聚乙醇酸固化擠出成型物以及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚乙醇酸固化擠出成型物以及其制造方法，更具體而言，涉及一種利用切削、鉆孔、切斷等機(jī)械加工而能夠形成期待形狀的二次成型品的、厚實(shí)或大口徑的聚乙醇酸固化擠出成型物及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有立體形狀和復(fù)雜形狀的樹脂成型物通常通過注射成型而實(shí)現(xiàn)成型。通過注射成型，可以大量生產(chǎn)具有期待形狀的成型物。然而，在通過注射成型來制造要求高精度尺寸的成型物的時候，需要具有高精度尺寸的高價模具。并且注射成型物由于注射成型后的收縮和殘留應(yīng)力而容易變形，因此需要根據(jù)成型物的形狀和樹脂材料的特性等，對模具形狀進(jìn)行精密地調(diào)整。在注射成型中，由于不合格率較高，因此會導(dǎo)致產(chǎn)品的制造成本變高。還有，在注射成型中，由于存在收縮和殘留應(yīng)力，因此難以形成厚度大的成型物。
[0003]為了得到具有立體形狀和復(fù)雜形狀的成型品，已知有這樣一種方法:對樹脂材料進(jìn)行擠出成型，制作具有平板、圓棒、導(dǎo)管、異形品等各種形狀的機(jī)械加工用材料，有時稱為“切削加工用材料”，在該機(jī)械加工用材料上進(jìn)行切削、鉆孔、切斷等機(jī)械加工，從而形成擁有期待形狀的二次成型物。對機(jī)械加工用材料進(jìn)行機(jī)械加工的方法具有以下優(yōu)點(diǎn):不需要高價的模具，從而能夠在相對低的成本下制造生產(chǎn)量較少的成型物；能夠應(yīng)對成型物規(guī)格頻繁的變化；得到尺寸精度高的成型物；制造不適合用于注射成型的、擁有復(fù)雜形狀和較大厚度的成型物等。
[0004]然而，并不是說任何樹脂材料和擠出成型物都適合用作機(jī)械加工用材料。機(jī)械加工用材料，例如需要滿足下列高標(biāo)準(zhǔn)特性:厚實(shí)且機(jī)械加工特性優(yōu)異、殘留應(yīng)力較小、不會因?yàn)闄C(jī)械加工時產(chǎn)生的摩擦熱而導(dǎo)致過度的發(fā)熱，從而引發(fā)變形或變色、能夠在高精度條件下進(jìn)行機(jī)械加工等。
[0005]高分子材料的機(jī)械加工中，通常直接使用用于金屬材料的大部分的加工方法。而即便是擠出成型物，常見的薄膜或薄片、軟管等薄壁且柔軟性高的物質(zhì)也不適合進(jìn)行切削加工等機(jī)械加工。即便是擁有厚實(shí)或直徑較大的平板或者圓棒等形狀的擠出成型物中，在擠出成型時殘留應(yīng)力過大的擠出成型物容易在機(jī)械加工時或機(jī)械加工后發(fā)生變形，難以得到高精度尺寸的二次成型物。殘即便是減輕了殘留應(yīng)力的擠出成型物，若是在切削、鉆孔、切斷等機(jī)械加工時容易發(fā)生裂紋或裂痕的物質(zhì)，則也不適用于機(jī)械加工用材料。
[0006]要利用擠出成型而得到具有適合機(jī)械加工特性的機(jī)械加工用材料，需要在樹脂材料的選擇、擠出成型方法等上花費(fèi)功夫。為此，一直以來，人們就使用包含通用樹脂或工程塑料的樹脂材料、制造適合于機(jī)械加工用材料的擠出成型物的擠出成型方法提出了各種各樣的方案。
[0007]例如，在專利文獻(xiàn)I日本專利特開2005-226031號中，公布了一種對含有聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚苯撐硫醚、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯等工程塑料的樹脂組合物進(jìn)行固化擠出成型，制造具有超過3_厚度或者直徑的機(jī)械加工用材料的方法。
[0008]另一方面，作為環(huán)保的高分子材料，生物降解性塑料備受矚目，其向薄膜或薄片等的擠出成型物、瓶子等吹塑成型物、注射成型物等方面有著多用途的推廣。近年來，對于適用于生物降解性塑料的機(jī)械加工用材料的要求也在提高。
