CN104975527A - 一种油气勘探特种纤维缆绳的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种特种碳纤维缆绳的制备方法，属于高分子材料领域。将500k碳纤维先经丙酮超声，再进行粗化预处理。清除碳纤维表面杂质，并增大碳纤维表面积使得表面粗糙化，提高碳纤维与环氧树脂的结合力。将预处理过的碳纤维进行浸胶，预固化1.5h。通过加捻机加捻后再固化1h，经涂敷处理后合股制成特种碳纤维缆绳。特种碳纤维缆绳拉伸强度达到10000MPa左右，约为钢缆的10倍，密度约为150g/m2，树脂含量为30%左右。所制备的碳纤维缆绳主要用于油气勘探领域。

Description

一种油气勘探特种纤维缆绳的制备方法
技术领域
本发明涉及一种油气勘探特种纤维缆绳的制备方法，主要应用于油气勘探领域。
背景技术
由于石油储量越来越少，一些石油公司开始开采超深矿床的石油，钻探深度有时会超过1500m。到了这样的深度，传统上用以锚固采油平台的钢管达到了极限，因此可用碳纤维缆绳来代替。本发明通过采用预浸料的方法制备特种碳纤维缆绳应用于油气勘探。
当前，70%以上的先进复合材料产品是用预浸料铺迭固化而成的。预浸料是先进复合材料的中间材料，它是复合材料结构的基本单元；复合材料的力学性能与化学性能在很大程度上取决于预浸料的内在质量。预浸料以形式可分为单向预浸料和织物预浸料；以宽度分则有宽、窄；以品种分有热塑性和热固性；以温度分可分为中温和与170℃或更高温度固化的预浸料；以树脂性质分类，可分成环氧树脂预浸料、聚酯树脂预浸料、聚酰亚胺树脂预浸料和酚醛树脂微球预浸料等，本发明选用的是环氧树脂预浸料。
碳纤维突出的特点是强度和模量高，密度小，耐腐蚀性能好，膨胀系数低，耐高温蠕变性能好，摩擦系数小，自润滑，导电性高等特点。因为增强纤维是复合材料的承载着，高的纤维含量对获得复合材料是有利的。然而树脂系统是基体材料，它能使增强纤维交结在一起并传递载荷，这就存在一个树脂基体材料与纤维增强材料的最佳比例，而这个比例主要取决于增强纤维的横截面积，通常增强纤维超过70%时，增强纤维相互接触会导致性能下降。实践表明纤维含量在60%左右能达到最佳配合。常规的做法是按增强纤维与树脂基体的体积比为50:50制备预浸料，固化成型过程中有约5~10%的树脂基体流掉，固化成型后的复合材料可达到适当的树脂基体与增强纤维的比例。本发明在最佳配比的前提下，将碳纤维预处理，增大碳纤维与树脂的接触面积，提高复合材料的相容性，并进一步增强复合材料力学性能。
发明内容
本发明通过采用预浸料的方法制备油气勘探特种纤维复合材料，这是一种高附加值的制品，以此代替传统的锚固采油平台的钢管，降低采油成本。
本发明的制备方法包括以下步骤：
1)      按比例制备树脂基体：环氧树脂（30~40%）、甲基四氢苯酐（5~10%）、增韧剂（0.1~0.3%）。将配制好的树脂基体倒入热熔胶膜机胶槽内，调整工艺参数。
2)      将碳纤维大丝束预浸料，浸料温度（65~85℃），浸压力（0~0.4MPa），预浸运行速率（1.0~3.0m/min），预固化1.5h。
3)      将浸料过的碳纤维丝束加捻，加捻温度15n/m，固化1h.
4)      将上述碳纤维束经Lago45乳液进行涂敷处理，最后合股制成缆绳。
具体实施例：
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施个例：
实施例一
首先，将碳纤维预处理，经丙酮超声5min,再进行粗化处理。然后，将碳纤维通过装有制备的树脂基体的热熔胶膜机胶槽内，环氧树脂30份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂3份。将树脂均匀地转移到脱模纸上，使所制的胶膜连续、均匀、平整，面密度为37±3g/m。
然后，用胶膜把60份的500k碳纤维展平、浸透，制成面密度为210±10g/m的预浸料（面密度中含纤维质量为160g/m）,预浸料温度为75℃、预浸料压力为0.3MPa、预浸料运行速率为1.0m/min,预固化1.5h。
将浸料过的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度15n/m，固化1h。加捻后的丝束经Lago45乳液涂敷处理，最后合股制成碳纤维复合材料。
实施例二
首先，将碳纤维预处理，经丙酮超声5min,再进行粗化处理。然后，将碳纤维通过装有制备的树脂基体的热熔胶膜机胶槽内，环氧树脂35份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将树脂均匀地转移到脱模纸上，使所制的胶膜连续、均匀、平整，面密度为37±3g/m。
然后，用胶膜把55份的500k碳纤维展平、浸透，制成面密度为210±10g/m的预浸料（面密度中含纤维质量为160g/m），预浸料温度为75℃、预浸料压力为0.3MPa、预浸料运行速率为1.0m/min，预固化1.5h。
将预浸料的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度15n/m,固化1h。加捻后的丝束经Lago45乳液涂敷处理，最后合股制成碳纤维复合材料。
实施例三
首先，将碳纤维预处理，经丙酮超声处理5min,再进行粗化处理。然后，将碳纤维通过装有制备的树脂基体的热熔胶膜机胶槽内，环氧树脂40份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将树脂均匀地转移到脱模纸上，使所制的胶膜连续、、均匀、平整，面密度为37±3g/m。
然后，用胶膜把50份的500k碳纤维展平、浸透，制成面密度为210±10g/m的预浸料（面密度中含纤维质量为160g/m），预浸料温度为75℃、预浸料压力为0.3MPa、预浸料运行速率为1.0m/min，预固化1.5h。
将浸料过的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度15n/m，固化1h。加捻后的丝束经Lago45乳液涂敷处理，最后合股制成碳纤维复合材料。
实施例四
首先，将碳纤维通过装有制备的树脂基体的热熔胶膜机胶槽内，环氧树脂40份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将树脂均匀地转移到脱模纸上，使所制的胶膜连续、均匀、平整，面密度为37±3g/m。
然后，用胶膜把50份的500K碳纤维展平、浸透，制成面密度为210±10g/m的预浸料（面密度中含纤维质量为160g/m），预浸料温度为75℃、预浸料压力为0.3MPa、预浸料运行速率为1.0m/min，预固化1.5h。
将预浸料的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度为15n/m，固化1h。加捻后的丝束经Lago45乳液涂敷处理，最后合股制成碳纤维复合材料。
    参照GB8834.88《绳索有关物理和机械性能的测定》的规定进行测试。实施例一至实施例四检测结果列于表1：
表1各实施例样品对应的物理性能

Claims (4)

1.油气勘探特种纤维缆绳组分如下图示：
碳纤维（500k） 50~60%
环氧树脂（E51）30~40%
甲基四氢苯酐（METHPA）5~10%
增韧剂（6250） 0.1~0.3% 。
2.根据权利要求1所述碳纤维直径为7μm，经丙酮超声和粗化两项预处理。
3.根据权利要求2所述碳纤维为大丝束（500k），其特征在于：线密度为3.97~4.32g/m，无捻，经过Lago45乳液处理。
4.根据权利要求1所述制备碳纤维特种复合材料，其特征在于：先制备树脂基体，再将碳纤维大丝束浸胶，预浸温度为（65~85℃）,预浸压力为（0~0.4MPa），预浸运行速率（1.0~3.0m/mm）。
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