摘　要：環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氧樹脂的固化機理及環氧樹脂專用玻璃纖維的生產工藝。
關鍵詞：玻璃纖維；環氧樹脂；高壓管
　　
　　目前，我國東部油田多已進入后期開發，為了穩定原油生產，各油田普遍采用注水工藝來增加地層能量，提高產液量，從而達到穩產增產的目的。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。根據國內某油田的調查研究表明，在回注的污水中含有大量的腐蝕性物質(如H₂S、SO₂、NaCl、Ca²⁺等)，對金屬存在腐蝕，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重腐蝕問題，使用復合材料技術是目前采用的主要方法之一。復合材料是由基體材料和增強材料復合而成的多相體系固體材料，能夠充分發揮各組分材料的特點和潛力，通過各組分的合理匹配和協同作用，呈現出原來單一材料所不具有的優異性能，并能克服單一材料在使用上的性能弱點，從而達到對材料某些性能的綜合要求。環氧玻璃鋼高壓管作為使用較為廣泛的替代產品之一，已經在地面油氣集積和輸送管線中得到應用。

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的鋼管相比，除具備復合材料本身特性外，還具備以下優點：
　　(1)優良的耐腐蝕性能。對各種強酸強堿、無機鹽溶液、氧化介質、H₂S、聚合物溶液、CO₂有機溶劑等都具有良好的耐受性。由于采用樹脂基玻璃纖維復合，高壓玻璃鋼管的電絕緣性能優異，不會產生電化學腐蝕。
　　(2)耐疲勞性能好，使用壽命長。其設計使用壽命可達到30~50 a。
　　(3)內壁光滑，介質輸送阻力小。由于模具表面光潔度高，制成的管道內壁哈森―威廉姆斯系數高達150，且其不結垢的特性使管內壁的光潔度不會隨時間而改變。
　　(4)良好的保溫性能。導熱系數僅為碳鋼的10％，是不銹鋼的30％。不僅在許多原油輸送場合可以直接使用，不必另設保溫層，而且減少了原油在輸送管中的石蠟沉淀。
　　(5)安裝、運輸方便，免維護。玻璃鋼的密度約為2.0，約為鋼的1／4，搬運、安裝都非常方便。
　　(6)抗菌性能好，不易寄生有機物。這一點對于二次和三次采油過程中使用的聚合物和微生物驅油技術非常有利。

2　環氧樹脂的固化機理

　　環氧樹脂(Epoxy Resins)是泛指含有2個或2個以上環氧基，以脂肪族、脂環族芳香族鏈段為主鏈的高分子預聚物，典型的環氧樹脂是雙酚A型環氧樹脂。環氧樹脂的粘結強度和內聚強度高，耐腐蝕性及介電性能優異，有良好的粘結性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、機械、交通等各個領域。環氧樹脂是高壓玻璃鋼管生產采用廣的基體樹脂。
　　生產環氧高壓管常用的樹脂固化體系為環氧／酸酐固化體系、環氧朋旨環胺固化體系、環氧／芳香胺固化體系。
　　在無催化劑存在時，環氧樹脂和酸酐反復進行開環-酯化-醚化，直到環氧樹脂交聯固化。具體過程如下 ：
　　(1)由環氧樹脂的羥基與酸酐反應生成含酯鏈的羧酸：

　　(2)羧酸和環氧樹脂的環氧基開環加成反應生成仲羥基：

　　(3)生成的仲羥基再與另一個環氧基反應：

　　反應中仲羥基也存在與另一個酸酐反應，重復以上步驟，終引起環氧樹脂的固化。

3　玻璃纖維生產工藝

　　根據化學中的“相似相容”原理和環氧樹脂的固化機理，選擇環氧硅烷偶聯劑、環氧乳液、多羥基化合物作為浸潤劑的主成分，來解決玻璃纖維與樹脂的結合問題，以使玻纖能夠滿足環氧管道纏繞生產工藝的要求。
　　環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，經涂覆由上述成分組成的浸潤劑后拉制成型。其工藝流程見附圖。

　　我們采用研制的專用無堿玻纖和環氧管道專用生產機組制備玻纖增強環氧管，即將玻纖經過張力散開，通過環氧樹脂體系浸潤，按照管道設計要求纏繞，經高溫固化成型，并對管道進行力學性能檢測。靜水壓按照GB／T6111―2003進行測試，短時失效壓力按照GB/T6111―2003進行測試，玻璃化轉變溫度按照JC/T9466.2―2004測試。結果見附表。

　　實驗結果證實，環氧專用玻纖采用環氧基硅烷偶聯劑作為連接玻璃和樹脂的橋梁，使用環氧樹脂和富含羥基的聚乙二醇作為成膜劑的設想是正確的。通過大量實驗，優化了浸潤劑的佳配比和拉絲、烘干工藝參數，使產品更加符合生產工藝的各個流程。目前環氧樹脂用無捻粗紗已被江蘇、山東等地采用。

4　結語

　　隨著環氧高壓玻璃鋼管生產丁藝的不斷成熟，以及市場認知度的提高，環氧高壓玻璃鋼管必將在油田上得到應用。