CN111028993B - 抗弯折线缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗弯折线缆，其包括芯轴和包裹于芯轴外表面的外被层，外被层设置有相互平行的UHMWPE纤维，且在线缆横截面中UHMWPE纤维沿外被层周向均匀分布；该外被层由外被基体层和外被增强层熔接形成，其中外被增强层靠近芯轴且包裹于芯轴外表面，外被基体层为远离芯轴且在熔融或半熔融时包覆于外被增强层表面；在熔接形成前，外被增强层为具有相互平行排列的UHMWPE纤维的UHMWPE纤维定向膜。本发明通过熔接将UHMWPE纤维设置在外被层中，使得UHMWPE纤维作为外被层整体的一部分，可作为外被层的加强筋来提高线缆的抗弯折性能。

Description

抗弯折线缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种线缆材料，尤其是涉及一种抗弯折线缆，同时涉及其制备方法。
背景技术
线缆可以包括生活中常见的电线、数据线、光缆等，在用户端人们为了方便携带收纳等原因，经常将线缆卷绕起来，特别是数码产品外观小型化是未来发展趋势，正逐步迎合旅游、出差及户外人士的需求，作为此类数码产品的辅助性配件，降低占用空间，方便携带与收纳还要求数据线线径越来越细，这对未来包括数据线在内的线缆材料的抗弯折等性能提出了更高要求。线缆通常包括芯轴和包裹在芯轴外表面的外被层，外被层的材质主要为有机高分子材料，例如PVC、TPE等，其存在疲劳强度，在一定次数的弯折后，外被层即出现开裂破损。以数据线为例，目前数据线线径主流为3.5mm，线径较粗，抗弯折性能摇摆试验(60°5.5万次，90°3万次)，而市面上的3.0mm细线径数据线，抗弯折性能普遍更差，摇摆试验(60°2.5万次，90°6000次)，因此无论粗线径还是细线径数据线，尤其是细线径数据线在使用过程中出现疲劳开裂的情况屡见不鲜，严重影响用户体验和品牌形象。
为了提高线缆的抗疲劳强度，通常采用在线缆外被层中直接添加增强剂，例如直接在外被层中添加耐高温的增强纤维形成复合增强挤出外被层，一般采用玻纤或者碳纤，但是经过业内的实际使用发现，上述复合材料的抗弯折性能无法得到有效提高，且碳纤导电，会影响数据线颜色等。而采用芳纶等高端有机纤维，虽然能够一定程度上提高线缆的抗弯折性能，但是高端有机纤维使用成本高，且纤维和外被基体相的浸润性差，难以大规模生产使用。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是一种综合性能优良的有机纤维，是继玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维之后的又一种在纤维领域引起历史性变革的高性能增强纤维。由于其高强度(3.0GPa)、低密度(0.97)、耐腐蚀、耐冲击、自润滑、耐应力开裂、防中子和γ射线等优异的综合性能，而被逐步大量应用于军事和民用设施。UHMWPE纤维由于结晶度和取向度极高，比强度是当今世界上所有纤维之最，相当于优质钢丝的15倍，比普通化学纤维高近10倍，突出的抗冲击性和抗切割性能，优良的综合性能使其成为需要高强度、耐磨、抗疲劳等场合的优选纤维。
但UHMWPE纤维的熔点比较低(135-146℃)，如果采用传统的纤维增强挤出方案，PVC线被的挤出温度在160℃-190℃，TPE线被在210-250℃，此时UHMWPE纤维已经熔化，UHMWPE完全熔融进被增强基体，且由于挤出机的螺杆剪切作用和/或UHMWPE与被增强基体的相容性问题，UHMWPE将变成一个个孤岛悬浮于被增强基体中，这和直接在线被配方中添加UHMWPE的作用一样，只是形成了包含UHMWPE成分的被增强基体，而起不到UHMWPE纤维定向增强的作用。此外如果直接在芯轴中加一束UHMWPE纤维，再包覆外被层，虽然对于提升数据线整体抗拉强度有明显帮助，但无法显著改善数据线外被层的疲劳抗弯折性能，原因是该UHMWPE纤维与外被层缺乏结构上的一体性、融合性，为独立于外被层的结构，因此在线缆弯曲时UHMWPE纤维易发生滑动，难以对外被层形成增强支撑，无法起到提高线缆抗弯折性能的作用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用UHMWPE纤维增强的线缆，具有优良的抗弯折性能。
