CN103992617B - 一种掺杂改性环氧树脂地震物理模型材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种掺杂改性环氧树脂地震物理模型材料，所述材料由主料环氧树脂（EP）、掺杂改性剂氧化锌纳米粉和辅料9229B型固化剂制备得到。本发明通过氧化锌纳米粉掺杂改性环氧树脂，将氧化锌纳米粉应用到地震物理模型材料领域。氧化锌纳米粉在环氧树脂中均匀的分散，不产生团聚现象，缩短了固化时间，提高了模型制备速度。制备出的材料具有很好的穿透性，最高可以达到420mv。且声波传播速度提高到2605m/s-2836m/s，当氧化锌纳米粉的掺杂比例为6%时达到最大值2836m/s，为地震物理大模型的制作奠定了基础。

Description

一种掺杂改性环氧树脂地震物理模型材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种掺杂改性环氧树脂地震物理模型材料，属于地球物理勘探领域。

背景技术

随着石油勘探工作的深入，勘探难度也越来越大。许多地质现象及波场传播理论需要得到进一步的验证与完善，勘探方法也有待进一步发展。物理模型模拟技术是地球物理研究的关键技术之一，是从事理论问题研究的重要“助手”。

地震物理模拟技术，是在实验室中通过超声波换能器激发和接收信号，从而利用超声波模拟野外地震波获得地震模拟数据体，在实验室中通过地震物理模型揭示地震波在复杂构造中的传播规律。地震物理模型材料模拟技术是物理模型正演模拟的基础，目前国内各大院所和高校主要采用环氧树脂浇注成型的方法，根据高速度地层需要制备出波速在2550m/s的材料，但是环氧树脂材料存在以下缺点：

一是现有配方中，环氧树脂固化剂一般采用9229B型，由于9229B型固化剂活性低，固化速度慢，所以在模型浇注过程中，固化时间较长，严重的影响了制模的效率。

二是现有配方中，制备出的模型最高波速达到2550m/s，不能够模拟实际地层的需求，对制作复杂构造的模型不利。

因此需要对现有的基于环氧树脂和9229B型固化剂的地震物理模型材料进行改性，缩短其固化时间并将声波传播速度提高到2550m/s以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂改性环氧树脂地震物理模型材料，所述材料由主料环氧树脂（EP）、掺杂改性剂氧化锌纳米粉和辅料9229B型固化剂组成。

在本发明的一个优选实施例中，所述环氧树脂为E-51、E-44或E-20型环氧树脂，更优选为E-51型环氧树脂，原因是在等温条件下E-51型环氧树脂的粘度最低，需要加入的稀释剂最少，在后续的抽真空的过程中气泡比较容易从模型中脱出。

所述9229B型固化剂为亨斯曼聚醚胺与脂环胺互配，添加BYK流平剂，消泡剂做助剂改性而成的固化剂。其颜色浅，保光、保色、抗黄变性、耐冷热循环性能较好，且粘度和放热峰低，比较适合与氧化锌纳米粉进行共混。如使用粘度和放热峰较大的固化剂，搅拌成型过程中氧化锌纳米粉容易上浮，在模型表面发生团聚，且高放热峰的固化剂易造成模型收缩，发生分层开裂现象，对性能产生不利影响。

在本发明的一个优选实施例中，所述氧化锌纳米粉的粒径范围为40-200nm，更优选为40-60nm。由于纳米材料具有独特的表面和力学性能，可以提高环氧树脂材料内部的有序性。粒径过小起不到增强性能的效果，粒径过大容易在制备过程中发生团聚，使氧化锌颗粒达到微米级别，起不到缩短固化时间和提高声波传播速率的效果。

进一步地，所述地震物理模型材料的成分按重量份数计为：

环氧树脂100份；

9229B型固化剂30-50份，优选33份；以及

氧化锌纳米粉1-10份，优选3-8份，最优选6份。

本发明进一步提供了所述地震物理模型材料的制备方法，包括：

1）将环氧树脂在30-70℃，优选50℃下预热1-4小时取出，抽真空排除气泡待用。优选抽真空时间为15-30分钟，真空压力控制在50-150kPa。

2）将9229B型固化剂与氧化锌纳米粉搅拌均匀后，加入步骤1）处理的环氧树脂继续搅拌均匀，抽真空后倒入模具内，待固化完全即可拆模。优选抽真空时间为5-10分钟，固化完全的标准为所述地震物理模型材料完全转变为固态。

为保证顺利脱模，优选在浇注前对模具进行预处理，即在模具内表面涂一层脱模材料，一般采用硅橡胶作为脱模涂层，待硅橡胶胶连固化后再将抽真空并搅拌均匀的9229B型固化剂、氧化锌纳米粉和环氧树脂倒入模具内。

所述地震物理模型材料的声波传播速度为2605m/s-2836m/s，振幅为240mv-420mv。

发明效果

现有的纯环氧树脂固化后，得到的地震物理模型材料的声波传播速度为2550m/s。并且由于9229B型固化剂活性较低，固化速度慢，所以在模型浇注过程中固化时间较长，严重的影响了制模的效率。

本发明通过氧化锌纳米粉掺杂改性环氧树脂，选用活性较低的9229B型固化剂，首次将氧化锌纳米粉应用到地震物理模型材料领域。氧化锌纳米粉在环氧树脂中可以均匀的分散，不会产生团聚的现象，缩短了固化时间，提高了模型制备速度。制备出的材料具有很好的穿透性，最高可以达到420mv。而且声波传播速度提高到2605m/s-2836m/s，当氧化锌纳米粉的掺杂比例为6%时达到最大值2836m/s，为地震物理大模型的制作奠定了基础。

