本發(fā)明屬于油田采油設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿及制備裝置和制備方法。
背景技術(shù)：
：抽油桿是石油生產(chǎn)過程中常用的一種設(shè)備，采油時(shí)，通過抽油桿帶動(dòng)井下的抽油泵泵桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將地層內(nèi)的石油等液體泵送至地面。在使用過程中，通常要將抽油桿連接至上千米，在此種情況下，抽油桿要承受的自身懸重和抽油泵的負(fù)荷，因此承受的拉力比較大?，F(xiàn)有的抽油桿多由鋼材制成，但鋼材存在重量大、易腐蝕、易磨損等物理缺陷，使得抽油桿的損耗居高不下。另外，現(xiàn)有的抽油桿大多為分段式結(jié)構(gòu)，施工時(shí)需要逐段安裝，因此施工效率比較低。為了解決上述問題，科研人員發(fā)明了一種碳纖維連續(xù)抽油桿，這種抽油桿利用碳纖維質(zhì)量輕、韌性好、抗拉強(qiáng)度高等優(yōu)越的物理性能，解決了上述問題。但這種抽油桿也存在一些缺陷：1、現(xiàn)有的碳纖維抽油桿的抗扭強(qiáng)度比較差；2、現(xiàn)有的碳纖維抽油桿中的碳纖維和玻璃纖維的走向均與抽油桿的長(zhǎng)度方向相同，生產(chǎn)時(shí)，本該包覆在碳纖維外側(cè)的玻璃纖維很容易摻入碳纖維束中，從而對(duì)抽油桿的強(qiáng)度造成不利影響。3、現(xiàn)有的碳纖維抽油桿的外層均為單純的環(huán)氧樹脂層，耐磨性較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿及制備裝置和制備方法，以生產(chǎn)一種多層耐摩擦碳纖維連續(xù)抽油桿，進(jìn)而解決上述
背景技術(shù)：
中提出的問題。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明提供了一種多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿，包括碳纖維芯體,所述的碳纖維芯體外依次螺旋纏繞有纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B，纏繞玻璃纖維層B外包覆有縱向玻璃纖維層，縱向玻璃纖維層外壁涂覆有環(huán)氧樹脂層，碳纖維芯體由150根/12K---242根/12K，碳纖維通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)的碳纖維束構(gòu)成，碳纖維拉伸強(qiáng)度4950Mpa以上，碳纖維芯體的質(zhì)量百分含量為33.1---28.3％，碳纖維芯體直徑為11--14mm，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B兩層纏繞玻璃纖維的纏繞螺旋角均為45°，纏繞方向相反，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B由環(huán)氧樹脂粘結(jié)在碳纖維芯體上，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B的質(zhì)量百分含量為5.0—5.9％，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B兩層的纏繞厚度為0.4—0.6mm，縱向玻璃纖維層的玻璃纖維與碳纖維芯體平行設(shè)置，縱向玻璃纖維層質(zhì)量百分含量32—38％，縱向玻璃纖維層由42根/2400tex--106根/2400tex的玻璃纖維組成，縱向玻璃纖維層由環(huán)氧樹脂粘結(jié)在纏繞玻璃纖維層B外壁，抽油桿的兩個(gè)端頭連接有抽油桿接頭，抽油桿接頭與抽油桿桿體的連接處能承受的拉力達(dá)到698KN，剪切強(qiáng)度達(dá)到92MPa；拉伸彈性模量150Gpa以上，環(huán)氧樹脂層的外側(cè)還包覆有聚乙烯層。抽油桿的外側(cè)還設(shè)有石墨烯層。所述的纏繞玻璃纖維層A、纏繞玻璃纖維層B及縱向玻璃纖維層中的玻璃纖維采用S級(jí)無堿玻璃纖維，玻璃纖維強(qiáng)度2500Mpa以上；線密度2400±5％TEX；拉伸彈性模量88Gpa以上、含水率0.1％以下，所述的環(huán)氧樹脂耐溫160℃，環(huán)氧樹脂拉伸強(qiáng)度60-85Mpa、拉伸模量2.5-3.0Gpa、伸長(zhǎng)率3.5-5.0％、彎曲強(qiáng)度100-135Mpa、彎曲模量2.5-3.5Gpa，環(huán)氧樹脂耐溫達(dá)到160℃。環(huán)氧樹脂購(gòu)自惠柏新材料科技(上海)股份有限公司。