纤维强化的加载纳米粒子的热固性聚合物复合线材、线缆以及方法技术

本发明专利技术描述了一种热固性聚合物复合线材，所述热固性聚合物复合线材包括嵌入在固化的聚合物复合基质中并且形成基本上连续的丝条的多根基本上连续的纤维，所述硬化的聚合物复合基质还包含通过将聚合物前体从液态固化而形成的聚合物和中值直径为一微米或更小的并且基本上均匀地分散于所述聚合物复合基质中的多个纳米粒子以及任选地，包裹所述基本上连续的丝条的抗腐蚀外皮。在一些实施例中，所述多个粒子包括还具有芯材和与所述芯材相联的并且与从液态固化的所述聚合物反应的表面改性剂的表面改性的粒子。本发明专利技术还描述了包括一种或多种此类热固性聚合物复合线材的绞合线缆和制备和使用此类热固性聚合物复合线材和绞合线缆的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含增强的纤维和纳米粒子的热固性聚合物复合线材和涉及使用此类热固性聚合物复合线材制备的线缆以及制备和使用该类聚合物复合线材和线缆的方法。
技术介绍
线缆绞合是这样一种过程，其中单独的线材通常以螺旋布置方式组合，以产生成品线缆。所得绞合线缆提供了比得自等量横截面积的固体棒更大的柔性。绞合结构也是有利的，因为线缆在处理、安装使用过程中承受弯曲时，绞合线缆可维持其圆形的总横截面形状。此类绞合线缆用于多种应用中，例如，起重线缆、航空线缆、水下海底线缆和系绳以及电能传输线缆。绞合的电能传输线缆通常由例如钢、铝或铜等可延展金属制成。在一些情况下，例如裸露的架空电能传输线缆，绞合线材芯材由绞合线材导体层包围。绞合线材芯材可包括由诸如钢的第一材料制成的可延展金属线材，并且外部动力传导层可包括由诸如铝的另一种材料制成的可延展金属线材。在一些情况下，绞合线芯材可以是预绞合的线缆，所述预绞合的线缆用作制造更大直径的电能传输线缆的输入材料。绞合的电能传输线缆通常可包括从少至七根单独线材到更为通用的包含50根或更多的线材的构造。在线缆绞合处理期间，可延展金属线材受到的应力超过金属材料的屈服应力但是低于极限或破坏应力。这个应力作用成使得当金属线材围绕前一线材层的较小半径或芯材线材螺旋缠绕时金属线材塑性变形。近来引入的可用线缆使用由这样的材料制作的复合线材制成，所述材料不易于塑性变形成新形状并且可为易碎的。这种复合线材线缆的一个例子由包含纤维强化金属基质复合线材的金属基质复合线材线缆提供。这种金属基质复合线材是有吸引力的，因为其相对于可延展金属线材具有改善的机械性能，而可延展金属线材在其应力应变响应中主要为弹性的。一些包含纤维强化聚合物基质复合线材的聚合物复合线材线缆也是本领域已知的，例如在美国专利N0.4，961，990; 5，126，167; 7，060，326; 7，093，416; 7，179，522; 7，438，971; 7, 683，262 ;以及 PCT国际公开N0.W097/00976中所公开的纤维强化聚合物基质复合线材。
技术实现思路
简而言之，在一个方面，本专利技术公开了一种方法，其包括将多根基本上连续的纤维绝缘浸溃包含液态聚合物前体和中值直径为一微米或更小(即，纳米粒子)的基本上均匀地分散于整个液态聚合物前体的多个粒子的聚合物复合基质，牵引绝缘浸溃聚合物复合基质的纤维通过模具，使该聚合物复合基质在该模具中至少部分地硬化以形成基本上连续的热固性聚合物线丝条以及可任选地用抗腐蚀外皮包裹该基本上连续的复合线丝条。在某些示例性实施例中，所述多个粒子为纳米粒子，其中值直径不大于1，000nm、900nm、800nm、750nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、250nm、200nm、IOOnm 或甚至 50nm。在一些示例性实施例中，该多个粒子包括还具有芯材和与纳米粒子芯材相联的反应性表面改性剂的反应性表面改性的纳米粒子。在某些示例性实施例中，该多个粒子的中值直径不大于 I, 000nm、900nm、800nm、750nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、250nm、200nm、IOOnm或甚至50nm。在一些规定的实施例中，该粒子不超过聚合物复合基质的40重量％。在一些上述的方面和实施例中，该多根基本上连续的纤维在基本上平行于所述基本上连续的复合线丝条的纵向轴线的方向上是基本上平行的。在一些特定的示例性实施例中，该多根基本上连续的纤维进一步包括多个纤维表面，并且该多个粒子基本上不与该多个纤维表面接触。