一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光纤材料领域，具体涉及一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法，其中，纳米材料改性的塑料光纤由芯层和设置于芯层外周的皮层组成；所述芯层材料由改性聚甲基丙烯酸甲酯制备得到；所述皮层材料由改性聚对苯二甲酸乙二酯制备得到。本发明专利技术解决了POF耐热性能较差，吸水率高，在环境温度较高或湿度较大的场合使用时，存在信号衰减大、易老化等严重问题。本发明专利技术制备的塑料光纤具有耐磨性好，隔热性以及疏水性较为优异，同时兼具价格更低廉，适用于作为通讯光纤以及尤其适用于装饰面料等较短程光传输的材料中。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法
本专利技术涉及光纤材料领域，具体涉及一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法。
技术介绍
塑料光纤，简称POF,自开始使用以来经历了50多年的发展历程。塑料光纤(POF)具有弹性极限大，弹性变形量大，断裂韧性高，加工方便，操作简单和成本低等优点，替代石英光纤用作本地到因特网的短距离数据传输，以及作为光纤传感器应用于工程、生物医学等领域的参量测量。然而，在通信过程中，环境温度对POF性能的影响很大。由于POF是由聚合物制成的，所以可在80～100℃的温度下工作。超出这一范围，POF开始失去其坚固性和透光性。材料本身所决定的耐热环境应力差使得POF的可靠性低。此外，POF耐热性能较差，吸水率高，在环境温度较高或湿度较大的场合使用时，存在信号衰减大、易老化等严重问题，限制了其适用范围。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种纳米材料改性的塑料光纤，由芯层和设置于芯层外周的皮层组成；所述芯层材料由改性聚甲基丙烯酸甲酯制备得到；所述皮层材料由改性聚对苯二甲酸乙二酯制备得到。优选地，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯按照重量份，由以下成分组成：聚甲基丙烯酸甲酯80～100份、纳米改性剂1～10份、增塑剂1～5份；优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类；所述纳米改性剂为改性碳酸氟锂盐；所述纳米改性剂的制备过程为：先由碳酸锂与氟氢化钾制备出碳酸氟锂盐，再使用硅烷偶联剂对所述碳酸氟锂盐进行改性处理，最终得到改性碳酸氟锂盐。优选地，所述碳酸氟锂盐的制备方法包括如下步骤：S1.称取碳酸锂与氟氢化钾加入至行星式球磨机中，以300～500r/min的速度研磨1～3h后，加入至对苯二甲酸，以500～800r/min的速度研磨2～5h，得到混合物A；其中，碳酸锂、氟氢化钾与对苯二甲酸的物质的量比为0.5～2:1～3:1；S2.将所述混合物A置于石墨炉中，在稀有气体的保护下，升温至250～450℃，热处理2～10h，随炉冷却至室温，得到混合物B；其中，石墨炉升温速度为5～10℃/min；S3.量取乙酸和乙酸乙酯混合均匀，形成混合溶液C；向所述混合溶液C中加入所述混合物B，搅拌至均匀后，置于冰水浴中，逐滴加入质量浓度为20～40％的氢氟酸的甲醇溶液，滴加完毕后，继续搅拌反应12～24h，旋蒸至溶剂完全蒸发，再冷冻干燥，得到碳酸氟锂盐；其中，乙酸和乙酸乙酯的体积比为1:3；所述混合物B与混合溶液C的固液比为1:10～20；所述混合物B与氢氟酸的甲醇溶液的固液比为1:2～5。优选地，所述步骤S1中，为了防止温度过高，行星式球磨机每工作1h暂停0.5h。优选地，所述改性碳酸氟锂盐的制备步骤为：S1.将所述碳酸氟锂盐与去离子水混合，搅拌至均匀后，超声分散0.5～1h，得到碳酸氟锂盐混合液；其中，所述碳酸氟锂盐与去离子水的固液比为1:30～50；S2.将碳酸氟锂盐混合液置于冰水浴条件下，缓慢加入十二烷基三甲基氯化铵，搅拌反应3～5h后，滴加质量分数为85％的磷酸，继续搅拌反应2～3h，过滤取固体，使用四氢呋喃洗涤至中性，得到胶状物D；其中，十二烷基三甲基氯化铵与所述碳酸氟锂盐的质量比为2～3:1；所述碳酸氟锂盐与磷酸的固液比为1:10～15；S3.