一种碳纤维复合材料电缆芯制造技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯(12)和保护层(13)，所述保护层(13)通过缠绕工艺包覆在所述承重芯(12)的外部，所述承重芯(12)为耐高温高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层(13)为耐高温耐候性能环氧树脂组合物与玻璃纤维的复合物。本发明专利技术采用海因环氧树脂和低粘度环氧树脂的共混型环氧树脂作为树脂基体，不仅能满足玻璃纤维对树脂低粘度的要求，还可以使电缆芯具备优异的耐高温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料电缆芯
本专利技术涉及一种电缆芯，尤其是涉及一种碳纤维复合材料电缆芯。
技术介绍
碳纤维复合材料电缆芯作为传统钢芯的替代产品，由于长期在野外高温，日照，气候变化等恶劣条件下工作，要求其具有优良力学性能的同时，还具有耐高温、抗紫外线以及抗老化性等，对电缆芯的综合性能要求很高。传统的碳纤维复合材料电缆芯结构为内部碳纤维与环氧树脂复合材料制成的承重芯，外部为玻璃纤维与环氧树脂复合物制成的保护层，两者共用同一种树脂体系。在同一种树脂体系下，耐高温、抗张强度、抗弯强度、模量、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能之间互相影响，通过改性增加某一方面的性能往往以牺牲另一方面性能为代价。由于树脂室温(18～25℃)固化体系往往反应太慢，效率不高，而且反应不是很完全，使得室温固化环氧体系具有很多缺点，如环氧树脂在固化后大多较脆，存在韧性不足的缺点，不能有效发挥增强纤维的性能，在承受载荷时往往由于环氧树脂的过早失效导致复合材料的破坏。此外，室温固化体系大多在室温环境下进行固化，固化物的耐高温性能较差，无法适用于中、高温环境或对温度要求很高的场合。为了适应高性能纤维复合材料对基体树脂的需求，环氧树脂的改性一直是相关领域的研究热点，兼具韧性、耐温性和优良加工性能的环氧树脂一直是环氧树脂改性的发展方向。
技术实现思路
本专利技术设计了一种碳纤维复合材料电缆芯，其解决的技术问题是传统碳纤维复合材料电缆芯中，由于承重芯和保护层选择为同一种树脂体系，导致电缆芯在耐高温、抗张强度、抗弯强度、模量、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能之间互相影响或相互冲突。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯(12)和保护层(13)，所述保护层(13)通过缠绕工艺包覆在所述承重芯(12)的外部，所述承重芯(12)为耐高温高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层(13)为耐高温耐侯性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物，其特征在于：所述耐高温耐侯性能环氧树脂由下述成分制成：包括组分A和组分B，其中组分A包括下述成分：100质量份环氧树脂、5-10质量份稀释剂和0.5-3.0质量份硅烷偶联剂；组分B包括下述成分：15-35质量份胺类固化剂、0.1-3.0质量份促进剂和0.01-0.1质量份抗氧剂，所述环氧树脂为环氧树脂a和环氧树脂b的组合，环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：10-30∶70-90；其中，所述环氧树脂a为包含一个或多个海因环(五元二氮杂环)的缩水甘油胺型、缩水甘油醚型或缩水甘油酯型海因环氧树脂；海因环(五元二氮杂环)结构式如下所示，海因环(五元二氮杂环)结构式中取代基R1和R2为H、CH3、C2H5、芳基或芳烷基：；所述环氧树脂b为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂；其中，双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的粘度范围：500-4000mPa·s(25℃)。进一步，所述环氧树脂a为含有一个海因环的二缩水甘油胺型海因环氧树脂，化学结构式如下：其中的取代基R1和R2存在以下组合选择方式：1)R1为H，R2为H的化合物；2)R1为CH3，R2为H的化合物；3)R1为CH3，R2为CH3的化合物；4)R1为C2H5，R2为H的化合物；5)R1为C2H5，R2为CH3的化合物。进一步，所述承重芯(12)的耐高温高力学性能环氧树脂为E51环氧树脂、TDE86环氧树脂(4、5-环氧环乙烷-1、2二甲酸二缩水甘油酯)、AG80四官能团环氧树脂、MY721环氧树脂、AFG90三官能团环氧树脂、陶氏生产的DER331液体环氧树脂中的一种或者多种。进一步，所述胺类固化剂为胺类固化剂a和胺类固化剂b的组合，胺类固化剂a和胺类固化剂b的质量比为：5-15∶10-20；所述胺类固化剂a为包含两个或两个以上氨基官能团的聚醚胺类化合物，分子量范围200-2500，粘度范围：5-300mPa·s(25℃)的聚醚胺类化合物中的一种或几种；所述胺类固化剂b为脂肪族胺类和改性脂肪族胺类化合物的一种或几种，选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、已二胺、羟甲基乙二胺、羟甲基二乙烯三胺、β-羟乙基乙二胺中的一种或多种。进一步，所述促进剂选自：2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚、三氟化硼络合物、三乙醇胺中的一种或多种。进一步，所述稀释剂为包含两个环氧基官能团和至少一个醚键的化合物，选自乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、环己烷二甲醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种。进一步，所述偶联剂为包含环氧基官能团的硅烷类偶联剂，选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷中的一种。