本发明的技术方案提供一种抗弯折线缆，其包括芯轴和包裹于芯轴外表面的外被层，外被层设置有相互平行的UHMWPE纤维，且在线缆横截面中UHMWPE纤维沿外被层周向均匀分布；
该外被层由外被基体层和外被增强层熔接形成，其中外被增强层靠近芯轴且包裹于芯轴外表面，外被基体层为远离芯轴且在熔融或半熔融时包覆于外被增强层表面；在熔接形成前，外被增强层为具有相互平行排列的UHMWPE纤维的UHMWPE纤维定向膜。
进一步地，外被层形成过程中，外被增强层占外被层质量比为3～35％。
进一步地，外被层中UHMWPE纤维的长度延伸方向与线缆长度延伸方向一致，或者UHMWPE纤维在线缆中呈现螺旋状缠绕芯轴。
进一步地，上述UHMWPE纤维定向膜包括第一成形膜、第二成形膜和UHMWPE纤维，UHMWPE纤维沿第一成形膜的长度方向均布排列于第一成形膜，第二成形膜覆盖于UHMWPE纤维上。
进一步地，上述第一成形膜、第二成形膜均选自PE膜或者PP膜。第一、第二成形膜材质可以相同，均为PE或均为PP，也可以不同，第一成形膜为PE，第二成形膜为PP，或者第一成形膜为PP，第二成形膜为PE。
进一步地，上述第一成形膜或第二成形膜的厚度为0.02-0.08mm，UHMWPE纤维占UHMWPE纤维定向膜的质量比为5-85％。
进一步地，上述外被基体层组成成分及质量百分比如下：弹性体SEBS粉25-45％，软化增塑剂10-20％，聚丙烯10-25％，阻燃剂8-20％，相容剂2-8％，抗铜害助剂0.1-2％，吸波剂0.3-3.5％，抗氧剂0.5-2％，光稳定剂0.5-2％，耐磨剂0.6-3％，色粉0.7-2.5％。
进一步地，弹性体为均聚苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，热塑性聚氨酯，三元乙丙橡胶中的一种或者几种；软化增塑剂为白油、饱和直链环烷烃油中一种或者几种；聚丙烯为均聚丙烯(PPH)或共聚聚丙烯(PPB)一种或者两种；阻燃剂为磷酸酯或硅烷偶联处理的氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或者两种形成协同复合阻燃体系；相容剂为SEBS接枝马来酸酐(SEBS-g-MAN)、乙烯-丙烯-g-MAN、POE-g-MAN中的一种或者几种；抗铜剂为N,N′双[β(3,5二叔丁基4羟基苯基)丙酰]肼YYMD-700、MD1024中的一种或多种，作用防止聚丙烯、SEBS等在铜等存在催化下产生自由基诱发分子链解聚；吸波剂为碳化硅粉末或者FeSiAl、掺杂MnZn或者NiZn的铁氧化体粉末中的一种或者几种；抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂618、抗氧剂1010中的一种或两种；光稳定剂为苯并三唑类耐候剂TINUVIN 360、受阻胺类耐候剂Uvinul 4050H、三嗪类耐候剂TINUVIN 1600的一种或者多种；耐磨剂为纳米氧化铝、纳米氧化硅或者滑石粉中的一种或者多种。
本发明还提供抗弯折线缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)预制UHMWPE纤维定向膜：将UHMWPE纤维束沿长度方向进行均布平行排列形成纤维平面，在UHMWPE纤维两端施加15～30N的稳定固定张力，在存在张力的纤维平面的上表面热压复合第一成形膜、下表面热压复合第二成形膜，热压复合温度为125-135℃；
(2)将预制的UHMWPE纤维定向膜包裹于芯轴外表面，并用胶黏剂粘接固定，得到预制复合芯层；
(3)取外被基体层的原料混合熔融后挤出制得混合粒料，将混合粒料加入双螺杆挤出机中，混合粒料熔融后挤出并包覆至预制复合芯层外表面，即形成抗弯折线缆。
进一步地，上述步骤(2)中胶黏剂为纤维素酯、烯类聚合物(聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯等)、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的一种。
