一种非金属铠装丝制造技术

一种非金属铠装丝，其中，内芯为超高分子量聚乙烯纤维浸渍合成聚氨酯树脂固化而成，外侧涂覆有一层耐磨层。该非金属铠装丝适合全深海遥控潜水器的脐带缆使用，具有环境适应强、拉伸强度和拉伸模量性能好、方便使用、生产效率高、性价比高等有益效果。

A Nonmetallic Armored Wire

【技术实现步骤摘要】
一种非金属铠装丝
本技术涉及一种脐带缆用铠装丝，属于复合光缆材料

技术介绍
随着我国经济快速发展，国家能源需求日益提高，海洋油气开发向深海拓展和延伸，十九大提出“坚持海陆统筹，加快建设海洋强国”，深海能源开发已经成为国家战略重点建设内容。然而目前深海开发装备不成熟，极大制约我国能源开发向深海进军。脐带缆作为深海能源开发关键装备，负责水下开采子系统和水面浮式母平台之间“信号”和“物质”交流，在水下油气开发过程中占有十分重要的地位，是水下油气开发的“神经系统”和“生命脐带”。随着遥控潜水器(ROV)最大潜水深度的不断突破，特别是万米级全深海ROV研制项目不断推进，研制全深海遥控潜水器用脐带缆已经成为我国深海技术的紧迫任务。然而，已有的全深海ROV脐带缆为金属铠装脐带缆，采用钢丝作为铠装材料，由于钢丝密度较大，致使金属铠装脐带缆自身重量较重，通常只能用于海底6000米以内。如CN201975101U和CN202650621U公开的脐带电缆，其采用或编织或缠绕钢丝铠装层来满足承受水下作业时的抗拉和抗压的功能。同时在电力传输过程中为了避免钢丝产生磁滞损耗带来干扰，在钢丝内部要包覆一层导电或半导电屏蔽层。虽然这类电缆短期内可以满足海洋工程电缆的要求，但是其仍存在缺点：该电缆采用钢丝作为承力件，钢丝比重大，在电缆外面包覆钢丝后，造成电缆本体重量大幅度增加，既不利于敷设和使用，也不利于用于更深的海底；该类电缆均采用钢丝铠装，由于钢丝是磁性金属，在电力缆传输过程中产生磁滞损耗，造成对线芯的干扰，为了避免该类干扰，在铠装层内部需要增加屏蔽层，因此增加了材料，也增加了成本；金属管和金属丝铠装作为采样取样管路及承载结构容易受到深水压力和浮力摇动，造成电缆绝缘材料损伤，使电缆因绝缘操作导致短路。随着ROV最大下潜深度的不断突破，特别是全深海ROV研制项目的不断推进，能满足全深海ROV工作要求的全深海ROV非金属铠装脐带缆已成为我国深海
的紧迫任务。全深海ROV非金属铠装脐带缆是当今国际前沿性研究项目，它充分利用了非金属复合材料重量轻、强度高的优异特性，用非金属铠装丝制作成的全深海ROV非金属铠装脐带缆具有较高的强度、重量比和优良的耐腐蚀性能。公告号为CN203366804U的技术专利，其虽然采用聚乙烯纤维和无纺布包覆构成的编织物层作为非金属加强层来提高负载重量，其仍存在缺点，第一，将编织物作为整体的加强层，并未将其作为铠装丝使用，使得使用并不方便，也不便于根据脐带缆使用的深度来调整铠装层的布设而达到要求的强度；第二，加强层的整体拉伸强度和拉伸模量不利于控制；第三，对环境的适应性如温度、抗化能力等不强；第四，不便于生产和组装。现有技术也有用FRP、芳纶纤维作为构成的编织物层，其拉伸强度和拉伸模量相对不足，也无法生产长度超长的铠装丝，不利于深海万米以下使用。因此，高性能非金属铠装丝目前在我国深海
还是一项空白，开展全深海ROV铠装脐带缆用非金属铠装丝的研究可为我国全深海ROV脐带缆的研制提供技术支撑和配套保障，为我国全深海ROV非金属铠装脐带缆的国产化和产业化奠定结实的技术基础，对推动我国深海科学技术发展，实现国家深海战略具有重要的科学意义和社会效益。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种对环境适应强、拉伸强度和拉伸模量性能好、密度低、柔软性好、方便使用、适用于万米级全深海、生产效率高、性价比高的非金属铠装丝，同时对其生产方法、生产装置进行改进，使得非金属铠装丝的表面性能突出、能实现大长度连续生产。为了达到上述目的，本技术的技术方案是提供一种非金属铠装丝，其特征在于，该非金属铠装丝的横截面为圆形，具有两层同心圆结构，其中，内层结构为非金属铠装丝的内芯，外层结构为耐磨层，所述非金属铠装丝的内芯为超高分子量聚乙烯纤维浸渍合成聚氨酯树脂固化而成，外侧涂覆有一层耐磨层。该非金属铠装丝适合全深海遥控潜水器的脐带缆使用。