一种管道用玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种管道用玻璃纤维浸润剂，浸润剂非水部分的总质量占浸润剂总质量的5.5％～7.5％，余量为水；浸润剂中各组分非水部分的质量占浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂5％～25％；成膜剂50％～85％；润滑剂3％～20％；表面活性剂2％～15％；抗老化剂1％～10％；pH值调节剂1％～10％。采用该浸润剂生产的玻璃纤维纱线集束性好、毛羽少，非常适合于高张力下的缠绕过程；在环氧树脂中浸透快速、完全；与环氧树脂的相容性非常好，制备出的复合材料管道具有非常优异的力学性能以及极佳的耐水煮性能。

Glass fiber soaking agent for pipeline and preparation method and application thereof

The invention provides a glass fiber sizing agent for pipeline, the total mass of the non-water part of the sizing agent accounts for 5.5%-7.5% of the total mass of the sizing agent, and the remainder is water; the mass percentage of the non-water part of the sizing agent to the total mass of the non-water part of the sizing agent is expressed as follows: the silane coupling agent 50%-25%; 85%; lubricant 3% ~ 20%; surfactant 2% ~ 15%; anti-aging agent 1% ~ 10%; pH regulator 1% ~ 10%. The fiberglass yarn produced with this sizing agent has good clustering property and fewer hairiness, so it is very suitable for winding process under high tension; it is soaked rapidly and completely in epoxy resin; it has good compatibility with epoxy resin, and the composite pipe has excellent mechanical properties and excellent boiling resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种管道用玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及玻璃纤维浸润剂
，尤其涉及一种管道用玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用。
技术介绍
石化能源对于工业化而言非常重要。在工业化的开始阶段，石化能源就占据了非常重要的位置；在上个世纪20年代，油田开采迎来了第一个井喷期。原油的输送基本上通过管道完成，最早的高压管道主要以钢铁为主体，但是在使用过程中存在腐蚀问题，而且钢铁密度大不利于施工安装。上个世纪50年代，油田项目中陆续出现了复合材料管道；相比于传统的钢铁管道，复合材料管道具有优良的耐腐蚀性能、高耐久性、轻质高强和安装维修方便等特点；解决了油田钢管存在的严重腐蚀问题，与其它防腐蚀措施对比，综合成本低，技术经济效益好。随着石化能源的大规模开采以及使用，世界上越来越多的油田已经过了丰产期，很多的油田已经进入了二次开采甚至三次开采阶段。到目前为止，油田的二次开采主要以向油田中注水使得原油富集再开发为主。在向油田注水的过程中新建大量的管道用于水的输送，这些管道要求能耐一定的高压以确保水的流量和注入时的压力，因而复合材料高压管道在近几年迎来了大发展，据统计，大庆油田需要新增注水管道500km，因而复合材料高压管道未来前景被广泛看好。复合材料管道由于是由玻璃纤维和树脂基体两相组成，存在界面，像石油管道长期暴露在室外或者深埋地下会受到水分长期的影响，这些水分在长期作用下会渗透到玻璃纤维与树脂基体的界面之间而影响和破坏玻璃纤维与树脂的界面结合作用，从而导致管道整体的性能下降，严重的甚至会出现破裂、泄露等问题。高压输水管道由于长期浸泡在水中，这方面的影响会更大。因而提高复合材料管道的长期耐水性能是高压管道领域重点关注以及迫切需要解决的问题。目前几乎所有大型的高压管道生产商以及玻璃纤维生产公司都想解决这个问题，但是都没有成熟的方案来完全解决这个问题。由于长期浸水观察管道破坏情况需要很长的时间，所以目前主流的测试方法就是对水进行升温来加速这个过程，这个方法已经被几乎所有的大管道公司所使用。目前行业领域内已经达成共识，即提升玻璃纤维与树脂基体之间的界面结合作用能充分地防止水分的渗透以及水分对于界面结合的破坏作用。因而，如何通过优化调整浸润剂配方以提高玻璃纤维与树脂的界面结合，最终提高管道耐水煮性能具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种管道用玻璃纤维浸润剂，采用该浸润剂生产的玻璃纤维纱线集束性好、毛羽少，非常适合于高张力下的缠绕过程；在环氧树脂中浸透快速、完全；与环氧树脂的相容性非常好，制备出的复合材料管道具有非常优异的力学性能以及极佳的耐水煮性能。根据本专利技术的一个方面提供一种管道用玻璃纤维浸润剂，所述浸润剂包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、抗老化剂、pH值调节剂和水；其中，所述浸润剂非水部分的总质量占所述浸润剂总质量的5.5％～7.5％，余量为水；所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：其中，所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：其中，所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：其中，所述偶联剂为酰胺硅烷偶联剂。其中，所述成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的组合物；所述第一成膜剂为分子量为2000-3000的双酚A型环氧乳液；所述第二成膜剂为分子量为300-600的双酚A型环氧乳液。