專利名稱：深鉆孔地應力測試高強水下膠及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水下粘結的非飽和改性丙稀酸樹脂高強水下膠，適合深鉆孔水下地應力解除法測試中直接將電阻應變叢粘貼在測孔巖壁上較為特殊的條件下的粘結膠，也可以作為水下固體粘結的粘結膠，同時還涉及水下膠的制備方法。
背景技術：
常規(guī)的應變片粘結劑僅能適用于干燥環(huán)境中，對于在有水的鉆孔中粘結應變片需要應用能在潮濕及水下固化的熱固性結構膠，目前國內新開發(fā)的幾種能在水下固化的環(huán)氧樹脂類粘結劑，因其反應機理受到很大的局限。研制出一種屬游離基型反應機理的新型丙烯酸脂水下膠結劑屬SGA，既第二代丙烯酸脂水下膠結劑，它是以丙烯酸脂環(huán)氧為基體，分子結構中引入了一定量的含異氰酸脂基團的改性聚合物彈性體，以特種固化劑進行固化，因此就膠結劑本身的性能而言，綜合了不飽和聚脂樹脂，聚氨脂樹脂等材料的多種優(yōu)異性能，具有能在潮濕及水下固化，固化時間可調(幾分鐘～數十小時)，操作性能好，亦可低溫固化(-20℃)，耐化學腐蝕及優(yōu)異的物理力學性能等特點。
鉆孔孔壁應變測量法的關鍵是直接將電阻絲應變叢粘貼在測孔巖壁上，其粘貼質量好壞直接影響測量成果的成敗。深鉆孔地應力測量是在含水的鉆孔中將應變計粘貼在測孔內，因此對粘結劑提出了特殊的要求①具有足夠的粘結強度；②與水接觸具有可溶性，并且不能有不良反應；③在初凝前粘度小、流動性大、可灌性高，從初凝到終凝時間短，整個固化時間從調制粘結劑到完全固化控制在2小時之內，在深鉆孔套心應力解除地應力測量初期，粘結劑依靠進口。
目前國內的現有產品大多以環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂能在水下固化的粘結劑，因其反應機理受到了很大的局限性，該類型的膠均不能滿足深鉆孔地應力測量的需要，主要表現在以下幾個方面(1)在水下粘結的強度不能滿足要求；(2)與水接觸具有不可溶性；(3)固化時間不好控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種深鉆孔地應力測試高強水下膠，該膠具有絕緣作用，該膠中含有一定量與-OH反應活性較高的-NCO基團，因此在浸潤過程中，水膜遭到破壞，縫隙中的水也參加到膠粘劑的固化反應中來，浸潤及擴散得以順利進行，另一方面，采用了耐水解的過氧化苯甲酰固化劑，從而達到能在水下固化，獲得良好的粘結強度。剪切強度高，耐化學性。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種非飽和改性丙稀酸樹脂高強水下膠的制備方法，工藝簡單，方法易行。
為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術措施首先制備高強水下膠的主劑，主劑加入固化劑調制后，即可投入使用。為了檢驗本發(fā)明的高強水下膠與進口水下膠在水下的粘結效果，在室內進行了電阻應變叢的粘結對照試驗，取一段外徑為Ф62mm、內徑為Ф36mm、長為500mm的巖心進行對照試驗。對照試驗過程如下(1)在水下同時用兩種膠水在內徑為Ф36mm巖心兩端孔中各自進行電阻叢的粘結；(2)膠水固化后，在巖心表面分級施加相同的圍壓，在施加圍壓之前，進行應變測試，然后每施加一級圍壓，讀一次應變值。測試結果表明兩種水下膠水粘結的電阻應變叢的應變值的差異可以忽略不計。
為了檢驗本發(fā)明高強水下膠粘結電阻應變叢測試結果的準確性，在室內也進行了模擬試驗，試驗過程如下用鋁合金模擬上述巖心進行測試，首先對模擬巖心的鋁合金進行彈性模量的測試。然后用水下膠粘結電阻應變叢進行測試，用電阻應變叢的測試結果，計算模擬巖心鋁合金的彈性模量，計算結果表明，用水下膠粘結電阻應變叢測試所得的彈性模量與模擬巖心鋁合金的彈性模量值十分接近。
本發(fā)明是通過以下原料制配的它由甲苯二異氰酸脂TDI、蓖麻油、環(huán)氧丙烯酸樹脂、苯乙烯、麝香草酚、過氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基錫、二甲基苯胺均按一定比例構成。其中主劑的重量配比是甲苯二異氰酸酯(TDI)55-78份，蓖麻油194-273份，環(huán)氧丙烯酸樹脂1000-1750份，苯乙烯250～350份混合后，便得到高強水下膠的主劑。麝香草酚(15～20份)是阻凝劑，若高強水下膠主劑發(fā)現有初凝聚現象時加入麝香草酚，否則不加。
