CN101328309A - 电缆支架用增韧片状模塑料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆支架用增韧片状模塑料，其原材料组成按重量份数包括：不饱和聚酯15～18份，低收缩添加剂10～12份，水合氧化铝31～40份，引发剂0.3～0.5份，内脱模剂0.9～1.5份，增稠剂0.6～1.0份，玻璃纤维28～40份。与现有技术相比，本发明材料制得的电缆支架的承载能力、比强度、抗表面裂痕能力和耐久性均有相当提高，足以达到新线电缆支架的严格要求，且满足地铁物资采购的低成术要求。

Description

电缆支架用增韧片状模塑料

技术领域

本发明涉及一种电缆支架用增韧片状模塑料，尤其涉及一种地铁隧道内、外电缆支架用增韧片状模塑料。

背景技术

在本发明之前，高分子复合材料电缆支架已经成功应用于城轨交通的隧道内敷设电缆，能够有效和彻底地解决隧道内金属支架带来的腐蚀问题。由施工和运营中的不断累积的数椐，有关方面对复合材料电缆支架提出了更加严酷的承载能力的要求。如：“负载取设计荷载3倍时，构件不产生破坏变形，且构件表面不能有裂痕。”，再如：“电缆支架承载能力应满足某一个支架失效后，相邻支架可承担失效支架的电缆，避免产生电缆从支架坠落，冲击电缆支架体系”等等。

考虑施工中支架必需承受施工者的踩踏、蹬跺；铺放电缆时产生的侧向拉拽、牵引力；车辆在隧道内运行时产生的震动和活塞风的冲击......等等复杂受力工况，这对复合材料的强度提出了严峻的要求，而非一般意义上的纤维增强模塑料电缆支架所能胜任的。

如果既要保持复合材料电缆支架耐腐蚀、耐火性好、基本不发烟、无毒、绝缘性好、不产生环流、不刮伤电缆等基本优点，又要达到上述严酷的承载能力要求，这种复合材料必须重新“设计”，开发新的技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种地铁隧道内、外电缆支架用的增韧片状模塑料，与现有技术相比，本发明材料制得的电缆支架它的承载能力、比强度、抗表面裂痕能力和耐久性均有相当提高，足以达到新线电缆支架的严格要求，且满足地铁物资采购的低成本要求。

本发明的技术方案是这样实现的：一种电缆支架用增韧片状模塑料，其原材料组成按重量份数包括：

不饱和聚酯          15～18份

低收缩添加剂        10～12份

水合氧化铝粉        31～40份

引发剂        0.3～0.5份

内脱模剂      0.9～1.5份

增稠剂        0.6～1.0份

玻璃纤维      28～40份。

作为优选，其原材料组成按重量份数还可包括：

降粘剂        1.0～1.5份。

作为进一步优选，本发明一种电缆支架用增韧片状模塑料其原材料组成按重量份数包括：

不饱和聚酯      15份

低收缩添加剂    11份

水合氧化铝粉    31份

引发剂          0.3份

内脱模剂        0.9份

增稠剂          0.6份

连续玻璃纤维    40份。

作为另一进一步优选，本发明一种电缆支架用增韧片状模塑料其原材料组成按重量份数包括：

不饱和聚酯      15份

低收缩添加剂    11份

水合氧化铝粉    31份

引发剂          0.3份

内脱模剂        0.9份

增稠剂          0.6份

连续玻璃纤维    40份

降粘剂          1.2份。

其中，所述不饱和聚酯为经纳米粒子预活化的间苯不饱和聚酯树脂、邻苯不饱和聚酯树脂或双酚A型不饱和聚酯树脂。所述玻璃纤维其表面经偶联剂预处理。所述玻璃纤维在片状模塑料中按定向排列。

本发明通过材料体系配方优化设计技术研究，优化最佳的基体树脂，既提高比强度，又提高制品表面抗裂痕能力；通过对玻璃纤维增强材料表面偶联剂预处理技术研究，使之既能优化连续纤维被基体树脂的浸润，大幅提高机械性能，又便于予成型体在模具内的铺设，全面、稳定地达到的超高强度电缆支架的承载要求。