进一步地，上述步骤(3)中外被基体层的原料组成和质量百分比为弹性体SEBS粉25-45％，软化增塑剂10-20％，聚丙烯10-25％，阻燃剂8-15％，相容剂2-8％，抗铜害助剂0.1-2％，吸波剂0.3-3.5％，抗氧剂0.5-2％，光稳定剂0.5-2％，耐磨剂0.6-3％，色粉0.7-2.5％；混合粒料制备方法为：
(3a)按照配比将弹性体SEBS粉和软化增塑剂置于高速混合机中高速搅拌，使得SEBS充分软化塑化，搅拌机转速1600-2000转/分钟，搅拌温度55℃，搅拌时间35分钟得到塑化SEBS弹性体；
(3b)将塑化SEBS弹性体及剩余基体层成分按照配方比例加入高速混合机中搅拌，充分混合分散均匀，搅拌机转速1600-2000转/分钟，搅拌温度55℃，搅拌时间60分钟得到基体层混合物；
(3c)将第二步得到的基体层混合物加入双螺杆挤出机中熔融分散混合，然后挤出拉条，风冷，切粒并烘干得到基体混合粒料；其中挤出一段温度155℃-170℃，二段温度170℃-185℃，三段温度185℃-225℃，转速350-450转/分钟，螺杆长径比>55，螺杆直径40-45mm。
上述步骤(3)中混合粒料加入双螺杆挤出机并熔融挤出，挤出温度一段和二段170℃-185℃，三段温度185℃-225℃，螺杆长径比>55，螺杆直径40-45mm，挤出速度和预制复合芯层的牵引速度为45-55m/min。
本发明的优点和有益效果：本发明通过熔接将UHMWPE纤维设置在外被层中，使得UHMWPE纤维作为外被层整体的一部分，可作为外被层的加强筋来提高线缆的抗弯折性能，这一外被层能够用于多种线缆中，例如可用于插线板电线、数据线、光缆等，尤其适用于数据线等需要高频率弯折的线缆。在本发明线缆外被层的制作过程中，为了保证UHMWPE纤维保持纤维状态以便对外被层起到增强作用，采用了先制备UHMWPE纤维定向膜，然后将外被基体层挤出于包裹了芯轴的UHMWPE纤维定向膜表面，利用外被基体层挤出时的温度使得UHMWPE纤维定向膜发生瞬时熔融或半熔融，从而在熔融或者半熔融状态下实现UHMWPE纤维与外被基体层中的基体树脂(如PP、SEBS等)相容粘接，实现UHMWPE纤维与外被基体层的良好复合。
附图说明
图1是本发明的线缆内部结构示意图。
图2是本发明中UHMWPE纤维定向膜的结构示意图。
图3是本发明中UHMWPE纤维定向膜另一视角的结构示意图。
图4是本发明的线缆中UHMWPE纤维分布结构示意图。
图5是本发明的线缆中UHMWPE纤维另一种分布结构示意图。
图中：1-外被层，2-芯轴，21-绝缘层，22-导电芯，3-UHMWPE纤维，4-第一成形膜，5-第二成形膜
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明提供一种抗弯折线缆，通过在线缆外被层中熔接集成UHMWPE纤维，充分利用UHMWPE纤维的优良机械性能，对外被层进行增强从而提高线缆的抗弯折性能。如图1所示，抗弯折线缆包括芯轴2和包裹于芯轴2外表面的外被层1，外被层1设置有相互平行的UHMWPE纤维3，且在线缆横截面中该UHMWPE纤维3沿外被层1的周向均匀分布；
该外被层1由外被基体层和外被增强层熔接形成，其中外被增强层靠近芯轴2且包裹于芯轴2外表面，外被基体层为远离芯轴2包覆于外被增强层表面；在熔接形成前，外被增强层为具有相互平行排列的UHMWPE纤维3的UHMWPE纤维定向膜，如图2所示。其中芯轴根据实际线缆产品不同可以具有不同的组成，可以是单根线芯，也可以是多根线芯组成的线束，例如当应用于导电电线时，如图1所示，芯轴为多根线芯组成的线束，单根线芯可以由导电芯22和绝缘层21组成。
当外被增强层包裹于芯轴2时，UHMWPE纤维3的长度延伸方向可以与芯轴2的长度延伸方向一致，如图4所示；也可以是UHMWPE纤维3呈螺旋状缠绕于芯轴2，如图5所示。UHMWPE纤维3优选以与芯轴2长度延伸方向一致的方式包裹于芯轴2，从而保证UHMWPE纤维3与整个形成结构上受力较为相近的整体，使得UHMWPE纤维3充分起到增强层作用，提高线缆的抗弯折性能。
熔接后形成的外被层1中，外被增强层即UHMWPE纤维定向膜的质量占比范围优选为3～35％。质量占比过低，则UHMWPE纤维定向膜中UHMWPE纤维3含量过低难以起到增强层作用，质量占比过高，则UHMWPE纤维定向膜中UHMWPE纤维3用量过高，一方面不利于控制成本，另一方面超过35％用量时，UHMWPE纤维3的增强作用并不会继续增加。