其中，所述第一成膜剂与所述第二成膜剂的质量比为2～1：1。其中，所述润滑剂为硅油类润滑剂；所述表面活性剂为季铵盐类表面活性剂；所述抗老化剂为铵盐；所述pH值调节剂采用冰醋酸、柠檬酸、草酸、硼酸中的一种或多种。其中，所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：其中，所述硅烷偶联剂为酰胺硅烷偶联剂；所述成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的组合物，所述第一成膜剂为分子量为2000-3000的双酚A型环氧乳液，所述第二成膜剂为分子量为300-600的双酚A型环氧乳液；所述润滑剂为硅油类润滑剂；所述表面活性剂为季铵盐类表面活性剂；所述抗老化剂为铵盐；所述pH值调节剂采用冰醋酸、柠檬酸、草酸、硼酸中的一种或几种。本专利技术中，硅烷偶联剂为酰胺硅烷偶联剂。本专利技术适用的硅烷偶联剂的产品牌号有AX-105、SA-102A等，优选为SA-102A。偶联剂具有较大的反应活性，其活性基团可以与玻璃纤维表面的羟基反应，形成Si-O-Si键；同时偶联剂分子能弥补玻璃纤维在拉丝过程中产生的微裂纹，起到保护玻璃纤维的作用。此外，偶联剂起到玻璃纤维与后续基体树脂间的“桥梁”作用，其中，羟基能与玻璃纤维上的羟基结合，而R基团则能与基体树脂上的官能团发生相互作用，因而它是决定玻璃纤维强度以及玻璃钢制品强度的关键因素。选择合适的偶联剂，不仅能提高玻璃纤维本身以及所制备的玻璃钢产品的机械性能，还可以降低玻璃纤维的生产成本。本专利技术中优先选用的SA-102A，其具有活性非常高的酰胺基团，能与环氧树脂发生反应，形成非常稳定的键，从而加强玻璃纤维与树脂的界面结合作用。因而它是本专利技术中提高复合材料水煮性能关键的因素之一。偶联剂的添加量要有一个合理的范围，添加太少，会造成界面桥接作用不够，而影响玻璃纤维与树脂基体的界面结合，从而导致复合材料力学性能不足；添加太多，相应的活性组分已经饱和，就会造成浪费，增加玻璃纤维制造成本。通过实验研究，在本专利技术中，硅烷偶联剂在非水组分中的含量为5％～25％，优选7％～23％，进一步优选10％～21％，最优选12％～16％。成膜剂是浸润剂中最重要的成分之一，对玻璃纤维的耐磨性以及后续加工性能起着主导性的作用。同时，成膜剂也起到保护玻璃纤维拉丝过程以及提高玻璃纤维与基体树脂的相容性的作用。选择合适的成膜剂，既能保证纱线的集束性和在后序使用中的顺畅性，又能确保玻璃纤维拥有快速浸透的性能，从而保证玻璃纤维与基体树脂混合均匀以及界面结合作用充分且完全，因而它也是本专利技术中提高复合材料水煮性能关键的因素之一，因而成膜剂在浸润剂配方配制中的含量需要占有绝对优势，要至少50％以上。常规玻璃纤维浸润剂的成膜剂主要有聚酯乳液、环氧乳液、聚烯烃乳液、聚氨酯类乳液、丙烯酸类乳液等几类。本专利技术使用的成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的组合物；其中，第一成膜剂采用分子量为2000-3000的双酚A型环氧乳液，第二成膜剂采用分子量为300-600的双酚A型环氧乳液两种双酚A环氧乳液。小分子环氧能确保玻璃纤维在环氧体系中的快速、完全浸透，大分子环氧能确保纱线的集束性和工艺顺畅性，在两者比例1：2～1区间时，制备的玻璃纤维各项工艺性能达到最优。本申请成膜剂其理论除水后的固含量部分在浸润剂非水部分中的含量为50％～85％，优选55％～80％，进一步优选56％～75％，最优选57％～73％。在这个范围之内，成膜剂不仅能保护玻璃纤维拉丝，而且还能确保玻璃纤维与基体树脂的相容性。本专利技术的润滑剂为硅油类润滑剂中的一种或两种的混合。润滑剂的使用主要是为满足玻璃纤维在拉丝、后处理以及使用过程的柔顺性，因而在后续使用中的顺畅性问题都是由它决定的。相比于常规的PEG类润滑剂，硅油润滑剂的滑爽性更好，因而在使用过程中顺畅性更好，能确保玻璃纤维适用于高张力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述浸润剂包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、抗老化剂、pH值调节剂和水；其中，所述浸润剂非水部分的总质量占所述浸润剂总质量的5.5％～7.5％，余量为水；所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：

【技术特征摘要】
1.一种管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述浸润剂包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、抗老化剂、pH值调节剂和水；其中，所述浸润剂非水部分的总质量占所述浸润剂总质量的5.5％～7.5％，余量为水；所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：2.如权利要求1所述的管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：3.如权利要求2所述的管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述浸润剂中各组分非水部分的质量占所述浸润剂非水部分的总质量的百分比表示如下：4.如权利要求1所述的管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述偶联剂为酰胺硅烷偶联剂。5.如权利要求1所述的管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的组合物；所述第一成膜剂为分子量为2000-3000的双酚A型环氧乳液；所述第二成膜剂为分子量为300-600的双酚A型环氧乳液。6.如权利要求5所述的管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述第一成膜剂与所述第二成膜剂的质量比为2～1：1。7.如权利要求1所述的管道用玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述润滑剂为硅油类润滑剂；所述表面活性剂为季铵盐类表面活性剂；所述抗老化剂为铵盐；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志坚，徐胜杰，费其锋，姚尧平，李明，高厚喜，范亮，马沛文，
申请(专利权)人：巨石集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33