本发明的定向连续排列的玻璃纤维是指区别于通用的片状模塑料所采用的短切玻璃纤维(一般25.4mm)而言，本发明的玻璃纤维在制备片状模塑料时，不是切断的，是沿纵向连续铺放，并经树脂糊浸渍而成的片状模塑料，按这种方式增强的片状模塑料，沿纵向的抗弯强度可比常规的短切玻璃纤维增强模塑料提高3-5倍。这是本发明的电缆支架优于现有电缆支架的主要技术措施之一。

本发明的经纳米粒子预活化的不饱和树脂，是在不饱和聚酯中，加入4-6％质量份数的经钛酸酯偶联剂TM-2005处理的烷基化纳米CaCO₃，制备方法可参见《纳米CaCO3增强增韧不饱和聚酯树脂(UPR/CaCO3)的研究》，塑料，2004，33(4)：50～53。这种采用适当方法制备的纳米粒子/UPR中产生了新的化学键，加强了界面的结合力，这种刚性的纳米粒子对UPR有着显著的增强增韧的同时作用；纳米粒子尺寸小，比表面积大，因而与基体接触面积也很大，当材料受冲击时，会产生比一般填料存在时更多的银纹，从而吸收更多的冲击能，故而阻止和钝化裂纹进一步扩展，这就是比现有的电缆支架产品在极高载荷下仍具备抗裂痕的能力。

本发明的对玻璃纤维增强材料表面处理，是采用迁移法，将化学处理剂——有机硅直接加入到不饱和聚酯胶液中进行整体掺合。浸胶时，借助处理剂从树脂胶液至玻璃纤维表面的“迁移”作用而与玻纤表面发生作用，从而在树脂固化中产生偶联作用，改善了玻璃纤维的界面状态，提高了树脂与纤维间的粘接力，提高了这种复合材料的长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性能，更重要的是大幅提高了制品的机械性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1：

电缆支架用增韧片状模塑料，其原材料组成按重量份数为：

不饱和聚酯      18份

低收缩添加剂    12份

水合氧化铝粉    40份

引发剂          0.4份

内脱模剂        1.0份

增稠剂          0.6份

连续玻璃纤维    28份

其中：不饱和聚酯是经纳米粒子预活化的间苯型不饱和聚酯树脂，其制备方法详细过程描述见《纳米CaCO3增强增韧不饱和聚酯树脂(UPR/CaCO3)的研究》，塑料，2004，33(4)：50～53)。低收缩添加剂是用市售的聚苯乙烯(PS)，即浓度为60％的单体苯乙烯溶融而得的热塑性树脂添加剂；引发剂是过氧化苯甲酸叔丁酯；增稠剂是氧化镁；内脱模剂是硬脂酸锌微粉；玻璃纤维是连续玻璃纤维，玻璃纤维增强材料表面经过预处理，是采用迁移法，将化学处理剂有机硅直接加入到不饱和聚酯胶液中进行整体掺合，此为现有技术，在此不再赘述。

将上述间苯不饱和聚酯、低收缩添加剂、水合氧化铝粉、引发剂、内脱模剂按配方量投入高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在600～1200rpm，搅拌30分钟，迅速投入氧化镁增稠剂，再高速搅拌2～3分钟，即快速转移放出至SMC机组的两个贮糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均匀涂敷上1.5～3.5mm厚的树脂糊，并牵引玻纤连续同步通过压力辊，(传送速度4～10m/min)，使树脂糊与纤维浸透混合一体，再经调整辊排除空气，收卷装置绕成SMC卷，然后进入25～40℃熟化室进行快速增稠，约24小时后达到树脂充分浸透玻纤，即完成本发明的定向连续纤维增强增韧不饱和聚酯片状模塑料的制备。

