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一種光纜加強芯材料.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510580968.0

申請日:

2015.09.14

公開號:

CN105175594A

公開日:

2015.12.23

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回 IPC(主分類):C08F 122/20申請公布日:20151223|||實質審查的生效IPC(主分類):C08F 122/20申請日:20150914|||公開
IPC分類號: C08F122/20; C08F2/44; C08K9/06; C08K3/04; C08K7/14; C08J5/04; G02B6/44 主分類號: C08F122/20
申請人: 南通銀湖通訊設備科技有限公司
發明人: 肖偉忠; 姜軍; 張平
地址: 226151 江蘇省南通市海門市包場鎮通光大街9號內1號房
優先權:
專利代理機構: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243 代理人: 范鑫鑫
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510580968.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.03.15|||2016.01.20|||2015.12.23

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種光纜加強芯材料,該加強芯材料由40-80重量份的連續玻璃纖維束與20-60重量份的復合樹脂組成,復合樹脂包括乙烯基樹脂、自由基引發劑和石墨烯或氧化石墨烯納米增強材料這三種物質。本發明關鍵在于使用表面功能化修飾的石墨烯或表面功能化的氧化石墨烯對乙烯基樹脂進行增強增韌,得到高強度和韌性的玻纖-復合樹脂加強芯,其優勢在于石墨烯或氧化石墨烯的添加量低,增強增韌效果好,可大大地提高現有玻纖加強芯的品質,適用于高檔光纜。

權利要求書

權利要求書
1.  一種光纜加強芯材料,其特征在于,該加強芯材料由40-80重量份的連續玻璃纖維束與20-60重量份的復合樹脂組成,所述復合樹脂包括乙烯基樹脂、自由基引發劑和石墨烯或氧化石墨烯納米增強材料這三種物質。

2.  根據權利要求1所述的一種光纜加強芯材料,其特征在于:所述的乙烯基樹脂是雙酚A-丙烯酸縮水甘油酯二醚、雙酚A-甲基丙烯酸縮水甘油酯二醚、雙酚F-丙烯酸縮水甘油酯二醚或雙酚F-甲基丙烯酸縮水甘油酯二醚。

3.  根據權利要求1所述的一種光纜加強芯材料,其特征在于:所述納米增強材料為表面修飾的石墨烯或表面修飾的氧化石墨烯,石墨烯或氧化石墨烯與乙烯基樹脂的質量比為1:10000至100:10000。

4.  根據權利要求3所述的一種光纜加強芯材料,其特征在于:表面修飾的石墨烯,其表面由硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種修飾。

5.  根據權利要求3所述的一種光纜加強芯材料,其特征在于:表面修飾的氧化石墨烯,其表面由硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種修飾。