在实际生产过程中，为了保证UHMWPE纤维3排列有序、疏密适宜，采用了UHMWPE纤维定向膜的方式，如图2、3所示，通过第一、第二成形膜使得UHMWPE纤维3可等间距定向固定，便于UHMWPE纤维3规则排列并包裹在芯轴2外表面，然后通过胶黏剂初步固定，在后续熔接过程中，UHMWPE纤维3以预期排布方式结合进外被层中，不致变形。优选地，第一、第二成形膜为PE膜或者PP膜，第一、第二成形膜的材质可以相同，均为PE或者均为PP，或者第一成形膜4为PP、第二成形膜5为PE或者相反，该成形膜材质与绝大多数外被基体层的树脂相容性较好，便于熔接时外被基体层与外被增强层良好复合。更优选地，第一、第二成形膜的厚度为0.02-0.08mm，UHMWPE纤维占UHMWPE纤维定向膜的质量比为5-85％，成形膜上述厚度配合UHMWPE纤维的质量占比，使得UHMWPE纤维定向膜具备适宜的柔韧性，可良好包裹在芯轴2外表面，另一方面UHMWPE纤维占比为5-85％，根据生产使用需求调整UHMWPE纤维的粗细和/或排列疏密程度，可以调整UHMWPE纤维占UHMWPE纤维定向膜的质量比，质量占比过低，则UHMWPE纤维定向膜中UHMWPE纤维3过于疏松，难以起到增强层作用，质量占比过高，则UHMWPE纤维定向膜中UHMWPE纤维3用量过高(或排列紧密、或纤维束过粗)，一方面不利于控制成本，另一方面超过85％用量时，UHMWPE纤维3的增强作用并不会继续增加。
在外被基体层的选择上，可以使用多种不同原料制成的外被基体层，本发明以下实施例选择的外被基体层组成成分及质量百分比如下：弹性体SEBS粉25-45％，软化增塑剂10-20％，聚丙烯10-25％，阻燃剂8-15％，相容剂2-8％，抗铜害助剂0.1-2％，吸波剂0.3-3.5％，抗氧剂0.5-2％，光稳定剂0.5-2％，耐磨剂0.6-3％，色粉0.7-2.5％。上述配比的外被基体层与外被增强层在熔接时相容性较佳，能够形成复合良好的外被层整体，使得外被层取得良好的抗弯折性能。其中弹性体SEBS的作用是提供线材的弹性手感，和PP一起作为材料的主要成分，提供结构强度，绝缘性能；软化增塑剂作用是对SEBS进行软化塑化并提升产品亮度和光滑性；磷酸酯类阻燃剂在发挥协同阻燃的同时具有改善材料挤出加工流动性的作用；硅烷偶联处理的氢氧化镁、氢氧化铝，在具有良好阻燃性能的同时，凭借硅烷偶联相与SEBS及PP的浸润性减轻普通阻燃剂添加对材料强度和韧性的负面影响。另外硅烷偶联处理后的氢氧化镁、氢氧化铝可以作为耐磨成分，改善数据线的耐磨性；相容剂可以促进SEBS和PP及无机阻燃剂的相容性；抗铜害助剂又称铜离子抑制剂别名抗铜剂化学名称N,N′双[β(3,5二叔丁基4羟基苯基)丙酰]肼,具有受阻酚和酰肼两种官能基团,受阻酚结构能阻止高分子材料受热氧老化；酰肼结构能对金属离子(如铜离子)进行络合反应,使其失去破坏作用，可改善由于铜离子的催化作用而出现的过早老化现象；吸波剂可以吸收数据线在使用过程中产生的电磁波消除辐射及对周围电子产品的干扰；抗氧剂168和1010联用既可以解决材料在挤出机料筒及螺杆中高温滞留的短时抗高温热老化性能，也可以缓解产品在较高温度下使用时间较长氧化分解及黄变问题；光稳定剂改善数据线的耐紫外光黄变性能；耐磨剂作用是提升材料的耐磨性能；色粉用于调节材料的颜色。
制造本发明的线缆时，首先制备UHMWPE纤维定向膜，再将UHMWPE纤维定向膜包裹于芯轴外表面并用胶黏剂初步固定防止UHMWPE纤维定向膜移位，然后将外被基体层的原料熔融制粒后得到混合粒料，将混合粒料熔融挤出至前一步的包裹在芯轴外表面的UHMWPE纤维定向膜表面，利用混合粒料熔融挤出的温度(一般为170℃～225℃)，使得UHMWPE纤维定向膜发生瞬时熔融，然后在熔融或半熔融状态下，外被基体层与UHMWPE纤维定向膜(外被增强层)至少相邻界面发生相容结合，形成的外被层中UHMWPE纤维可以存在于外被层靠近芯轴的表面，也可以存在于外被层层内，另外熔接过程中，虽然UHMWPE纤维可能受热发生软化，但是由于没有外力作用UHMWPE纤维仍然保持纤维状态存在于外被层，使得UHMWPE纤维能够起到类似加强筋的作用，解决了UHMWPE纤维直接作为增强纤维添加至外被层原料中时，由于双螺杆挤出机的高温和剪切力作用发生熔融，致使UHMWPE形成孤岛颗粒悬浮于外被层中而无法起到增强作用的问题。
