CN111929786B - 一种高阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种高阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其包括光纤、包覆在光纤表面的第一耐燃保护层、中心加强件、填充物以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的第二耐燃保护层、陶瓷纤维防护层和厚度为0.5‑1.5mm的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层，其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层中碳纤维含量小于5wt.％且聚四氟乙烯的含量小于15wt.％。其具有良好的耐火、耐燃、耐辐射、耐腐蚀性能，适于在高温、高腐蚀环境中使用，也适宜在摩擦较频繁的恶劣环境中使用。
Description
技术领域
本申请本发明属于光缆技术领域，尤其涉及一种高阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆。
背景技术
目前市场上主要应用的阻燃光缆，一般通过选择优异的阻燃护套料来提高光缆的阻燃性能，但是光缆中的套管、纤膏、油膏等非阻燃性材料也会影响整个光缆的阻燃水平。当火灾发生后，传统的阻燃光缆会由于元件的燃烧破坏导致光纤脆化断裂，导致传输信号的中断，会影响了安全保障系统的有效性；另一方面，即使光缆内部没有受到外界火焰烧伤的破坏，但在后续火焰熄灭逐渐冷却的过程中，光缆由于不同材料尤其是金属材料的特性膨胀系数较大，引起光缆统一层面的收缩不均导致在光纤表面附着应力，从而可能影响传输信号的失真或中断。
而在煤矿、核电、化工生产等比较恶劣的环境中使用时，耐燃光缆在具备极佳的耐高温性能的同时还需要具有防辐射、抗老化、耐腐蚀、强耐磨等性能，目前常用的带XLPE外护套的光缆在温度高于105℃以上会出现软化，导致光缆损坏。
因此本发明的研究目的在于开发一种能在恶劣环境中使用，兼具极佳的耐燃、耐磨、耐腐蚀性能的耐燃光缆。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种高阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其具有良好的耐火、耐燃、耐辐射、耐腐蚀性能，适于在高温、高腐蚀环境中使用，也适宜在摩擦较频繁的恶劣环境中使用。
为了解决上述技术问题，本申请提供了高阻燃耐磨耐腐蚀光缆，所述高阻燃耐磨特种光缆包括光纤、包覆在光纤表面的第一耐燃保护层、中心加强件、填充物以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的第二耐燃保护层、陶瓷纤维防护层和厚度为0.5-1.5mm的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层，其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层中碳纤维含量小于5wt.％且聚四氟乙烯的含量小于15wt.％。
进一步优选地，所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层包含1-5wt.％的碳纤维和5-10wt.％的聚四氟乙烯。
进一步优选地，所述碳纤维的纤维长度范围为0.01-0.07mm。
进一步优选地，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管，优选地，其管径为30-40nm，长度为150-200μm。
进一步优选地，所述第一耐燃保护层和第二耐燃保护层材料相同或不同，由选自聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮或聚芳醚酮中的一种或多种材料挤出形成。所述第一耐燃保护层和第二耐燃保护层的厚度可以根据需要设定，比如第一耐燃保护层可以为30-40μm，第二耐燃保护层可以为0.1-0.5mm。另外，所述第一耐燃保护层和第二耐燃保护层也可以以同种或不同材料叠加多层，比如两层或三层，从而更好的保护光纤。
进一步优选地，所述陶瓷纤维防护层为硅酸铝陶瓷纤维防护层，其厚度范围为0.2-0.6mm。
进一步优选地，所述填充物为芳纶纤维。
进一步优选地，所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层的制备方法为：将称量好的碳纳米管和聚四氟乙烯加入丙酮溶液中，超声分散均匀后，干燥制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料；称量好的碳纤维、聚醚醚酮与制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融共混，挤出形成碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层。这里，碳纤维和微量的碳纳米管一方面能较好的改善聚四氟乙烯/聚醚醚酮基材料的耐热性能，同时能综合碳纤维和碳纳米管的特性，有利地改善复合材料的耐摩擦性以及大大提高其强度。
进一步优选地，所述双螺杆挤出机熔融段温度≥390℃。
进一步优选地，所采用的聚醚醚酮的熔融指数范围为60-150g/10min。
本发明的有益效果在于：
通过将特定熔融指数范围的PEEK与特定长度范围的碳纤维和聚四氟乙烯复配改性，制备出适宜光缆使用的耐火、耐燃、耐辐射、耐腐蚀，同时具有优异的强度和硬度的复合护套材料。通过在光纤外层层设置的第一耐燃层、第二耐燃层，能有效隔热的陶瓷纤维防护层以及耐燃耐摩擦性能优异的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层，本发明制得的特种光缆具备良好的耐热耐燃耐腐蚀性能。经试验，长期耐受温度可达250℃，最高耐受温度达310℃，同时在明火中不燃烧，即使熔融也不会成为延燃材料；另外其摩擦系数小于0.13，耐磨性良好，同时还具有良好的耐酸碱性。
附图说明
图1是本发明的高阻燃耐磨特种光缆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
实施例1
如图1所示，一种高阻燃耐磨特种光缆，其包括光纤1、包覆在光纤表面的30μm厚的第一聚酰亚胺层2、中心加强件3、芳纶纤维填充物4以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的0.1mm第二聚酰亚胺层5、0.6mm厚的硅酸铝陶瓷纤维防护层6和0.5mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层7，其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层中碳纤维含量为5wt.％，长度为0.07mm，碳纳米管的含量为0.1wt.％，其中聚四氟乙烯的含量为5wt.％，熔融指数为60g/10min。
所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层的制备方法为：将称量好的碳纳米管和聚四氟乙烯加入丙酮溶液中，超声分散均匀后，置于100℃的真空干燥箱中干燥60min，使其中的丙酮溶剂完全挥发后得到碳纳米管-聚四氟乙烯混合料；将称量好的碳纤维、聚醚醚酮与所制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融共混，设定三段温度为375℃、390℃和390℃，在光缆表面形成0.5mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层。
经过测试，所制得的高阻燃耐磨特种光缆长期耐受温度可达250℃，最高耐受温度达310℃，摩擦系数小于0.12且在浓度为10wt.％的盐酸、氢氧化钠和氯化钠溶液中浸渍72h表面无变化。
