一种轻型高强度抗拉电力电缆及其所用抗紫外芳纶纤维制造技术

本发明专利技术属于电力电缆领域，尤其涉及一种轻型高强度抗拉电力电缆及其所用抗紫外芳纶纤维。其包括由内至外依次包覆设置的缆芯、编织层和护套层，所述编织层材质为抗紫外芳纶纤维，所述抗紫外芳纶纤维以对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维为主体，其表面通过嵌段连接负载有芳纶纳米纤维，并配合固定有硅成分。本发明专利技术通过多重包缠以及负载强化实现了芳纶纤维的抗紫外性能优化，同时有效保持了芳纶纤维良好的力学性能，使得其用于轻型高强度抗拉电力电缆时具有极佳的适配性。力电缆时具有极佳的适配性。

【技术实现步骤摘要】
一种轻型高强度抗拉电力电缆及其所用抗紫外芳纶纤维


[0001]本专利技术属于电力电缆领域，尤其涉及一种轻型高强度抗拉电力电缆及其所用抗紫外芳纶纤维。

技术介绍

[0002]电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线。在电力线路中，电缆所占比重正逐渐增加，是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，包括1
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500KV以及以上各种电压等级，各种绝缘的电力电缆。
[0003]轻型高强度抗拉电力电缆是目前电力电缆的一个重要发展方向。目前，为实现电力电缆的轻量化，其内部的通常采用芳纶纤维编织层替代传统的铠装层结构，以实现大幅度降低电力电缆比重，同时芳纶纤维具有较为优秀的力学性能，能够使得电力电缆实现轻量化之后仍保持良好的抗拉性能。
[0004]但是，芳纶纤维却也存在着一个较为明显的使用缺陷，即其抗老化性能较弱。而紫外光的穿透性强，容易穿透外层的护套层对电缆内部的芳纶纤维造成老化损伤，因而，如何改进提升芳纶纤维的抗紫外老化能力使得轻型高强度抗拉电力电缆在户外环境使用时具有更长的使用寿命，是目前一个相对主要的研发方向。

