CN115036058A - 一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，属于线缆加工技术领域，该光电复合缆包括位于芯部的电源线、光纤以及填充绳，电源线、光纤以及填充绳形成缆芯，缆芯外包覆有金属双面覆塑钢带，金属双面覆塑钢带外层包覆有聚乙烯外护套。本发明的聚乙烯外护套原料以PE树脂作为基质，并加入了乙烯‑醋酸乙烯酯EVA，EVA不仅能起到增韧效果，而且能够在聚乙烯基体与阻燃添加剂、碳酸钙之间起到界面增强作用，提升聚乙烯外护套的综合力学性能；此外，加入的阻燃添加剂为包含有N、P和S三种有效元素的复合型阻燃成分；获得的聚乙烯外护套不仅具有抗拉拖曳能力，而且还具有优良的阻燃性能，使复合缆能够适用于更加严苛的场所。

Description

一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法
技术领域
本发明属于线缆加工技术领域，具体地，涉及一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法。
背景技术
光电复合缆是指适用于宽带接入网系统中作传输线，是一种新型的接入方式，它集光纤、输电铜线于一体，可以解决宽带接入、设备用电、信号传输的问题。光电复合缆能够实现用一根复合缆来代替多根线缆的效果，因此具备外径小，重量轻，占用空间小的特点，并且同时提供多种传输技术，同设备的适应性高、可扩展性强，产品适用面广，具有越来越广泛的应用空间。
光电复合缆复合缆的结构通常由层绞式结构的缆芯和护层两大部分构成，其中，护层多采用聚乙烯材料制备而成。聚乙烯护套材料具备质轻、绝缘性好、化学稳定性好等优点，但是对于军用车载电缆，对于抗拉拖曳性能要求较高，而普通聚乙烯护套材料难以满足使用需求。
此外，聚乙烯本身是一种易燃材料，其具有超高的相对分子质量，但是其化学结构中含有大量的C-H共价键且具有较高的可燃性，极限氧指数仅约为17.4％，在高温场合的应用收到限制。
现有的无卤阻燃方式是在聚乙烯材料中添加氢氧化镁和氢氧化铝来实现阻燃，存在阻燃效率低的缺点；且其阻燃效果通常需要大量无机填料的添加来实现，这种大量添加无机填料往往会造成复合材料的加工性能以及力学性能的大幅降低，更是难以满足军用车载电缆对于抗拉拖曳性能的高要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法。
本发明的聚乙烯外护套原料以PE树脂作为基质，并加入了乙烯-醋酸乙烯酯EVA，EVA不仅能起到增韧效果，提高聚乙烯基体的韧性，而且能够在聚乙烯基体与阻燃添加剂、碳酸钙之间起到界面增强作用，提升聚乙烯外护套的综合力学性能；此外，加入的阻燃添加剂为一种有机化合物，为包含有N、P和S三种有效阻燃元素的复合型阻燃成分，N、P和S能够起到协同作用，从不同角度对PE基体进行阻燃性能提升，并且该阻燃添加剂能够与PE基体发生化学作用，不仅能提高阻燃剂的耐迁移性，提高阻燃效果的有效发挥，而且由于与基体良好的相互作用，使阻燃添加剂的加入不会影响到聚乙烯外护套的力学性能；获得的聚乙烯外护套不仅具有抗拉拖曳能力，而且还具有优良的阻燃性能，使复合缆能够适用于更加严苛的场所。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗拉拖曳光电复合缆，包括位于芯部的电源线、光纤以及填充绳，电源线、光纤以及填充绳形成缆芯，缆芯外包覆有金属双面覆塑钢带，金属双面覆塑钢带外层包覆有聚乙烯外护套；
其中，聚乙烯外护套包括如下重量份原料：聚乙烯树脂50-60份、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)5-6份、阻燃添加剂3-4份、改性碳酸钙3-4份、抗氧剂0.2-0.3份、润滑剂0.2-0.3份；
EVA分子的柔性链能够减弱PE基体之间的缠结作用，对PE起到增韧效果，进而提升电缆外护套的韧性，赋予其抗拉拖曳能力；EVA中含有乙烯链段，与聚乙烯基体具有较高的相容性，且EVA分子链中含有醋酸乙烯酯，具有一定的极性，与阻燃添加剂中的极性基团以及碳酸钙具有较高的相容性，进而起到界面增强作用。
一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，包括如下步骤：
