴性此外，由於TFE/P聚合物的非極性以及使用丙稀作為共聚單體，導(dǎo)致在烴類物質(zhì)中的溶脹強烈。

在硫化氫中的體積溶脹

與TFE/P聚合物和FFKM相比，F(xiàn)KM-BR9151表現(xiàn)出優(yōu)異的耐H2S性能。並且比傳統(tǒng)雙酚硫化和過氧化物硫化的FKM要好。

耐胺類性能

同樣對於胺類物質(zhì)，例如苯胺，與TFE/P聚合物和FFKM相比，F(xiàn)KM-BR9151表現(xiàn)優(yōu)異。並且比傳統(tǒng)雙酚硫化和過氧化物硫化的FKM要好。

耐低溫

進一步研究各種類型橡膠在動態(tài)密封應(yīng)用中的一個溫度指標(biāo)。二元FKM，過氧化物硫化FKM和FKM BR9151的TR-10值都低於0℃，可使用於深水和北方海洋應(yīng)用。而TFE/P和FFKM的TR-10值高於0℃，這就限製了它們在低溫應(yīng)用中的使用。對比可選的材料，F(xiàn)KMBR 9151比TFE/P 或FFKM 在低溫環(huán)境中有更多的設(shè)計選擇。

物理機械性能

標(biāo)準(zhǔn)硬度75的FKM-BR9151的拉伸強度大約比雙酚硫化的二元FKM要高出大約40%。強度增加是使用微乳聚合以及過氧化物硫化的結(jié)果。就扯斷伸長率而言，與拉伸強度類似，微乳聚合過氧化物硫化的FKM要比二元FKM性能好。這些性能使開發(fā)高硬度並且伸長率高的混煉膠成為可能，並且這是很多密封件設(shè)計所期望的性能。

配方

表2顯示了典型的FKM BR 9151 混煉膠配方。邵氏硬度分彆為75和90，擠出和耐爆發(fā)性減壓型混煉膠。

使用碳黑填料的混煉膠表現(xiàn)出高強度和扯斷伸長率。由上可見，F(xiàn)KM-BR9151不需要長時間的二段硫化來達到優(yōu)異的物理性質(zhì)或良好的抗壓性能。一般不超過4小時的二段硫化即可達到*佳物理性能。

FKM-BR 9151的聚合技術(shù)和硫化技術(shù)使之可勝任於高溫環(huán)境的油田密封應(yīng)用。FKM-BR9151的起始強度和伸長率越高，則在高溫應(yīng)用的使用範(fàn)圍就越廣，因為其中物理性能是關(guān)鍵。

耐爆發(fā)性減壓性能

FKM-BR 9151可被複合，其耐爆發(fā)性減壓結(jié)果表明於附圖中。

上圖顯示了一個經(jīng)過E.D.測試的O型圈截麵圖。參考NACE TM192-2003,AS568-325O型圈樣品，100％CO2，750psi,在23℃下24小時，減壓時間<1分鐘，在減壓結(jié)束10分鐘後測量結(jié)果。截麵圖為10倍放大比例，但圖中未標(biāo)明尺寸。

結(jié)論：ASTM D1418-05標(biāo)準(zhǔn)說明了幾種含氟聚合物，包括FKM、FEPM和FFKM。在FKM中，根據(jù)單體組成可分為5類。FKM BR9151，對應(yīng) ASTM D1418-05中描述的第5類單體組成，使用“保護單體方法”，使鏈上單體嚴(yán)格排序以產(chǎn)生耐堿性能，並使用過氧化物硫化來提高耐化學(xué)性能。使用微乳聚合來嚴(yán)格控製聚合過程，使生成的聚合物具有平衡的性能以滿足包括油田市場的廣泛應(yīng)用要求?，F(xiàn)在市場上可用的技術(shù)的優(yōu)勢在於允許客戶在更廣的應(yīng)用環(huán)境中提高他們的密封件質(zhì)量。FKM和基於TFE/P的聚合物在油田應(yīng)用中的局限性通過另一種聚合物得到解決。FKMBR 9151的耐堿技術(shù)滿足了更廣的耐流體性以及更好的物理機械性能，這在油田應(yīng)用中是很重要的。該技術(shù)給予了聚合物優(yōu)異的物理機械性能，耐硫化氫、耐芳香烴、耐油、耐蒸汽以及耐胺性能，並改善了耐低溫密封性能。這種多功能並改進的性能使得油田工程人員能夠簡單地選擇適合多數(shù)油田應(yīng)用得材料。

由於與高價材料、二元氟膠以及FEPM相比，F(xiàn)KM BR9151具有較好的性價比，並且對於密封應(yīng)用不會性能過低，也不會因應(yīng)用環(huán)境發(fā)生改變而產(chǎn)生問題，可作為油田應(yīng)用材料的**選擇。對於通常密封材料的使用，出於節(jié)約成本和方便要求，不需要存儲多種密封材料製成的各種部件。
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