CN113403848A - 一种含碳纳米管防污涂层的缆绳及其防污涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含碳纳米管防污涂层的缆绳及其防污涂层的制备方法，涉及船舶海洋工程技术领域，包括绳体和保护外套，保护外套呈网状结构包裹在绳体外，保护外套表面及绳体裸露部分涂覆有防污涂层，防污涂层为碳纳米管复合涂层，防污涂层连接保护外套和绳体。防污涂层包括KH550、消泡剂、二甲苯、碳纳米管、氯醚树脂以及防污剂，其中，各成分的质量百分比具体如下：KH550为1％、消泡剂为1％、二甲苯为80％、碳纳米管为3％～7％、氯醚树脂为8％～12％、防污剂为3％。本发明通过在防污剂中掺入碳纳米管，有效提高防污涂层与缆绳纤维的结合度，改善缆绳柔韧性，提高缆绳的防污性能。

Description

一种含碳纳米管防污涂层的缆绳及其防污涂层的制备方法

技术领域

本发明属于船舶海洋工程技术领域，更具体地，涉及一种含碳纳米管防污涂层的缆绳及其防污涂层的制备方法。

背景技术

随着世界各国对海洋资源的争夺，海洋油气资源开发逐渐向高效化转移。就船舶定位而言，保障缆绳长久的使用寿命是影响油气开采工作的关键要素之一，因此未来高科技合成纤维缆绳在系泊工程中具有更广阔的应用前景。缆绳在海洋油气资源开采的使用过程中，常常会发生微生物、海藻等的附着现象，这些附着生物会分泌出酸性代谢产物，并且会分解高分子基体以供自身生长，缩短缆绳使用寿命。

因此，通常缆绳表面基本都会设置防污涂层，防止微生物、海藻等的附着。如中国专利CN110724424A公开的一种海洋网线防污涂层及其制备方法，其合成了防污涂层对网线进行防护，但是其防污涂层会因缆绳在水中的扭曲和弯折而脱落，同时存在防污涂层与纤维的结合不够紧密的问题，容易受到水流中泥沙的冲刷而掉落，从而无法起到防护效果。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种含碳纳米管防污涂层的缆绳及其防污涂层的制备方法，能够解决防污涂层的柔韧性差以及防污涂层与缆绳纤维结合强度低的问题，有效提高防污涂层与缆绳纤维的结合度，改善缆绳柔韧性，提高缆绳的防污性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种含碳纳米管防污涂层的缆绳，包括绳体和保护外套，所述保护外套呈网状结构包裹在绳体外，所述保护外套表面及绳体裸露部分涂覆有防污涂层，所述防污涂层为碳纳米管复合涂层，所述防污涂层连接保护外套和绳体。

通过采用上述技术方案，碳纳米管具有很好的揉曲性、很高的抗拉强度以及很高的弹性模量，可以使复合的防污涂层表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性以及各向同性，给防污涂层的性能带来极大的改善。因此，碳纳米管复合的防污涂层直接连接保护外套和绳体，能够有效提高防污涂层与缆绳纤维的结合度，改善缆绳柔韧性，提高缆绳的防污性能，进而提高缆绳的使用寿命。其中，缆绳包括绳体和保护外套，保护外套可以绳体起到保护作用，避免绳体长时间使用磨损，有效提高缆绳的使用寿命。

进一步地，所述绳体包括内芯和过滤布，所述过滤布倾斜缠绕包裹在内芯外表面，所述防污涂层连接过滤布与保护外套。

通过采用上述技术方案，绳体包括内芯和过滤布，且过滤布倾斜缠绕包裹在内芯外表面，这样过滤布可以有效阻挡超过5微米的土壤颗粒，提高防沙能力，进而提高绳体内芯的耐磨、耐腐蚀能力，提高绳体的使用寿命。

进一步地，所述防污涂层包括KH550(氨基官能团硅烷)、消泡剂、二甲苯、碳纳米管、氯醚树脂以及防污剂，其中，各成分的质量百分比具体如下：KH550为1％、消泡剂为1％、二甲苯为80％、碳纳米管为3％～7％、氯醚树脂为8％～12％、防污剂为3％。