实施例2：

电缆支架用增韧片状模塑料，其原材料组成按重量份数为：

不饱和聚酯      16份

低收缩添加剂    10份

水合氧化铝粉    39份

引发剂          0.5份

内脱模剂        1.5份

增稠剂          1.0份

连续玻璃纤维    32份

其中：不饱和聚酯是经纳米粒子预活化的间苯型不饱和聚酯树脂，其制备方法详细过程描述见《纳米CaCO3增强增韧不饱和聚酯树脂(UPR/CaCO3)的研究》，塑料，2004，33(4)：50～53)。低收缩添加剂是用市售的聚苯乙烯(PS)，即浓度为60％的单体苯乙烯溶融而得的热塑性树脂添加剂；引发剂是过氧化苯甲酸叔丁酯；增稠剂是氧化镁；内脱模剂是硬脂酸锌微粉；玻璃纤维是连续玻璃纤维，玻璃纤维增强材料表面经过预处理，是采用迁移法，将化学处理剂有机硅直接加入到不饱和聚酯胶液中进行整体掺合，此为现有技术，在此不再赘述。

将上述简苯不饱和聚酯、低收缩添加剂、水合氧化铝粉、引发剂、内脱模剂按配方量投入高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在600～1200rpm，搅拌30分钟，迅速投入氧化镁增稠剂，再高速搅拌2～3分钟，即快速转移放出至SMC机组的两个贮糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均匀涂敷上1.5～3.5mm厚的树脂糊，并牵引玻纤连续同步通过压力辊，(传送速度4～10m/min)，使树脂糊与纤维浸透混合一体，再经调整辊排除空气，收卷装置绕成SMC卷，然后进25～40℃熟化室进行快速增稠，约24小时后达到树脂充分浸透玻纤，即完成本发明的定向连续纤维增强增韧不饱和聚酯片状模塑料的制备。

实施例3：

电缆支架用增韧片状模塑料，其原材料组成按重量份数为：

不饱和聚酯      15份

低收缩添加剂    11份

水合氧化铝粉    31份

降粘剂          1.2份

引发剂          0.3份

内脱模剂        0.9份

增稠剂          0.6份

连续玻璃纤维    40份

其中：不饱和聚酯是经纳米粒子预活化的间苯型不饱和聚酯树脂，其制备方法详细过程描述见《纳米CaCO3增强增韧不饱和聚酯树脂(UPR/CaCO3)的研究》，塑料，2004，33(4)；50～53)。低收缩添加剂是用市售的聚苯乙烯(PS)，即浓度为60％的单体苯乙烯溶融而得的热塑性树脂添加剂；引发剂是过氧化苯甲酸叔丁酯；增稠剂是氧化镁；内脱模剂是硬脂酸锌微粉；玻璃纤维是连续玻璃纤维，玻璃纤维增强材料表面经过预处理，是采用迁移法，将化学处理剂有机硅直接加入到不饱和聚酯胶液中进行整体掺合，此为现有技术，在此不再赘述。降粘剂是德国BYK公司生产的9010型浸润剂。

将上述简苯不饱和聚酯、低收缩添加剂、水合氧化铝粉、引发剂、内脱模剂、降粘剂按配方量投入高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在600～1200rpm，搅拌30分钟，迅速投入氧化镁增稠剂，再高速搅拌2～3分钟，即快速转移放出至SMC机组的两个贮糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均匀涂敷上1.5～3.5mm厚的树脂糊，并牵引玻纤连续同步通过压力辊，(传送速度4～10m/min)，使树脂糊与纤维浸透混合一体，再经调整辊排除空气，收卷装置绕成SMC卷，然后进入25～40℃熟化室进行快速增稠，约24小时后达到树脂充分浸透玻纤，即完成本发明的定向连续纤维增强增韧不饱和聚酯片状模塑料的制备。

实施例4：

上述各种实施例制成SMC片状模塑料按以下的工艺流程最终制成各种规格的电缆支架：沿纤维取向裁切片料——＞置料于模具中——＞模压成型——＞脱模——＞修边，其中，模压温度为145～160℃，模压压力15～20MPa，保压时间8～10min。电缆支架可有各种规格，如高压矩形2层、弱电圆形5层、低压马蹄形2层等，均根据实际需要开模制作。