预制UHMWPE纤维定向膜时，按照预期的纤维排列密度首先将UHMWPE纤维按照一致的方向排列形成平面，然后在UHMWPE纤维的两端施加15～30N的稳定固定张力，保证纤维绷紧在适当程度，防止纤维在后续热压过程中移位变形，然后在存在张力的纤维平面的上表面热压复合第一成形膜4、下表面热压复合第二成形膜5，热压复合温度为125-135℃；将预制的UHMWPE纤维定向膜包裹于芯轴外表面，用胶黏剂初步固定，所用的胶黏剂优选为热塑性胶黏剂，例如纤维素酯、烯类聚合物(聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯等)、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的一种，以防在后续外被基体层和外被增强层熔接过程中胶黏剂形成外被层的不均匀结构，破坏外被层的机械性能。
以下以本发明线缆应用于3.5mm数据线和3.0mm数据线为例来说明本发明的线缆的性能。
3.5mm数据线
实施例1
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉44.4％，白油19％，聚丙烯15％，磷酸酯3％，硅烷偶联氢氧化镁9％，SEBS-g-MAN 2％，乙烯-丙烯-g-MAN 1％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅0.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为10％。
抗弯折线缆的制备方法包括如下步骤：
(一)预制UHMWPE纤维定向膜(外被增强层)
将UHMWPE纤维束沿长度方向进行均布平行排列，纤维束粗细及平行间距可以根据需要的抗拉、抗弯折等性能要求进行调整，将均布的平行纤维两端施加20N的稳定固定张力，在存在张力的纤维的上下表面热压复合PE或者PP膜，膜复合温度125-135度，预制膜加工制备完成后收卷备用；
(二)外被增强层与外被基体层熔接
第一步：按照配比将弹性体SEBS粉和软化增塑剂置于高速混合机中高速搅拌，使得SEBS充分软化塑化，搅拌机转速1600-2000转/分钟，搅拌温度55℃，搅拌时间35分钟得到塑化SEBS弹性体；
第二步：将塑化SEBS弹性体及剩余外被基体层成分按照配方比例加入高速混合机中搅拌，充分混合分散均匀，搅拌机转速1600-2000转/分钟，搅拌温度55℃，搅拌时间60分钟得到基体相混合物；
第三步：将第二步得到的基体相混合物加入双螺杆挤出机中熔融分散混合，然后挤出拉条，风冷，切粒并烘干得到基体混合粒料；挤出一段温度155℃-170℃，二段温度170℃-185℃，三段温度185℃-225℃，转速350-450转/分钟，螺杆长径比>55，螺杆直径40-45mm；
第四步：将外被增强层即预制UHMWPE纤维定向膜包裹在数据线的芯轴外表面(优选保证UHMWPE纤维长度延伸方向和数据线外被层的长度延伸方向一致)，并用丙烯酸胶固定好，形成预制复合芯层；
第五步：将第三步得到的基体混合粒料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出并通过挤出机口模包覆预制复合芯层，制得抗弯折数据线。挤出温度一段和二段170℃-185℃，三段温度185℃-225℃，螺杆长径比>55，螺杆直径40-45mm，挤出速度和复合芯层的牵引速度为45-55m/min。
实施例2
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉38.4％，白油18％，聚丙烯21％，磷酸酯4％，硅烷偶联氢氧化镁9％，SEBS-g-MAN 2％，乙烯-丙烯-g-MAN 1％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅0.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为3％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
实施例3
