CN105330175A

CN105330175A - 一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂

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Publication number: CN105330175A
Application number: CN201510658645.9A
Authority: CN
Inventors: 张志坚; 张燕; 费其锋; 崔峰波; 钟洪强
Original assignee: Jushi Group Co Ltd
Current assignee: Jushi Group Co Ltd
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2016-02-17

Abstract

一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，所述浸润剂由偶联剂A、偶联剂B、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、pH值调节剂和去离子水制成，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的5～10％，余量为水；所述偶联剂A是含环氧基的硅烷偶联剂，所述偶联剂B是含乙烯基的硅烷偶联剂；所述润滑剂采用水溶性的PEG类润滑剂；所述成膜剂A是环氧乳液A，环氧乳液A中环氧树脂的环氧当量在180-300；所述成膜剂B是环氧乳液B，环氧乳液B中环氧树脂的环氧当量在500-1500；所述的pH值调节剂为酸。采用该浸润剂生产的直接纱，不但与目标树脂相容性好、渗透性好，并且能使制品的机械性能高，满足标准的要求。

Description

一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂

(一)技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维增强热固性树脂技术，特别是一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂。

(二)背景技术

玻璃纤维增强塑料抽油杆又称玻璃钢抽油杆，是由树脂和玻璃纤维按一定的比例，通过专门的拉挤和固化工艺制作而成的；它是由玻璃钢杆体和两端带螺纹的钢接头用高粘度环氧树脂粘合剂粘接而成。

玻璃钢抽油杆是美国于20世纪70年代首先开始研究的，1978年飞波公司最终解决了一系列技术难题，把这一新产品推上了实用阶段。1989年获美国专利，并将产品推向市场。我国从90年代初开始引入，并在大庆、辽河等油田进行了推广试用，应用后增油效果十分明显。

玻璃钢抽油杆具有以下特点：①质量轻：玻璃钢密度约为钢抽油杆的三分之一，可以大大降低抽油机悬机载荷，因此可以运用功率小的发动机，从而达到节约电能，提高综合效率的目的。②弹性好：玻璃钢弹性模量仅为钢质抽油杆的四分之一左右，这样可以延长抽油杆的使用寿命。③玻璃钢具有良好的抗腐蚀性能、耐疲劳性能。④强度高，玻璃钢抽油杆的抗张强度810MPa，达到了D级钢杆的抗拉强度。⑤防蜡效果好，玻璃钢抽油杆最外层是树脂，表面光滑，可减少热洗次数，降低采油成本。

作为玻璃钢抽油杆的主要基体材料，玻璃纤维在玻璃钢制品中的比重甚至高达80％，因此，可以说玻璃纤维的性能决定着最终玻璃钢制品的性能。针对玻璃钢抽油杆，首先要求玻璃纤维纱具备优良的使用顺畅性，如拉挤过程中低毛羽等要求，其次是要与环氧树脂相容性好，浸透快速而完全，最重要的是最终的玻璃纤维制品具备优异的机械性能。一般性能要求如下(玻璃纤维含量均为75％，以4400tex为例)：

●拉伸性能(按照ASTMD2343测试方法)：

树脂体系	环氧树脂
		拉伸强度	≥2500MPa
拉伸模量	≥78GPa

●剪切性能(按照ASTMD2344测试方法)：

树脂体系	环氧树脂
		剪切强度	≥70MPa

为此需通过研制一种新型的浸润剂：要能和目标树脂具备优良的相容性，提高界面结合的效果，以满足机械性能的指标要求。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，采用该浸润剂生产的直接纱，不但与目标树脂相容性好、渗透性好，并且能使制品的机械强度和湿态强度保留率高，满足标准的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，所述浸润剂由偶联剂A、偶联剂B、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、pH值调节剂和去离子水制成，所述浸润剂的固体质量(固体质量即浸润剂烘干后剩余部分的质量)占浸润剂总质量的5～10％，余量为水(包括原料自身带的水加上配制浸润剂加入的去离子水)；所述偶联剂A是含环氧基的硅烷偶联剂，所述偶联剂B是含乙烯基的硅烷偶联剂；所述润滑剂采用水溶性的PEG类润滑剂；所述成膜剂A为环氧乳液A，其中环氧树脂的环氧当量在180-300；所述成膜剂B为环氧乳液B，其中环氧树脂的环氧当量在500-1500；所述的pH值调节剂为酸；下列各组分含量以其用量占浸润剂固体质量的百分比例表示如下，若组分以分散体系形式加入，则其用量以其固体质量计：