取以上高強水下膠的主劑與過氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基錫、二甲基苯胺按一定比例調制即制得本發(fā)明高強水下膠，相應的重量配比為以上主劑95-105份、過氧化苯甲酰0.8-1.2份、二月桂酸二丁基錫0.1-0.5份、二甲基苯胺0.05-0.1份，混合后，便得到高強水下膠。
工藝操作過程如下(1)、蓖麻油脫水在常壓條件下加溫至118-122℃烘3.5-4.5小時；(2)、在反應桶中分兩次加入蓖麻油，第一次加入總量的96～137.2份蓖麻油，邊攪拌邊將甲苯二異氰酸脂(TDI)55-78加入到蓖麻油中，反應桶中的物料在混合反應過程中物料的溫度會上升(70-90℃)，待反應桶中物料溫度下降到70℃時，再將反應桶放到電爐上加溫，并不斷攪拌，反應溫度控制在70℃～80℃，攪拌時間為1.5～2小時；(3)、反應桶中合成好的物料讓其自然降溫到40℃；(4)、反應桶中合成好的物料自然降溫到40℃后，第二次加入98-135.8蓖麻油，蓖麻油邊倒邊攪拌；(5)、在第(4)步完成后，接著加入環(huán)氧丙烯酸樹脂1000-1750；(6)、在第(5)步的物料中加入苯乙烯250-350，攪拌均勻即合成了高強水下膠的主劑；(7)、將水下膠主劑放置1.5-2.5小時；(8)、將主劑、過氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基錫、二甲基苯胺入燒杯中，混合攪拌均勻后，便得到高強水下膠。
本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果解決了水下膠在粘結過程中鉆孔壁上的水膜也能加入到了固化劑的固化反應，水下膠在粘結過程中的浸潤和擴散能夠順利進行，同時又解決了水下膠粘結強度問題。根據固化劑加量的多少可以控制固化時間的長短，有利于各種環(huán)境下的測試要求。根據試驗結果表明本發(fā)明的產品與傳統(tǒng)產品比較具有以下特點具有能在潮濕及水下固化，固化時間可調(幾分鐘～數十小時)，操作性能好，亦可低溫固化(-20℃)，耐化學腐蝕及優(yōu)異的物理力學性能等特點。本發(fā)明工藝簡單，可操作性強，剪切強度高，耐化學性，主劑儲存時間在為半年。
本發(fā)明的高強水下膠的技術性能指標如下1.外觀棕黃半透明粘稠液；
2.粘度1.3Pa·S(250C時旋轉粘度劑測定)；3.比重10.71KN/m3；4.酸度值4.5；5.儲存期在室溫下密封條件下保存半年；6.高強水下膠力學性能指標見下表。
高強水下膠力學性能指標表

具體實施方式
實施例1主劑原料 用量為重量份甲苯二異氰酸酯(TDI)60或65或70或75或77.8或78蓖麻油 210或235或245或272.2或272.5環(huán)氧丙烯酸樹脂 1150或1350或1480或1600或1700或1730苯乙烯 255或260或275或288或295在裝有攪拌器、加熱平臺、溫度計的反應桶中按下述步驟進行(1)、蓖麻油脫水在常壓條件下加溫至118-122℃烘3.5～4.5小時；(2)、在反應桶中放入105.5～137.2份蓖麻油，邊攪拌邊將甲苯二異氰酸脂(TDI)加入到蓖麻油中，反應桶中的物料在混合反應過程中物料的溫度會上升，待反應桶中物料溫度下降到70℃時，再將反應桶放到電爐上加溫，并不斷攪拌，反應溫度控制在70℃～80℃，攪拌時間為1.5～2小時。
(3)、反應桶中合成好的物料讓其自然降溫到40℃。
(4)、反應桶中合成好的物料自然降溫到40℃后，第二次加入104.5-135.8份蓖麻油，蓖麻油邊倒邊攪拌；
(5)、在第(4)步完成后，接著加入環(huán)氧丙烯酸樹脂；(6)、在第(5)步的物料中加入苯乙烯，攪拌均勻即合成了高強水下膠的主劑；(7)、將水下膠主劑放置1.5-2.5小時；(8)、準確稱取以上主劑100份加入燒杯中、過氧化苯甲酰1份、二月桂酸二丁基錫0.3份、二甲基苯胺0.08份，混合攪拌均勻后，便得到高強水下膠。
實施例2原料 用量為重量份甲苯二異氰酸酯(TDI)56或57或62或71或74或76蓖麻油 194或195或210或241或250或265或270環(huán)氧丙烯酸樹脂 1000或1010或1200或1305或1450或1550苯乙烯 265或278或285或300或320或345在裝有攪拌器、加熱平臺、溫度計的反應桶中按下述步驟進行(1)、蓖麻油脫水在常壓條件下加溫至118-122℃烘3.5～4.5小時；(2)、在反應桶中放入96-137份蓖麻油，邊攪拌邊將甲苯二異氰酸脂TDI56-76加入到蓖麻油中，反應桶中的物料在混合反應過程中物料的溫度會上升，待反應桶中物料溫度下降到70℃時，再將反應桶放到電爐上加溫，并不斷攪拌，反應溫度控制在70℃～80℃，攪拌時間為1.5～2小時。
