一種油田用玻璃鋼復(fù)合管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的油田用玻璃鋼復(fù)合鋼及其制備方法，包括內(nèi)襯管和外管，內(nèi)襯管外徑上設(shè)置有止動層結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯管外纏繞玻璃鋼外管并固化定型，其中所述內(nèi)襯管和止動層均采用聚丙烯材質(zhì)，外管采用丙氧基雙酚A型樹脂或環(huán)氧基雙酚A酯乙烯基酯樹脂基復(fù)合材料。本發(fā)明將通用聚丙烯材料高性能化，使其耐高溫性、耐溶劑性及力學(xué)性能得以大幅度提升，解決了原有普通塑料內(nèi)襯管存在的耐環(huán)境應(yīng)力差、易溶脹、使用溫度低、使用壽命短的缺陷，大大提高了復(fù)合管的使用壓力、使用壽命和爆破壓力，使其能長期用于輸送溫度高達(dá)110℃以上、壓力大于2.5兆帕的油、水及無機(jī)鹽混合壓力液體。
【專利說明】一種油田用玻璃鋼復(fù)合管及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于樹脂基復(fù)合材料及其制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種油田用玻璃鋼復(fù)合管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前油田用于輸送高溫的油、水及無機(jī)鹽混合液體的金屬管存在耐腐蝕性差、使用壽命短的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的油田用玻璃鋼復(fù)合鋼管，該技術(shù)將通用聚烯烴材料高性能化，使其耐高溫性、耐溶劑性及力學(xué)性能得以大幅度提升，解決了原有普通塑料內(nèi)襯管存在的耐環(huán)境應(yīng)力差、易溶脹、使用溫度低、使用壽命短的缺陷，大大提高了復(fù)合管的使用壓力、使用壽命和爆破壓力，使其能長期用于輸送溫度高達(dá)110°C以上、壓力大于2.5兆帕的油、水及無機(jī)鹽混合壓力液體。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種油田用玻璃鋼復(fù)合管，其特征在于，包括內(nèi)襯管和外管，內(nèi)襯管外徑上設(shè)置有止動層結(jié)構(gòu)，外管纏繞內(nèi)襯管并固化定型，其中所述內(nèi)襯管和止動層均采用聚丙烯材質(zhì)，夕卜管采用丙氧基雙酚A型樹脂或環(huán)氧基雙酚A酯乙烯基酯樹脂基復(fù)合材料材質(zhì)。
[0006]進(jìn)一步的，一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007](I)制備內(nèi)襯管；
[0008](2)內(nèi)襯管外徑上焊接止動層；
[0009](3)外管纏繞成型。
[0010]更進(jìn)一步的，步驟(I)還包括以下步驟:
[0011](1.1)添加對基體樹脂進(jìn)行聚集態(tài)結(jié)構(gòu)改性的助劑，并混合均勻；
[0012](1.2)添加復(fù)合抗氧劑和界面改性劑并高速攪拌30-60s至均勻；
[0013](I.3)出料，喂入雙螺桿擠出機(jī)混煉并造粒；
[0014](1.4)對(1.3)的擠出機(jī)中段進(jìn)行樹脂增強(qiáng)改性。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(1.1)的助劑為結(jié)晶性能改性劑。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(1.3)中雙螺桿擠出機(jī)料筒各段溫度控制在60-240°C，螺桿轉(zhuǎn)速在 120-180 轉(zhuǎn)。
[0017]作為優(yōu)選，步驟(1.4)增強(qiáng)性改性為添加纖維增強(qiáng)材料和接枝物相容劑。
[0018]更進(jìn)一步的，步驟(2)還包括以下步驟:
[0019](2.1)制備止動層料條；
[0020](2.2)在內(nèi)襯管外徑上焊接料條。
[0021]作為優(yōu)選，步驟(2.1)料條寬O-1Omm;厚O-lOmm，為亞鈴形狀，與外管接觸面的形狀為錨固結(jié)構(gòu)。
[0022]作為優(yōu)選，步驟(2.2)焊接間距為8_120cm。
[0023]更進(jìn)一步的，步驟(3)還包括以下步驟:
[0024](3.1)玻璃鋼外管纏繞成型；
[0025](3.2)固化；
[0026](3.3)磨頭；
[0027](3.4)粘頭；
[0028](3.5)翻邊；