第一步、制备阻燃添加剂；
第二步、按照重量份配比将聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、阻燃添加剂、改性碳酸钙、抗氧剂和润滑剂混合后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，获得聚乙烯外护套料；
第三步、将电源线、光纤以及填充绳按照规格制成缆芯，在缆芯外包覆金属双面覆塑钢带，最后将聚乙烯外护套料绕包于金属双面覆塑钢带表面，形成聚乙烯外护套，制得光电复合缆。
进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
进一步地，所述润滑剂为二甲基硅油。
进一步地，改性碳酸钙为经过硅烷偶联剂KH570处理后的碳酸钙；碳酸钙经过硅烷偶联剂KH570处理后，能够改善其与PE基体的界面性能，同时，在EVA分子的界面增强作用下，碳酸钙能够均匀分散于基体中，起到力学性能增强作用，提升聚乙烯外护套的力学性能，即提高复合缆的抗拉拖曳性能。
进一步地，阻燃添加剂的制备过程如下：
S1、在三口烧瓶中加入1,4-丁二胺，再加入适量的三乙胺作缚酸剂，搅拌均匀，将三口烧瓶固定在冰水浴中，然后在氮气保护下滴加氯磷酸二乙酯，滴完后升温至35℃反应12h，反应结束后，旋转蒸发，获得中间产物；1,4-丁二胺、三乙胺和氯磷酸二乙酯的用量之比为8.8g:20mL:17.3g；
在三乙胺作缚酸剂的条件下，1,4-丁二胺分子上的-NH2与氯磷酸二乙酯分子上的-Cl发生反应，获得中间产物，通过控制1,4-丁二胺与氯磷酸二乙酯的用量之比(摩尔比1:1)，使1,4-丁二胺一端的-NH2参与反应，另外一端的-NH2为后续反应奠定反应位点；具体反应过程如下所示：
Figure BDA0003746529200000041
S2、将中间产物和溶剂DMSO加入三口烧瓶中，再加入二环己基碳二亚胺(缩合剂)和4-N,N-二甲基吡啶(催化剂)，搅拌加热至60℃，在匀速搅拌下，加入4-乙烯磺酰基苯甲酸，于60℃恒温条件下反应2h，用乙腈洗涤产物，然后放入旋转蒸发仪中纯化提纯后，获得阻燃添加剂；中间产物、DMSO、二环己基碳二亚胺、4-N,N-二甲基吡啶和4-乙烯磺酰基苯甲酸的用量之比为23g:300mL:0.26g:0.09g:21.2g；
在催化剂和缩合剂的作用下，中间产物分子上的-NH2与4-乙烯磺酰基苯甲酸分子上的-COOH发生反应，获得阻燃添加剂，反应过程如下所示：
Figure BDA0003746529200000042
获得的阻燃添加剂为一种包含有N、P和S三种有效阻燃元素的复合型阻燃成分，N、P和S能够起到协同作用，从不同角度对PE基体进行阻燃性能提升，具体的，在凝聚相：磺酸盐结构分解形成的SO2、SO3促进PE交联成炭，含磷基团分解产生的磷酸、偏磷酸等物质附着在炭层表面，共同作用形成蜂窝状、孔径很小的炭层来绝热、隔氧，起到阻燃作用；在气相：阻燃添加剂气相分解产物中自由基PO·与火焰中的H·和OH·等高活性自由基结合，来中断PE基材燃烧的链反应的进行；N、P和S协效从凝聚相和气相共同作用，提升PE基材的阻燃效果；
另一方面，阻燃添加剂分子结构中含有碳碳双键，在聚乙烯护套层原料进行熔融共混过程中，能够参与到聚乙烯的聚合过程中，使阻燃添加剂分子以化学键合的作用与PE基体结合，不仅能提高阻燃剂的耐迁移性，提高阻燃效果的有效发挥，而且由于与基体良好的相互作用，使阻燃添加剂的加入不会影响到聚乙烯外护套的力学性能；并且，阻燃添加剂分子的苯环另一端连接的是柔性分子链，使得阻燃添加剂能够一定程度上改善聚乙烯外护套的柔韧性，提升抗拉拖曳性能。
本发明的有益效果：
本发明的聚乙烯外护套原料以PE树脂作为基质，并加入了乙烯-醋酸乙烯酯EVA，EVA不仅能起到增韧效果，提高聚乙烯基体的韧性，而且能够在聚乙烯基体与阻燃添加剂、碳酸钙之间起到界面增强作用，提升聚乙烯外护套的综合力学性能；此外，加入的阻燃添加剂为一种有机化合物，为包含有N、P和S三种有效阻燃元素的复合型阻燃成分，N、P和S能够起到协同作用，从不同角度对PE基体进行阻燃性能提升，并且该阻燃添加剂能够与PE基体发生化学作用，不仅能提高阻燃剂的耐迁移性，提高阻燃效果的有效发挥，而且由于与基体良好的相互作用，使阻燃添加剂的加入不会影响到聚乙烯外护套的力学性能；获得的聚乙烯外护套不仅具有抗拉拖曳能力，而且还具有优良的阻燃性能，使复合缆能够适用于更加严苛的场所。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备阻燃添加剂：