6.  根據權利要求1所述的一種光纜加強芯材料,其特征在于:所述自由基引發劑為異丙苯過氧化氫、過氧化二苯甲酰、叔丁基過氧化氫中的一種。

說明書

說明書一種光纜加強芯材料
技術領域
本發明涉及一種用于光纜加強芯的新材料,該材料屬于光纜領域的關鍵材料,具有優異的強度和韌性,屬于新材料科學與技術領域。
背景技術
光纜加強芯是光纜在施工和應用過程中不可或缺的關鍵材料,為光纜提供支撐和保護。光纜性脆,在實際應用過程中,需要有強度、韌性、抗彎性能等非常出色的材料提供支持。目前,市場上廣泛使用加強芯來保護光纜,代表性的加強芯有兩大類,一類是基于連續玻璃纖維的加強芯,一類是基于芳綸纖維的加強芯。
玻纖價格低廉,抗拉強度和模量高,但缺點是抗彎性能差,脆性大。因此,在實際應用當中,常將多股玻纖浸入樹脂低聚物或預聚物,使樹脂完全包覆玻纖后,加熱固化,得到玻纖-樹脂復合加強芯,這樣的加強芯將玻纖的抗拉性能與樹脂的抗彎韌性結合起來,被廣泛地應用于光纜。常用的樹脂包括雙酚A環氧樹脂及其類似物。這里,決定加強芯強度和韌性的關鍵在于如何選擇樹脂。玻纖表面存在大量的羥基,可與樹脂中的極性基團發生作用,對提高加強芯的性能有一定的幫助。但是,由于玻纖與樹脂之間總體上不存在化學鍵,非共價作用對加強芯總體性能的貢獻有限。而且,樹脂固化后本身性質也比較脆,是導致此類加強芯總體上品質較低的根本原因。有些文獻提出利用無機填料如納米二氧化硅等對樹脂進行增強和增韌,但總體效果不佳。根本原因在于無機填料所需要的添加量高,易團聚,或者納米顆粒與基體樹脂之間結合程度差,易發生分相,增強增韌效果有限,有些甚至會在樹脂中形成缺陷,導致樹脂性能下降。
玻纖加強芯的另一個問題是比重較大,長距離施工時,其自身重量很大,導致光纜彎曲度大,不利于長距離施工。
芳綸纖維具有強度大,比重輕的優勢,是非常重要的高檔加強芯材料,在光纜加強芯領域有逐步取代玻纖加強芯的優勢。與玻纖加強芯的生產工藝相似,通常將多股芳綸(如凱夫拉)纖維浸入到樹脂中,加熱固化后,獲得基于芳綸的加強芯。與玻纖加強芯相比,芳綸加強芯抗拉強度更大,拉伸模量高,抗彎性能更好,而且比重更低,特別適合長距離施工。但是芳綸纖維價格非常昂貴,其表面通常呈化學惰性,與樹脂之間的結合力差,樹脂性能與芳綸性能不匹配,導致無法充分發揮芳綸的優異性能。
將玻璃纖維與其它纖維復合,可提高纖維的強度和韌性。中國發明專利申請201410248684.7公開了一種電纜加強芯,將玄武巖纖維、玻璃纖維和碳纖維復合在酚醛樹脂基體上,將玄武巖纖維和碳纖維的韌性與玻璃纖維的強度結合,得到適用于電纜的加強芯。該發明使用的酚醛樹脂,是由鄰苯二酚與甲醛以及其它化學試劑經高溫縮合而成的熱固性樹脂,合成工藝復雜,固化時間長,而且大量使用甲醛等對人體有害的化學品,存在生產效率低、環保問題突出等問題。
綜上所述,基體樹脂的性能對于加強芯的綜合性能至關重要,傳統的無機復合技術無法進一步提高玻纖或芳綸加強芯材料的強度和韌性,無法滿足實際應用中對高性能加強芯的需求。
因此,需要提供一種新的技術方案來解決上述問題。
發明內容
針對現有加強芯材料的不足,本發明要解決的技術問題是提供一種具有高強度和韌性的新型納米復合加強芯材料。
為解決上述技術問題,本發明的一種光纜加強芯材料,該加強芯材料由40-80重量份的連續玻璃纖維束與20-60重量份的復合樹脂組成,所述復合樹脂包括乙烯基樹脂、自由基引發劑和石墨烯或氧化石墨烯納米增強材料這三種物質。
進一步的,所述的乙烯基樹脂是雙酚A-丙烯酸縮水甘油酯二醚、雙酚A-甲基丙烯酸縮水甘油酯二醚、雙酚F-丙烯酸縮水甘油酯二醚或雙酚F-甲基丙烯酸縮水甘油酯二醚。
進一步的,所述納米增強材料為表面修飾的石墨烯或表面修飾的氧化石墨烯,石墨烯或氧化石墨烯與乙烯基樹脂的質量比為1:10000至100:10000。
表面修飾的石墨烯,其表面由硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種修飾。
表面修飾的氧化石墨烯,其表面由硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種修飾。
進一步的,自由基引發劑為異丙苯過氧化氫、過氧化二苯甲酰、叔丁基過氧化氫中的一種。
本發明的有益效果:本發明的加強芯材料由連續玻璃纖維束與復合樹脂組成,復合樹脂包括乙烯基樹脂、自由基引發劑和石墨烯或氧化石墨烯納米增強材料這三種物質,石墨烯或氧化石墨烯的添加量低,增強增韌效果好,可大大地提高現有玻纖加強芯的品質,適用于高檔光纜。
具體實施方式
為了加深對本發明的理解,下面對本發明作進一步詳述,該實施例僅用于解釋本發明,并不構成對本發明的保護范圍的限定。