[0009]聚乙醇酸與聚乳酸等其他生物降解性塑料相比，其為拉伸強(qiáng)度、拉伸率、彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性率、硬度、撓性、耐熱性等非常優(yōu)秀的結(jié)晶性樹脂，屬于擁有能夠匹敵或者超越通用阻氣性樹脂的阻氣性的生物降解性塑料。聚乙醇酸利用擠出成型而可以成形為薄膜或薄片。例如，在專利文獻(xiàn)2日本專利特開平10-60137號中，就公開了一種將聚乙醇酸利用擠出成型來形成薄片的方法。該薄片的厚度為0.01?5_，并靈活運(yùn)用強(qiáng)韌性、耐熱性、透明性等特征來制造各種薄片成型物。
[0010]還有，在專利文獻(xiàn)3日本專利特開2010-69718號公報中，公開了一種將聚乙醇酸進(jìn)行固化擠出成型而制作厚度或直徑為5?10mm的聚乙醇酸固化擠出成型物。具體而言，公開了由含有在溫度270°C以及剪切速度UOsec—1的情況下測定的熔融粘度為10?1500Pa *s、特別優(yōu)選70?900Pa *s的聚乙醇酸的樹脂材料所形成、擁有1.575?1.625g/cm3的密度、并且厚度或直徑在5mm以上10mm以下的聚乙醇酸固化擠出成型物。
[0011]然而，由于人們對于資源限制的關(guān)心程度日益提高，因此在從包含頁巖油等石油和頁巖氣等燃?xì)獾忍蓟瘹滟Y源的地層回收碳化氫資源的作業(yè)也有更深層次的進(jìn)化，對于該碳化氫資源，在本發(fā)明中有時僅稱為“石油”，為此對于井下工具或其構(gòu)件，也就是對于井下工具所需物理特性有了更加嚴(yán)格的要求。所述井下工具或其構(gòu)件用于形成、修復(fù)將被設(shè)置的鉆井即地下挖掘坑，或是促進(jìn)資源的回收例如，在超過地下1000迷的頁巖層等以大致水平的形式鋪設(shè)形成的水平坑井中就普及了水壓破碎法(hydraulic fracturing)。伴隨著鉆井的高深度化，密封因水壓破碎而形成的穿孔(fracture)的井下工具即封堵球、和用于實(shí)施水壓破碎而設(shè)置在地下挖掘坑里的井下工具即炮栓(Flack plug)、橋塞、封隔器(Packe)等密封塞為:密封了地下挖掘坑前端附近的地方以及此前進(jìn)行過水壓破碎的地方，在重新或者再次實(shí)施水壓破碎，形成穿孔之后，被回收或者被破壞，而用于井下鉆井的延長或之后其他地方的水壓破碎。由此，對密封塞等井下工具和具備于該工具的井下工具構(gòu)件要求在具有拉伸強(qiáng)度等耐于水壓破碎和敷設(shè)的強(qiáng)度的同時，也要求具有回收或者破壞時的低成本和簡易性。
[0012]炮栓(Flack plug)、橋塞、封隔器(Packe)、水泥承轉(zhuǎn)器等密封塞，例如，專利文獻(xiàn)4美國專利申請公開第2005/205266號說明書，通常為在塞子的芯棒周圍安裝橡膠制的密封用構(gòu)件而成的結(jié)構(gòu)，密封塞的密封裝置在經(jīng)過芯棒的拉伸和/或壓縮后，通過橡膠變形而發(fā)揮密封作用。塞子的芯棒大小只要是將地下挖掘坑的內(nèi)徑設(shè)為最大，可以在周圍安裝橡膠制的密封用構(gòu)件，那么可以形成為任意指定的外徑，大多數(shù)情況下在80?100_。此夕卜，塞子的芯棒由于里面會流通泥水，因此通常為空心的形狀，而空心口徑大多數(shù)情況下為10?50_、典型的為19.1mm即0.75英寸、25.4mm即I英寸、31.8mm即1.25英寸，例如將長度約1000_的導(dǎo)管狀的形狀作為主要部分，兩個端部具備擴(kuò)徑部的形狀等，從而能夠卡合用以進(jìn)行芯棒拉伸和/或壓縮的夾具。在塞子的芯棒的拉伸和/或壓縮中，芯棒大約被施加2000?5000kgf即大約19600?49000N的高負(fù)荷、大多數(shù)情況下被施加大約2500?4500kgf即大約24500?44100N的高負(fù)荷，尤其是在芯棒的所述擴(kuò)徑部即與夾具的卡合部上集中有2?5倍的應(yīng)力，因此需要選擇能夠承受這樣高負(fù)荷的強(qiáng)度的材料。