S1、在三口烧瓶中加入8.8g的1,4-丁二胺，再加入20mL三乙胺作缚酸剂，搅拌均匀，将三口烧瓶固定在冰水浴中，然后在氮气保护下滴加17.3g氯磷酸二乙酯，滴完后升温至35℃反应12h，反应结束后，旋转蒸发，获得中间产物；
S2、将23g中间产物和300mL溶剂DMSO加入三口烧瓶中，再加入0.26g二环己基碳二亚胺(缩合剂)和0.09g的4-N,N-二甲基吡啶(催化剂)，搅拌加热至60℃，在匀速搅拌下，加入21.2g的4-乙烯磺酰基苯甲酸，于60℃恒温条件下反应2h，用乙腈洗涤产物，然后放入旋转蒸发仪中纯化提纯后，获得阻燃添加剂。
实施例2
制备阻燃添加剂：
S1、在三口烧瓶中加入17.6g的1,4-丁二胺，再加入40mL三乙胺作缚酸剂，搅拌均匀，将三口烧瓶固定在冰水浴中，然后在氮气保护下滴加34.6g氯磷酸二乙酯，滴完后升温至35℃反应12h，反应结束后，旋转蒸发，获得中间产物；
S2、将46g中间产物和600mL溶剂DMSO加入三口烧瓶中，再加入0.52g二环己基碳二亚胺(缩合剂)和0.18g的4-N,N-二甲基吡啶(催化剂)，搅拌加热至60℃，在匀速搅拌下，加入42.4g的4-乙烯磺酰基苯甲酸，于60℃恒温条件下反应2h，用乙腈洗涤产物，然后放入旋转蒸发仪中纯化提纯后，获得阻燃添加剂。
实施例3
制备改性碳酸钙：
将10g纳米碳酸钙分散于150mL乙醇水溶液中(乙醇和水的体积比为1:1)，加入2.2g的硅烷偶联剂KH570，搅拌反应2h，抽滤，依次用乙醇和去离子水洗涤3次，60℃真空烘箱中干燥至恒重，获得改性碳酸钙。
实施例4
一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，包括如下步骤：
第一步、将聚乙烯树脂50g、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)5g、实施例1制得的阻燃添加剂3g、实施例3制得的改性碳酸钙3g、抗氧剂10100.2g、二甲基硅油0.2g混合后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，获得聚乙烯外护套料；
第二步、将电源线、光纤以及填充绳按照规格制成缆芯，在缆芯外包覆金属双面覆塑钢带，最后将聚乙烯外护套料绕包于金属双面覆塑钢带表面，形成聚乙烯外护套，制得光电复合缆。
实施例5
一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，包括如下步骤：
第一步、将聚乙烯树脂55g、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)5.5g、实施例1制得的阻燃添加剂3.5g、实施例3制得的改性碳酸钙3.5g、抗氧剂168 0.25g、二甲基硅油0.25g混合后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，获得聚乙烯外护套料；
第二步、将电源线、光纤以及填充绳按照规格制成缆芯，在缆芯外包覆金属双面覆塑钢带，最后将聚乙烯外护套料绕包于金属双面覆塑钢带表面，形成聚乙烯外护套，制得光电复合缆。
实施例6
一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，包括如下步骤：
第一步、将聚乙烯树脂60g、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)6g、实施例1制得的阻燃添加剂4g、实施例3制得的改性碳酸钙4g、抗氧剂10100.3g、二甲基硅油0.3g混合后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，获得聚乙烯外护套料；
第二步、将电源线、光纤以及填充绳按照规格制成缆芯，在缆芯外包覆金属双面覆塑钢带，最后将聚乙烯外护套料绕包于金属双面覆塑钢带表面，形成聚乙烯外护套，制得光电复合缆。
