CN109254369B - 一种抗电痕腐蚀自承式光缆 - Google Patents

一种抗电痕腐蚀自承式光缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂‑聚多巴胺复合物和石墨烯层构成。本发明以耐腐蚀性的环氧树脂为耐腐蚀层的基料，以聚多巴胺为中介，掺杂了纳米二氧化钛粒子，且表面形成石墨烯耐腐蚀薄层，大大提高了光缆对使用环境的耐腐蚀性能和抗电痕腐蚀性。

Description

一种抗电痕腐蚀自承式光缆
技术领域
本发明涉及光缆技术领域，尤其涉及一种抗电痕腐蚀自承式光缆。
背景技术
全介质自承式光缆，其使用在与高压输电线路同塔杆敷设的环境中，由于该光缆具有外径小、重量轻、安装跨距大、抗雷击、不受电磁干扰、易于敷设等诸多优点，并且可以沿用已有的电力线路，充分利用其杆塔资源，节省大量工程施工费用，因而近年来倍受电力部门的青睐，在电力网改中得到广泛应用。
在实际应用中，全介质自承式光缆常用在高压输电线路的强大电场环境中，在此环境下，光缆与高压相线及大地之间的电容耦合产生的电势会在光缆表面产生不同的电位，导致电位差，电位差在潮湿或者污秽的光缆表面会引起漏电流，漏电流所产生的热量使光缆表面部分潮湿地区蒸干，因漏电流在蒸干区的瞬间中断从而产生干带飞弧和强大的热，逐渐积累的热量会损伤光缆的表面，使护套材料老化、烧焦、形成碳化通道和树枝状的腐蚀电痕。由于遭到电腐蚀发生断缆的事严重影响了光缆使用安全性，研制耐电腐蚀自承式光缆是近年来本领域急需解决的问题之一。
发明内容
本发明提出了一种抗电痕腐蚀自承式光缆，以耐腐蚀性的环氧树脂为耐腐蚀层的基料，以聚多巴胺为中介，掺杂了纳米二氧化钛粒子，且表面形成石墨烯耐腐蚀薄层，大大提高了光缆对使用环境的耐腐蚀性能和抗电痕腐蚀性。
本发明提出的一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成。
优选地，所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.01-0.05mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应10-15h，加入环氧树脂，升温至180-200℃反应得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至50-60℃，滴加促进剂，搅拌反应30-40min得到耐腐蚀层。
优选地，升温至180-200℃反应1-2h。
优选地，二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比2-3：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应10-20min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1-1.5h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体系比为4-6：1。
优选地，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为0.5-1：10-20：1-2，硝酸的乙醇溶液和钛酸丁酯的体积比为1：4-5。
优选地，以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为1-3：10。
优选地，氧树脂和多巴胺的重量比为50-60：10-20。
优选地，石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为1-2：20。
优选地，促进剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；促进剂和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.1-0.5：100。
本发明以耐腐蚀性的环氧树脂为耐腐蚀层的基料，提高了光缆对使用环境的耐腐蚀性能，与聚多巴胺复合，利用多巴胺具有的胶粘性，提高了耐腐蚀层和紧套光纤的结合力，避免使用过程中脱落，另外，利用聚多巴胺引入了大量的活性基团与二氧化钛溶胶复合，促进了纳米二氧化钛的形成和分散，使得聚多巴胺基体中掺杂了纳米二氧化钛粒子，与环氧树脂复合，提高了复合材料的耐电晕性能，有效避免了光纤在强大电场环境中长期使用发生老化、炭化脱落，增强了抗抗电痕腐蚀性。同时，聚多巴胺活性基团与石墨烯中活性基团交联在耐腐蚀层表面形成紧密的石墨烯层，石墨烯薄膜具有很好的超疏水性和抗渗透性，可以有效屏蔽腐蚀介质的渗入，对氧化性气体和化学介质呈现出惰性，从而抑制腐蚀作用，避免了光缆在潮湿环境腐蚀发生漏电产热，损伤光缆的表面，与基体复合进一步提高了耐电腐蚀性能。采用聚多巴胺作用连接中间体，有效促进了石墨烯和基体交联，使得耐腐蚀层表面紧密、光洁，提高抗渗性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.01mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应15h，加入环氧树脂，升温至180℃反应2h得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至50℃，滴加N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应30min得到耐腐蚀层；
二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比2：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应10min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体系比为4：1，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为0.5：10：1，硝酸的乙醇溶液和钛酸丁酯的体积比为1：5；
以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为1：10；环氧树脂和多巴胺的重量比为50：10；石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为1：20；N，N-亚甲基双丙烯酰胺和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.5：100。
实施例2
一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.05mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应10h，加入环氧树脂，升温至200℃反应1h得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至60℃，滴加N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应40min得到耐腐蚀层；
二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比3：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应20min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1.5h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体系比为6：1，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为1：20：2；硝酸的乙醇溶液和和钛酸丁酯的体积比为1：4；
以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为1：10；环氧树脂和多巴胺的重量比为60：20；石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为2：20；N，N-亚甲基双丙烯酰胺和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.1：100。
实施例3
一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.03mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应12h，加入环氧树脂，升温至190℃反应1.5h得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至55℃，滴加N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应35min得到耐腐蚀层；
