纤维缠绕增强复合管材长期性能评价

纤维缠绕增强复合管材长期性能评价

郑迎雷，孙 晋，李玉娥，者东梅

【摘 要】摘 要: 根据标准ASTM D2992-12中的方法B研究了纤维缠绕增强复合管材的长期静液压性能，介绍了测试方法的基本原理并对结果进行了分析，分析评价得到复合管材50年长期静液压为14.3 MPa。 【期刊名称】《中国塑料》 【年(卷),期】2024(033)011 【总页数】5

【关键词】关 键 词: 玻璃纤维;复合管;塑料合金;长期静液压;分级试验

0 前言

纤维缠绕增强复合管主要应用于单井集油、原油长输、高压注水、污水回注等流体物料的输送。自2004年国内产品推出以来，纤维缠绕增强复合管已陆续在塔里木油田、新疆油田、青海油田、吐哈油田、西南油气田等各大油田投产运作，以代替原有的钢管管线，消除钢管腐蚀频繁穿孔给油田生产带来的诸多影响和不便[1]。

长期静液压强度指标是纤维缠绕增强复合管所有性能指标中最重要的一项，是压力等级确定的基础，是确定产品使用压力、温度等条件和使用寿命的依据。必须将长期静液压强度实验作为玻璃纤维管道生产企业市场准入的最低门槛，使进入油田的供应商基本上能够代表玻璃纤维行业的技术水平，其质量管控能力不存在缺陷，从源头上消除无序竞争的风险，从而增加竞争的充分性和公平性[2]。

纤维缠绕增强复合管材目前主要分为玻璃纤维增强塑料夹砂管、纤维缠绕增强

热固性树脂压力管、柔性高压复合输送管和热塑性塑料内衬玻璃钢复合管。不同产品的纤维含量和缠绕方式对产品性能都会有影响。本文只选择热塑性塑料内衬玻璃钢复合管进行长期性能的研究，按照产品行业标准SY/T 6662.7—2016要求进行样品制备并进行性能评价。

纤维缠绕增强复合管作为一种复合材料，其基体主要是高分子聚合物。在老化过程中，黏弹性的变化使得弹性模量和蠕变断裂强度也呈下降的趋势。对纤维缠绕增强复合管进行寿命预测主要是考察其长期蠕变特性，但是这种考察比较困难，目前没有精准的寿命预测模型，并且纤维缠绕增强复合管的生产工艺特点使得其性能具有比较大的离散性，试验时往往需要很大的样品数量[3]。 国内企业生产纤维缠绕增强复合管时，计算工作压力通常采用如式(1)所示的经验公式。

PMOP=Pburst/3 (1)

式中 PMOP——最大工作压力， MPa Pburst——爆破压力， MPa

通过短时失效水压失效试验得到爆破压力值，由式(1)得出工作压力的经验值。本文按照标准ASTM D2992-12 [4]对纤维缠绕增强复合管材的长期性能进行了研究，所检纤维缠绕增强复合管材采用B法进行长期静液压试验，阐述了长期性能试验的基本原理，进一步得到管道的最大工作压力。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚丙烯树脂，PPB-EH00-V(B8101)，中国石化北京燕山分公司；

高填充母粒，PHF-118，山东道恩高分子材料股份有限公司； 不饱和聚酯树脂，A400-972，金陵力联思树脂有限公司； 合股无捻粗纱，ER13-2400-266，巨石集团成都有限公司。 1.2 主要设备及仪器

管材爆破试验机，1574，德国IPT公司；

管材液压试验机，XGNB-N-B，承德精密试验机有限公司； 电子数显卡尺，111-101Q，广陆数字测控股份有限公司。 1.3 样品制备

管道的缠绕、固化和脱模过程在同一台缠绕设备完成，减少了模具数量，节约了模具吊装和运送时间，使生产效率大大提高；生产过程中要求管道纤维含量为75 %～83 %，为了保证产品的缠绕过程中轴向和环向的受力平衡，缠绕角度为54.75 °，并能按精确的加热固化曲线控制内加热金属模具实现快速的升温和降温过程，大大提高了固化效率和品质； 内加热方式有利于微气泡的散逸，在管道内壁形成一层树脂层，提高了管道的防腐、防渗性能[5]。实验中样品生产工艺如图1所示。 1.4 性能测试与结构表征

对纤维缠绕增强复合管的长期静液压强度进行评价与预测，保证纤维缠绕增强复合管在正常使用条件下具有所要求的使用寿命。试验依据ASTM D2992-12中的方法B进行。试验在选定温度(不低于设计温度)下进行一系列长时间的静液压试验，而后通过相应的数学处理和曲线外推才可确定其回归曲线。 选取了DN100管材通过制定了合理的分级试验方案，进行了10 000 h以上的试验并进行了数据收集及处理，最终得出了长期寿命试验的结果，试验条件如