[0029](3.6)發(fā)泡復(fù)合。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
[0031]本發(fā)明技術(shù)性能指標(biāo)優(yōu)良，綜合成本低，具有內(nèi)外抗腐蝕性能強(qiáng)，適用溫度范圍廣、工作壓力大、比重輕、接頭牢固、安裝方便、使用壽命長、以塑代鋼等優(yōu)點。
[0032]本發(fā)明將熱塑性復(fù)合材料的易成型性和耐溶劑性，與熱固性塑料高強(qiáng)、高模有機(jī)結(jié)合，賦予產(chǎn)品優(yōu)異的耐溶劑性、耐高溫性及高溫下的耐壓性。不但可以完全取代目前油田用的金屬管，而且克服了金屬管存在的耐腐蝕性差、使用壽命短的缺陷，壽命可達(dá)30-50年(金屬管的使用壽命為2-3年)。
[0033]本發(fā)明選用合適鏈結(jié)構(gòu)的聚丙烯樹脂，將其改性，形成新穎的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。這種聚集態(tài)結(jié)構(gòu)能有效抵抗溶劑的侵蝕和破壞，徹底解決了聚丙烯樹脂原有聚集態(tài)結(jié)構(gòu)存在的耐環(huán)境應(yīng)力差、易溶脹、使用溫度低、使用壽命短的缺陷，使管材不但具有突出的耐溶劑性，而且強(qiáng)度與韌性并集，克服了材料改性領(lǐng)域通常遇到的強(qiáng)度和韌性二者不可兼得的瓶頸問題，可以同時使材料的強(qiáng)度、模量和韌性得以明顯提高。
[0034]本發(fā)明對基體樹脂進(jìn)行聚集態(tài)結(jié)構(gòu)改性的同時，引入增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，使材料的強(qiáng)度、剛度大幅提高，維卡軟化點比原產(chǎn)品提高50-60°C，達(dá)160-180°C，呈現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫性和耐壓性。
[0035]本發(fā)明止動層的設(shè)計，有效緩解了由內(nèi)外管熱膨脹系數(shù)不一帶來的諸如內(nèi)襯管膨脹、接口爆裂等問題。

【具體實施方式】
[0036]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步進(jìn)行說明:
[0037]本發(fā)明所說的油田用玻璃鋼復(fù)合管，包括內(nèi)襯管和外管，內(nèi)襯管外徑上設(shè)置有止動層結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯管外纏繞成型玻璃鋼外層管。
[0038]1、內(nèi)襯管專用料配方
[0039]本發(fā)明公開的油田用玻璃鋼增強(qiáng)塑料合金復(fù)合管的耐高溫性和耐油性從根本上取決于內(nèi)襯管的耐高溫性和耐油性，而內(nèi)襯管的性能既決定于其配方組成又強(qiáng)烈依賴于成型過程中所形成的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。因此，對內(nèi)襯管專用料配方及其生產(chǎn)工藝進(jìn)行設(shè)計是項目廣品的關(guān)鍵技術(shù)。
[0040]鑒于該內(nèi)襯管需要長期接觸高溫的油、水及無機(jī)鹽混合壓力液體，聚丙烯為首選內(nèi)襯材料。但通用聚丙烯耐環(huán)境應(yīng)力差、易溶脹、長期使用溫度難以超過90°C。若用于連續(xù)輸送110°C以上的油、水及無機(jī)鹽混合壓力液體，在實際應(yīng)用過程中不超過3000小時就會發(fā)生溶脹開裂。
[0041]本發(fā)明選用適當(dāng)型號的均聚聚丙烯樹脂，將聚丙烯采用結(jié)晶性能改性劑進(jìn)行耐溶劑性改性，使聚丙烯在加工過程中形成獨(dú)特的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。這種聚集態(tài)結(jié)構(gòu)一方面能夠與增強(qiáng)結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合形成良好的界面粘結(jié)，共同貢獻(xiàn)于材料的耐高溫性；更重要的是，它在基體中就像一張密實的網(wǎng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將整個材料緊密結(jié)合為一體。這種緊密結(jié)構(gòu)能有效抵抗溶劑的侵蝕和破壞，徹底解決了聚丙烯原有聚集態(tài)結(jié)構(gòu)存在的耐環(huán)境應(yīng)力差、易溶脹、使用溫度低、使用壽命短的缺陷。同時，引入纖維和接枝物進(jìn)行耐高溫及增強(qiáng)改性，使材料的高溫強(qiáng)度和剛度大幅提高，呈現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫性和耐壓性。
