部分浸透的纤维增强热塑性强度元件制造技术

纤维束(10)包括封装在纤维/树脂复合材料(12)内的松散纤维(11)。该束可用作纤维光缆的强度元件。在一种实施方案中，该束是通过包括以下步骤的方法制备的：（A）将纤维捆扎在一起使得一部分纤维形成该束的内部部分，一部分纤维形成该束的外部部分；和（B）用树脂浸透该束的外部部分使得（1）形成该束的外部部分的纤维和树脂形成纤维/树脂复合材料，所述纤维/树脂复合材料封装形成该束的内部部分的纤维和（2）不用树脂浸透形成该束的内部部分的纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】部分浸透的纤维增强热塑性强度元件专利技术背景1.专利
本专利技术涉及电线和缆线。在一个方面中，本专利技术涉及电线或缆线的强度元件，而在 另一方面中，本专利技术涉及纤维增强的强度元件。在另一方面中，本专利技术涉及用于制备纤维增 强的强度元件的工艺，而在另一方面中，本专利技术涉及包括纤维增强的强度元件的电线和缆 线。2.相关现有技术的描述纤维光缆是设计来为纤维提供对有害水平的纵向和横向应力足够的保护的复合 结构。此外，该结构还提供了对纤维的使用寿命提供无害的化学和物理环境。在纤维光缆 和电力缆线之间的一个基本差别是电力缆线中的金属导体承担在安装和使用条件过程中 产生的至少一部分张应力。相反，纤维光缆包含集成到光缆中特别用于隔离纤维不受张应 力的抗张强度元件。足够的张压强度、承受小半径弯曲的能力、纤维处理和缆线安装的容易 性和有竞争力的成本是在涉及纤维光缆时必须考虑的一系列标准中的几个。很多设计类型可用于纤维光缆，选择的设计取决于应用。无论如何选择都需要一 些类型的强度元件承受在安装和使用过程中缆线的张应力和压缩应力。目前使用的强度元件主要是由纤维增强的塑料(FRP，如果玻璃纤维是增强件，也 称作玻璃增强塑料(GRP))或不锈钢制成的。通常，FRP或GRP是通过用一种或多种热固性 树脂(例如乙烯基酯或环氧树脂)通过纤维拉挤工艺制备的，但工艺的速度非常有限。对于 不锈钢，其较为昂贵且较重。此外，目前可获得的GRP或FRP/热固性树脂组合物容易具有 过高的硬度，这使得包括这些强度元件的纤维光缆安装困难，尤其是在建筑物周围或沿繁 杂的城市街道安装时，在这种情况下通常需要对缆线进行锐弯。
技术实现思路
在一种实施方案中，本专利技术是纤维束，其包括封装在纤维/树脂复合材料内的松 散纤维。在一种实施方案中，纤维束是不定长度的挤出制品。在一种实施方案中，纤维包括 玻璃、碳、聚酯和芳族聚酰胺中的至少一种。在一种实施方案中，纤维/树脂复合材料的纤 维组分是聚烯烃。在一种实施方案中，用复合材料封装的松散纤维聚集件的平均厚度至少 为纤维束直径的1/10。在一种实施方案中，纤维/树脂复合材料的平均厚度至少为纤维束 半径的1/3。在一种实施方案中，本专利技术是包括纤维束的缆线或其他结构，该束包括封装在纤 维/树脂复合材料内的松散纤维。在一种实施方案中，该缆线是纤维光缆。在一种实施方案中，本专利技术是纤维束的制备方法，该方法包括以下步骤(A)将纤 维捆扎在一起使得一部分纤维形成该束的内部部分，一部分纤维形成该束的外部部分；和 (B)用树脂浸透该束的外部部分使得(I)形成该束的外部部分的纤维和所述树脂形成纤维 /树脂复合材料，所述纤维/树脂复合材料封装形成该束的内部部分的纤维，和(2)不用树 脂浸透形成该束的内部部分的纤维。在一种实施方案中，纤维束是通过将松散纤维束(包括但不限于玻璃、碳、聚酯和芳族聚酰胺纤维中的至少一种)通过线罩挤出生产线(jacket extrusion line)并将热塑性树脂(例如聚丙烯或聚乙烯)以任意常规方式施加到纤维束上 而处理的。在挤出机内，纤维仅被部分浸透，大部分经浸透的纤维位于该束的外层上。在该 束离开挤出模头后，冷却并在该束的外表面上形成“硬壳”复合材料，该壳层紧紧地将剩余 未浸透的或仅略有浸透的纤维包围在中心。本专利技术的纤维束与用树脂完全浸透因此在束的内部没有松散纤维的纤维束相比 具有降低的弯曲硬度和改善的制造效率。本专利技术的纤维束用作对于纤维光缆和其他电线和 缆线应用有用的强度元件。壳复合材料和中心中的纤维都有助于该束的抗张强度，但该束 的压缩强度和弯曲硬度仅由外层纤维/树脂复合材料提供。纤维束能够具有以下特征中的 一个或多个1.如果通过挤出制备，那么能够通过流体动力学和挤出模头的设计根据需要改变 该束的横截面几何形状。