实施例2
如图1所示，一种高阻燃耐磨特种光缆，其包括光纤1、包覆在光纤表面的40μm厚的第一聚酰亚胺层2、中心加强件3、芳纶纤维填充物4以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的0.1mm聚醚醚酮层5、0.2mm厚的硅酸铝陶瓷纤维防护层6和1.5mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层7，其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层中碳纤维含量为1wt.％，长度为0.03mm，碳纳米管的含量为1wt.％，其中聚四氟乙烯的含量为5wt.％，熔融指数为90g/10min。
所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层的制备方法为：将称量好的碳纳米管和聚四氟乙烯加入丙酮溶液中，超声分散均匀后，置于100℃的真空干燥箱中干燥60min，使其中的丙酮溶剂完全挥发后得到碳纳米管-聚四氟乙烯混合料；将称量好的碳纤维、聚醚醚酮与所制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融共混，设定三段温度为375℃、390℃和390℃，在光缆表面形成1.5mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层。
经过测试，所制得的高阻燃耐磨特种光缆长期耐受温度可达250℃，最高耐受温度达310℃，摩擦系数小于0.15且在浓度为10wt.％的盐酸、氢氧化钠和氯化钠溶液中浸渍72h表面无变化。
实施例3
如图1所示，一种高阻燃耐磨特种光缆，其包括光纤1、包覆在光纤表面的30μm厚的第一聚酰亚胺层2、中心加强件3、芳纶纤维填充物4以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的0.5mm第二聚酰亚胺层5、0.6mm厚的硅酸铝陶瓷纤维防护层6和1.0mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层7，其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层中碳纤维含量为3wt.％，长度为0.07mm，碳纳米管的含量为0.5wt.％，其中聚四氟乙烯的含量为15wt.％，熔融指数为150g/10min。
所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层的制备方法为：将称量好的碳纳米管和聚四氟乙烯加入丙酮溶液中，超声分散均匀后，置于100℃的真空干燥箱中干燥60min，使其中的丙酮溶剂完全挥发后得到碳纳米管-聚四氟乙烯混合料；将称量好的碳纤维、聚醚醚酮与所制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融共混，设定三段温度为375℃、390℃和390℃，在光缆表面形成1.0mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层。
经过测试，所制得的高阻燃耐磨特种光缆长期耐受温度可达250℃，最高耐受温度达310℃，摩擦系数小于0.1且在浓度为10wt.％的盐酸、氢氧化钠和氯化钠溶液中浸渍72h表面无变化。
实施例4
如图1所示，一种高阻燃耐磨特种光缆，其包括光纤1、包覆在光纤表面的30μm厚的第一聚酰亚胺层2、中心加强件3、芳纶纤维填充物4以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的0.5mm聚醚醚酮层5、0.4mm厚的硅酸铝陶瓷纤维防护层6和1.5mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层7，其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层中碳纤维含量为5wt.％，长度为0.03mm，碳纳米管的含量为0.1wt.％，其中聚四氟乙烯的含量为10wt.％，熔融指数为120g/10min。
所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层的制备方法为：将称量好的碳纳米管和聚四氟乙烯加入丙酮溶液中，超声分散均匀后，置于100℃的真空干燥箱中干燥60min，使其中的丙酮溶剂完全挥发后得到碳纳米管-聚四氟乙烯混合料；将称量好的碳纤维、聚醚醚酮与所制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融共混，设定三段温度为375℃、390℃和390℃，在光缆表面形成1.5mm厚的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层。
经过测试，所制得的高阻燃耐磨特种光缆长期耐受温度可达250℃，最高耐受温度达310℃，摩擦系数小于0.09且在浓度为10wt.％的盐酸、氢氧化钠和氯化钠溶液中浸渍72h表面无变化。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。
Claims (5)
1.一种阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其特征在于，所述阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆包括光纤、包覆在光纤表面的第一耐燃保护层、中心加强件、填充物以及在光纤、中心加强件、填充物外依次设置并将其包裹其中的第二耐燃保护层、厚度范围为0.2-0.6mm的硅酸铝陶瓷纤维防护层和厚度为0.5-1.5mm的碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层；
其中所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层包含1-5wt.％的碳纤维、0.1-0.5wt.％的碳纳米管和5-10wt.％的聚四氟乙烯；所述碳纤维的纤维长度范围为0.01-0.07mm，所采用的聚醚醚酮的熔融指数范围为60-150g/10min；
所述碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层的制备方法为：将称量好的碳纳米管和聚四氟乙烯加入丙酮溶液中，超声分散均匀后，干燥制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料；称量好的碳纤维、聚醚醚酮与制得的碳纳米管-聚四氟乙烯混合料混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融共混，挤出形成碳纤维/碳纳米管改性的聚四氟乙烯/聚醚醚酮层。
2.如权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
3.如权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其特征在于，所述第一耐燃保护层和第二耐燃保护层材料相同或不同，由选自聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮或聚芳醚酮中的一种或多种材料挤出形成。
4.如权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其特征在于，所述填充物为芳纶纤维。
5.如权利要求1所述的一种阻燃耐磨耐腐蚀特种光缆，其特征在于，所述双螺杆挤出机熔融段温度≥390℃。
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