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉32.4％，白油19％，聚丙烯20％，磷酸酯5％，硅烷偶联氢氧化镁14％，SEBS-g-MAN 2％，乙烯-丙烯-g-MAN 1％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅0.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为20％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
实施例4
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉28.4％，白油19％，聚丙烯22％，磷酸酯5％，硅烷偶联氢氧化镁15％，SEBS-g-MAN 2％，乙烯-丙烯-g-MAN 1％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅1.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为35％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
3.0mm数据线
实施例5
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉37.4％，白油17％，聚丙烯16％，磷酸酯4％，硅烷偶联氢氧化镁10％，SEBS-g-MAN 2％，乙烯-丙烯-g-MAN 4％，抗铜害助剂1.3％，碳化硅2.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为7％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
实施例6
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉38.4％，白油18％，聚丙烯18％，磷酸酯4％，硅烷偶联氢氧化镁9％，SEBS-g-MAN 4％，乙烯-丙烯-g-MAN 2％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅0.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为3％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
实施例7
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉43.4％，白油20％，聚丙烯17％，磷酸酯2％，硅烷偶联氢氧化镁8％，SEBS-g-MAN 2％，乙烯-丙烯-g-MAN 1％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅0.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为15％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
实施例8
抗弯折线缆外被基体层组成及其质量百分比：
弹性体SEBS粉40.4％，白油16％，聚丙烯12％，磷酸酯6％，硅烷偶联氢氧化镁14％，SEBS-g-MAN 4％，乙烯-丙烯-g-MAN 1％，抗铜害助剂0.3％，碳化硅0.5％，抗氧剂6180.3％，抗氧剂1010 0.3％，光稳定剂TINUVIN 360 0.8％，Uvinul 4050H 0.6％，纳米氧化铝2.3％，色粉1.5％。
抗弯折线缆外被增强层即UHMWPE纤维定向膜占线缆外被层的质量比为20％。
抗弯折线缆的制备方法同实施例1。
将上述制得的3.5mm数据线和3.0mm数据线进行抗弯折性能测试，测试方法包括不通电流测试和通电流测试，分别为
一、数据线及接口在设计上应能做到：线缆进入接口处不会过度弯曲，将软缆加上一个重物作负载，使所施加的力为3N，使用夹板R＝10mm摆动机构摆动120°角(铅垂线两侧各60°)，弯曲次数为20000，弯曲速率为每分钟30次。试验期间，不通电流。
注：一次弯曲是向前或向后的一次运动。