[0042]此外，項目對聚丙烯的耐熱氧老化性能進(jìn)行改性，使其滿足高溫、高濕、高油、高鹽的使用條件。
[0043]2、內(nèi)襯管生產(chǎn)工藝設(shè)計
[0044]內(nèi)襯管的性能直接決定著項目產(chǎn)品的耐高溫性和耐油性,也決定著項目產(chǎn)品能否長期用于輸送高溫的油、水、無機(jī)鹽混合壓力液體。而內(nèi)襯管的性能不但取決于內(nèi)襯管專用料的組成與性能，更取決于管線的生產(chǎn)工藝能否在加工過程中形成預(yù)定的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。
[0045]因此，項目攻關(guān)小組在項目研究和項目試生產(chǎn)階段針對“材料配方-工藝控制-加工過程中形成的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)-產(chǎn)品性能”之間的關(guān)系做了系統(tǒng)詳實的研究工作，并由此進(jìn)行配方篩選及工藝優(yōu)化，以及如何在成型過程中對材料的多層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定控制以形成所需的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。
[0046]在以上系統(tǒng)研究工作和生產(chǎn)工藝控制的基礎(chǔ)上，本項目確立了內(nèi)襯管的生產(chǎn)工藝，并將樹脂改性造粒和擠出管線設(shè)備采用雙接機(jī)技術(shù)，可連續(xù)擠出生產(chǎn)內(nèi)襯管，其生產(chǎn)步驟如下:
[0047](I)添加對基體樹脂進(jìn)行聚集態(tài)結(jié)構(gòu)改性的助劑，并混合均勻；
[0048](2)添加復(fù)合抗氧劑和界面改性劑并高速攪拌30-60s至均勻；
[0049](3)出料，喂入雙螺桿擠出機(jī)混煉并造粒；
[0050](4)對(3)的擠出機(jī)中段進(jìn)行樹脂增強(qiáng)改性。
[0051]應(yīng)當(dāng)注明的是，第一，配料時，作為聚集態(tài)結(jié)構(gòu)改性劑的助劑要先與樹脂混合均勻后再加入復(fù)合抗氧劑和界面改性劑等助劑混合均勻，以保證樹脂在加工過程中形成均勻的預(yù)定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。第二，采用定量側(cè)喂料機(jī)在擠出機(jī)的中段喂入纖維增強(qiáng)材料，以減少增強(qiáng)材料在加工過程中的脆損，并確保其在基體中的均勻分散。第三，擠出機(jī)各段的溫度控制和螺桿轉(zhuǎn)速是關(guān)鍵工藝參數(shù)，它們關(guān)系到:(a)增強(qiáng)材料能否在基體中分布，并盡量減少損傷；(b)停留時間是否能確保增強(qiáng)材料與基體樹脂形成良好的界面粘結(jié)；(c)基體樹脂在加工過程中能否形成均勻的、預(yù)定的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。因此中雙螺桿擠出機(jī)的溫度控制在60-240°C，螺桿轉(zhuǎn)速在120-180轉(zhuǎn)。
[0052]3、止動層生產(chǎn)工藝設(shè)計
[0053]本發(fā)明的內(nèi)襯管為熱塑性樹脂基復(fù)合材料，而外層管為熱固性樹脂基復(fù)合材料。內(nèi)外管材料的熱膨脹系數(shù)存在明顯差異，且聚烯烴與聚酯玻璃鋼的粘結(jié)問題迄今仍為業(yè)界難題。本發(fā)明應(yīng)用于中國北方地區(qū)的野外環(huán)境，使用過程中要承受環(huán)境溫差和內(nèi)外溫差，因此，產(chǎn)品的使用過程及安裝過程均對內(nèi)外管的熱膨脹系數(shù)有嚴(yán)格要求。若產(chǎn)品的內(nèi)外管不能良好粘合，則復(fù)合管在安裝后的使用過程中會由于內(nèi)外管熱膨脹系數(shù)的顯著差異而導(dǎo)致內(nèi)管膨脹，影響液體輸送和管材使用壽命，且在接頭處易發(fā)生接口爆裂。
[0054]本發(fā)明采用“嵌合”技術(shù)，根據(jù)內(nèi)外管材料在常溫及使用溫度下的熱膨脹系數(shù)差異，在內(nèi)襯管外徑上進(jìn)行止動層的分布設(shè)計，止動層料條寬O-1Omm;厚O-lOmm，為亞鈴形狀，與外管接觸面的形狀為錨固結(jié)構(gòu)。將特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的聚丙烯止動層以間距為8-120cm焊接分布于內(nèi)襯管外徑上。止動層在外層玻璃鋼管纏繞成型時會嵌合進(jìn)玻璃鋼層中，一方面將內(nèi)外管牢固結(jié)合在一起；另一方面，這些止動層就像一些“應(yīng)力分散中心”，將內(nèi)管的膨脹壓力均勻分散，使得復(fù)合管在使用過程中內(nèi)外層在宏觀上既不會脫合，也不會在管材接頭處產(chǎn)生明顯的膨脹壓力。
