[发明专利]一种纤维增强复合材料连续抽油杆及其制备装置和方法

摘要

本发明公开一种纤维增强复合材料连续抽油杆，属于石油工业采油设备技术领域，采用依次层叠的三层结构，由内到外依次为内碳纤维层(A)、中间玻璃纤维层(B)和外玻璃纤维层(C)，所述内碳纤维层采用沿杆体轴向设置的单向碳纤维，所述中间玻璃纤维层采用沿杆体横向设置的H级玻璃纤维，中间玻璃纤维层双向缠绕或编织在所述内碳纤维层上，所述外玻璃纤维层采用沿杆体轴向设置的单向H级玻璃纤维，该抽油杆采用的树脂基体为环氧树脂体系，通过碳纤维和H级玻璃纤维作为增强材料；本发明还提供了该抽油杆的制备装置和方法。该抽油杆耐腐蚀性能好，使用接头少，成本低，断脱几率小，同时活塞效应小，且模量适中、便于卷绕，运输及作业使用方便。

主权项

1.一种纤维增强复合材料连续抽油杆的制备方法，其特征在于，该抽油杆杆体截面为圆形，采用依次层叠的三层结构，由内到外依次为内碳纤维层(A)、中间玻璃纤维层(B)和外玻璃纤维层(C)，所述内碳纤维层(A)采用沿杆体轴向设置的单向碳纤维，所述中间玻璃纤维层(B)采用沿杆体横向设置的H级玻璃纤维，中间玻璃纤维层(B)双向缠绕或编织在所述内碳纤维层(A)上，所述外玻璃纤维层(C)采用沿杆体轴向设置的单向H级玻璃纤维，该抽油杆采用的树脂基体为环氧树脂体系，通过碳纤维和H级玻璃纤维作为增强材料，制成的抽油杆杆体直径为16～32mm，连续长度≤5000m；该制备方法包括以下步骤：1)从放丝架(1)引出多束碳纤维和H级玻璃纤维，缠绕机或编织机为两台或四台，两台或四台缠绕机或编织机的旋转方向两两相反；每台缠绕机或编织机上均有8根线H级玻璃纤维，8根H级玻璃纤维依次引出，穿过缠绕机或编织机中间的排丝孔，形成一条4mm宽的玻璃纤维带，4mm宽的玻璃纤维带均匀缠绕在直径为12mm的正圆形碳纤维束外表面；调整两台缠绕机或编织机的旋转速度，每两台缠绕机或编织机的4mm宽玻璃纤维带与碳纤维束轴向分别成+55°夹角和‑55°夹角，且在碳纤维束表面排布紧密、均匀，没有缝隙，没有叠加；热处理后的多根H级玻璃纤维被集束成多束，均匀分布在缠绕上两层玻璃纤维的正圆形碳纤维束的外边，一起被集束成正圆形，在牵引装置(11)的牵引下经过注射模具(4)，所述注射模具(4)内预先充满注射机(5)注入的环氧树脂基体胶液；2)在内层的内单向碳纤维(A)和外层的外玻璃纤维层(C)之间，使用缠绕机或编织机(3)缠绕或编织中间玻璃纤维层(B)，所述中间玻璃纤维层(B)的厚度为1～2mm，缠绕或编织为双向缠绕或编织，缠绕或编织的两个方向交叉角度为15～85°；缠绕或编织的中间玻璃纤维层(B)与内单向碳纤维(A)和外玻璃纤维层(C)同步进入注射模具(4)；3)经注射模具(4)内胶液浸渍的纤维束再经过拉挤模具(7)固化成型，拉挤模具(7)的入口处设有模具冷却装置(6)，用于降低模具入口温度，避免模具温度传导至注射模具(4 )；在拉挤模具(7)周围、模具冷却装置(6)的后面，分布有三段模具加热装置(8)，所述模具加热装置(8)的加热温度在95～230℃之间，三段呈梯度升温方式，牵引速度在0.05～0.5米/分钟之间，制出复合材料杆体；复合材料杆体进入后固化加热炉(10)进行热应力处理及后固化，处理温度为150～250℃之间，后固化结束，通过牵引装置(11)，将其卷绕在卷绕装置(12)的圆盘上，圆盘直径为1.5m～3.5m；制备所述的纤维增强复合材料连续抽油杆的装置包括放丝架(1)、预处理加热炉(2)、注射模具(4)、注射机(5)、模具冷却装置(6)、拉挤模具(7)、模具加热装置(8)、控制装置(9)、后固化加热炉(10)、牵引装置(11)、卷绕装置(12)，其特征在于，还包括缠绕机或编织机(3)，所述缠绕机或编织机(3)设置在注射模具(4)前方；通过控制装置(9)控制，从放丝架(1)中引出多束碳纤维和H级玻璃纤维，在牵引装置(11)的牵引下经过注射模具(4)，所述注射模具(4)包括静态混料器(4a)、注胶孔(4b)、过滤板(4c)、树脂腔(4d)、放胶孔(4f)、保温加热器(4g)；所述静态混料器(4a)与注胶孔(4b)连接，注胶孔(4b)的下端通过过滤板(4c)与树脂腔(4d)连通，所述注胶孔(4b)的外侧设有保温加热器(4g)，所述树脂腔(4d)的下端设有放胶孔(4f)，静态混料器(4a)将经注胶孔(4b)注入树脂腔(4d)内的环氧树脂基体胶液混合，配合注胶孔(4b)外侧的保温加热器(4g)，胶液经过滤板(4c)落入树脂腔(4d)内，经树脂腔(4d)内纤维(4e)充分浸润后，胶液最终经放胶孔(4f)流出；注射模具(4)内充满注射机(5)注入的环氧树脂基体胶液，在内层的单向碳纤维和外层的单向H级玻璃纤维之间，使用缠绕机或编织机(3)在内外层纤维间缠绕或编织中间层，经注射模具(4)内胶液浸渍的纤维束再经拉挤模具(7)固化成型，拉挤模具(7)的入口处设有用于模具降温的模具冷却装置(6)，所述模具冷却装置(6)后侧位于拉挤模具(7)周围分布有三段模具加热装置(8)，固化成型后纤维束经模具加热装置(8)加热后制成复合材料杆体，该复合材料杆体进入后固化加热炉(10)进行热应力处理及后固化后，通过牵引装置(11)将其卷绕在卷绕装置(12)的圆盘上。