二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比2.5：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应15min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体系比为5：1，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为0.7：15：1.5；硝酸的乙醇溶液和和钛酸丁酯的体积比为1：4.5；
以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为2：10；环氧树脂和多巴胺的重量比为55：15；石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为1.5：20；N，N-亚甲基双丙烯酰胺和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.3：100。
实施例4
一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.04mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应13h，加入环氧树脂，升温至190℃反应1.5h得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至55℃，滴加N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应35min得到耐腐蚀层；
二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比3：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应15min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1.5h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体系比为5：1，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为0.8：15：1.5；硝酸的乙醇溶液和和钛酸丁酯的体积比为1：4.5；
以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为2：10；环氧树脂和多巴胺的重量比为55：15；石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为1.5：20；N，N-亚甲基双丙烯酰胺和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.4：100。
对照例1
一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由的掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.04mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应13h，加入环氧树脂，升温至190℃反应1.5h得到耐腐蚀层；
二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比3：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应15min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1.5h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体系比为5：1，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为0.8：15：1.5；硝酸的乙醇溶液和和钛酸丁酯的体积比为1：4.5；
以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为2：10；环氧树脂和多巴胺的重量比为55：15。
对照例2
一种抗电痕腐蚀自承式光缆，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.04mol/L的Tris-HCl缓冲液中，搅拌条件下反应13h，加入环氧树脂，升温至190℃反应1.5h得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至55℃，滴加N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应35min得到耐腐蚀层；
环氧树脂和多巴胺的重量比为55：15；石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为1.5：20；N，N-亚甲基双丙烯酰胺和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.4：100。
将实施例1-4和对照例1-2所得耐腐蚀层材料按照测试方法GB/T-6553-2014对耐电腐蚀性能进行检测，检测结果如下所示：
Figure BDA0001885098740000071
Figure BDA0001885098740000081
*未通过2A4.5是指在2A4.5检测中出现破损。
从上述测试数据可以看出，本发明以耐腐蚀性的环氧树脂为耐腐蚀层的基料，提高了光缆对使用环境的耐腐蚀性能，与聚多巴胺复合，利用多巴胺具有的胶粘性，提高了耐腐蚀层和紧套光纤的结合力，避免使用过程中脱落，另外，利用聚多巴胺引入了大量的活性基团与二氧化钛溶胶复合，促进了纳米二氧化钛的形成和分散，使得聚多巴胺基体中掺杂了纳米二氧化钛粒子，与环氧树脂复合，提高了复合材料的耐电晕性能，有效避免了光纤在强大电场环境中长期使用发生老化、炭化脱落，增强了抗抗电痕腐蚀性。同时，聚多巴胺活性基团与石墨烯中活性基团交联在耐腐蚀层表面形成紧密的石墨烯层，石墨烯薄膜具有很好的超疏水性和抗渗透性，可以有效屏蔽腐蚀介质的渗入，对氧化性气体和化学介质呈现出惰性，从而抑制腐蚀作用，避免了光缆在潮湿环境腐蚀发生漏电产热，损伤光缆的表面，与基体复合进一步提高了耐电腐蚀性能。采用聚多巴胺作用连接中间体，有效促进了石墨烯和基体交联，使得耐腐蚀层表面紧密、光洁，提高抗渗性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，包括：紧套光纤、包覆在紧套光纤外侧的耐腐蚀层；所述耐腐蚀层由掺杂了纳米二氧化钛粒子的环氧树脂-聚多巴胺复合物和石墨烯层构成；
所述耐腐蚀层的制备方法包括：将多巴胺溶解在浓度为0.01-0.05mol/L的Tris-HCl缓冲液中加入二氧化钛溶胶，搅拌条件下反应10-15h，加入环氧树脂，升温至180-200℃反应得到环氧树脂-聚多巴胺复合物；将石墨烯超声分散，加入环氧树脂-聚多巴胺复合物，升温至50-60℃，滴加促进剂，搅拌反应30-40min得到耐腐蚀层；
促进剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；促进剂和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为0.1-0.5：100。
2.根据权利要求1所述的抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，耐腐蚀层的制备过程中，升温至180-200℃反应1-2h。
3.根据权利要求1或2所述抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，二氧化钛溶胶的制备方法为：将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比2-3：1混合搅拌，加入冰醋酸，搅拌反应10-20min，搅拌条件下加入硝酸的乙醇溶液，搅拌反应1-1.5h得到二氧化钛溶胶，其中，冰醋酸和钛酸丁酯的体积比为4-6：1。
4.根据权利要求3所述抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，二氧化钛溶胶的制备过程中，硝酸的乙醇溶液中硝酸、无水乙醇和去离子水的体积比为0.5-1：10-20：1-2，硝酸的乙醇溶液和钛酸丁酯的体积比为1：4-5。
5.根据权利要求1或2所述抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，以二氧化钛含量计，二氧化钛溶胶和多巴胺重量比为1-3：10。
6.根据权利要求1或2所述抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，环氧树脂和多巴胺的重量比为50-60：10-20。
7.根据权利要求1或2所述抗电痕腐蚀自承式光缆，其特征在于，石墨烯和环氧树脂-聚多巴胺复合物的重量比为1-2：20。
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