通过采用上述方案，KH550、消泡剂、二甲苯、碳纳米管、氯醚树脂以及防污剂混合制成防污涂层，KH550能够大幅度提高防污涂层的抗弯强度、抗压强度，而且具有优异的粘结促进作用；消泡剂能够消除和抑制泡沫，二甲苯是防污涂料常用的溶剂；碳纳米管具有很好的揉曲性、很高的抗拉强度以及很高的弹性模量，可以使复合的防污涂层表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性以及各向同性，给防污涂层的性能带来极大的改善；氯醚树脂具有优良的防腐性能，防污剂具有优良的防污性能。上述成分混合制成的防污涂层，成分简单，但能够有效提高防污涂层与缆绳纤维的结合度，改善缆绳柔韧性，提高缆绳的防污性能，进而提高缆绳的使用寿命。

一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，具体步骤包括：

S1、防污涂层涂料溶液配置；

S11、将KH550和消泡剂加入二甲苯中，其中，KH500和消泡剂的质量百分比分别为1％，二甲苯的质量百分比为80％；

S12、向二甲苯中加入碳纳米管，且碳纳米管的质量百分比为3％～7％，在室温条件下高速搅拌5h～6h；

S13、加入氯醚树脂，其中氯醚树脂的质量百分比为8％～12％，且加入的氯醚树脂的质量百分比与步骤S12中加入的碳纳米管的质量百分比之和为15％；

S14、加入防污剂，且防污剂的质量百分比为3％，高速搅拌后形成涂料溶液，完成防污涂层涂料溶液配置；

S2、防污涂层涂覆；

S21、将实验线绳在涂料溶液中浸透后取出，并吸去过量涂料溶液；

S22、将实验线绳置于干燥设备中进行干燥处理；

S3、防污涂层防污效果检测；将实验线绳悬挂于海水模拟环境中进行防污效果检测，分别在一周和一个月后检测藻类附着的效果；

S4、实验线绳耐磨实验；利用磨损检测装置对实验线绳进行耐磨测试，记录实验线绳被磨断所需的摩擦次数；

S5、选择防污效果最佳和耐磨效果最佳的防污涂层配方比例，批量生产缆绳。

通过采用上述技术方案，先向二甲苯中加入KH550和消泡剂，然后加入碳纳米管，并进行充分搅拌，先使碳纳米管均匀混合在二甲苯中，消泡剂避免在搅拌过程中产生气泡。接着加入氯醚树脂，最后加入防污剂，再高速充分搅拌，完成防污涂料的配置。先利用实验线绳进行实验，检验防污涂料的防污性能以及对拉绳耐磨性的提高效果，再根据最佳防污效果和最佳耐磨效果确定防污涂料各成分的最佳配比，进行缆绳的批量生产，保证缆绳的防污效果和耐磨效果都最佳。

进一步地，所述步骤S11中，消泡剂为聚醚类消泡剂。

通过采用上述技术方案，聚醚类消泡剂的消泡、抑泡功能更加优异，且无毒、无气味、无刺激、易分散，动态消泡速度快，抑泡性能强，不含矿物质，有利于环保，在广泛的温度和PH范围内效果优异，所以选择使用聚醚类消泡剂。

进一步地，所述步骤S14中，加入防污剂后高速搅拌时间为1h～2h。

通过采用上述技术方案，保证聚醚树脂和防污剂能够和二甲苯充分均匀混合，保证涂料溶液中各成分混合均匀，进而保证防污涂层连接保护外套和绳体时的均匀性，保证防污耐磨效果。

进一步地，所述步骤S21中，实验线绳在涂料溶液中的浸润时间为4h～6h。

通过采用上述技术方案，保证涂料溶液能够充分浸润实验线绳，在实验线绳上形成完整有效的防污涂层。

进一步地，所述步骤S22中，干燥设备的温度为70℃～80℃，干燥时间为4h～5h。

通过采用上述技术方案，完成对实验线绳的干燥处理，保证防污涂层彻底干燥凝固连接保护外套和绳体。

与现有技术相比，有益效果是：

1、通过利用碳纳米管和氯醚树脂复合的防污涂层，有效提高防污涂层与缆绳纤维的结合度，改善缆绳柔韧性，提高缆绳的防污性能；

2、经研究，本发明利用碳纳米管和氯醚树脂复合的防污涂层，可使缆绳的附着能力提高30％，防污有效期延长20％，解决了传统防腐涂层功能单一、附着力差的问题，明显减轻缆绳纤维之间以及缆绳纤维细沙之间的摩擦磨损。

附图说明

图1是实施例1一种含碳纳米管防污涂层的缆绳的整体结构示意图；

图2是实施例1一种含碳纳米管防污涂层的缆绳的剖视图。

图中，1、绳体；11、内芯；12、过滤布；2、保护外套；3、防污涂层。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：