2.因为纤维束的压缩强度是由纤维/树脂复合材料壳决定的，因此壳厚度的变化 就改变该束的压缩强度。通过一种或多种树脂配方、控制挤出头压力和控制线速度，能够根 据使用该束的应用的需求改变外部复合材料壳层的厚度。3.通过调节该束的纤维/树脂复合材料层和中心松散纤维之间的体积比，还能够 根据使用该束的应用的需求调节该束的弯曲和扭曲硬度。复合材料壳中体积越高意味着该 束的硬度(弯曲和扭曲)越高。4.能够在纤维中添加阻水涂料(尤其是在中心的纤维中)以增强纤维束的阻水特 征。5.线罩挤出生产线与传统纤维拉挤工艺相比具有更高得多的线速度，例如大于 10倍。因此，制造效率大大提高。6.如果对于应用需要高抗热性，在挤出工艺过程中可以使用交联技术(例如水分 固化)以将基体略微交联。在一种实施方案中，本专利技术的纤维束可用作纤维光缆中对常规FRP/GRP强度元件 的替代强度元件以为缆线提供提高的柔性。然而，本专利技术的纤维束也可用于其中需要单方 向高强度模量的其他应用中。附图说明图1是本专利技术的纤维束实施方案的横切示意图。图2是报道实施例中制备的样品的模量的图表。图3是报道实施例中制备的样品的三点弯曲试验结果的图表。具体实施方式定义除非有相反的声明、上下文隐含或现有技术的惯例，所有份数和百分比都是以重 量计的，且所有试验方法都是本申请的申请日之前现有的。为了美国专利实践的目的，所 有参考的专利、专利申请或公开文件的内容都通过参考整体引入(或因此将其等效的美国 版本通过参考引入)，尤其是在涉及定义(引入程度不与本申请中特别提供的任何定义相抵触)和现有技术中的公知常识的内容时。除非另外指出，本申请中的数值范围都是近似的，因此可以包括范围之外的数值。 数值范围包括以一个单位的增量来自且包括上下限值的所有数值，只要在任意上限值和任意下限值之间存在至少两个单位的间隔。作为实例，如果组成、物理或其他性质(例如硬度)等为100-1，000，那么明确列举了所有单一数值(例如100、101、102等)和子范围(例如 100-144、155-170、197-200等)。对于包含小于I的数值或包含大于I的分数(例如1. 1、1· 5 等)的范围，如果适合，一个单位被认为是O. 0001、0. 001、0. 01或O.1。对于包含小于I的单位数的范围(例如1-5)，一个单位通常被认为是O.1。这些仅是特别预期的实例，在列举的最小值和最大值之间数值的所有可能组合都应当被认为在本申请中明确指出。数值范围在本申请内提供尤其用于配方的组分含量、厚度等。“长丝”和类似的术语表示具有大于10的长径比的细长材料的连续单纱。“纤维”和类似的术语表示具有通常为圆形的横截面且长径比大于10的缠绕长丝的延长柱。“缆线”和类似的术语表示在护罩或护套内的至少一个电线或光纤。通常，缆线是绑缚在一起的两个或多个电线或光纤，通常在共用的护罩或护套中。在护罩内的单一电线或纤维可以是裸露的、包覆的或绝缘的。组合缆线可以包含电线和光纤。缆线等能够设计用于低压、中压和高压应用。典型的缆线设计示例于USP5, 246，783,6, 496，629和6，714，707 中。在纤维束的内容中，“封装”和类似的术语表示该束中心的纤维被纤维/树脂复合材料包围。在纤维束的纤维/树脂复合材料组件的内容中，“平均厚度”和类似的术语是通过以下方法测定的通过任意适合的方式在该束周围两个或多个位置测定复合材料的厚度； 然后用测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.08 US 61/352,5711.纤维束，包括封装在纤维/树脂复合材料内的松散纤维。2.权利要求1的纤维束，其中该束具有半径，该复合材料的平均厚度至少为该束的半径的1/3。3.权利要求2的纤维束，其中该束具有直径，该束内的松散纤维占该束的平均直径的至少1/10。4.权利要求3的纤维束，其中基于该束的总重量，所述纤维占该束的20-95%。5.权利要求4的纤维束，其中基于该束的总重量，所述树脂占该束的5-80%。6.权利要求5的纤维束，其中所述松散纤维和纤维/树脂复合材料两者的纤维包括以下中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，J·范波克，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：
国别省市：