所述的抽油桿接頭主要由錐套、外套管和連接頭組成，外套管與連接頭之間通過螺紋連接，連接頭將錐套封裝在外套管內(nèi)，錐套與外套管的接觸面為圓錐面，所述的錐套的兩端各加工有一個(gè)切口，切口沿軸線方向切入，兩個(gè)切口所在的平面相互垂直，切口的長(zhǎng)度占錐套總長(zhǎng)度的百分比為85％-90％。本發(fā)明提供了一種多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿的制備裝置，包括紗架、樹脂槽、纏繞機(jī)A、纏繞機(jī)B、拉擠模具、烘干裝置A、長(zhǎng)度計(jì)量裝置、擠塑機(jī)、牽引機(jī)和卷盤，所述的樹脂槽、纏繞機(jī)A和纏繞機(jī)B設(shè)置在無塵恒溫室內(nèi)，所述的紗架上放置有卷軸，碳纖維原料和玻璃纖維原料均為纏繞在卷軸上的線狀結(jié)構(gòu)，從紗架上的卷軸上引出的碳纖維依次通過樹脂槽、纏繞機(jī)A、纏繞機(jī)B、拉擠模具、烘干裝置A、長(zhǎng)度計(jì)量裝置和擠塑機(jī)制成抽油桿成品，抽油桿成品通過牽引機(jī)后纏繞在卷盤上；所述的樹脂槽的兩端分別設(shè)置有扶線板A和扶線板B，兩塊扶線板上均設(shè)置有扶線孔陣列，碳纖維或玻璃纖維從扶線板A穿入后從扶線板B穿出且分層排列，樹脂槽包括樹脂滴管、加熱水套和回收槽，樹脂滴管設(shè)置在每一層碳纖維的上方，加熱水套通過熱水或熱油的循環(huán)實(shí)現(xiàn)其加熱功能，所述的樹脂槽內(nèi)的各樹脂滴管上下錯(cuò)位分布；所述的纏繞機(jī)A和纏繞機(jī)B的結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)安裝在空心軸上的、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤的來料一側(cè)均設(shè)置有預(yù)成型模具，纏繞機(jī)A的進(jìn)料處設(shè)置有用于將各股碳纖維均勻分布在圓形面上的圓形布線盤，纏繞機(jī)B的進(jìn)口處設(shè)置有一個(gè)脫模劑加注裝置，每個(gè)纏繞機(jī)的轉(zhuǎn)盤的側(cè)面的邊緣至少對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)纏繞有玻璃纖維的卷軸，每個(gè)卷軸的內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)扶線針，卷軸上的玻璃纖維穿過扶線針后纏繞在碳纖維芯體上，形成纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B；所述的樹脂槽、纏繞機(jī)A和纏繞機(jī)B均設(shè)置在無塵恒溫室內(nèi)；所述的無塵恒溫室與拉擠模具之間也設(shè)置有圓形布線盤，所述的碳纖維束從該圓形布線盤中央的通孔穿過，從紗架上的卷軸上引出的玻璃纖維經(jīng)由設(shè)置在無塵恒溫室內(nèi)的另一樹脂槽后，在該圓形布線盤的作用下均勻分布在碳纖維的周圍，該圓形布線盤的進(jìn)料一側(cè)也設(shè)置有一個(gè)脫模劑加注裝置；所述的拉擠模具為長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)，拉擠模具的外側(cè)延長(zhǎng)度方向套有三個(gè)模具加熱裝置；所述的烘干裝置A為帶有上蓋的箱體式結(jié)構(gòu)，通過打開上蓋可將抽油桿半成品含于箱體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)繞加熱烘干；所述的卷盤安裝在電驅(qū)動(dòng)的卷盤支架上。本發(fā)明還包括霧化室和烘干裝置B，霧化室和烘干裝置B設(shè)置在擠塑機(jī)和牽引機(jī)之間，抽油桿半成品從擠塑機(jī)出來后，先后通過霧化室和烘干裝置B，然后進(jìn)入牽引機(jī)，烘干裝置B與烘干裝置A的結(jié)構(gòu)相同。所述的卷盤的直徑大于3米。卷盤與卷盤支架之間為可拆卸連接。