附图说明

图1为本发明实施例和对比例材料的速度-氧化锌纳米粉含量关系图；

图2为本发明实施例和对比例材料的振幅-氧化锌纳米粉含量关系图；

图3为本发明实施例和对比例材料的速度-养护时间关系图。

具体实施方式

以下实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。

实施例1-7

某地区地震物理模型第三层

速度设计2800m/s

模型尺寸50cm*30cm*2cm

各成分用量及测试波速和振幅如表1所示。其中，

环氧树脂为凤凰牌E51环氧树脂，粘度在12000-15000mPas，牌号WRS618，产地江苏无锡。

9229B型固化剂为无色透明液体，平均分子量为260，粘度为9-12mpa.s(25℃)，比重为0.945(g/cm³)，购自广州百联合成材料有限公司。

氧化锌纳米粉为阿拉丁氧化锌纳米粉，牌号Z112849-500g，含纳米氧化锌99.8%，粒径50±10nm，产地上海。

所述地震物理模型材料的制备过程如下：

1.将100重量份的环氧树脂E51置于烘箱50℃预热1个小时，然后取出抽真空30分钟，排除环氧树脂中的气泡。

2.将33重量份的9229B型固化剂与6重量份的氧化锌纳米粉进行均匀搅拌，然后加入经步骤1处理的环氧树脂，继续搅拌使其混合均匀，抽真空处理10分钟，然后倒入封装好的模具内，固化完全后即可拆模。

对比例

不含氧化锌纳米粉，制备过程同实施例，各成分用量及测试波速和振幅如表1所示。

表1

从表1可知，实施例1-7的声波传播速度为2605m/s-2836m/s，均大于对比例。当氧化锌纳米粉在环氧树脂中掺杂比例达到6%时，材料的声波传播速度达到最大值2836m/s，继续增加氧化锌纳米粉的掺杂比例后，材料的声波传播速度反而降低。

对比例的固化时间约为72小时。实施例1-7由于加入氧化锌纳米粉掺杂改性，使得固化时间缩短到36小时，有效提高了地震物理模型制备速度。

图1为本发明实施例和对比例材料的速度-氧化锌纳米粉含量关系图。说明通过氧化锌纳米粉掺杂改性，材料的声波传播速度得到了提高，当氧化锌纳米粉在环氧树脂中掺杂比例达到6%后，材料的声波传播速度达到最大值2836m/s，继续增加氧化锌纳米粉的掺杂比例后，材料的速度反而降低。通过氧化锌纳米粉掺杂改性后的新型地震物理模型材料可以有效的模拟地下岩石弹性结构，制作物理模型，进行地震勘探物理模拟物理实验。

图2为本发明实施例和对比例材料的振幅-氧化锌纳米粉含量关系图。振幅的大小是表示用超声激发地震波表示地震物理模型材料穿透性能力的强弱，说明材料的实验性能优劣。通过实验数据，可以得到氧化锌纳米粉掺杂含量的环氧树脂材料的穿透性远大于纯环氧树脂。

图3为本发明实施例和对比例材料的速度-养护时间关系图，说明模型材料速度的稳定性。实施例1-7的声波传播速度基本趋于稳定，与之相比，纯环氧树脂的速度稳定性很差，10天之内的速度由2550m/s降低至2412m/s。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种掺杂改性环氧树脂地震物理模型材料，所述材料由环氧树脂、氧化锌纳米粉和9229B型固化剂组成，其成分按重量份数计为：

环氧树脂100份；

9229B型固化剂30-50份；以及

氧化锌纳米粉1-10份，

其中，所述9229B型固化剂为亨斯曼聚醚胺与脂环胺互配，添加BYK流平剂，消泡剂做助剂改性而成的固化剂；所述氧化锌纳米粉的粒径范围为40-200nm。

2.根据权利要求1所述的地震物理模型材料，其特征在于，所述环氧树脂为E-51、E-44或E-20型环氧树脂。

3.根据权利要求2所述的地震物理模型材料，其特征在于，所述环氧树脂为E-51型环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的地震物理模型材料，其特征在于，所述氧化锌纳米粉的粒径范围为40-60nm。

5.根据权利要求1所述的地震物理模型材料，其特征在于，其成分按重量份数计为：

环氧树脂100份；

9229B型固化剂33份；以及

氧化锌纳米粉3-8份。

6.根据权利要求1所述的地震物理模型材料，其特征在于，其成分按重量份数计为：

环氧树脂100份；

9229B型固化剂33份；以及

氧化锌纳米粉6份。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的地震物理模型材料的制备方法，包括：

1)将环氧树脂在30-70℃，预热1-4小时取出，抽真空排除气泡待用；

2)将9229B型固化剂与氧化锌纳米粉搅拌均匀后，加入步骤1)处理的环氧树脂继续搅拌均匀，抽真空后倒入模具内，待固化完全即可拆模。

8.根据权利要求7所述的地震物理模型材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述预热的温度为50℃。

9.根据权利要求1至6任一项所述的地震物理模型材料或权利要求7或8所述方法制备得到的地震物理模型材料，其特征在于，所述地震物理模型材料的声波传播速度为2605m/s-2836m/s，振幅为240mv-420mv。