[0055]4、玻璃鋼外管纏繞工藝設(shè)計
[0056]針對復(fù)合管材的應(yīng)用環(huán)境，對高性能的復(fù)合管選用高性能、耐腐蝕性強(qiáng)的丙氧基雙酚A型樹脂或環(huán)氧基雙酚A酯乙烯基酯樹脂等代替原來的間苯型樹脂，同時，采用數(shù)控纏繞機(jī)對玻璃鋼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，使之耐熱性與以前相比大大提高(熱變形溫度提高40-60 0C )，耐壓性也顯著提高。
[0057]其生產(chǎn)步驟如下:
[0058](I)玻璃鋼外層纏繞成型；
[0059](2)固化；
[0060](3)磨頭；
[0061](4)粘頭；
[0062](5)翻邊；
[0063](6)發(fā)泡復(fù)合。
[0064]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種油田用玻璃鋼復(fù)合管，其特征在于，包括內(nèi)襯管和外管，內(nèi)襯管外徑上設(shè)置有止動層結(jié)構(gòu)，外管纏繞內(nèi)襯管并固化定型，其中所述內(nèi)襯管和止動層均采用聚丙烯材質(zhì)，外管采用丙氧基雙酚A型樹脂或環(huán)氧基雙酚A酯乙烯基酯樹脂基復(fù)合材料材質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備內(nèi)襯管； (2)內(nèi)襯管外徑上焊接止動層； (3)外管纏繞成型。
3.如權(quán)利要求2所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(I)還包括以下步驟: (1.1)添加對基體樹脂進(jìn)行聚集態(tài)結(jié)構(gòu)改性的助劑，并混合均勻； (1.2)添加復(fù)合抗氧劑和界面改性劑并高速攪拌30-60S至均勻； (1.3)出料，喂入雙螺桿擠出機(jī)混煉并造粒； (1.4)對(1.3)的擠出機(jī)中段進(jìn)行樹脂增強(qiáng)改性。
4.如權(quán)利要求3所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(1.1)的助劑為結(jié)晶性能改性劑。
5.如權(quán)利要求3所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(1.3)中雙螺桿擠出機(jī)料筒各段溫度控制在60-240°C，螺桿轉(zhuǎn)速在120-180轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求3所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(1.4)增強(qiáng)性改性為添加纖維增強(qiáng)材料和接枝物相容劑。
7.如權(quán)利要求2所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(2)還包括以下步驟: (2.1)制備止動層料條； (2.2)在內(nèi)襯管外徑上焊接料條。
8.如權(quán)利要求7所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(2.1)料條寬O-1Omm ;厚O-1Omm,為亞鈴形狀,與外管接觸面的形狀為錨固結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求7所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(2.2)焊接間距為8-120cm。
10.如權(quán)利要求2所述的一種油田用玻璃鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于，步驟(3)還包括以下步驟: (3.1)玻璃鋼外管纏繞成型； (3.2)固化； (3.3)磨頭； (3.4)粘頭； (3.5)翻邊； (3.6)發(fā)泡復(fù)合。
【文檔編號】B29D23/00GK104048116SQ201310080750
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】薛美玲, 叢日峰 申請人:薛美玲, 山東冠通管業(yè)有限公司