用于PBO纤维表面改性的涂层材料；表面改性PBO纤维、制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于PBO纤维表面改性的涂层材料，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、脂环族环氧树脂、固化剂和有机溶剂。本发明专利技术还提供了一种表面改性PBO纤维的方法，以及通过所述的方法制得的表面改性PBO纤维。此外，本发明专利技术还提供了一种将所述的表面改性PBO纤维用于编织、加捻制得特高压带电作业工具软质材料。经处理后的PBO纤维克服了其不耐老化的缺点，且具有良好的绝缘性，可应用于特高压带电作业的绝缘绳。

Coating material for surface modification of PBO fiber, surface modified PBO fiber, preparation and application thereof

The present invention discloses a coating material for surface modification of PBO fiber, including ultraviolet absorber, seventeen fluorine decyl silane, alicyclic epoxy resin, curing agent and organic solvent. The present invention also provides a method for surface modification of PBO fibers, and surface modified PBO fibers prepared by the method. In addition, the invention also provides a surface of the modified PBO fiber used in weaving, special tools for high voltage operation twist soft materials. The treated PBO fiber overcomes the disadvantages of not aging, and has good insulation, insulation rope used in high voltage operation.

【技术实现步骤摘要】
用于PBO纤维表面改性的涂层材料；表面改性PBO纤维、制备及其应用
本专利技术涉及一种新型的特高压带电作业工具软质材料，属于功能聚合物复合材料领域。
技术介绍
特高压输电线路具有电压高、感应电场强、运行维护难度大，线路塔高、导线张力大、金具和绝缘子尺寸大等特点，相应的带电作业工具的尺寸大，重量也大。因此，带电作业用绳索要求具有高的抗拉强度、绝缘性和不易变形性等性能。目前，市场上特高压带电作业用的绝缘绳索主要由蚕丝或者合成纤维编织、加捻而成。现有的蚕丝绳及合成纤维的防潮性能较差，主要是因为现有的蚕丝绳及合成纤维的防潮处理采用的是在纤维表面进行防水剂涂覆，在洗涤一定次数后，纤维的防潮性能会大幅度下降，使用寿命也会变短。随着特高压输电线路的发展，在带电作业过程中，需要提吊的金具的体积和重量也随之增加，现有的蚕丝绳和合成纤维绳在抗拉强度上也不能满足带电作业的需要。因此，研制防潮性能更持久、稳定、强度更高的新型的带电作业用绝缘绳索材料的工作，已刻不容缓。PBO纤维是一种高强度、高模量、低密度的合成纤维，其耐热、耐化学性以及抗拉抗压性能都十分优良，被誉为“21世纪的超级纤维”。PBO纤维在强度、密度上皆可以很好的满足特高压带电作业工作的要求。但PBO纤维在光照下极易老化，经紫外光照射后，纤维强度会大幅度下降。故提高PBO纤维的耐紫外光性能是PBO纤维应用于特高压带电作业的关键。公开号为CN102277726A的中国专利文献公开了一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维抗紫外光老化的方法，具体步骤为：1)在偶联剂和酸性介质的混合溶液中滴加乙醇，搅拌，得到溶液A；2)将促进剂溶于去离子水后滴加乙醇，搅拌混合均匀，加入沉淀剂，然后滴加酸性介质使沉淀全部溶解，得到溶液B；3)将步骤1)得到的溶液A滴加到步骤2)得到的溶液B中，滴加结束后，磁力搅拌0.5～3h，然后滴加相对分子质量为200～3500的聚乙二醇分散剂，继续搅拌10～60min，得到了稳定均匀的TiO2-ZnO复合水溶胶整理液；4)将步骤3)得到的TiO2-ZnO复合水溶胶整理液升温到50～80℃，在超声波振荡辅助下将PBO纤维浸入该TiO2-ZnO复合水溶胶整理液中，振荡0.5～1h后取出，使PBO纤维表面干燥后，再置于100～150℃的真空烘箱中干燥1～5h，在PBO纤维表面形成0.02～0.05mm的均匀抗紫外光老化凝胶涂层。该技术方案操作较为复杂，且PBO纤维表面光滑，惰性强，所得抗紫外光老化凝胶涂层又较薄极易破损，且涂层耐水洗性较差。此外，公开号为CN102691207A的中国专利文献公开了一种兼具耐紫外光和耐湿热老化的PBO纤维的制备方法，具体步骤为：(1)分别取硅溶胶前驱物、乙醇(EtOH)以及盐酸(HCl)在25～30℃条件下加热混合，混合均匀后加入疏水性硅氧烷，继续在25～30℃条件下反应3～5h，得到均匀稳定的有机硅疏水溶胶；(2)将步骤(1)得到的有机硅疏水溶胶升温到40～80℃，加入紫外光吸收剂，并在超声波振荡辅助下将紫外光吸收剂与有机硅疏水溶胶混合均匀，振荡时间为0.5～2h，然后冷却至室温，并加入固化催化剂，得到均匀稳定的有机硅疏水溶胶复合整理液；(3)将PBO纤维浸入到步骤(2)得到的有机硅疏水溶胶复合整理液中，时间为0.5～2h，然后取出纤维，在室温下自然晾干12～48h，置于干燥箱中80～100℃下交联固化2～5h，得到表面有均匀疏水涂层的PBO纤维。该技术方案操作较为复杂，紫外光吸收剂在水溶液中溶解度极小，故该PBO纤维疏水性涂层中所含紫外光吸收剂的含量非常少，纤维的耐紫外光性能提升较小；若紫外光吸收剂含量过高，紫外光吸收剂颗粒很难在疏水性涂层中均匀分布，达不到大幅度提高纤维耐紫外光的效果。