本發(fā)明提供了一種所述的多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿的制備方法包括：步驟一，將紗架上的碳纖維和玻璃纖維引入無塵恒溫室內(nèi)，并使二者各自經(jīng)由一個(gè)樹脂槽，在此過程中，通過樹脂槽上的樹脂滴管向碳纖維和玻璃纖維上滴灑樹脂；步驟二，通過扶線板和圓形布線盤將涂有樹脂的碳纖維聚攏排布后，在預(yù)成型模具的聚攏擠壓作用下初步形成碳纖維芯體，碳纖維芯體再經(jīng)由纏繞機(jī)A和纏繞機(jī)B，纏繞機(jī)A和纏繞機(jī)B先后將兩層纏繞玻璃纖維纏繞在碳纖維芯體上，形成纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B，然后將抽油桿半成品引出無塵恒溫室，纏繞機(jī)A和纏繞機(jī)B上的轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，纏繞的螺旋角通過調(diào)整扶線針與碳纖維之間的相對(duì)位置進(jìn)行控制；與此同時(shí)，將涂有樹脂的玻璃纖維引出無塵恒溫室；步驟三，通過圓形布線盤將上一步驟中涂有樹脂的玻璃纖維均勻環(huán)繞在抽油桿半成品周圍，并與抽油桿半成品一同穿過拉擠模具，以使得碳纖維和玻璃纖維被充分壓緊，并形成縱向玻璃纖維層，在此過程中，通過拉擠模具外側(cè)套裝的模具加熱裝置進(jìn)行加熱，以使樹脂固化，三個(gè)模具加熱裝置的加熱溫度按照產(chǎn)品行進(jìn)方向依次為160℃，180℃，190℃；步驟四，將抽油桿半成品繼續(xù)引入烘干裝置A進(jìn)行烘干，以使樹脂進(jìn)一步脫水干燥；步驟五，將抽油桿半成品繼續(xù)引入擠塑機(jī)，以形成聚乙烯層；步驟六，將抽油桿半成品繼續(xù)引入霧化室，在霧化室中通過霧化噴涂的方式向抽油桿半成品的表面噴涂石墨烯，然后在噴涂后通過烘干裝置B進(jìn)行烘干，形成抽油桿成品。碳纖維芯體的端部穿過拉擠模具后，將該端部與一條扁帶連接，通過牽引機(jī)牽引扁帶來提供產(chǎn)品行進(jìn)的動(dòng)力；碳纖維芯體的端部到達(dá)牽引機(jī)后，牽引機(jī)直接牽引抽油桿成品，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)中牽引機(jī)的拉擠速度為0.25-0.45m/min，再通過卷盤將抽油桿成品盤繞起來。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供了一種新型的連續(xù)抽油桿，并根據(jù)該抽油桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出了一套完整的工藝設(shè)備和工藝流程，通過本發(fā)明可生產(chǎn)出一種多層耐摩擦碳纖維連續(xù)抽油桿，具有重量輕，耐磨損，抗扭強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，將該抽油桿應(yīng)用于油田生產(chǎn)中，在保證使用功能的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的效果，顯著提升效益。使用本發(fā)明所述的設(shè)備工藝操作簡(jiǎn)單，工藝布局合理，采用常規(guī)的自動(dòng)化控制技術(shù)控制各生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)抽油桿的連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)。附圖說明圖1是多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿及制備裝置和制備方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中無塵恒溫室內(nèi)各裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中A處的局部放大圖；圖4是圖1中拉擠模具處的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是利用本發(fā)明生產(chǎn)出來的多層耐摩擦碳纖維連續(xù)抽油桿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是扶線板A的過線狀況示意圖(圖中黑點(diǎn)表示碳纖維或玻璃纖維)；圖7是扶線板B的過線狀況示意圖(圖中黑點(diǎn)表示碳纖維或玻璃纖維)；圖8是圓形布線盤的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中黑點(diǎn)表示碳纖維或玻璃纖維)；圖9是抽油桿接頭的裝配圖；圖10是錐套的剖視圖；圖11是圖10中A處的剖視圖。圖中：1-紗架，2-卷軸，3-碳纖維，4-樹脂槽，5-纏繞機(jī)A，6-纏繞機(jī)B，7-拉擠模具，8-烘干裝置A，9-擠塑機(jī)，10-霧化室，11-烘干裝置B，12-牽引機(jī)，13-卷盤，14-抽油桿成品，15-長(zhǎng)度計(jì)量裝置，16-脫模劑加注裝置，17-無塵恒溫室，18-加熱水套，19-回收槽，20-轉(zhuǎn)盤，21-扶線針，22-預(yù)成型模具，23-圓形布線盤，24-扶線板A，25-樹脂滴管，26-玻璃纖維，27-模具加熱裝置，28-碳纖維芯體，29-纏繞玻璃纖維層A，30-縱向玻璃纖維層，31-環(huán)氧樹脂層，32-聚乙烯層，33-石墨烯層，34-纏繞玻璃纖維層B，35-扶線板B，36-外套管，37-錐套,38-連接頭，39-切口。