技术实现思路

[0005]为解决现有的轻型高强度抗拉电力电缆中所用芳纶纤维抗紫外老化性能不佳，电力电缆在使用过程中容易发生内部老化导致抗拉强度快速下降，甚至可能发生断裂等问题，本专利技术提供了一种轻型高强度抗拉电力电缆，以及其内部所用的抗紫外芳纶纤维。
[0006]本专利技术的主要目的在于：
[0007]一、实现耐紫外老化芳纶纤维的改性制备；
[0008]二、确保芳纶纤维具有良好的力学性能，能够有效用于电力电缆使用。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0010]一种轻型高强度抗拉电力电缆，包括由内至外依次包覆设置的缆芯、编织层和护套层；
[0011]所述编织层材质为抗紫外芳纶纤维，所述抗紫外芳纶纤维以对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维为主体，其表面通过嵌段连接负载有芳纶纳米纤维，并配合固定有硅成分。
[0012]一种抗紫外芳纶纤维的制备方法，所述制备方法包括：
[0013]1)取待处理的对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维作为主体，对其进行氨基化处理，浸渍于聚二甲基硅氧烷
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聚碳酸酯嵌段共聚物溶液中，于保护气氛中进行热处理得到扩链纤维；
[0014]2)将扩链纤维置于正硅酸乙酯中充分浸润，过滤后浸润于无水乙醇中，并在低温
条件下缓慢加水进行水解反应，得到强化扩链纤维；
[0015]3)将强化扩链纤维浸渍于芳纶纳米纤维的有机分散液中，进行超声处理后加水进行质子化还原，搅拌至呈均质稳定的悬液后得到抗紫外芳纶纤维。
[0016]作为优选，
[0017]步骤1)所述氨基化处理过程包括：
[0018]取待处理的对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维置于硝酸溶液中低温反应得到硝基化纤维，硝基化纤维置于还原溶液中进行质子化还原，完成氨基化处理。
[0019]作为优选，
[0020]步骤1)所述聚二甲基硅氧烷
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聚碳酸酯嵌段共聚物溶液浓度为5～10mmol/L；
[0021]所述热处理过程控制温度为40～80℃，反应时长为2～4h。
[0022]作为优选，
[0023]步骤2)所述低温条件为10～30℃。
[0024]作为优选，
[0025]步骤2)所述缓慢加水过程，控制每分钟加水量为1～3mL/L无水乙醇。
[0026]作为优选，
[0027]步骤3)所述芳纶纳米纤维的有机分散液中芳纶纳米纤维与所用强化扩链纤维的质量比为(2～3)：(7～8)。
[0028]作为优选，
[0029]步骤3)所述芳纶纳米纤维由对位芳纶短纤维置于氢氧化钾的二甲基亚砜溶液中进行超声溶切处理制得。
[0030]于本专利技术技术方案而言，所述抗紫外芳纶纤维的制备工艺如下：
[0031]1)取待处理的对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维作为主体，所述短纤维即通常指代长度为7～15mm的芳纶纤维工业产品，置于活化硝酸溶液中低温反应得到硝基化纤维，所述活化硝酸溶液由68wt％硝酸、乙酸酐和冰醋酸以体积比1：20：5的比例混合配制，硝基化纤维置于还原溶液中进行质子化还原，所述还原溶液中含有6.5g/L磷酸二氢钾和2g/L磷酸氢二钾溶质，溶剂为四氢呋喃和去离子水以1：1的体积比混合，质子化还原完成氨基化处理，随后浸渍于5～10mmol/L的聚二甲基硅氧烷
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聚碳酸酯嵌段共聚物溶液中，于氮气气氛中40～80℃反应2～4h得到扩链纤维；
[0032]2)将扩链纤维置于正硅酸乙酯中充分浸润，过滤后浸润于无水乙醇中，并在10～30℃条件下缓慢加水，控制每分钟加水量为1～3mL/L无水乙醇进行水解反应，得到强化扩链纤维；
[0033]3)将强化扩链纤维浸渍于芳纶纳米纤维的乙醇分散液中，分散液中芳纶纳米纤维与所用强化扩链纤维的质量比为2～3：7～8，进行超声处理后加水进行质子化还原，搅拌至呈均质稳定的悬液后得到抗紫外芳纶纤维。
[0034]对于上述制备工艺，本专利技术首先通过低温活化的方式使得芳纶纤维表面实现硝基化，即实现其与氮元素的连接，氮元素以硝基形式存在后再进行质子化还原形成氨基，进而完成氨基化处理，氨基化处理后的芳纶纤维表面含有活性氨基基团，活性氨基基团与聚二甲基硅氧烷
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聚碳酸酯嵌段共聚物中的聚碳酸酯端能够形成结合，实现纤维分子扩链，嵌段共聚物能够形成对纤维分子的交缠，扩链后浸润正硅酸乙酯作为硅源后，在无水乙醇中进
行可控水解过程，以嵌段共聚物的聚二甲基硅氧烷端对水解形成的二氧化硅纳米颗粒、微米颗粒进行捕获，实现颗粒掺杂强化纤维，而后再以芳纶纳米纤维进行抗紫外修饰，即能够确保芳纶纤维保持有较高的拉伸强度和拉伸模量。
[0035]在传统的芳纶纤维抗紫外强化工艺中，大多采用芳纶纳米纤维进行直接浸润包覆处理，其通过纳米芳纶的折反射等削弱了紫外线对与基体纳米纤维的影响，使得其抗紫外性能得到显著的提升，但是却也存在常见且难以避免的缺陷，即通过浸润包覆在芳纶纤维表面的芳纶纳米纤维将会对芳纶短纤维的力学性能造成不利影响，尤其在拉伸模量和断裂伸长率方面，直接浸润处理后通常会产生约10～15％的下降，在用于本专利技术电力电缆时，难以确保其能够产生所需的高抗拉性能。对此，本专利技术通过扩链的方式一来使得芳纶纤维分子表面形成强化包缠，同时捕获沉积形成的二氧化硅微粒，实现纤维表面的颗粒强化，提高其抗拉强度和拉伸模量，同时一定程度隔绝了芳纶纳米纤维与芳纶短纤维的直接接触，以避免芳纶纳米纤维对芳纶短纤维造成的负面影响，同时所用的嵌段共聚物与芳纶纳米纤维也具备良好的结合现象，同样能够实现稳定负载芳纶纳米纤维，以同步实现芳纶纤维的抗紫外性能提升和力学性能保持甚至于产生一定优化，使得轻型高强度抗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻型高强度抗拉电力电缆，包括由内至外依次包覆设置的缆芯、编织层和护套层，其特征在于，所述编织层材质为抗紫外芳纶纤维，所述抗紫外芳纶纤维以对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维为主体，其表面通过嵌段连接负载有芳纶纳米纤维，并配合固定有硅成分。2.一种用于权利要求1所述电力电缆的抗紫外芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)取待处理的对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维作为主体，对其进行氨基化处理，浸渍于聚二甲基硅氧烷
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聚碳酸酯嵌段共聚物溶液中，于保护气氛中进行热处理得到扩链纤维；2)将扩链纤维置于正硅酸乙酯中充分浸润，过滤后浸润于无水乙醇中，并在低温条件下缓慢加水进行水解反应，得到强化扩链纤维；3)将强化扩链纤维浸渍于芳纶纳米纤维的有机分散液中，进行超声处理后加水进行质子化还原，搅拌至呈均质稳定的悬液后得到抗紫外芳纶纤维。3.根据权利要求2所述的电力电缆的抗紫外芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)所述氨基化处理过程包括：取待处理的对位芳纶短纤维和/或间位芳纶短纤维置于硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞晋连，王迪，张铖程，
申请(专利权)人：杭州富通电线电缆有限公司，
类型：发明
国别省市：