将所述胶状物D加入至四氢呋喃中，搅拌分散至均匀后，加入硅烷偶联剂，搅拌至均匀，升温至60～80℃，反应8～10h，冷却至室温后，过滤取固体物，使用丙酮洗涤三次，冷冻干燥，经过纳米粉碎机，得到改性碳酸氟锂盐；其中，所述胶状物D与四氢呋喃的固液比为1:20～50；硅烷偶联剂与二恶烷的体积比为1:10～15。优选地，所述硅烷偶联剂为氨基丙基三甲氧基硅烷或乙烯基氨基丙基三甲氧基硅烷。优选地，所述改性聚对苯二甲酸乙二酯按照重量份，由以下成分组成：聚对苯二甲酸乙二酯80～100份、聚丙烯腈纤维10～30份、聚醋酸乙烯酯10～20份、改性玻璃纤维5～10份、抗氧化剂0.1～0.5份。优选地，所述改性玻璃纤维的制备方法为：S1.称取乙二胺四乙酸加入至过氧化氢中，搅拌至溶解，再加入玻璃纤维，超声1～2h后，升温至80～100℃，搅拌反应3～5h，过滤取固体，减压蒸馏至干燥，得到玻璃纤维预处理物；其中，玻璃纤维、乙二胺四乙酸与过氧化氢的质量比为1:0.25～0.3:5～10；S2.将所述玻璃纤维预处理物加入至甲基丙烯酸甲酯中，再加入四甲基硅烷，超声0.5～2h，过滤取固体，使用丙酮洗涤三次，干燥后加入于液体石蜡中，再加入偏硅酸钠，在40～60℃水浴下搅拌2～4h，过滤取固体，置于70～80℃烘箱中处理8～12h，得到玻璃纤维初级处理物；其中，所述玻璃纤维预处理物、甲基丙烯酸甲酯与四甲基硅烷的质量比为1:6～8:0.01～0.03；液体石蜡、偏硅酸钠与所述玻璃纤维预处理物的质量比为5～10:0.5～1:1；S3.将所述玻璃纤维初级处理物装入坩埚，置于马弗炉中，升温至300～400℃，煅烧6～10h，自然冷却后，加入至无水乙醇中超声洗涤0.5～1h，置于70～80℃烘箱中干燥处理，得到改性玻璃纤维。优选地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076以及抗氧化剂168的一种或多种。本专利技术的另外一个目的是提供一种纳米材料改性的塑料光纤的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤1，按照配方制备出芯层材料以及皮层材料，之后分别将芯层材料以及皮层材料置于80～90℃下干燥处理1～2h；步骤2，将干燥处理后的芯层材料与皮层材料分别置于双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，在真空条件下挤出，制成粗品；步骤3，将所述粗品经水冷，再经不同速度的牵伸辊牵伸，最终制备得到纳米材料改性的塑料光纤。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术所用的纳米材料改性的塑料光纤，采用改性聚对苯二甲酸乙二酯作为皮层材料，采用改性聚甲基丙烯酸甲酯作为芯层材料，得到的塑料光纤具有耐磨性好，隔热性以及疏水性较为优异，同时兼具价格更低廉，适用于作为通讯光纤以及尤其适用于装饰面料等较短程光传输的材料中。2.本专利技术通过结合机械研磨法和溶胶凝胶法，使用碳酸锂与氟氢化钾制备出了碳酸氟锂盐。其中，机械研磨法将碳酸锂和氟氢化钾能够更加充分的结合在一起，最终得到了含有碳酸根的氟与金属锂的结合物，该结合物是二维的层状结构，且具有较大的比表面积，但是使用机械研磨法制备得到的产物含有大量未结合完全的反应物，且产物颗粒体积小、易于团聚；因此，为了得到更易分散均匀且更加纯净的碳酸氟锂盐，对机械研磨法得到的产物使用溶胶凝胶法进行纯化，且在纯化过程中进一步添加了氢氟酸，使机械研磨法未完全结合的物质得到更充分的结合。3.为了使得碳酸氟锂盐的耐水性得到改善，本专利技术基于碳酸氟锂盐的二维层状结构，使用硅烷偶联剂对其进行改性处理，得到较大的比表面积的改性碳酸氟锂盐。在改性碳酸氟锂盐作为纳米改性剂添加至聚甲基丙烯酸甲酯中，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，由芯层和设置于芯层外周的皮层组成；所述芯层材料由改性聚甲基丙烯酸甲酯制备得到；所述皮层材料由改性聚对苯二甲酸乙二酯制备得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，由芯层和设置于芯层外周的皮层组成；所述芯层材料由改性聚甲基丙烯酸甲酯制备得到；所述皮层材料由改性聚对苯二甲酸乙二酯制备得到。