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：實(shí)施例：一種多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿，包括碳纖維芯體28,碳纖維芯體28由150根/12K---242根/12K碳纖維通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)的碳纖維束構(gòu)成，碳纖維拉伸強(qiáng)度≥4950MPa，所述的碳纖維芯體28外依次螺旋纏繞有纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34，纏繞玻璃纖維層B34外包覆有縱向玻璃纖維層30，縱向玻璃纖維層30外壁涂覆有環(huán)氧樹脂層31。纏繞玻璃纖維可束縛碳纖維芯體28中各股碳纖維，避免抽油桿承受扭矩時(shí)各股碳纖維發(fā)生分離引起抽油桿損壞，從而有效增強(qiáng)了抽油桿的抗扭強(qiáng)度，同時(shí)，用纏繞玻璃纖維將碳纖維芯體28包裹，可有效防止縱向玻璃纖維層30與碳纖維芯體28摻合，從而保證了碳纖維芯體28的圓度，即保證了抽油桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的均勻性，消除了強(qiáng)度弱點(diǎn)。碳纖維芯體28由150根/12K---242根/12K碳纖維通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)的碳纖維束構(gòu)成，碳纖維芯體28的質(zhì)量百分含量為33.1---28.3％，碳纖維芯體28直徑為11--14mm。每根碳纖維的單絲數(shù)量是碳纖維的一項(xiàng)重要指標(biāo)，單絲數(shù)量越大成本越高，但強(qiáng)度越高同時(shí)抽油桿也會(huì)加粗。本發(fā)明選用單絲數(shù)量為12K的碳纖維，在滿足連續(xù)抽油桿的強(qiáng)度要求的同時(shí)，也兼顧了經(jīng)濟(jì)性。受使用環(huán)境和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的限制，連續(xù)抽油桿的直徑通常被限定為幾個(gè)固定值，根據(jù)連續(xù)抽油桿直徑的不同，將12K碳纖維的數(shù)量限制在150-242根，可在保證連續(xù)抽油桿強(qiáng)度的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，抽油桿整體也變輕了降低了能耗，保證連續(xù)抽油桿的其它層不會(huì)因?yàn)樘祭w維芯體28的直徑過大而被迫壓縮，進(jìn)而影響連續(xù)抽油桿的整體性能。本發(fā)明將碳纖維芯體28的質(zhì)量百分含量為33.1---28.3％，這是極有必要的。在碳纖維的根數(shù)被限定的情況下，對(duì)碳纖維芯體28的質(zhì)量百分含量的限定既是對(duì)連續(xù)抽油桿質(zhì)量的限定，也是對(duì)連續(xù)抽油桿內(nèi)碳纖維含量與其它各組分含量的比例的限定。連續(xù)抽油桿的直徑一定時(shí)，碳纖維芯體28的質(zhì)量百分含量越高，連續(xù)抽油桿的抗拉強(qiáng)度越高，但連續(xù)抽油桿中的環(huán)氧樹脂和玻璃纖維等組份也會(huì)相應(yīng)的被壓縮，從而影響這些組份性能的發(fā)揮，因此，碳纖維芯體28的質(zhì)量百分含量必須限定在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34兩層纏繞玻璃纖維的纏繞螺旋角均為45°，纏繞方向相反，纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34由環(huán)氧樹脂粘結(jié)在碳纖維芯體28上。45°是工業(yè)設(shè)計(jì)中的一個(gè)特殊角度，在本發(fā)明中，45°是最優(yōu)的纏繞角度，纏繞角度大于45°時(shí)，角度越大在工藝上越難以實(shí)現(xiàn)，纏繞角度小于45°時(shí)，角度越小，抽油桿抵抗扭矩的能力越差。纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34的纏繞方向相反，使得抽油桿在順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)旋向上獲得相同的抗扭強(qiáng)度。纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34的質(zhì)量百分含量為5.0—5.9％，為了使連續(xù)抽油桿具有良好的抗扭強(qiáng)度并預(yù)留出足夠的安全閾值，纏繞玻璃纖維的含量必須足夠，經(jīng)過對(duì)使用需求的詳細(xì)調(diào)查和系統(tǒng)分析，此處將最低值設(shè)定為5.0％，為了避免連續(xù)抽油桿生產(chǎn)中因過于嚴(yán)格的精度控制要求而提高精度控制成本，同時(shí)避免材料的無效損耗，此處將纏繞玻璃纖維的質(zhì)量百分含量的上限設(shè)定為5.9％。纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34兩層的纏繞厚度為0.4—0.6mm，厚度的下限值設(shè)置為0.4mm，才可完全保證縱向玻璃纖維層30內(nèi)的玻璃纖維不會(huì)摻合到碳纖維芯體28內(nèi)，為了避免連續(xù)抽油桿生產(chǎn)中因過于嚴(yán)格的精度控制要求而提高精度控制成本，同時(shí)避免材料的無效損耗，纏繞玻璃纖維的厚度可向上浮動(dòng)至0.6mm?？v向玻璃纖維層30的玻璃纖維與碳纖維芯體28平行設(shè)置，縱向玻璃纖維層30質(zhì)量百分含量32—38％，縱向玻璃纖維層30由42根/2400tex--106根/2400tex玻璃纖維組成，縱向玻璃纖維層30主要起抗剪切作用，因此對(duì)玻璃纖維的線密度必然提出要求。本發(fā)明中采用線密度為2400tex的玻璃纖維，以保證良好的抗剪切能力。而在實(shí)際生產(chǎn)中，線密度過高(即纖維過粗)會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)氧樹脂的粘結(jié)效果和縱向玻璃纖維層30的均勻度，因此，在滿足抗剪切性能的情況下，線密度定為2400tex即可，不宜過高?？v向玻璃纖維層30由環(huán)氧樹脂粘結(jié)在纏繞玻璃纖維層B34外壁。所述的玻璃纖維可采用S級(jí)無堿玻璃纖維。玻璃纖維強(qiáng)度≥2500Mpa；線密度2400±5％TEX；拉伸彈性模量≥88Gpa、含水率≤0.1％。構(gòu)成縱向玻璃纖維層30的玻璃纖維與碳纖維芯體28平行設(shè)置，使得縱向玻璃纖維層30與碳纖維芯體28可共同分擔(dān)拉力載荷，有利于提高連續(xù)抽油桿的抗拉強(qiáng)度。抽油桿的外側(cè)還設(shè)有聚乙烯層32和石墨烯層33。石墨烯具有極好的耐磨性能，在生產(chǎn)時(shí)，石墨烯層的厚度極小，因此，在抽油桿直徑一定的情況下，增加石墨烯層33不會(huì)影響其它各層的結(jié)構(gòu)分布。聚乙烯層32和石墨烯層33賦予抽油桿更優(yōu)秀的耐磨性能，同時(shí)，通過在抽油桿表面設(shè)置多層結(jié)構(gòu)，可避免油液滲透，延緩樹脂水解，從而防止抽油桿因樹脂水解而損壞。所涉及的技術(shù)成熟可靠，性能穩(wěn)定性高。在原有的碳纖維拉擠工藝基礎(chǔ)上增加了熱固性的聚乙烯層32及石墨烯層33。在抽油桿本身的彎曲直徑不增大的同時(shí)，利用石墨烯的耐磨性，增加連續(xù)桿的耐磨性能。當(dāng)石墨烯磨損失效后，熱固性聚乙烯代替其性能繼續(xù)保護(hù)抽油桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而且熱固性的聚乙烯與抽油桿的環(huán)氧樹脂層31為兩相結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱固性聚乙烯材料磨損失效后，可以通過相應(yīng)工藝對(duì)受損部分進(jìn)行剝離并重新修復(fù)，增加抽油桿使用壽命。上述方案中，所述的纏繞玻璃纖維層A29、纏繞玻璃纖維層B34及縱向玻璃纖維層30中的玻璃纖維采用S級(jí)無堿玻璃纖維，玻璃纖維強(qiáng)度≥2500Mpa；線密度2400±5％TEX；拉伸彈性模量≥88Gpa、含水率≤0.1％。上述方案中的環(huán)氧樹脂耐溫160℃，環(huán)氧樹脂拉伸強(qiáng)度60-85Mpa、拉伸模量2.5-3.0Gpa、伸長(zhǎng)率3.5-5.0％、彎曲強(qiáng)度100-135Mpa、彎曲模量2.5-3.5Gpa。上述參數(shù)保證了環(huán)氧樹脂層31的強(qiáng)度，防止其在彎曲過程中開裂。為了保證玻璃纖維和環(huán)氧樹脂的拉伸狀態(tài)與碳纖維的拉伸狀態(tài)在承受載荷時(shí)可以協(xié)同變化(防止玻璃纖維斷裂或環(huán)氧樹脂開裂)，玻璃纖維和環(huán)氧樹脂的選用必須嚴(yán)格依照上述參數(shù)確定。