碳纤维高性能复合管及其制备方法与流程

1.本发明涉及石油生产中一种管材，具体涉及碳纤维高性能复合管及其制备方法。


背景技术：

2.碳纤维材料具有优良的光学性能、电磁性能、导热性能和力学性能，可广泛应用于结构材料等领域，该制作工艺探讨的是碳纤维材料在环氧玻璃钢体系中的运用。
3.环氧树脂（ep）作为常用的树脂基体，具有优异的粘接性能、力学强度、耐热性和介电性等特点，但其固化后含有大量环氧基，交联密度过高，故所得制品呈脆性，并且耐冲击性、导电性和导热性等较差；而碳纤维材料是世界上最坚硬的物质，并具有优异的导电性和导热性。因此，将碳纤维材料和ep复配后制成的复合材料兼具两者的优点，具有良好的应用价值。
4.北方集团公司自2018年起就组织技术力量，开展碳纤维高性能复合管的研发，经过多年摸索，产品性能逐步稳定，已初步在胜利油田进行推广试验。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题针对现有技术的不足，提供碳纤维高性能复合管及其制备方法，该碳纤维高性能复合管具有良好的耐冲击性、导电和导热性。
6.为解决上述技术问题本发明的技术方案为：碳纤维高性能复合管，其特征在于：包括导电及气密层，所述导电及气密层外套接有加强保护层，导电及气密层和加强保护层为一体结构。
7.以下是对上述技术方案的进一步改进：碳纤维高性能复合管的制备方法，包括以下步骤：步骤一：备料，准备下列重量份的原料：环氧树脂15份、玻璃纤维100份、碳纤维毡10份，碳纤维10份，芳香胺固化剂12份，亨斯曼t5000增韧剂1-3份；步骤二：搅拌，将上述重量份的环氧树脂、芳香胺固化剂、亨斯曼t5000增韧剂搅拌均匀，搅拌3-10分钟，得环氧树脂搅拌物作为胶液；步骤三：铺毡，将上述重量份的碳纤维毡放置于胶液中预浸透处理0.5-3分钟，得浸胶碳纤维毡，将浸胶碳纤维毡平行穿过挡纱板，缠绕到模具上，形成导电及气密层；步骤四：穿纱，将上述重量份的玻璃纤维和碳纤维放置于胶液中预浸透处理0.5-3分钟，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，再通过纱梳，得浸胶纤维；步骤五：复合,将步骤四中浸胶纤维缠绕在导电及气密层外，形成加强保护层，加强保护层和导电及气密层复合成一体结构；步骤六：固化，将步骤五所得产物，分段升温固化30-60分钟；步骤七：成型，将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线。
8.以下是对上述技术方案的进一步改进：碳纤维高性能复合管的制备方法，其特征在于：碳纤维高性能复合管的制作方法，
包括以下步骤：步骤一：备料，准备下列重量份的原料：环氧树脂15份、玻璃纤维100份、碳纤维毡10份，碳纤维10份，芳香胺固化剂12份，亨斯曼t5000增韧剂1-3份；步骤二：搅拌，将上述重量份的环氧树脂、芳香胺固化剂、亨斯曼t5000增韧剂搅拌均匀，搅拌5分钟，得环氧树脂搅拌物作为胶液；步骤三：铺毡，将上述重量份的碳纤维毡放置于胶液中预浸透处理0.5-3分钟，得浸胶碳纤维毡，将浸胶碳纤维毡平行穿过挡纱板，缠绕到模具上，形成导电及气密层；步骤四：穿纱，将上述重量份的玻璃纤维和碳纤维放置于胶液设备中预浸透处理0.5-3分钟，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，再通过纱梳，得浸胶纤维；步骤五：复合,将步骤四中浸胶纤维缠绕在导电及气密层外，形成加强保护层，加强保护层和导电及气密层复合成一体结构；步骤六：固化，将步骤五所得产物，分段升温固化50分钟；步骤七：成型，将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线。
9.以下是对上述技术方案的进一步改进：碳纤维高性能复合管的制备方法，步骤四中将玻璃纤维和碳纤维放置于胶液中预浸透的温度在30℃至40℃之间。
10.步骤六中在温度90-180℃下固化50分钟。
11.步骤四中：穿纱中，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，再通过纱梳时，按照每20份玻璃纤维，在纱梳两边加2份碳纤维的比例添加。
12.步骤三铺毡中胶液的温度控制在30℃至40℃之间。
13.铺毡实际上是导电及气密层制作，提高管道气密性、耐腐蚀性和导电能力；碳纤维毡具有很大的表比面积，加上碳纤维的分子级的分散，可与聚合物之间形成很强的界面作用，羟基等官能团和制作过程均会使碳纤维变成褶皱的状态，这些纳米级的不平整可增强碳纤维毡与聚合物链之间的相互作用。