如图1、图2所示为一种含碳纳米管防污涂层的缆绳的实施例1，包括绳体1和保护外套2，绳体1包括内芯11和过滤布12，过滤布12倾斜包裹在内芯11外表面。保护外套2呈网状结构包裹在绳体1外，保护外套2表面及绳体1裸露部分涂覆有防污涂层3，防污涂层3连接保护外套2和过滤布12。保护外套2对绳体1进行保护，降低绳体1的磨损，提高缆绳的使用寿命。过滤布12有效阻挡超过5微米的土壤颗粒，提高防沙能力，进而提高绳体1内芯11的耐磨、耐腐蚀能力，提高绳体1的使用寿命。

防污涂层3为碳纳米管与氯醚树脂混合的复合涂层，具体包括KH550、消泡剂、二甲苯、碳纳米管、氯醚树脂以及防污剂。其中，防污涂层3中各成分的质量百分比具体如下：KH550为1％、消泡剂为1％、二甲苯为80％、碳纳米管为3％、氯醚树脂为12％、防污剂为3％。

碳纳米管具有很好的揉曲性、很高的抗拉强度以及很高的弹性模量，可以使复合的防污涂层3表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性以及各向同性，给防污涂层3的性能带来极大的改善。因此，碳纳米管复合氯醚树脂的防污涂层3直接连接保护外套2和绳体1，能够有效提高防污涂层3与缆绳纤维的结合度，改善缆绳柔韧性，提高缆绳的防污性能，进而提高缆绳的使用寿命。

实施例2：

本实施与实施例1的区别仅在于，本实施例中的碳纳米管的质量百分比为5％，氯醚树脂的质量百分比为10％。

实施例3

本实施例与实施例2的区别仅在于，本实施例中的碳纳米管的质量百分比为7％，氯醚树脂的质量百分比为8％。

实施例4：

一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其用于制备实施例1至实施例3中的防污涂层，具体步骤包括：

S0、对照组防污涂料溶液配置；先向二甲苯中加入KH550和消泡剂，再加入氯醚树脂和防污剂，高速搅拌5小时，形成对照组防污涂料溶液。其中，二甲苯的质量百分比为80％，KH550以及消泡剂的质量百分比均为1％，氯醚树脂的质量百分比为15％，防污剂的质量百分比为3％。

S1、防污涂层涂料溶液配置；

S11、将KH550和消泡剂加入二甲苯中，其中，KH500和消泡剂的质量百分比分别为1％，且消泡剂为聚醚类消泡剂，消泡、抑泡性能强；二甲苯的质量百分比为80％。

S12、向二甲苯中加入碳纳米管(碳纳米管长度10～20μm，直径40～60nm)，且碳纳米管的质量百分比为3％～7％，在室温条件下高速搅拌5h～6h，搅拌时间优选6h；在本实施例中，碳纳米管的质量百分比分别选择3％、5％以及7％，形成三组实验组。

S13、加入氯醚树脂，其中氯醚树脂的质量百分比为8％～12％，且加入的氯醚树脂的质量百分比与步骤S12中加入的碳纳米管的质量百分比之和为15％，所以本实施例中氯醚树脂的质量百分比随步骤S12中碳纳米管的质量百分比分别确定为12％、10％以及8％。值得注意的是，氯醚树脂与碳纳米管各自的质量百分比当然可以根据需要确定为其他比例，只要两者之和为15％即可，这里不作限定。

S14、加入防污剂，且防污剂的质量百分比为3％，高速搅拌1h～2h后形成三组实验组涂料溶液，搅拌时间优选1h,完成防污涂层涂料溶液配置。

也就是说，在步骤S1中，共配置了三组碳纳米管与氯醚树脂含量不同的实验组防污涂料溶液，以便和步骤S0中配置的对照组防污涂料溶液进行对比。

S2、防污涂层涂覆；

S21、将四根实验线绳分别在对照组防污涂料溶液以及三组实验组防污涂料溶液中浸润4h～6h，浸润时间优选5h，实验线绳浸透后取出，并利用干燥纸吸去过量涂料溶液。

S22、将实验线绳置于干燥设备中进行干燥处理，其中，干燥设备的温度为70℃～80℃，干燥时间为4h～5h，且干燥温度优选80℃，干燥时间优选4h。

S3、防污涂层防污效果检测；将四根实验线绳悬挂于海水模拟环境中进行防污效果检测，分别在一周和一个月后检测藻类附着的效果。

S4、实验线绳耐磨实验；利用磨损检测装置(和现有技术中相同，不做过多赘述)对四根根实验线绳(线长60cm、线粗10mm)进行耐磨测试，记录实验线绳被磨断所需的摩擦次数。