进一步，本发明优选所述浸润剂中各组分含量如下所示：

更进一步，本发明优选所述浸润剂中各组分含量如下所示：

本发明所述浸润剂的pH值在2～10，优选pH值在3～7。

偶联剂的使用，可保护纤维在拉丝过程中不受损，并起到玻璃纤维和基体树脂间的“桥接”作用，因此是影响玻璃纤维强度以及玻璃钢制品强度的关键，合适的偶联剂选择，可以使生产出来的抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱产品具有更好的机械性能。本发明中硅烷偶联剂A是含环氧基的硅烷偶联剂，优选γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(A-187)，其含量3～15％，优选4～7％，进一步优选4～6％。本发明硅烷偶联剂B是含乙烯基的硅烷偶联剂，优选乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，其含量3～15％，优选5～8％，进一步优选5～7％。本发明优选偶联剂A和偶联剂B的总含量为7～18％，优选为9～15％，进一步优选11-13％，更进一步优选其中偶联剂A和偶联剂B的用量之比为1:1.4-1.5。

本发明使用的润滑剂可采用水溶性的有机化合物，特别是PEG类润滑剂，如PEG400、PEG600、PEG1000、PEG3000等，优选PEG400。润滑剂的使用主要为满足玻璃纤维在拉丝、后处理、使用过程的润滑效果，但过多的润滑剂会影响玻璃纤维纱的集束性，并且会影响最终玻璃钢制品的机械性能，故本发明中所述润滑剂的含量为5～15％，优选6～12％，更优选7～9％。

成膜剂作为浸润剂的主要成分起到保护纤维的作用，并且对玻璃纤维最终制品的机械强度起着决定性的影响，因此，成膜剂的选择是本发明的重点。本发明使用的成膜剂为环氧乳液，本发明使用的环氧乳液是水溶性环氧树脂乳液或双酚A型环氧树脂乳液，其中成膜剂A中的环氧树脂的当量相对较小，一般可在180～300，优选当量在200～300，最优选成膜剂A为牌号Neoxil961的环氧树脂乳液；成膜剂B中环氧树脂的当量相对较大，一般可在500～1500，优选当量在500～900，最优选成膜剂B为牌号Neoxil8294的环氧树脂乳液。不同环氧当量的成膜剂搭配使用，可保证玻璃纤维与环氧树脂具备良好的浸透、优越的机械强度。所述成膜剂A的含量为10～65％，优选20～60％，更优选35～45％；所述成膜剂B的含量为10～65％，优选20～55％，更优选25～40％；本发明成膜剂A和成膜剂B的总含量在50～80％，优选65～80％，更优选70-80％，更进一步优选其中成膜剂A和成膜剂B的用量之比以各自的固体质量之比计为1:0.7-1.1。

本发明的pH值调节剂采用酸，有机酸或无机酸均可，如可使用柠檬酸、醋酸、甲酸、乙酸等，优选为醋酸。pH值调节剂的作用主要是用来辅助偶联剂分散和调节配制好的浸润剂的pH值，本发明所述浸润剂的pH值在2～10，优选pH值在3～7。