本發(fā)明針對(duì)本連續(xù)抽油桿設(shè)計(jì)了配套的專用抽油桿接頭，通過該抽油桿接頭可以將本連續(xù)抽油桿與普通的鋼制抽油桿快速、穩(wěn)定、可靠地連接。抽油桿接頭主要由錐套37、外套管36和連接頭38組成，外套管36與連接頭38之間通過螺紋連接，連接頭38將錐套37封裝在外套管36內(nèi)，錐套37與外套管36的接觸面為圓錐面，所述的錐套37的兩端各加工有一個(gè)切口39，切口39沿軸線方向切入，兩個(gè)切口39所在的平面相互垂直，切口39的長(zhǎng)度占錐套37總長(zhǎng)度的百分比為85％-90％。連續(xù)抽油桿與上述的抽油桿接頭連接時(shí)，將連接頭38拆下并使錐套37與外套管36分離，然后使連續(xù)抽油桿的端部依次穿入外套管36和錐套37，然后使錐套37與外套管36重新貼合，貼合過程中，錐套37側(cè)壁不斷向連續(xù)抽油桿靠攏貼合，最終將連續(xù)抽油桿夾緊。在連續(xù)抽油桿承受拉力載荷后，錐套37側(cè)壁進(jìn)一步向連續(xù)抽油桿靠攏貼合，拉力載荷越大夾緊力越大，消除了連續(xù)抽油桿松脫的可能，保證了連接的可靠性。在錐套37的兩端各加工有一個(gè)切口39且兩個(gè)切口39所在的平面相互垂直，這樣的切口設(shè)計(jì)，使得錐套37上的所有區(qū)段均可以在外套管36內(nèi)壁的擠壓作用下向連續(xù)抽油桿靠攏貼合，錐套37的有效夾緊長(zhǎng)度等于錐套37的長(zhǎng)度，與在錐套37的一端設(shè)置切口39相比，夾緊的可靠性大大增強(qiáng)。另外，切口39的長(zhǎng)度占錐套37總長(zhǎng)度的百分比限制為85％-90％，若切口39過長(zhǎng)，則錐套37的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)比較薄弱，在生產(chǎn)、安裝和使用過程中容易損壞，若切口39過短，則錐套37的柔性就會(huì)變差，影響錐套37的內(nèi)壁與連續(xù)抽油桿的周向貼合程度，進(jìn)而對(duì)夾緊的可靠性和穩(wěn)定性造成影響。下面是對(duì)本申請(qǐng)的抽油桿進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：1)剪切強(qiáng)度達(dá)到92MPa；拉伸彈性模量≥150GPa。2)對(duì)抽油桿的疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，最小拉力40KN，最大拉力120KN，拉力變化頻率100Hz，次數(shù)1千萬次。3)碳纖維連續(xù)抽油桿桿體性能：表1序號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)要求實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)1規(guī)格尺寸mm19±0.219.102密度g/m31.5-1.951.7363徑向耐壓KN≥110119.14彎曲強(qiáng)度MPa≥80010465彎曲彈性模量GPa≤10085.66拉伸破壞載荷KN≥690700.57拉伸模量GPa≥1501528表現(xiàn)水平剪切強(qiáng)度MPa≥60929玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)℃≥160181.14表2抽油桿拉伸試驗(yàn)結(jié)果：拉伸強(qiáng)度：1831MPa，斷裂延伸率：1.84％，拉伸模量為152GPa。4)抽油桿圓形截面D(mm)：153.938(mm2)時(shí)承重46.18(噸)，201.062(mm2)承重60.32(噸)，283.529(mm2)承重85.06(噸)。5)對(duì)抽油桿的密度進(jìn)行測(cè)試(取5根抽油桿)，結(jié)果如下：表36)對(duì)抽油桿的抗壓性能進(jìn)行測(cè)試(取3根抽油桿)，結(jié)果如下：表4最大載荷N第1根140471.09第2根102943.23第3根113920.12平均值119111.48注：以上測(cè)試數(shù)據(jù)均依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/JHY006-2014測(cè)定。一種多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿的制備裝置，包括紗架1、樹脂槽4、纏繞機(jī)A5、纏繞機(jī)B6、拉擠模具7、烘干裝置A8、長(zhǎng)度計(jì)量裝置15、擠塑機(jī)9、牽引機(jī)12和卷盤13。