S5、选择防污效果最佳和耐磨效果最佳的防污涂料溶液配方比例，根据溶液配方比例重复步骤S1至步骤S2即可批量制备防污涂层。

碳纳米管混合氯醚树脂的复合防污涂层3起到锚接粘连作用，利用碳纳米管的物理互穿作用，使防污涂层3与缆绳结合更加牢固。在实验过程中发现，防污涂料中添加碳纳米管后，涂料涂覆于实验线绳上会使其柔软性下降，碳纳米管含量增加到7％时，涂料溶液中会出现不均匀的黑色斑块，对缆绳表面质量影响不佳。

通过耐磨测试结果和对照实验，其结果如下表所示：

可知，不含有碳纳米管的涂层耐磨次数为1500次，经海水浸泡和弯折后出现部分防污涂层3脱落现象，添加碳纳米管的防污涂层3附着能力均有提高，证明碳纳米管混合氯醚树脂的防污涂层3对缆绳耐磨性以及防附着能力都有明显提高。其中，涂覆含5％碳纳米管以及10％氯醚树脂的防污涂层3耐磨次数为2100次，附着能力提高30％，耐磨防污效果最佳。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含碳纳米管防污涂层的缆绳，其特征在于：包括绳体(1)和保护外套(2)，所述保护外套(2)呈网状结构包裹在绳体(1)外，所述保护外套(2)表面及绳体(1)裸露部分涂覆有防污涂层(3)，所述防污涂层(3)为碳纳米管复合涂层，所述防污涂层(3)连接保护外套(2)和绳体(1)。

2.根据权利要求1所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳，其特征在于：所述绳体(1)包括内芯(11)和过滤布(12)，所述过滤布(12)倾斜缠绕包裹在内芯(11)外表面，所述防污涂层(3)连接过滤布(12)与保护外套(2)。

3.根据权利要求1所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳，其特征在于：所述防污涂层(3)包括KH550、消泡剂、二甲苯、碳纳米管、氯醚树脂以及防污剂，各成分的质量百分比具体如下：KH550为1％、消泡剂为1％、二甲苯为80％、碳纳米管为3％～7％、氯醚树脂为8％～12％、防污剂为3％。

4.一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤包括：

S1、配置防污涂层涂料溶液；

S2、将防污涂层溶液涂覆在线绳上；

S3、检测防污涂层的防污效果；将线绳悬挂于海水模拟环境中进行防污效果检测，分别在一周和一个月后检测藻类附着的效果，用于表示防污效果；

S4、检测线绳耐磨效果；利用磨损检测装置对线绳进行耐磨测试，记录线绳被磨断所需的摩擦次数，用于表示耐磨效果；

S5、确定防污效果最佳和耐磨效果最佳对应的防污涂层的配方比例，根据所述配方比例重复步骤S1至步骤S2，完成制备。

5.根据权利要求4所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、将KH550和消泡剂加入二甲苯中，其中，KH500和消泡剂的质量百分比分别为1％，二甲苯的质量百分比为80％；

S12、向二甲苯中加入碳纳米管，且碳纳米管的质量百分比为3％～7％，在室温条件下高速搅拌5h～6h；

S13、加入氯醚树脂，其中氯醚树脂的质量百分比为8％～12％，且加入的氯醚树脂的质量百分比与步骤S12中加入的碳纳米管的质量百分比之和为15％；

S14、加入防污剂，且防污剂的质量百分比为3％，高速搅拌后形成涂料溶液，完成防污涂层涂料溶液配置。

6.根据权利要求5所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、将线绳在涂料溶液中浸透后取出，并吸去过量涂料溶液；

S22、将线绳置于干燥设备中进行干燥处理。

7.根据权利要求5所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S11中，消泡剂为聚醚类消泡剂。

8.根据权利要求5所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S14中，加入防污剂后高速搅拌时间为1h～2h。

9.根据权利要求6所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S21中，线绳在涂料溶液中的浸润时间为4h～6h。

10.根据权利要求6所述的一种含碳纳米管防污涂层的缆绳中防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S22中，干燥设备的温度为70℃～80℃，干燥时间为4h～5h。

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