在5000次弯曲之后，将带圆截面积软缆的试样在摆动机构内转动90°角；带扁软缆的试样仅朝垂直于导线轴线所在的平面的方向弯曲；试验之后，护套不得与本体分离，软缆的绝缘不得出现磨损的迹象，导线的断线丝不得刺穿绝缘而外露成为易触及的，不应断裂。连接不应出现功能性损坏，数据线应能正常使用。
二、数据线及接口在设计上应能做到：线缆进入接口处不会过度弯曲，将软缆加上一个重物作负载，使所施加的力为5N，使用夹板R＝10mm摆动机构摆动180°角(铅垂线两侧各90°)，摇摆次数为5000，摇摆速率为每分钟30次。试验期间，需通电流0.5A。
注：一次摇摆是向前或向后的一次运动。
在2500次摇摆之后，将带圆截面积软缆的试样在摆动机构内转动90°角；带扁软缆的试样仅朝垂直于导线轴线所在的平面的方向摇摆；试验之后，护套不得与本体分离，软缆的绝缘不得出现磨损的迹象，导线的断线丝不得刺穿绝缘而外露成为易触及的，不应断裂。连接不应出现功能性损坏，数据线应能正常使用。
测试结果如下：
表1 3.5mm数据线抗弯折性能
Figure BDA0002234119840000111
Figure BDA0002234119840000121
其中现有方案为市售3.5mm数据线GN-J6C10
表2 3.0mm数据线抗弯折性能
Figure BDA0002234119840000122
其中现有方案为市售3.0mm数据线GN-J710
从表1可知，对于3.5mm数据线，UHMWPE纤维定向膜对数据线抗弯折性能有显著提升作用，添加的最佳比例在10％左右，该比例下，3.5mm数据线抗弯折性能相比于现有方案提升超过50％；当UHMWPE纤维定向膜添加量为3％时，与现有方案相比，虽然也能提升抗弯折性能，但由于添加量少提升程度较低；当UHMWPE纤维定向膜添加量超过10％之后，与现有方案相比，虽然也能够提升线缆抗弯折性能，但提升趋势渐缓，相比最佳添加比例线缆的抗弯折性能并没有继续提升，并且由于UHMWPE成本较高，添加量过大会明显增加数据线的成本，此外当UHMWPE纤维定向膜含量超过10％，特别是超过35％之后，纤维层的厚度会增加，而由于线缆外被层的总厚度是确定的，纤维层的厚度增加会导致弹性体层(外被基体层)厚度减薄，最终由于弹性体的抗弯折疲劳性能的短板造成数据线出现开裂。
从表2可知，对于3.0mm数据线，UHMWPE纤维定向膜对线缆抗弯折性能提升的幅度更可观，与现有方案相比，抗弯折性能可提升90％以上。添加比例在7％左右最优，原因是3.0mm数据线的外被层比3.5mm数据线的外被层薄30％，所以UHMWPE纤维定向膜含量过高导致纤维层厚度增加时，弹性体的抗弯折疲劳性能的短板表现的更加突出。
本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合线缆材料领域的市售产品。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.抗弯折线缆，其包括芯轴和包裹于芯轴外表面的外被层，其特征在于，外被层设置有相互平行的超高分子量聚乙烯纤维，且在线缆横截面中超高分子量聚乙烯纤维沿外被层周向均匀分布；
所述外被层由外被基体层和外被增强层熔接形成，其中所述外被增强层靠近所述芯轴且包裹于所述芯轴外表面，所述外被基体层为远离所述芯轴且在熔融或半熔融时包覆于所述外被增强层表面；在熔接形成前，外被增强层为具有相互平行排列的超高分子量聚乙烯纤维的超高分子量聚乙烯纤维定向膜；
所述的抗弯折线缆的制备方法，包括步骤：
(1)预制超高分子量聚乙烯纤维定向膜：将超高分子量聚乙烯纤维束沿长度方向进行均布平行排列形成纤维平面，在超高分子量聚乙烯纤维两端施加15～30N的稳定固定张力，在存在张力的纤维平面的上表面热压复合第一成形膜、下表面热压复合第二成形膜，热压复合温度为125-135℃；
(2)将预制的超高分子量聚乙烯纤维定向膜包裹于芯轴外表面，并用胶黏剂粘接固定，得到预制复合芯层；
(3)取外被基体层的原料混合熔融后挤出制得混合粒料，将混合粒料加入双螺杆挤出机中，混合粒料熔融后挤出并包覆至预制复合芯层外表面，制得抗弯折线缆。
2.如权利要求1所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述外被层形成过程中，外被增强层占外被层质量比为3～35％。