14.官能团化碳纤维表面含有羟基，羧基等化学原子团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。
15.经测试发现碳纤维在环氧树脂中形成了二维网络结构更有利于提高复合材料电导率，大大增强了复合材料力学和耐热性能。
16.通过实验发现，对比环氧玻璃钢管道；复合材料拉伸强度和模量分别提高了96.42％和93.28％；粘贴剪切强度和模量分别提高了42.56％和31.98％，璃化转变温度（th值）提高8.6℃。
17.经国家石油装备产品质量检验检测中心检测，径向抗压试验，在温度为24度时，当力值为64.66kn时，样品管发生损坏；检验报告编号w2021（jx）gsyzb00397。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识，附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图中：1-导电及气密层；2-加强保护层。
具体实施方式
21.实施例1，如附图1所示，碳纤维高性能复合管，包括导电及气密层1，所述导电及气密层外套接有加强保护层2，导电及气密层1和加强保护层2为一体结构。
22.碳纤维高性能复合管的制备方法，包括以下步骤：步骤一：备料，准备下列重量份的原料：环氧树脂15份、玻璃纤维100份、碳纤维毡10份，碳纤维10份，芳香胺固化剂12份，亨斯曼t5000增韧剂1-3份；步骤二：搅拌，将上述重量份的环氧树脂、固化剂、增韧剂搅拌均匀，搅拌5分钟，得环氧树脂搅拌物作为胶液；步骤三：铺毡，将上述重量份的碳纤维毡放置于胶液中预浸透处理0.5-3分钟，得浸胶碳纤维毡，将浸胶碳纤维毡平行穿过挡纱板，缠绕到模具上，形成导电及气密层；步骤四：穿纱，将上述重量份的玻璃纤维和碳纤维放置于胶液设备中预浸透处理0.5-3分钟，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，再通过纱梳，得浸胶纤维；步骤五：复合,将步骤四中浸胶纤维缠绕在导电及气密层外，形成加强保护层，加强保护层和导电及气密层复合成一体结构；步骤六：固化，将步骤五所得产物，分段升温固化50分钟；步骤七：成型，将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线。
23.步骤四中将玻璃纤维和碳纤维放置于胶液中预浸透的温度在30℃至40℃。
24.步骤六中在温度90-180℃下固化50分钟。
25.试验，在温度为24度时，径向抗压力为64.66kn。
26.步骤四中：穿纱中，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，再通过纱梳时，按照每20份玻璃纤维，在纱梳两边加2份碳纤维的比例添加。
27.步骤三铺毡中胶液的温度控制在30℃至40℃之间。
28.碳纤维高性能复合管，包括导电及气密层，所述导电及气密层外套接有加强保护层；碳纤维毡具有很大的表比面积，加上碳纤维的分子级的分散，可与聚合物之间形成很强的界面作用，羟基等官能团和制作过程均会使碳纤维变成褶皱的状态，这些纳米级的不平整可增强碳纤维毡与聚合物链之间的相互作用。
29.官能团化碳纤维表面含有羟基，羧基等化学原子团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。
30.测试发现碳纤维高性能复合管在环氧树脂中形成了二维网络结构更有利于提高复合材料电导率，大大增强了复合材料力学和耐热性能。
31.通过实验发现，对比环氧玻璃钢管道；复合材料拉伸强度和模量分别提高了96.42％和93.28％；粘贴剪切强度和模量分别提高了42.56％和31.98％，璃化转变温度（th值）提高8.6℃。
32.经国家石油装备产品质量检验检测中心检测，径向抗压试验，在温度为24度时，当力值为64.66kn时，样品管发生损坏；检验报告编号w2021（jx）gsyzb00397。
33.平行铺设纱梳中20支玻璃纤维，在纱梳两边加2根碳纤维，提高管线导电性能。
34.将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线；成型后，对碳纤维高性能复合管进行黄夹克保温，防止轻微磕碰造成本体形成薄弱点，提高安全系数。
35.在具体施工时有两种连接方式：主要有螺纹和粘接2种形式，分别如下：1.螺纹连接：api螺纹连接方式，工厂生产时按照锥度比例1：16进行磨锥制作螺纹，现场施工时，厂家