(3)、反應桶中合成好的物料讓其自然降溫到40℃。
(4)、反應桶中合成好的物料自然降溫到40℃后，再加入剩下的蓖麻油98-133，蓖麻油邊倒邊攪拌；(5)、在第(4)步完成后，接著加入環(huán)氧丙烯酸樹脂1000-1550；(6)、在第(5)步的物料中加入苯乙烯265-345，攪拌均勻即合成了高強水下膠的主劑；(7)、將水下膠主劑放置1.5-2.5小時；(8)、準確稱取以上主劑97或99或104份加入燒杯中、過氧化苯甲酰0.9或1.1份、二月桂酸二丁基錫0.28或0.4或0.45份、二甲基苯胺0.07或0.09份，混合攪拌均勻后，便得到高強水下膠。
權利要求
1.一種深鉆孔地應力測試高強水下膠，它由以下重量份的原料制成原料 重量份甲苯二異氰酸酯 55-78蓖麻油 190-273環(huán)氧丙烯酸樹脂 1000-1750苯乙烯 250-350混合制成主劑，然后取主劑與以下原料制備高強水下膠，其重量配比為原料 重量份主劑 95-105過氧化苯甲酰 0.8-1.2二月桂酸二丁基錫 0.1-0.5二甲基苯胺 0.05-0.1。
2.根據權利要求1所述的一種深鉆孔地應力測試高強水下膠，其特征是原料 重量份甲苯二異氰酸酯 56-57蓖麻油 194-196環(huán)氧丙烯酸樹脂 1150-1350苯乙烯 265-295混合制成主劑，然后取主劑與以下原料制備高強水下膠，其重量配比為原料 重量份主劑 100份過氧化苯甲酰 1二月桂酸二丁基錫 0.28二甲基苯胺 0.1。
3.一種用于實現權利要求1所述的深鉆孔地應力測試高強水下膠的制備方法，它包括以下步驟(A)、蓖麻油脫水在常壓條件下加溫至118-122℃烘3.5～4.5小時；(B)、在反應桶中分兩次加入蓖麻油，第一次加入總量的96-137.2份蓖麻油，邊攪拌邊將甲苯二異氰酸脂加入到蓖麻油中，反應桶中的物料在混合反應過程中物料的溫度會上升，待反應桶中物料溫度下降到70℃時，再將反應桶放到電爐上加溫，并不斷攪拌，反應溫度控制在70℃～80℃，攪拌時間為1.5～2小時；(C)、反應桶中合成好的物料讓其自然降溫到40℃；(D)、反應桶中合成好的物料自然降溫到40℃后，第二次加入98-135.8份蓖麻油，蓖麻油邊倒邊攪拌；(E)、在第(D)步完成后，接著加入環(huán)氧丙烯酸樹脂1000-1750；(F)、在第(E)步的物料中加入苯乙烯250-350，攪拌均勻即合成了高強水下膠的主劑；(G)、將水下膠主劑放置1.5-2.5小時；(H)、將主劑、過氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基錫、二甲基苯胺入燒杯中，混合攪拌均勻后，便得到高強水下膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深鉆孔地應力測試高強水下膠及制備方法，它由甲苯二異氰酸脂TDI、蓖麻油、環(huán)氧丙烯酸樹脂、苯乙烯、過氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基錫、二甲基苯胺構成。首先將蓖麻油在常壓下脫水；其次蓖麻油和甲苯二異氰酸酯在反應桶進行反應，并不停地攪拌一定時間；第三是反應后的物料讓其降溫，再加入蓖麻油和環(huán)氧丙烯酸樹脂，苯乙烯混合即成水下膠的主劑；第四是將主劑放置一定時間；第五是將主劑與過氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基錫、二甲基苯胺混合攪拌均勻后，便得到高強水下膠。本發(fā)明工藝簡單，可操作性強，剪切強度高，耐化學性，主劑儲存時間為半年。
文檔編號C09J133/14GK1693402SQ20051001862
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權日2005年4月28日
發(fā)明者羅超文, 李海波, 李俊如, 周青春, 劉亞群, 盛謙 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所