进一步，所述抗氧剂为主抗氧剂和助抗氧剂的组合，主抗氧剂和助抗氧剂的质量比为：0.0095-0.08∶0.0005-0.02；所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、2，2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯或4，6-二(辛硫甲基)-o-甲酚中的一种；所述助抗氧剂硫代酯类抗氧剂，选自硫代二丙酸双十二醇酯、硫代二丙酸双十四醇酯或硫代二丙酸双十八醇酯中的一种。进一步，所述保护层(13)中还添加紫外吸收剂，所述紫外吸收剂为UV-9、UV-531、UV-327、三嗪-5中的一种或多几种组合。进一步，所述保护层(13)中还添加能量转移剂，所述能量转移剂为三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶基)亚磷酸酯或AM101中的一种或两种组合。一种碳纤维复合材料电缆芯的制造方法，包括以下步骤：第一步，将碳纤维由纱架引出，进入第一浸胶区浸胶，使用的环氧树脂为耐高温高力学性能环氧树脂；第二步，浸胶完成后碳纤维进入第一固化炉预固化，制得碳纤维复合芯，直径为5--12mm，调节温度使固化度达到85％以上；第三部，两侧玻璃纤维引出后分别进入第二浸胶区和第三浸胶区浸胶，使用的环氧树脂为耐高温耐候性环氧树脂；第四步，浸胶后玻璃纤维通过缠绕区缠绕包覆在碳纤维芯外层，单侧厚度为0.5--2mm，缠绕速度通过伺服电机控制与拉挤速度相同步；第五步，碳纤维复合芯与玻璃纤维保护层复合后一起通过第二固化炉，调节温度使两者充分固化；第六步，复合材料电缆芯制品通过牵引机后，在收卷盘处收取。该碳纤维复合材料电缆芯与现有碳纤维复合材料电缆芯相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术采用海因环氧树脂和低粘度环氧树脂(双酚A型和双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂中的至少一种)的共混型环氧树脂作为树脂基体，不仅能满足玻璃纤维对树脂低粘度的要求，还可以使电缆芯具备优异的耐高温性能。(2)本专利技术中使用了海因环氧树脂，其具有粘度低、工艺性好，对玻璃纤维有很好的浸润性能，并且由于其结构中包含五元二氮杂环，还兼有热稳定性好、耐热性高、耐侯性好等特点。(3)本专利技术中使用的聚醚胺类固化剂结构中包含多个醚键等韧性官能团，能够使电缆芯具有高强高韧的抗冲击性能，通过采用聚醚胺类固化剂和脂肪族胺类固化剂的共混型固化体系，可以有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯(12)和保护层(13)，所述保护层(13)通过缠绕工艺包覆在所述承重芯(12)的外部，所述承重芯(12)为耐高温高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层(13)为耐高温耐侯性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物，其特征在于：所述耐高温耐侯性能环氧树脂由下述成分制成：包括组分A和组分B，其中组分A包括下述成分：100质量份环氧树脂、5?10质量份稀释剂和0.5?3.0质量份硅烷偶联剂；组分B包括下述成分：15?35质量份胺类固化剂、0.1?3.0质量份促进剂和0.01?0.1质量份抗氧剂，所述环氧树脂为环氧树脂a和环氧树脂b的组合，环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：10?30∶70?90；其中，所述环氧树脂a为包含一个或多个海因环(五元二氮杂环)的缩水甘油胺型、缩水甘油醚型或缩水甘油酯型海因环氧树脂；海因环(五元二氮杂环)结构式如下所示，海因环(五元二氮杂环)结构式中取代基R1和R2为H、CH3、C2H5、芳基或芳烷基：；所述环氧树脂b为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂；其中，双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的粘度范围：500?4000mPa·s(25℃)。FSA00000865097000011.tif...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯(12)和保护层(13)，所述保护层(13)通过缠绕工艺包覆在所述承重芯(12)的外部，所述承重芯(12)为耐高温高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层(13)为耐高温耐侯性能环氧树脂组合物与玻璃纤维的复合物，其特征在于：所述耐高温耐侯性能环氧树脂组合物由下述成分制成：包括组分A和组分B，其中组分A包括下述成分：100质量份环氧树脂、5-10质量份稀释剂和0.5-3.0质量份硅烷偶联剂；组分B包括下述成分：15-35质量份胺类固化剂、0.1-3.0质量份促进剂和0.01-0.1质量份抗氧剂，所述环氧树脂为环氧树脂a和环氧树脂b的组合，环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：10-30∶70-90；其中，所述环氧树脂a为包含一个或多个海因环(五元二氮杂环)的缩水甘油胺型、缩水甘油醚型或缩水甘油酯型海因环氧树脂；海因环(五元二氮杂环)结构式如下所示，海因环(五元二氮杂环)结构式中取代基R1和R2为H、CH3、C2H5、芳基或芳烷基：；所述环氧树脂b为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂；其中，双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的粘度范围：在25℃时为500-4000mPa·s；所述抗氧剂为主抗氧剂和助抗氧剂的组合，主抗氧剂和助抗氧剂的质量比为：0.0095-0.08∶0.0005-0.02；所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、2，2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯或4，6-二(辛硫甲基)-o-甲酚中的一种；所述助抗氧剂为硫代酯类抗氧剂，选自硫代二丙酸双十二醇酯、硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，殷翠萍，
申请(专利权)人：滁州品创生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：