3.如权利要求1所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述外被层中超高分子量聚乙烯纤维的长度延伸方向与线缆长度延伸方向一致，或者超高分子量聚乙烯纤维在线缆中呈现螺旋状缠绕芯轴。
4.如权利要求1所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯纤维定向膜包括第一成形膜、第二成形膜和超高分子量聚乙烯纤维，所述超高分子量聚乙烯纤维沿第一成形膜的长度方向均布排列于第一成形膜，所述第二成形膜覆盖于排列在第一成形膜的超高分子量聚乙烯纤维上。
5.如权利要求4所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述第一成形膜、第二成形膜均选自PE膜或者PP膜。
6.如权利要求4所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述第一成形膜或第二成形膜的厚度均为0.02-0.08mm，所述超高分子量聚乙烯纤维占超高分子量聚乙烯纤维定向膜的质量比为5-85％。
7.如权利要求1所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述外被基体层组成成分及质量百分比如下：弹性体SEBS粉25-45％，软化增塑剂10-20％，聚丙烯10-25％，阻燃剂8-20％，相容剂2-8％，抗铜害助剂0.1-2％，吸波剂0.3-3.5％，抗氧剂0.5-2％，光稳定剂0.5-2％，耐磨剂0.6-3％，色粉0.7-2.5％。
8. 如权利要求7所述的抗弯折线缆，其特征在于，软化增塑剂为白油、饱和直链环烷烃油中一种或者几种；聚丙烯为均聚丙烯或共聚聚丙烯一种或者两种；阻燃剂为磷酸酯或硅烷偶联处理的氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或者两种形成协同复合阻燃体系；相容剂为SEBS接枝马来酸酐、乙烯-丙烯-g-MAN、POE-g-MAN中的一种或者几种；抗铜害助剂为N,N′双[β(3,5二叔丁基4羟基苯基)丙酰]肼YYMD-700、MD1024中的一种或多种；吸波剂为碳化硅粉末、FeSiAl、掺杂MnZn或NiZn的铁氧化体粉末中的一种或者几种；抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂618、抗氧剂1010中的一种或至少两种；光稳定剂为苯并三唑类耐候剂TINUVIN 360、受阻胺类耐候剂Uvinul 4050H、三嗪类耐候剂TINUVIN 1600的一种或者多种；耐磨剂为纳米氧化铝、纳米氧化硅或者滑石粉中的一种或者多种。
9.如权利要求1所述的抗弯折线缆，其特征在于，所述步骤(3)中外被基体层的原料组成和质量百分比为弹性体SEBS粉25-45％，软化增塑剂10-20％，聚丙烯10-25％，阻燃剂8-15％，相容剂2-8％，抗铜害助剂0.1-2％，吸波剂0.3-3.5％，抗氧剂0.5-2％，光稳定剂0.5-2％，耐磨剂0.6-3％，色粉0.7-2.5％；
混合粒料制备方法为：
(3a)按照配比将弹性体SEBS粉和软化增塑剂置于高速混合机中高速搅拌，使得SEBS充分软化塑化，搅拌机转速1600-2000转/分钟，搅拌温度55℃，搅拌时间35分钟得到塑化SEBS弹性体；
(3b)将塑化SEBS弹性体及剩余基体层成分按照配方比例加入高速混合机中搅拌，充分混合分散均匀，搅拌机转速1600-2000转/分钟，搅拌温度55℃，搅拌时间60分钟得到基体层混合物；
(3c)将第二步得到的基体层混合物加入双螺杆挤出机中熔融分散混合，然后挤出拉条，风冷，切粒并烘干得到基体混合粒料；其中挤出一段温度155℃-170℃，二段温度170℃-185℃，三段温度185℃-225℃，转速350-450转/分钟，螺杆长径比>55，螺杆直径40-45mm；所述步骤(3)中混合粒料加入双螺杆挤出机并熔融挤出，挤出温度一段和二段170℃-185℃，三段温度185℃-225℃，螺杆长径比>55，螺杆直径40-45mm，挤出速度和预制复合芯层的牵引速度为45-55m/min。
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