本发明一种抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂的配制方法包括以下步骤：在一个干净的容器中加入总量的40％～50％的去离子水，然后再加入浸润剂成分中的pH调节剂，充分搅拌3～5分钟后，再缓慢加入浸润剂成分中的硅烷偶联剂，持续搅拌40～50分钟；浸润剂成分中的润滑剂在5倍于其量的温去离子水(40～50℃)中充分搅拌稀释后加入容器；浸润剂成分中成膜剂采用成膜剂量的2倍的水进行稀释后加入容器，若浸润剂pH值不能达到最佳范围，加入适量的pH调节剂进行调整并搅拌均匀，直至pH值达到最佳范围。

本发明玻璃纤维的可燃物含量(即浸润剂涂附在玻璃纤维上的量占玻璃纤维质量的比例)一般控制在0.4～1.0％，具体的值需要根据原料本身的性能，从产品需要达到的性能指标和实验测试结果来看，可燃物含量在0.5～0.8％生产的产品，机械强度能够满足要求。

与现有技术相比，本发明所述的浸润剂能与树脂相容性好、渗透性好，并且能使制品的机械性能(包括强度和湿强度保留率)高，从而满足市场及应用需求。

(四)具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体的说明，但本发明的内容并不受以下实施例的任何制约。

本发明实施例使用的浸润剂各组分如下：

所述偶联剂A使用环氧基硅烷偶联剂，产品牌号为A-187；

所述偶联剂B使用乙烯基类硅烷偶联剂，产品牌号为A-172；

所述润滑剂使用PEG400；

所述成膜剂A为环氧树脂乳液，产品牌号为Neoxil961(生产厂家：荷兰DSM公司)

所述成膜剂B为环氧树脂乳液，产品牌号为Neoxil8294(生产厂家：荷兰DSM公司)

所述pH值调节剂采用醋酸。

下表为具体的配方实例和按照一定的玻璃纤维生产工艺所生产出的4400Tex直接纱的具体测试结果。本发明实施例中，水的含量占浸润剂总质量的92％，其中的数值均为各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的百分比。

从以上的配方测试实例，我们可以从中看出，通过对组分和组分含量的设计，我们可以得到合乎要求的浸润剂，其中尤以实例3、4效果更佳。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明实施例根据抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的技术特点，通过浸润剂原料的选择，配方的优化，采用合适的玻璃纤维生产工艺，生产出满足该领域需求的无碱玻璃纤维直接纱产品。

Claims

1.一种玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，所述浸润剂由偶联剂A、偶联剂B、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、pH值调节剂和去离子水制成，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的5～10％，余量为水；所述偶联剂A是含环氧基的硅烷偶联剂，所述偶联剂B是含乙烯基的硅烷偶联剂；所述润滑剂采用水溶性的PEG类润滑剂；所述成膜剂A为环氧乳液A，环氧乳液A中环氧树脂的环氧当量在180-300；所述成膜剂B是环氧乳液B，环氧乳液B中环氧树脂的环氧当量在500-1500；所述的pH值调节剂为酸；下列各组分含量以其用量占浸润剂固体质量的百分比例表示如下，若组分以分散体系形式加入，则其用量以其固体质量计：

2.如权利要求1所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：下列各组分含量表示如下：

3.如权利要求2所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：下列各组分含量表示如下：

4.如权利要求3所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：偶联剂A和偶联剂B的用量之比为1:1.4-1.5。

5.如权利要求3或4所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：成膜剂A和成膜剂B的用量之比以各自的固体质量之比计为1:0.7-1.1。

6.如权利要求1～5之一所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：硅烷偶联剂A是γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；硅烷偶联剂B是乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。

7.如权利要求1～5之一所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：润滑剂为PEG400。

8.如权利要求1～5之一所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：成膜剂A中的环氧树脂的当量在200～300之间；成膜剂B中环氧树脂的当量在500～900之间。

9.如权利要求1～5之一所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：pH值调节剂为醋酸。

10.如权利要求1～5之一所述的玻璃钢抽油杆用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：硅烷偶联剂A是γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；硅烷偶联剂B是乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷；润滑剂为PEG400；成膜剂A中的环氧树脂的当量在200～300之间；成膜剂B中环氧树脂的当量在500～900之间；pH值调节剂为醋酸。