实施例5

本发明增韧片状模塑料制得的电缆支架的负载试验。

依据广州市轨道交通企业标准QB/(GZ)MTR-002-2006及QB/(GZ)MTR-004-2006，对不同电缆支架产品分别进行下列3种工况的负荷试验：

工况1：电缆敷设施工时永久荷载考虑电缆及安装附属件荷重，加工荷载考虑水平及垂直力同时集中作用在托臂末端(即模拟45度斜拉)。

工况2：地铁正常运营时在支架上实际电缆自重和风荷载作用在电缆上的荷载进行组合。

工况3：运营检修时在支架上实际电缆自重和检修维护荷载组合。

测试值见表1所示：

表1

备注：做60℃挠度测试时，先将样品放到烘箱烘到70℃，取出，20秒内完成测试。

将上述试验取得的数据通过计算，汇总如表2：

表2

以上检测数据说明本发明增韧片状模塑料制得的电缆支架能满足严酷的承载能力要求。

实施例6

本发明增韧片状模塑料制得的电缆支架的耐久试验。

目前我国尚未制定片状模塑料制品寿命检测的国家标准和行业标准，国际上也没有片状模塑料制品寿命检测的标准。本发明增韧片状模塑料制得的电缆支架发明人分为户外使用和户内使用两种进行测试，室内使用参照《GB/T7142-2002塑料长期热暴露后时间-温度极限的测定》进行检测并应用阿累尼乌斯图推算；户外使用按照灯加速老化和湿热老化检测结果进行判定。

1)氙灯老化检测，用氙灯光照老化模拟太阳光暴晒，检测结果如表3。

表3

2)湿热老化检测检测结果见表4所示。

表4

3)在不同温度下，用拉伸强度随老化时间的变化关系推算贮存寿命，表5为拉伸强度随时间老化变化的数据。

表5

综合上述表3、表4、表5检测结果，可得下述结论：户外使用的本发明增韧片状模塑料制得的电缆支架经过6100小时的氙灯老化和1680小时的湿热老化后，各项性能保持率高于80％，即户外使用寿命大于25年。室内使用的本发明增韧片状模塑料制得的电缆支架所测数据应用阿累尼乌斯图推算，回归直线，得到线性相关系数R为0.968，在25℃下的使用寿命为157年，考虑到实际的使用情况比较复杂，安全系数取4，即使用(贮存)寿命为39年。

以上实施例是对专利的说明和进一步解释，而不是对本发明的限制，在本发明的精神和权利保护范围内所做的任何修改，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：其原材料组成按重量份数包括：

不饱和聚酯     15～18份

低收缩添加剂   10～12份

水合氧化铝粉   31～40份

引发剂         0.3～0.5份

内脱模剂       0.9～1.5份

增稠剂         0.6～1.0份

玻璃纤维       28～40份。

2、根据权利要求1所述的电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：其原材料组成按重量份数还包括：

降粘剂         1.0～1.5份。

3、根据权利要求1所述的电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：其原材料组成按重量份数包括：

不饱和聚酯     15份

低收缩添加剂   11份

水合氧化铝粉   31份

引发剂         0.3份

内脱模剂       0.9份

增稠剂         0.6份

连续玻璃纤维   40份。

4、根据权利要求2所述的电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：其原材料组成按重量份数包括：

不饱和聚酯     15份

低收缩添加剂   11份

水合氧化铝粉   31份

引发剂         0.3份

内脱模剂       0.9份

增稠剂         0.6份

连续玻璃纤维   40份

降粘剂         1.2份。

5、根据权利要求3或4所述的电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：所述不饱和聚酯为经纳米粒子预活化的间苯不饱和聚酯树脂、邻苯不饱和聚酯树脂或双酚A型不饱和聚酯树脂。

6、根据权利要求5所述的电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：所述玻璃纤维其表面经偶联剂预处理。

7、根据权利要求6所述的电缆支架用增韧片状模塑料，其特征在于：所述玻璃纤维在片状模塑料中定向连续排列。