所述的樹脂槽4、纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6設(shè)置在無塵恒溫室17內(nèi)，所述的紗架1上放置有卷軸2，碳纖維原料和玻璃纖維原料均為纏繞在卷軸2上的線狀結(jié)構(gòu)，從紗架1上的卷軸2上引出的碳纖維3依次通過樹脂槽4、纏繞機(jī)A5、纏繞機(jī)B6、拉擠模具7、烘干裝置A8、長(zhǎng)度計(jì)量裝置15和擠塑機(jī)9制成抽油桿成品14，抽油桿成品14通過牽引機(jī)12后纏繞在卷盤13上。牽引機(jī)12能夠控制抽油桿行進(jìn)速度。所述的樹脂槽4包括樹脂滴管25、加熱水套18和回收槽19，樹脂槽4的兩端分別設(shè)置有扶線板A24和扶線板B35，兩塊扶線板上均設(shè)置有扶線孔陣列。碳纖維3或玻璃纖維26從扶線板A24穿入后從扶線板B35穿出且分層排列，樹脂滴管25設(shè)置在每一層碳纖維3的上方，樹脂滴管25上設(shè)置有一列用于樹脂滴出的小孔，從而使樹脂均勻地滴在所有碳纖維上。加熱水套18通過熱水或熱油的循環(huán)實(shí)現(xiàn)其加熱功能，從而使樹脂保持一定的流動(dòng)性，以便樹脂順利地滴出。所述的纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6的結(jié)構(gòu)相同，均包括一個(gè)安裝在空心軸上的、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤20，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤20的來料一側(cè)均設(shè)置有預(yù)成型模具22，纏繞機(jī)A5的進(jìn)料處設(shè)置有用于將各股碳纖維3均勻分布在圓形面上的圓形布線盤23，使得碳纖維芯體28內(nèi)部的碳纖維整齊、均勻地排列，保證了碳纖維芯體28的結(jié)構(gòu)均勻性。纏繞機(jī)B6的進(jìn)口處設(shè)置有一個(gè)脫模劑加注裝置16，通過脫模劑的潤(rùn)滑作用可減小產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間的摩擦力，從而產(chǎn)生減小牽引力和減緩設(shè)備磨損的作用。每個(gè)纏繞機(jī)的轉(zhuǎn)盤20的側(cè)面的邊緣至少對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)纏繞有玻璃纖維26的卷軸2，每個(gè)卷軸2的內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)扶線針21，卷軸2上的玻璃纖維26穿過扶線針21后纏繞在碳纖維芯體28上，形成纏繞玻璃纖維層A29。扶線針21的作用是使玻璃纖維26的位置保持穩(wěn)定，從而使玻璃纖維26的分布更均勻，保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)均勻性。纏繞機(jī)是本制備裝置中的核心設(shè)備，通過纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6可實(shí)現(xiàn)玻璃纖維的雙向纏繞。所述的樹脂槽4、纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6均設(shè)置在無塵恒溫室17內(nèi)，無塵的環(huán)境，可防止因碳纖維3、玻璃纖維26和樹脂受灰塵污染而影響產(chǎn)品的質(zhì)量，恒溫的環(huán)境可保證樹脂的流動(dòng)性，從而使樹脂充分的浸潤(rùn)在碳纖維3和玻璃纖維26中，以保證各股纖維之間的粘合強(qiáng)度。所述的無塵恒溫室17與拉擠模具7之間也設(shè)置有圓形布線盤23，所述的碳纖維束從該圓形布線盤23中央的通孔穿過，從紗架1上的卷軸2上引出的玻璃纖維26經(jīng)由設(shè)置在無塵恒溫室17內(nèi)的另一樹脂槽4后，在該圓形布線盤23的作用下均勻分布在碳纖維束的周圍，該圓形布線盤23的進(jìn)料一側(cè)也設(shè)置有一個(gè)脫模劑加注裝置16。所述的拉擠模具7為長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)，拉擠模具7的中央設(shè)置有通孔，抽油桿半成品從該通孔穿過，實(shí)現(xiàn)擠壓。拉擠模具7的外側(cè)延長(zhǎng)度方向套有三個(gè)模具加熱裝置27，通過模具加熱裝置27使存在于各股纖維之間的樹脂充分析出并固化，形成環(huán)氧樹脂層31。