技术实现思路
针对PBO纤维在紫外光照射下，纤维强度下降得非常快，使得PBO纤维的使用寿命短、成本高这一缺点，本专利技术公开了一种应用于PBO纤维表面的涂层材料，旨在延长PBO纤维的使用寿命，提升PBO纤维断裂强度保留率。本专利技术第二目的在于，提供了一种采用所述的涂层材料处理得到的表面改性的PBO纤维以及该表面改性纤维的制备方法。本专利技术第三目的在于，提供了一种制得的表面改性的PBO纤维在制备特高压带电作业工具中的应用。一种用于表面改性PBO纤维的涂层材料，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、脂环族环氧树脂、固化剂和有机溶剂。PBO纤维的表面光滑，化学惰性强，在其表面形成涂层的难度大。为探索一种可应用于PBO纤维的涂层材料，本专利技术人进行了大量研究探索。通过深入研究发现，通过紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、脂环族环氧树脂以及其他组分的协同，可有助于协同提升PBO纤维的使用寿命，提升PBO纤维断裂强度保留率。本专利技术人还发现，将各组分的重量百分比控制在合适的范围内，有助于进一步提升各组分的协同效果，进而进一步延长PBO纤维的使用寿命，提升PBO纤维断裂强度保留率。通过大量研究发现，作为优选，以涂层材料重量为基准，各组分的重量百分数为：作为优选，所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂UV-284、UV-328、UV-360、UV-531中的至少一种。进一步优选，所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂UV-328。通过研究发现，采用UV-328，和其他组分的协同效果更优异，效果更优异。本专利技术通过所述的紫外光吸收剂UV-328、十七氟癸基三甲氧基硅烷以及脂环族环氧树脂的协同，使改性处理后的PBO纤维具有优异的耐紫外光性能，同时有高的疏水性能以及耐候性。作为优选，所述的涂层材料中，紫外光吸收剂所占的质量百分数为2.2～4.5％。作为优选，所述的脂环族环氧树脂的环氧值为0.4～0.5；进一步优选为0.45～0.5。作为优选，所述的脂环族环氧树脂的粘度为500-5000mpa.s；进一步优选为500-1000mpa.s。作为优选，所述的涂层材料中，脂环族环氧树脂所占的质量百分数为13.0～13.7％；更进一步优选为13.3～13.7％。作为优选，所述的固化剂为低聚聚酰胺。所述的低聚聚酰胺的分子量优选为200～651。进一步优选，所述的固化剂为聚酰胺200、聚酰胺400、聚酰胺650、聚酰胺651中的至少一种。进一步优选，所述的涂层材料中，固化剂所占的质量百分数为2～2.45％。理论上，可溶解本专利技术的各物料的溶剂均可应用至本专利技术中。作为优选，所述的有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、异丙醇中的至少一种。本专利技术中，作为优选，十七氟癸基三甲氧基硅烷预先采用溶剂稀释，所述的溶剂为异丙醇。本专利技术所述的涂层材料，存储过程中，将固化剂和其他组分分开存储。例如，所述的涂层材料包括A组分和B组分；其中，A组分包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、脂环族环氧树脂以及有机溶剂，所述的B组分为固化剂以及有机溶剂。本专利技术还提供了一种表面改性PBO纤维的方法，待处理的PBO纤维经偶联剂处理，进行表面活化；将活化后的PBO纤维浸泡在所述的涂层材料中；将浸泡后的PBO纤维固化、形成涂层，即得所述的表面改性PBO纤维。作为优选，浸泡过程在超声辅助下进行。作为优选，浸泡过程的温度为50～80℃。作为优选，浸泡时间为10～30min。本专利技术中，作为优选，重复进行所述浸泡过程3～5次。作为优选，固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于PBO纤维表面改性的涂层材料，其特征在于，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、脂环族环氧树脂、固化剂和有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于PBO纤维表面改性的涂层材料，其特征在于，包括紫外光吸收剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷、脂环族环氧树脂、固化剂和有机溶剂。2.根据权利要求1所述的用于PBO纤维表面改性的涂层材料，其特征在于，以涂层材料重量为基准，各组分的重量百分数为：3.根据权利要求1所述的用于PBO纤维表面改性的涂层材料，其特征在于，所述的紫外光吸收剂的种类为UV-284、UV-328、UV-360、UV-531中的至少一种。4.根据权利要求1所述的用于PBO纤维表面改性的涂层材料，其特征在于，所述的脂环族环氧树脂的环氧值为0.4～0.5；粘度为500-5000mpa.s；所述的有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯、异丙醇中的至少一种；所述的固化剂为低聚聚酰胺；分子量为200～651。5.一种表面改性PBO纤维的方法，其特征在于，待处理的PBO纤维经偶联剂处理，进行表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘夏清，李芝华，邹德华，刘兰兰，李慧，牛捷，童诚，严宇，汪志刚，杨淼，李稳，
申请(专利权)人：国网湖南省电力公司带电作业中心，国网湖南省电力公司，国家电网公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43