[0013]另一方面，在實(shí)施水壓破碎之后，米用回收密封構(gòu)件，或?yàn)樾纬砷_口部而破壞芯棒的方法。作為該塞子的芯棒，過去使用了鑄鐵等金屬，因此回收密封塞需要耗費(fèi)很高的成本，并且破壞金屬制的芯棒也很困難，且成本也高。在此，作為塞子的芯棒，也使用環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等。然而，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等樹脂復(fù)合材料存在以下問題:不具備充分強(qiáng)度的同時，依然在回收密封材料時需要很高的成本，并且破壞芯棒之后的樹脂和碳纖維、金屬纖維等強(qiáng)化材料是非降解性的，因此實(shí)質(zhì)上沒有辦法進(jìn)行處理和廢棄。尤其是在地下即地殼中的地溫梯度即地下增溫率據(jù)說有大約3K/100m，在近年來到達(dá)地下3000m的地下挖掘坑處于超過大約100°C的高溫環(huán)境，因此需要能夠在這樣的高溫環(huán)境下?lián)碛谐浞值睦鞆?qiáng)度等強(qiáng)度的密封材料。
[0014]作為井下工具或其構(gòu)件，由于其不會使用后被回收到地面上，而將其殘留在該地下挖掘坑里面使其自行崩解，因此被指望使用降解性塑料。具體來說，需要一種在超過100°C的高溫環(huán)境下具有充分強(qiáng)度，且利用機(jī)械加工而可以加工成期待形狀的降解性塑料，另外還需要由該降解性塑料形成的井下工具或其構(gòu)件，以及其制造方法。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2005-226031號公報(對應(yīng)美國專利申請公開第2008/038517號說明書)
[0018]專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平10-60137號公報
[0019]專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2010-69718號公報
[0020]專利文獻(xiàn)4:美國專利申請公開第2005/205266號說明書發(fā)明概要
[0021]發(fā)明擬解決的問題
[0022]本發(fā)明的目的在于:提供一種在高溫環(huán)境下具有充分強(qiáng)度的降解性樹脂固化擠出成型物，以及其制造方法，其中，所述降解性樹脂固化擠出成型物可以成型為利用切削、鉆孔、切斷等機(jī)械加工而形成的二次成型品、尤其是裝備在密封塞上的井下工具或其構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]
[0024]本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q所述課題而進(jìn)行了銳意研宄，其結(jié)果發(fā)現(xiàn):通過將聚乙醇酸的分子量、熔融粘度和特定溫度中的拉伸強(qiáng)度，以及固化擠出成型條件等調(diào)整到最優(yōu)化，尤其是通過對固化擠出物進(jìn)行加壓，控制固化擠出物的朝向厚度方向或直徑方向膨脹，從而得到可以成形為能夠在高溫環(huán)境下使用的密封塞等的井下工具或其構(gòu)件的，降解性樹脂固化擠出成型物，具體而言是聚乙醇酸固化擠出成型物，從而完成本發(fā)明。
[0025]即本發(fā)明提供一種聚乙醇酸固化擠出成型物，其由含有重均分子量100000?300000、在溫度270°C以及剪切速度UOsec—1的情況下測定的熔融粘度為100?2000Pa.s的聚乙醇酸的樹脂材料所形成、在溫度150°C的拉伸強(qiáng)度為20?200MPa。
[0026]另外，根據(jù)本發(fā)明，作為實(shí)施形式提供以下⑴至⑷聚乙醇酸固化擠出成型物。
[0027](I)所述聚乙醇酸固化擠出成型物，具有圓棒、空心或者平板的形狀。
[0028](2)所述聚乙醇酸固化擠出成型物，其中，所述樹脂材料為含有總量的0.001?5質(zhì)量％的染色劑的聚乙醇酸組合物。
[0029](3)所述聚乙醇酸固化擠出成型物，其中，所述樹脂材料為含有總量的5?70質(zhì)量％的填充劑的聚乙醇酸組合物。
[0030](4)所述聚乙醇酸固化擠出成型物，其為機(jī)械加工用的材料。
[0031]還有，本發(fā)明提供一種對所述聚乙醇酸固化擠出成型物進(jìn)行機(jī)械加工而形成的石油鉆井用井下工具或其構(gòu)件，而且還提供一種具備該石油鉆井用井下工具構(gòu)件的密封塞，或作為密封塞的芯棒的所述石油鉆井用井下工具或其構(gòu)件。