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摘　要：環(huán)氧高壓玻璃鋼管是一種代替鋼管的新材料，介紹了高壓玻璃鋼管道的特性及環(huán)氧樹脂的固化機(jī)理及環(huán)氧樹脂專用玻璃纖維的生產(chǎn)工藝。
關(guān)鍵詞：玻璃纖維；環(huán)氧樹脂；高壓管
　　
　　目前，我國東部油田多已進(jìn)入后期開發(fā)，為了穩(wěn)定原油生產(chǎn)，各油田普遍采用注水工藝來增加地層能量，提高產(chǎn)液量，從而達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的目的。由于我國淡水資源匱乏，所以在注水工藝中多采用污水回注。根據(jù)國內(nèi)某油田的調(diào)查研究表明，在回注的污水中含有大量的腐蝕性物質(zhì)(如H₂S、SO₂、NaCl、Ca²⁺等)，對(duì)金屬存在腐蝕，平均腐蝕速度為1～1.7 mm／a。為了解決目前各大油田存在的鋼管嚴(yán)重腐蝕問題，使用復(fù)合材料技術(shù)是目前采用的主要方法之一。復(fù)合材料是由基體材料和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的多相體系固體材料，能夠充分發(fā)揮各組分材料的特點(diǎn)和潛力，通過各組分的合理匹配和協(xié)同作用，呈現(xiàn)出原來單一材料所不具有的優(yōu)異性能，并能克服單一材料在使用上的性能弱點(diǎn)，從而達(dá)到對(duì)材料某些性能的綜合要求。環(huán)氧玻璃鋼高壓管作為使用較為廣泛的替代產(chǎn)品之一，已經(jīng)在地面油氣集積和輸送管線中得到應(yīng)用。

1　高壓玻璃鋼管的特性

　　采用玻璃纖維纏繞工藝制造的高壓玻璃鋼管與傳統(tǒng)的鋼管相比，除具備復(fù)合材料本身特性外，還具備以下優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)優(yōu)良的耐腐蝕性能。對(duì)各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿、無機(jī)鹽溶液、氧化介質(zhì)、H₂S、聚合物溶液、CO₂有機(jī)溶劑等都具有良好的耐受性。由于采用樹脂基玻璃纖維復(fù)合，高壓玻璃鋼管的電絕緣性能優(yōu)異，不會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
　　(2)耐疲勞性能好，使用壽命長(zhǎng)。其設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)到30~50 a。
　　(3)內(nèi)壁光滑，介質(zhì)輸送阻力小。由于模具表面光潔度高，制成的管道內(nèi)壁哈森―威廉姆斯系數(shù)高達(dá)150，且其不結(jié)垢的特性使管內(nèi)壁的光潔度不會(huì)隨時(shí)間而改變。
　　(4)良好的保溫性能。導(dǎo)熱系數(shù)僅為碳鋼的10％，是不銹鋼的30％。不僅在許多原油輸送場(chǎng)合可以直接使用，不必另設(shè)保溫層，而且減少了原油在輸送管中的石蠟沉淀。
　　(5)安裝、運(yùn)輸方便，免維護(hù)。玻璃鋼的密度約為2.0，約為鋼的1／4，搬運(yùn)、安裝都非常方便。
　　(6)抗菌性能好，不易寄生有機(jī)物。這一點(diǎn)對(duì)于二次和三次采油過程中使用的聚合物和微生物驅(qū)油技術(shù)非常有利。

2　環(huán)氧樹脂的固化機(jī)理

　　環(huán)氧樹脂(Epoxy Resins)是泛指含有2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基，以脂肪族、脂環(huán)族芳香族鏈段為主鏈的高分子預(yù)聚物，典型的環(huán)氧樹脂是雙酚A型環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度和內(nèi)聚強(qiáng)度高，耐腐蝕性及介電性能優(yōu)異，有良好的粘結(jié)性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、交通等各個(gè)領(lǐng)域。環(huán)氧樹脂是高壓玻璃鋼管生產(chǎn)采用廣的基體樹脂。
　　生產(chǎn)環(huán)氧高壓管常用的樹脂固化體系為環(huán)氧／酸酐固化體系、環(huán)氧朋旨環(huán)胺固化體系、環(huán)氧／芳香胺固化體系。
　　在無催化劑存在時(shí)，環(huán)氧樹脂和酸酐反復(fù)進(jìn)行開環(huán)-酯化-醚化，直到環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化。具體過程如下 ：
　　(1)由環(huán)氧樹脂的羥基與酸酐反應(yīng)生成含酯鏈的羧酸：

　　(2)羧酸和環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基開環(huán)加成反應(yīng)生成仲羥基：

　　(3)生成的仲羥基再與另一個(gè)環(huán)氧基反應(yīng)：

　　反應(yīng)中仲羥基也存在與另一個(gè)酸酐反應(yīng)，重復(fù)以上步驟，終引起環(huán)氧樹脂的固化。

3　玻璃纖維生產(chǎn)工藝

　　根據(jù)化學(xué)中的“相似相容”原理和環(huán)氧樹脂的固化機(jī)理，選擇環(huán)氧硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧乳液、多羥基化合物作為浸潤(rùn)劑的主成分，來解決玻璃纖維與樹脂的結(jié)合問題，以使玻纖能夠滿足環(huán)氧管道纏繞生產(chǎn)工藝的要求。
　　環(huán)氧樹脂用無堿玻纖采用大型池窯熔制、2000孔漏板的拉絲工藝，經(jīng)涂覆由上述成分組成的浸潤(rùn)劑后拉制成型。其工藝流程見附圖。

　　我們采用研制的專用無堿玻纖和環(huán)氧管道專用生產(chǎn)機(jī)組制備玻纖增強(qiáng)環(huán)氧管，即將玻纖經(jīng)過張力散開，通過環(huán)氧樹脂體系浸潤(rùn)，按照管道設(shè)計(jì)要求纏繞，經(jīng)高溫固化成型，并對(duì)管道進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。靜水壓按照GB／T6111―2003進(jìn)行測(cè)試，短時(shí)失效壓力按照GB/T6111―2003進(jìn)行測(cè)試，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度按照J(rèn)C/T9466.2―2004測(cè)試。結(jié)果見附表。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，環(huán)氧專用玻纖采用環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑作為連接玻璃和樹脂的橋梁，使用環(huán)氧樹脂和富含羥基的聚乙二醇作為成膜劑的設(shè)想是正確的。通過大量實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了浸潤(rùn)劑的佳配比和拉絲、烘干工藝參數(shù)，使產(chǎn)品更加符合生產(chǎn)工藝的各個(gè)流程。目前環(huán)氧樹脂用無捻粗紗已被江蘇、山東等地采用。

4　結(jié)語

　　隨著環(huán)氧高壓玻璃鋼管生產(chǎn)丁藝的不斷成熟，以及市場(chǎng)認(rèn)知度的提高，環(huán)氧高壓玻璃鋼管必將在油田上得到應(yīng)用。