2.根据权利要求1所述的一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯按照重量份，由以下成分组成：
聚甲基丙烯酸甲酯80～100份、纳米改性剂1～10份、增塑剂1～5份。


3.根据权利要求2所述的一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类；所述纳米改性剂为改性碳酸氟锂盐；所述纳米改性剂的制备过程为：先由碳酸锂与氟氢化钾制备出碳酸氟锂盐，再使用硅烷偶联剂对所述碳酸氟锂盐进行改性处理，最终得到改性碳酸氟锂盐。


4.根据权利要求3所述的一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，所述碳酸氟锂盐的制备方法包括如下步骤：
S1.称取碳酸锂与氟氢化钾加入至行星式球磨机中，以300～500r/min的速度研磨1～3h后，加入至对苯二甲酸，以500～800r/min的速度研磨2～5h，得到混合物A；
其中，碳酸锂、氟氢化钾与对苯二甲酸的物质的量比为0.5～2:1～3:1；
S2.将所述混合物A置于石墨炉中，在稀有气体的保护下，升温至250～450℃，热处理2～10h，随炉冷却至室温，得到混合物B；
其中，石墨炉升温速度为5～10℃/min；
S3.量取乙酸和乙酸乙酯混合均匀，形成混合溶液C；向所述混合溶液C中加入所述混合物B，搅拌至均匀后，置于冰水浴中，逐滴加入质量浓度为20～40％的氢氟酸的甲醇溶液，滴加完毕后，继续搅拌反应12～24h，旋蒸至溶剂完全蒸发，再冷冻干燥，得到碳酸氟锂盐；
其中，乙酸和乙酸乙酯的体积比为1:3；所述混合物B与混合溶液C的固液比为1:10～20；所述混合物B与氢氟酸的甲醇溶液的固液比为1:2～5。


5.根据权利要求4所述的一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，所述步骤S1中，为了防止温度过高，行星式球磨机每工作1h暂停0.5h。


6.根据权利要求3所述的一种纳米材料改性的塑料光纤，其特征在于，所述改性碳酸氟锂盐的制备步骤为：
S1.将所述碳酸氟锂盐与去离子水混合，搅拌至均匀后，超声分散0.5～1h，得到碳酸氟锂盐混合液；
其中，所述碳酸氟锂盐与去离子水的固液比为1:30～50；
S2.将碳酸氟锂盐混合液置于冰水浴条件下，缓慢加入十二烷基三甲基氯化铵，搅拌反应3～5h后，滴加质量分数为85％的磷酸，继续搅拌反应2～3h，过滤取固体，使用四氢呋喃洗涤至中性，得到胶状物D；
其中，十二烷基三甲基氯化铵与所述碳酸氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴银鑫，吴声节，
申请(专利权)人：泉州市广进源智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35