所述的烘干裝置A8為帶有上蓋的箱體式結(jié)構(gòu)，通過打開上蓋可將抽油桿半成品含于箱體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)繞加熱烘干，烘干速度快，效果好。本發(fā)明還可包括霧化室10和烘干裝置B11，霧化室10和烘干裝置B11設(shè)置在擠塑機(jī)9和牽引機(jī)12之間，抽油桿半成品從擠塑機(jī)9出來后，先后通過霧化室10和烘干裝置B11，然后進(jìn)入牽引機(jī)12，烘干裝置B11與烘干裝置A8的結(jié)構(gòu)相同。所述的卷盤13的直徑大于3米，3米是本發(fā)明產(chǎn)出的抽油桿的最小彎折直徑，若彎折直徑小于3米，抽油桿成品14會(huì)發(fā)生不可逆的塑性變形，造成抽油桿成品14的損壞。所述的卷盤13安裝在電驅(qū)動(dòng)的卷盤支架上，卷盤13與卷盤支架之間為可拆卸連接。一個(gè)卷盤13纏滿后，可將該卷盤13拆下并通過天車吊運(yùn)至別處存放，然后在卷盤支架上放置一個(gè)空的卷盤13，從而便于產(chǎn)品的存放和運(yùn)輸。所述的樹脂槽4內(nèi)的各樹脂滴管25上下錯(cuò)位分布，否則，位于上層的樹脂滴管25中滴出的樹脂會(huì)滴在位于下層的樹脂滴管25上，長(zhǎng)期使用后，位于下層的樹脂滴管25會(huì)被堵塞，進(jìn)而增加了額外的清理工作。本發(fā)明的使用過程為：步驟一，將紗架1上的碳纖維3和玻璃纖維26引入無塵恒溫室17內(nèi)，并使二者各自經(jīng)由一個(gè)樹脂槽4，在此過程中，通過樹脂槽4上的樹脂滴管25向碳纖維3和玻璃纖維26上滴灑樹脂。在碳纖維3和玻璃纖維26上同時(shí)滴涂樹脂，可使樹脂與纖維更充分的接觸，從而改善各股纖維之間的粘接強(qiáng)度。步驟二，通過兩塊扶線板和圓形布線盤23將涂有樹脂的碳纖維3聚攏排布后，在預(yù)成型模具22的聚攏擠壓作用下初步形成碳纖維芯體28，碳纖維芯體28再經(jīng)由纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6，纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6先后將兩層纏繞玻璃纖維纏繞在碳纖維芯體28上，形成纏繞玻璃纖維層A29和纏繞玻璃纖維層B34，然后將抽油桿半成品引出無塵恒溫室17；與此同時(shí)，將涂有樹脂的玻璃纖維26引出無塵恒溫室17，纏繞機(jī)A5和纏繞機(jī)B6上的轉(zhuǎn)盤20的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，纏繞的螺旋角通過調(diào)整扶線針21與碳纖維之間的相對(duì)位置進(jìn)行控制。經(jīng)過預(yù)成型模具22的擠壓，可將碳纖維束中的樹脂擠出，使得碳纖維芯體28的結(jié)構(gòu)更緊密，抽油桿的強(qiáng)度會(huì)因此得到顯著提升。步驟三，通過圓形布線盤23將上一步驟中涂有樹脂的玻璃纖維26均勻環(huán)繞在抽油桿半成品周圍，并與抽油桿半成品一同穿過拉擠模具7，以使得碳纖維3和玻璃纖維26被充分壓緊，并形成縱向玻璃纖維層30，在此過程中，通過拉擠模具7外側(cè)套裝的模具加熱裝置27進(jìn)行加熱，以使樹脂析出固化。三個(gè)模具加熱裝置27的加熱溫度按照產(chǎn)品行進(jìn)方向依次為160℃，180℃，190℃，可按照樹脂的固化規(guī)律使樹脂內(nèi)外層均充分固化。步驟四，將抽油桿半成品繼續(xù)引入烘干裝置A8進(jìn)行烘干，以使樹脂進(jìn)一步脫水干燥；步驟五，將抽油桿半成品繼續(xù)引入擠塑機(jī)9，以形成聚乙烯層32；步驟六，將抽油桿半成品繼續(xù)引入霧化室10，在霧化室10中通過霧化涂覆的方式向抽油桿半成品的表面涂覆石墨烯，然后在涂覆后通過烘干裝置B11進(jìn)行烘干，形成抽油桿成品14。霧化工藝是表面處理的常用工藝，與噴涂工藝相比，采用霧化工藝更能保證涂層的均勻性。碳纖維芯體28的端部穿過拉擠模具7后，將該端部與一條扁帶(圖中未示出)連接，所述的扁帶為市面上常見的尼龍扁帶，根據(jù)抗拉強(qiáng)度選擇即可。通過牽引機(jī)12牽引扁帶來提供產(chǎn)品行進(jìn)的動(dòng)力；碳纖維芯體28的端部到達(dá)牽引機(jī)12后，牽引機(jī)12直接牽引抽油桿成品14，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)中牽引機(jī)12的拉擠速度為0.25-0.45m/min，再通過卷盤13將抽油桿成品14盤繞起來。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3