配置技术人员现场全程指导，配备专用密封脂和加强填料；2.粘接连接：胶粘连接方式，工厂生产时按照锥度比例进行磨锥，施工胶粘连接，厂家配置技术人员现场全程指导，配备专用胶粘剂;目前环氧玻璃钢管线产品在搬运、运输、安装等过程中容易磕碰造成质量问题，加入碳纤维材料后的产品在硬度方面能满足使用要求。
36.可普遍运用于油田输气，煤层气市场，在山西、四川和新疆预计年需求量在10亿元左右，有较为广泛的推广价值；本实施例为最优实施例。
37.实施例2，如附图1所示，碳纤维高性能复合管，包括导电及气密层1，所述导电及气密层外套接有加强保护层2，导电及气密层1和加强保护层2为一体结构。
38.碳纤维高性能复合管的制备方法，包括以下步骤：步骤一：备料，准备下列重量份的原料：环氧树脂15份、玻璃纤维100份、碳纤维毡10份，碳纤维10份，芳香胺固化剂12份，亨斯曼t5000增韧剂1-3份；步骤二：搅拌，将上述重量份的环氧树脂、芳香胺固化剂、亨斯曼t5000增韧剂搅拌均匀，搅拌3-10分钟，得环氧树脂搅拌物作为胶液；步骤三：铺毡，将上述重量份的碳纤维毡放置于胶液中预浸透处理0.5分钟，得浸胶碳纤维毡，将浸胶碳纤维毡平行穿过挡纱板，缠绕到模具上，形成导电及气密层；步骤四：穿纱，将上述重量份的玻璃纤维和碳纤维放置于胶液中预浸透处理0.5分钟，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，再通过纱梳，得浸胶纤维；步骤五：复合,将步骤三中浸胶纤维缠绕在导电及气密层外，形成加强保护层，加强保护层和导电及气密层复合成一体结构；步骤六：固化，将步骤五所得产物，分段升温固化30分钟；步骤七：成型，将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线。
39.步骤三铺毡中胶液的温度控制在30℃至40℃之间。
40.将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线；成型后，对碳纤维高性能复合管进行黄夹克保温，防止轻微磕碰造成本体形成薄弱点，提高安全系数。
41.在具体施工时有两种连接方式：主要有螺纹和粘接2种形式，分别如下：1.螺纹连接：api螺纹连接方式，工厂生产时按照锥度比例1：16进行磨锥制作螺纹，现场施工时，厂家配置技术人员现场全程指导，配备专用密封脂和加强填料；2.粘接连接：胶粘连接方式，工厂生产时按照锥度比例进行磨锥，施工胶粘连接，厂家配置技术人员现场全程指导，配备专用胶粘剂;目前环氧玻璃钢管线产品在搬运、运输、安装等过程中容易磕碰造成质量问题，加入碳纤维材料后的产品在硬度方面能满足使用要求。可普遍运用于油田输气，煤层气市场，在山西、四川和新疆预计年需求量在10亿元左右，有较为广泛的推广价值。实施例3，如附图1所示，碳纤维高性能复合管，包括导电及气密层1，所述导电及气密层外套接有加强保护层2，导电及气密层1和加强保护层2为一体结构。
42.碳纤维高性能复合管的制备方法，包括以下步骤：步骤一：备料，准备下列重量份的原料：环氧树脂15份、玻璃纤维100份、碳纤维毡10份，碳纤维10份，芳香胺固化剂12份，亨斯曼t5000增韧剂1-3份；步骤二：搅拌，将上述重量份的环氧树脂、芳香胺固化剂、亨斯曼t5000增韧剂搅拌均匀，搅拌10分钟，得环氧树脂搅拌物；步骤三：铺毡，将碳纤维毡放置于胶液设备中预浸透处理3分钟，得浸胶碳纤维毡，将浸胶碳纤维毡平行穿过挡纱板，缠绕到模具上；步骤四：穿纱，将玻璃纤维和碳纤维放置于胶液设备中预浸透处理3分钟，将处理后的玻璃纤维和碳纤维，平行穿过挡纱板，得浸胶纤维；步骤五：复合,将步骤一所得环氧树脂搅拌物与步骤三中的浸胶纤维毡和步骤四中浸胶纤维复合得复合产物；步骤六：固化，将步
骤5所得产物，分段升温固化60分钟；步骤七：成型，将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线。
43.步骤三铺毡中胶液的温度控制在30℃至40℃之间。
44.将固化后的复合物然后冷却、脱模、切割制作成品管线；成型后，对碳纤维高性能复合管进行黄夹克保温，防止轻微磕碰造成本体形成薄弱点，提高安全系数。
45.在具体施工时有两种连接方式：主要有螺纹和粘接2种形式，分别如下：1.螺纹连接：api螺纹连接方式，工厂生产时按照锥度比例1：16进行磨锥制作螺纹，现场施工时，厂家配置技术人员现场全程指导，配备专用密封脂和加强填料；2.粘接连接：胶粘连接方式，工厂生产时按照锥度比例进行磨锥，施工胶粘连接，厂家配置技术人员现场全程指导，配备专用胶粘剂;目前环氧玻璃钢管线产品在搬运、运输、安装等过程中容易磕碰造成质量问题，加入碳纤维材料后的产品在硬度方面能满足使用要求。可普遍运用于油田输气，煤层气市场，在山西、四川和新疆预计年需求量在10亿元左右，有较为广泛的推广价值。