在一些上述的实施例中，该抗腐蚀外皮包含至少一种辐射固化聚合物、热固性聚合物、具有玻璃化转变温度至少为145°C的热塑性聚合物、含氟聚合物、带材或它们的组合。在任意上述的其他示例性实施例中，固化的液态聚合物前体具有的玻璃化转变温度为至少150°C。在一些示例性实施例中，该固化的液态聚合物前体包含环氧树脂，并且该多个粒子包含0.5到40重量％的聚合物复合基质。在某些示例性实施例中，该固化的液态聚合物前体包含乙烯基酯，并且该多个粒子包含0.5到40重量％的聚合物复合基质。在任意上述的其他实例中，使聚合物复合基质在模具中至少部分地硬化包括使液态聚合物前体交联。在另外的示例性实施例中，该方法还包括将绝缘浸溃基质的连续性纤维牵引通过预成型机并且压实该纤维。在某些示例性实施例中，该方法还包括使聚合物复合基质在模具中至少部分地硬化以形成复合线丝条之后将部分固化的液态聚合物前体后固化。在一些特定的示例性实施例中，相对于以规定的线速形成具有规定组合物但省略了多个粒子的复合线材所需的牵引力，以规定线速形成规定组合物的复合线丝条所需的牵引力减少了至少20%。在另一方面，本专利技术描述了根据任意前述方法而制备的热固性聚合物复合线材。在另一个方面，本专利技术描述了一种热固性聚合物复合线材，其包含嵌入在固化的聚合物复合基质中并且形成基本上连续的丝条的多根基本上连续的纤维，该固化的聚合物复合基质还包含通过固化液态聚合物前体而形成的聚合物和中值直径为一微米或更小的(即，纳米粒子)并且基本上均匀地分散于聚合物复合基质的多个粒子；并且任选地包含包裹该基本上连续的丝条的抗腐蚀外皮。在一些示例性实施例中，该多个粒子包括还具有纳米芯材和与纳米粒子芯材相联的并且与从液态固化的聚合物反应的反应性表面改性剂的表面改性的粒子。在某些示例性实施例中，所述多个粒子的中值直径不大于1，000nm、900nm、800nm、750nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、250nm、200nm、IOOnm 或甚至 50nm。在一些上述热固性聚合物复合线材的实施例中，该多根基本上连续的纤维在基本上平行于所述基本上连续的复合线丝条的纵向轴线的方向上是基本上平行的。在一些特定的示例性实施例中，该多根基本上连续的纤维进一步包括多个纤维表面，并且该多个粒子(即，纳米粒子)基本上不与该多个纤维表面接触。在一些上述的实施例中，该抗腐蚀外皮包含至少一种辐射固化聚合物、热固性聚合物、具有玻璃化转变温度至少为145°C的热塑性聚合物、含氟聚合物、带材或它们的组合。在任意上述的热固性聚合物复合线材的实施例的其他示例性实施例中，该固化的聚合物复合基质具有的玻璃化转变温度为至少150°C。在任意上述的热固性聚合物复合线材的实施例的另外的示例性实施例中，通过将液态聚合物前体固化而形成的聚合物包含选自环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂或它们的组合物的至少一种热固性树脂。在一些示例性实施例中，通过将液态聚合物前体固化而形成的聚合物包含不饱和的聚酯树脂。在某些当前优选的实施例中，该固化的聚合物复合基质包含固化的(例如，交联的)液态聚合物前体。在某些当前优选的实施例中，该固化的聚合物复合基质包含用酸酐固化的环氧树脂。在一些当前优选的实施例中，该固化的聚合物复合基质具有的玻璃化转变温度为至少150°C。在一些当前优选的实施例中，该固化的液态聚合物前体具有的玻璃化转变温度为至少150°C。在其他特定示例性实施例中，该固化的液态聚合物前体包含环氧树脂，并且该多个粒子包含0.5到40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：用聚合物复合基质浸渍多根基本上连续的纤维，所述聚合物复合基质包含液态聚合物前体和基本上均匀分散于整个所述液态聚合物前体的多个粒子，其中所述多个粒子的中值直径为一微米或更小；将浸渍有所述聚合物复合基质的所述纤维牵引通过模具；固化所述液态聚合物前体以形成固化的聚合物并且使所述聚合物复合基质在所述模具中至少部分地硬化，从而形成基本上连续的热固性聚合物复合线丝条；以及任选地，用抗腐蚀外皮包裹所述基本上连续的热固性聚合物复合线丝条。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·M·威尔逊，戴维·R·梅卡拉，科林·麦卡洛，赫维·E·德夫，迈克尔·F·格雷瑟，埃米莉·S·根纳，克里斯廷·L·通霍斯特，佩尔·M·纳尔逊，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US