[發(fā)明專利]碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110160284.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN112795158A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武培怡;孫勝童;王繼強(qiáng);周梅佳佳;周拾慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州智翔石油工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C08L67/06
• 分類號(hào): C08L67/06;C08K7/00;C08K7/06
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標(biāo)事務(wù)所 65105
• 代理人: 周星瑩;湯潔

本發(fā)明涉及管道石油安全運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，是一種碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，前者原料包括碳纖維氈和光固化樹脂，將碳纖維氈放在裝有光固化樹脂的容器中，置于真空干燥器中脫氣，隨后將燒杯取出，此過程重復(fù)三次；將燒杯表面多余的光固化樹脂擦掉后，再將燒杯放在紫外光或者太陽(yáng)光下固化，得到碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料。本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單高效，生產(chǎn)成本低，具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和良好的光熱和電加熱性能，對(duì)鋼制管道具有良好的粘附能力，且能夠通過電學(xué)信號(hào)自我監(jiān)測(cè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的完整性，可用于對(duì)輸油管道加熱以降低原油粘度提高輸油效率，有著大規(guī)模制備的潛力和廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及管道石油安全運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，是一種碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

大自然的恩賜“原油”，是當(dāng)今社會(huì)最重要的工業(yè)能源之一，被稱為“黑金”。這種深褐色、粘稠的液體早已滲透到許多與我們生活密切相關(guān)的領(lǐng)域，如建材、運(yùn)輸、取暖、航空航天工程等。然而，世界石油資源往往分布在非常偏遠(yuǎn)的地區(qū)，因此高效、低成本的管道運(yùn)輸是最有效的石油運(yùn)輸方式，并且隨著石油需求的不斷增加，石油運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也越來越密集。

一般而言，原油的粘度和類型對(duì)原油在管道中的流動(dòng)阻力有很大的影響，也會(huì)影響管道輸送的能耗。目前，管道原油輸送面臨兩大挑戰(zhàn)：（1）由于管道與環(huán)境之間的熱交換，原油的流動(dòng)性能隨溫度的降低而降低；（2）當(dāng)原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高、蠟含量較低時(shí)，原油粘度高，傾點(diǎn)較低，導(dǎo)致流動(dòng)過程中的摩阻增大。對(duì)于含蠟量較高的原油，在低溫管道輸送過程中，蠟晶容易析出。隨后，蠟晶體會(huì)生長(zhǎng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將污泥、樹膠、瀝青和其他原油成分保存在周圍。這將逐漸減小管道的有效輸送面積，增加原油的輸送阻力，從而對(duì)管道的輸送效率產(chǎn)生負(fù)面影響。為了降低原油粘度，防止管道堵塞，在實(shí)際工況下，主要采用兩種方法來提高原油的流動(dòng)性。一是通過設(shè)置加熱池對(duì)管道進(jìn)行加熱，將油溫提高到運(yùn)輸所需的溫度，保證原油安全到達(dá)碼頭。然而，這種方法需要大量的能量來產(chǎn)生熱量，從而增加了運(yùn)輸和環(huán)境成本。例如，中國(guó)大部分油田都位于高緯度地區(qū)，那里的環(huán)境溫度一年中有四分之三以上低于傾點(diǎn)（32 ℃）。因此，在管道輸送過程中，80%以上的原油需要加熱以提高其流動(dòng)性，造成大量的燃油消耗。另一種方法是在原油中添加降凝劑（PPD），以防止原油凝固。然而，PPD是一種昂貴的化工產(chǎn)品，會(huì)對(duì)原油造成損害，需要在后續(xù)加工過程中與石油分離，從而導(dǎo)致額外的生產(chǎn)工藝和成本增加。因此，減少燃料依賴性增溫和緩蝕劑的添加，不僅可以提高原油運(yùn)輸效率，還可以降低成本，減少環(huán)境污染。

太陽(yáng)能被公認(rèn)為是地球上最豐富、最清潔的可再生能源，太陽(yáng)每小時(shí)免費(fèi)向地球輸送約4.4×1014 MJ的能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全世界每年的能源消耗量。太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換因其裝置相對(duì)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換效率高而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。例如，《先進(jìn)功能材料》(Adv.Funct. Mater. 2019, 29, 1900703) 報(bào)道了一種僅基于日光加熱輸油管道的聚吡咯-聚氨酯光熱織物，為在光照良好的地方低于傾點(diǎn)溫度下的原油輸送提供了可能性。然而，這種材料仍然存在力學(xué)強(qiáng)度較低、耐用性差等問題。由于織物與管道之間缺乏有效粘合，織物很容易從管道上脫落，限制了其長(zhǎng)期使用性。此外，太陽(yáng)光強(qiáng)度隨著時(shí)間和氣候條件不斷變化，單一功能的光熱織物僅能在光照良好的有限時(shí)間內(nèi)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決原油運(yùn)輸現(xiàn)有存在能耗大成本高及可用光熱材料強(qiáng)度低耐用性差，使得原油粘度過高堵塞輸油管道的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料，原料包括碳纖維氈和光固化樹脂，按照下述步驟制備得到：第一步，將所需量的碳纖維氈放在裝有光固化樹脂的容器中，再將容器置于真空干燥器中脫氣，隨后將容器取出，此過程重復(fù)三次；第二步，將容器表面多余的光固化樹脂擦掉后，再將容器放在365 nm紫外光或者太陽(yáng)光下固化，得到碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料，其中，在碳纖維氈增強(qiáng)光固化樹脂復(fù)合材料中，碳纖維氈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%至3%。