摘　要：环氧高压玻璃钢管是一种代替钢管的新材料，介绍了高压玻璃钢管道的特性及环氧树脂的固化机理及环氧树脂专用玻璃纤维的生产工艺。
关键词：玻璃纤维；环氧树脂；高压管
　　
　　目前，我国东部油田多已进入后期开发，为了稳定原油生产，各油田普遍采用注水工艺来增加地层能量，提高产液量，从而达到稳产增产的目的。由于我国淡水资源匮乏，所以在注水工艺中多采用污水回注。根据国内某油田的调查研究表明，在回注的污水中含有大量的腐蚀性物质(如H₂S、SO₂、NaCl、Ca²⁺等)，对金属存在腐蚀，平均腐蚀速度为1～1.7 mm／a。为了解决目前各大油田存在的钢管严重腐蚀问题，使用复合材料技术是目前采用的主要方法之一。复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料，能够充分发挥各组分材料的特点和潜力，通过各组分的合理匹配和协同作用，呈现出原来单一材料所不具有的优异性能，并能克服单一材料在使用上的性能弱点，从而达到对材料某些性能的综合要求。环氧玻璃钢高压管作为使用较为广泛的替代产品之一，已经在地面油气集积和输送管线中得到应用。

1　高压玻璃钢管的特性

　　采用玻璃纤维缠绕工艺制造的高压玻璃钢管与传统的钢管相比，除具备复合材料本身特性外，还具备以下优点：
　　(1)优良的耐腐蚀性能。对各种强酸强碱、无机盐溶液、氧化介质、H₂S、聚合物溶液、CO₂有机溶剂等都具有良好的耐受性。由于采用树脂基玻璃纤维复合，高压玻璃钢管的电绝缘性能优异，不会产生电化学腐蚀。
　　(2)耐疲劳性能好，使用寿命长。其设计使用寿命可达到30~50 a。
　　(3)内壁光滑，介质输送阻力小。由于模具表面光洁度高，制成的管道内壁哈森―威廉姆斯系数高达150，且其不结垢的特性使管内壁的光洁度不会随时间而改变。
　　(4)良好的保温性能。导热系数仅为碳钢的10％，是不锈钢的30％。不仅在许多原油输送场合可以直接使用，不必另设保温层，而且减少了原油在输送管中的石蜡沉淀。
　　(5)安装、运输方便，免维护。玻璃钢的密度约为2.0，约为钢的1／4，搬运、安装都非常方便。
　　(6)抗菌性能好，不易寄生有机物。这一点对于二次和三次采油过程中使用的聚合物和微生物驱油技术非常有利。

2　环氧树脂的固化机理

　　环氧树脂(Epoxy Resins)是泛指含有2个或2个以上环氧基，以脂肪族、脂环族芳香族链段为主链的高分子预聚物，典型的环氧树脂是双酚A型环氧树脂。环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，有良好的粘结性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、机械、交通等各个领域。环氧树脂是高压玻璃钢管生产采用广的基体树脂。
　　生产环氧高压管常用的树脂固化体系为环氧／酸酐固化体系、环氧朋旨环胺固化体系、环氧／芳香胺固化体系。
　　在无催化剂存在时，环氧树脂和酸酐反复进行开环-酯化-醚化，直到环氧树脂交联固化。具体过程如下 ：
　　(1)由环氧树脂的羟基与酸酐反应生成含酯链的羧酸：

　　(2)羧酸和环氧树脂的环氧基开环加成反应生成仲羟基：

　　(3)生成的仲羟基再与另一个环氧基反应：

　　反应中仲羟基也存在与另一个酸酐反应，重复以上步骤，终引起环氧树脂的固化。

3　玻璃纤维生产工艺

　　根据化学中的“相似相容”原理和环氧树脂的固化机理，选择环氧硅烷偶联剂、环氧乳液、多羟基化合物作为浸润剂的主成分，来解决玻璃纤维与树脂的结合问题，以使玻纤能够满足环氧管道缠绕生产工艺的要求。
　　环氧树脂用无碱玻纤采用大型池窑熔制、2000孔漏板的拉丝工艺，经涂覆由上述成分组成的浸润剂后拉制成型。其工艺流程见附图。

　　我们采用研制的专用无碱玻纤和环氧管道专用生产机组制备玻纤增强环氧管，即将玻纤经过张力散开，通过环氧树脂体系浸润，按照管道设计要求缠绕，经高温固化成型，并对管道进行力学性能检测。静水压按照GB／T6111―2003进行测试，短时失效压力按照GB/T6111―2003进行测试，玻璃化转变温度按照JC/T9466.2―2004测试。结果见附表。

　　实验结果证实，环氧专用玻纤采用环氧基硅烷偶联剂作为连接玻璃和树脂的桥梁，使用环氧树脂和富含羟基的聚乙二醇作为成膜剂的设想是正确的。通过大量实验，优化了浸润剂的佳配比和拉丝、烘干工艺参数，使产品更加符合生产工艺的各个流程。目前环氧树脂用无捻粗纱已被江苏、山东等地采用。

4　结语

　　随着环氧高压玻璃钢管生产丁艺的不断成熟，以及市场认知度的提高，环氧高压玻璃钢管必将在油田上得到应用。