优选地，所述金属铠装丝的外径为0.5mm～6mm。优选地，耐磨层为耐磨尼龙。优选地，耐磨层厚度为0.3mm～1.0mm。优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维占整个非金属铠装丝内芯重量比的65～85％。优选地，所述非金属铠装丝的密度为1.00～1.10g/cm3。本技术的另一技术方案是提供一种利用了上述非金属铠装丝的全深海遥控潜水器用脐带缆，包括电力线、地线、光纤单元、内芯护套、非金属铠装丝、外护层；所述电力线、地线和光纤单元位于内芯护套内，非金属铠装丝位于内包层和外护层之间；所述非金属铠装丝内芯为超高分子量聚乙烯纤维浸渍合成聚氨酯树脂固化而成，外侧涂覆有一层耐磨层。本技术的非金属铠装丝采用包括如下步骤的方法制备：(1)、将超高分子量聚乙烯纤维进行偶联改性处理；(2)、将改性后的超高分子量聚乙烯纤维进入红外线烘箱烘烤；(3)、之后进入树脂槽，浸渍合成聚氨酯树脂；(4)、然后进入模具，在模具内成型并加热固化，进入牵引机制得非金属铠装丝内芯；(5)、把非金属铠装丝内芯收卷在卷绕盘上；(6)、把非金属铠装丝内芯放在套塑生产线上；(7)、非金属铠装丝内芯进入预热烘箱后穿过寄出模具；(8)、涂覆后快速冷却，制得非金属铠装丝成品。优选地，控制步骤(3)中超高分子量聚乙烯纤维占整个非金属铠装丝内芯重量比的65～85％。优选地，步骤(4)，在模具内采用三段升温的方式加热固化，第一阶段为80±10℃，第二阶段为120±10℃，第三阶段为140±10℃。由于在模具内存在温度的差异，同时树脂熔体的黏度对温度较为敏感，温度越高黏度越低，其流动性能变好，在模具内设置温度的梯度，树脂熔体的流动性也存在梯度，这对制品的表面光滑度有较大的影响，从微观来看，最后成型得到的内芯表面粗糙度有所不同，进而对于在超深水环境下的老化及腐蚀行为起到重要影响。同时，尤其是第二阶段温度的选择，有利于树脂和超高分子量聚乙烯纤维的复合，增强其强度。优选地，步骤(4)中，牵引机的牵引速度为0.5m/min-1.5m/min，更优选地，牵引速度为1m/min，在这个速度范围内，超高分子量聚乙烯纤维浸渍合成聚氨酯树脂的成型效果好，质量稳定，能够使得铠装丝单根连续生产长度不小于50000m。优选地，步骤(8)的涂覆材料为耐磨尼龙。优选地，步骤(8)中涂覆的厚度为0.3mm～1.0mm。本技术还提供一种非金属铠装丝的生产设备，包括：依次连接的放线装置、偶联改性处理装置、第一烘箱、树脂槽、模具、牵引装置、第一收卷装置；以及依次连接的放卷装置、第二烘箱、挤出机、冷却水槽、吹干装置、直径检测仪、牵引装置、第二收卷装置；其中放线装置对超高分子量聚乙烯纤维进行放线，树脂槽盛装有聚氨酯树脂；第一收卷装置对得到的非金属铠装丝内芯进行收卷，后作为放卷装置的待处理物。其中，模具为分体模具，其具有三段升温的功能，模具为分体模具，其具有三段升温的功能，第一阶段为80±10℃，第二阶段为120±10℃，第三阶段为140±10℃本技术采用超高分子量聚乙烯纤维配合使用聚氨酯树脂作为非金属铠装丝的内芯，其几乎不会被水的影响其物化性能。超高分子量聚乙烯纤维放置于长期的静态负载产生的永久性的延伸率称为蠕变。1、机械特性2、热能性能超高分子量聚乙烯纤维的机械性功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非金属铠装丝，其特征在于：该非金属铠装丝的横截面为圆形，具有两层同心圆结构，其中，内层结构为非金属铠装丝的内芯，外层结构为耐磨层，所述非金属铠装丝的内芯为超高分子量聚乙烯纤维浸渍合成聚氨酯树脂固化而成，外侧涂覆有一层耐磨层。

【技术特征摘要】
1.一种非金属铠装丝，其特征在于：该非金属铠装丝的横截面为圆形，具有两层同心圆结构，其中，内层结构为非金属铠装丝的内芯，外层结构为耐磨层，所述非金属铠装丝的内芯为超高分子量聚乙烯纤维浸渍合成聚氨酯树脂固化而成，外侧涂覆有一层耐磨层。2.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴民，李兆地，
申请(专利权)人：上海晓宝增强塑料有限公司，江苏晓宝复合材料有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31