对比例1
将实施例4中的EVA原料换成聚乙烯树脂，其余原料及制备过程不变。
对比例2
将实施例4中的阻燃添加剂原料去掉，其余原料及制备过程不变。
对实施例4-6和对比例1-2获得的聚乙烯外护套料，进行如下性能测试：
拉伸强度和断裂拉伸应变按照GB/T 1040.3-2006测试，试验速度(25+5)mm/min；
极限氧指数测试：按GB/T 2406-2009进行测试；垂直燃烧测试：按UL 94-2016进行测试；
测得的结果如下表所示：
Figure BDA0003746529200000081
由上表数据可知，实施例4-6制得的聚乙烯外护套料具有较高的力学性能(拉伸强度为25.8MPa及以上，断裂拉伸应变为781％及以上)，说明本发明获得的光电复合缆具有较高的力学性能，具有较好的抗拉拖曳性能；实施例4-6制得的聚乙烯外护套料的LOI指数为26.9％及以上，燃烧性能等级均达到了V-O级，说明本发明制得的聚乙烯外护套料具有优异的阻燃性能；本发明获得的光电复合缆具有较高的力学性能以及阻燃性能，抗拉拖曳性能好，能够适用于严苛的工作场所；结合对比例1的数据可知，EVA的加入不仅能起到增韧效果，而且对阻燃添加剂的阻燃效果发挥具有促进作用；结合对比例2的数据可知，阻燃添加剂的加入能够赋予聚乙烯外护套层良好的阻燃性能，且其含有的柔性分子链，能够一定程度上提高聚乙烯基体的柔韧性。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，该光电复合缆包括位于芯部的电源线、光纤以及填充绳，电源线、光纤以及填充绳形成缆芯，缆芯外包覆有金属双面覆塑钢带，金属双面覆塑钢带外层包覆有聚乙烯外护套，其特征在于，其制造方法包括如下步骤：
第一步、制备阻燃添加剂；
第二步、按照重量份配比将聚乙烯树脂50-60份、乙烯-醋酸乙烯酯5-6份、阻燃添加剂3-4份、改性碳酸钙3-4份、抗氧剂0.2-0.3份、润滑剂0.2-0.3份混合后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，获得聚乙烯外护套料；
第三步、将电源线、光纤以及填充绳按照规格制成缆芯，在缆芯外包覆金属双面覆塑钢带，最后将聚乙烯外护套料绕包于金属双面覆塑钢带表面，形成聚乙烯外护套，制得光电复合缆。
2.根据权利要求1所述的一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
3.根据权利要求1所述的一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，其特征在于，所述润滑剂为二甲基硅油。
4.根据权利要求1所述的一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，其特征在于，所述改性碳酸钙为经过硅烷偶联剂KH570处理后的碳酸钙。
5.根据权利要求1所述的一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，其特征在于，阻燃添加剂的制备过程如下：
S1、在三口烧瓶中加入1,4-丁二胺，再加入适量的三乙胺作缚酸剂，搅拌均匀，将三口烧瓶固定在冰水浴中，然后在氮气保护下滴加氯磷酸二乙酯，滴完后升温至35℃反应12h，反应结束后，旋转蒸发，获得中间产物；
S2、将中间产物和溶剂DMSO加入三口烧瓶中，再加入二环己基碳二亚胺和4-N,N-二甲基吡啶，搅拌加热至60℃，在匀速搅拌下，加入4-乙烯磺酰基苯甲酸，于60℃恒温条件下反应2h，用乙腈洗涤产物，然后放入旋转蒸发仪中纯化提纯后，获得阻燃添加剂。
6.根据权利要求5所述的一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，其特征在于，步骤S1中1,4-丁二胺、三乙胺和氯磷酸二乙酯的用量之比为8.8g:20mL:17.3g。
7.根据权利要求5所述的一种抗拉拖曳光电复合缆的制造方法，其特征在于，步骤S2中中间产物、DMSO、二环己基碳二亚胺、4-N,N-二甲基吡啶和4-乙烯磺酰基苯甲酸的用量之比为23g:300mL:0.26g:0.09g:21.2g。
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