CN106702590A - 一种聚乳酸/碳纤维复合缆绳的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用低温成型预浸料技术制备特种碳纤维缆绳的方法，属于高分子材料领域。将碳纤维先经丙酮处理超声后，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，提高碳纤维与聚乳酸的结合力。将预处理过的碳纤维经表面聚乳酸涂层，编织机编制12股绳索，在（50~65℃）低温范围内成型，成为高强度碳纤维缆绳。本发明生产出的缆绳具有使用方便、强度高、耐腐蚀耐磨、极好的韧性和弯曲性、使用寿命长等优点浸胶。所制备的碳纤维缆绳主要用于油气勘探领域。

Description

一种聚乳酸/碳纤维复合缆绳的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种利用低温成型预浸料技术制备油气勘探特种纤维缆绳的工艺，主要应用于油气勘探领域。

背景技术：

随着石油和天然气在易开发陆地及浅海资源的急剧减少，石油气田勘探逐渐向超深采油发展，对相关绳索要求越来越高，由于碳纤维复合材料具有弯曲刚性高，极限强度大、耐腐蚀性强、易于修补、抗冲击性强、热膨胀系数和导热性低、质量轻又无浮力等诸多优点，能极大克服传统钢丝绳索密度大、难扭结、易生锈和传统化学纤维绳索强力低、延伸大易老化等弱点。碳纤维复合缆绳被成功应用于石油开采业。

对于纤维复合缆绳增强纤维是复合材料的承载者，高的纤维含量对获得复合材料是有利的。聚乳酸系统是基体材料，它能使增强纤维交结在一起并传递载荷，这就存在一个聚乳酸基体材料与增强纤维材料的最佳比例，而这个比例主要取决于增强纤维的横截面积，通常增强纤维含量超过70%时，增强纤维相互接触会导致性能下降。纤维含量在60%左右能到到最佳配合。常规的做法是按增强纤维于聚乳酸基体的体积比50:50制备预浸料，固化成型过程中有约5~10%的聚乳酸基体流掉，固化成型后的复合材料可达到适当的聚乳酸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，增大碳纤维与聚乳酸的接触面积，提高复合材料的相容性，经纤维张力器进行均匀张力，多束纤维加捻合股，将加捻后的多股纤维根据绳索规格要求进行多股均匀张力合股，以并好股的单股束再经均匀张力，用编织机编制12股绳索。编制的12股绳索为了提高绳索耐磨性和延长使用寿命，再经表面聚乳酸涂层。烘干定型，成为高强度纤维缆绳。并进一步增强复合材料力学性能。但现有的碳纤维缆绳的生产方法，有的在每个生产工艺环节中未采用张力工艺，导致高强纤维的强力利用率不高，有的采用小股浸聚乳酸，使聚乳酸含量增多，导致绳索拉力下降；有的设备投资较大，溶剂回收较难不利于环保。并且，现有方法生产的碳纤维缆绳价格也较高。而利用低温成型预浸料技术，可以降低加工技术，而材料的力学性能能够得到进一步的提升。

发明内容：

利用低温成型预浸料制备油气勘探特种纤维缆绳，碳纤维直径为7μm，经丙酮超声和粗化两项预处理。合小股、浸聚乳酸、合大股，编织缆绳，在（50~65℃）低温范围内成型，经过Lago45乳液处理。

本发明的制备方法包括以下步骤：

1) 按比例制备聚乳酸基体：聚乳酸（30~40%）、甲基四氢苯酐（5~10%）、增韧剂（0.1~0.3%）。将配制好的聚乳酸基体倒入热熔胶膜机胶槽内，调整工艺参数。

2) 碳纤维预处理，先经丙酮超声，再进行粗化预处理。

3) 将预处理过的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），经12股编织机编织中股成缆绳，在（50~65℃）低温范围内成型。

4) 将上述碳纤维束经Lago45乳液进行涂敷处理。

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聚乳酸基体的热熔胶膜机胶槽内，聚乳酸30份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将聚乳酸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,将浸料过的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度15n/m，采用12股编织机编织中股成缆绳，在（50~65℃）低温范围内成型，经Lago45乳液涂敷处理。

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聚乳酸基体的热熔胶膜机胶槽内，聚乳酸35份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将聚乳酸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，将预浸料的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度15n/m，采用12股编织机编织中股成缆绳，在（50~65℃）低温范围内成型，经Lago45乳液涂敷处理。

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聚乳酸基体的热熔胶膜机胶槽内，聚乳酸40份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将聚乳酸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，将浸料过的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度15n/m，采用12股编织机编织中股成缆绳，在（50~65℃）低温范围内成型，经Lago45乳液涂敷处理。

实施例四

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聚乳酸基体的热熔胶膜机胶槽内，聚乳酸40份，甲基四氢苯酐10份，增韧剂0.3份。将聚乳酸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，将预浸料的碳纤维丝束经加捻机加捻，加捻速度为15n/m，采用12股编织机编织中股成缆绳。经Lago45乳液涂敷处理。

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 (5)

1.本发明提供一种制备油气勘探特种纤维缆绳的制备方法，其特征在于所诉的碳纤维直径为7μm，需经丙酮超声和粗化两项预处理;碳纤维为大丝束，线密度为3.97~4.32g/m，无捻，经合股机合成小股、浸胶聚乳酸、通过编织机编织成缆绳，在（50~65℃）低温范围内成型，再经过Lago45乳液进行表面处理。

2.根据低温成型预浸料技术制备油气勘探特种纤维缆绳的方法中，浸聚乳酸，将前述小股浸聚乳酸，将多余的聚乳酸挤出。

3.根据低温成型预浸料技术制备油气勘探特种纤维缆绳的方法中，其特征在于：预浸料基体中聚乳酸的质量百分数为30%~40%，碳纤维的质量百分数为50%~60%。

4.根据低温成型预浸料技术制备油气勘探特种纤维缆绳的方法中，编织过程采用12股编织机中股成缆绳。

5.根据低温成型预浸料技术制备油气勘探特种纤维缆绳的方法中，预拉，在缆绳编织结束后，在聚乳酸尚未干时，在超过缆绳设计的实际使用张力的拉力下，对整条缆绳进行预拉，预拉时间60秒，将缆绳收到绳盘上凉干;其特征在于预拉的拉力为缆绳设计的实际使用张力的2-3倍。