本發明的一種光纜加強芯材料,該加強芯材料由40-80重量份的連續玻璃纖維束與20-60重量份的復合樹脂組成,復合樹脂包括乙烯基樹脂、自由基引發劑和石墨烯或氧化石墨烯納米增強材料這三種物質。
復合樹脂中的乙烯基樹脂是雙酚A-丙烯酸縮水甘油酯二醚、雙酚A-甲基丙烯酸縮水甘油酯二醚、雙酚F-丙烯酸縮水甘油酯二醚或雙酚F-甲基丙烯酸縮水甘油酯二醚。
復合樹脂中的納米增強材料為表面修飾的石墨烯或表面修飾的氧化石墨烯,石墨烯或氧化石墨烯與乙烯基樹脂的質量比為1:10000至100:10000。也就是說這里的乙烯基樹脂占絕大多數(99%以上)。
表面修飾的石墨烯,其表面由硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種修飾。
表面修飾的氧化石墨烯,其表面由硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種修飾。
自由基引發劑為異丙苯過氧化氫、過氧化二苯甲酰、叔丁基過氧化氫中的一種。
本發明所使用的加強芯纖維為連續玻璃纖維,樹脂為雙酚A-丙烯酸縮水甘油酯及其衍生物,或雙酚F-丙烯酸縮水甘油酯及其衍生物。將這些樹脂與自由基熱引發劑,表面修飾石墨烯或表面修飾氧化石墨烯混合均勻,形成預浸樹脂,其中,表面修飾石墨烯或表面修飾氧化石墨烯與樹脂的質量比例為1:10000至100:10000。
石墨烯或氧化石墨烯是一種新型二維納米材料,是由碳原子構成的厚度僅為一個原子的片狀結構,具有極高的強度和模量,已經被廣泛地應用于樹脂的增強增韌。作為納米增強材料,石墨烯或氧化石墨烯在樹脂中的分散及其與基體樹脂之間的相互作用是決定其復合材料增強增韌效果的關鍵因素。在良好分散的情況下,石墨烯對樹脂的增強閾值遠低于納米氧化硅、碳納米管等材料,也就是說,只需要添加極少量(如0.1~0.5wt%)的石墨烯,就可以達到顯著的增強增韌效果。然而,由于石墨烯的比表面積大,二維尺寸遠大于其厚度(單原子層),石墨烯極易團聚,而且不易在樹脂基體中均勻分散,不僅會導致樣品成色降低,而且不利于達到理想的增強增韌效果,成為應用過程中的一個重要難題。
本發明所使用的表面修飾石墨烯為氧化膨脹裂解法制備的高度剝離的石墨烯,為了確保石墨烯在樹脂中均勻分散,將氧化裂解法獲得的氧化石墨烯經充分還原后,與硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、或二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種反應,使偶聯劑在表面發生水解后,化學接枝在石墨烯表面,這樣,一方面,表面修飾的石墨烯與樹脂性質相似,提高了相容性,經充分攪拌后,可實現穩定分散;另一方面,石墨烯表面含有雙鍵官能團,經熱引發后,可以與樹脂發生自由基共聚合,與樹脂成為一個整體。
本發明還可以使用表面修飾氧化石墨烯。所述的氧化石墨烯為氧化膨脹裂解法制備的高度剝離的石墨烯,為了確保氧化石墨烯在樹脂中均勻分散,將氧化裂解法獲得的氧化石墨烯與硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三-(2-甲氧乙氧基)-硅烷、或二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的一種反應,使偶聯劑在表面發生水解后,化學接枝在氧化石墨烯表面,這樣,一方面,表面修飾的氧化石墨烯與樹脂性質相似,提高了相容性,經充分攪拌后,可實現穩定分散;另一方面,氧化石墨烯表面含有雙鍵官能團,經熱引發后,可以與樹脂發生自由基共聚合,與樹脂成為一個整體。
如上所述,氧化石墨烯或石墨烯在基體中均勻分散并且與基體樹脂以共價鍵結合,只需要添加極少的量,就能夠將加強芯的抗拉強度提高10-30%,拉伸模量提高13-36%,彎曲模量提高15-30%。由于石墨烯添加量極低,不影響加強芯的顏色和外觀。
本發明的光纜加強芯材料,由連續玻璃纖維束與復合樹脂組成,復合樹脂包括乙烯基樹脂、自由基引發劑和石墨烯或氧化石墨烯納米增強材料這三種物質,其中,納米增強材料使用表面功能化修飾的石墨烯或表面功能化的氧化石墨烯對乙烯基樹脂進行增強增韌,增強增韌效果好,可大大地提高現有玻纖加強芯的品質,適用于高檔光纜。

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一種 光纜 加強 材料
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