CN117706713A - 一种零收缩率玻璃纤维扎纱及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光缆技术领域，提供了一种零收缩率玻璃纤维扎纱及其制备方法和应用。本发明采用无碱玻璃纤维纱为原材料，在无碱玻璃纤维纱表面设置一层树脂胶膜；树脂胶膜的成分包括丙烯酸酯共聚物、耐磨剂、柔软剂和抗静电剂，当玻璃纤维纱受到横向作用力时，该胶膜能起到垫层缓冲功能，玻璃纤维纱不直接受力，从而确保不产生断裂，进而满足光缆加工的工艺要求。本发明提供的零收缩率玻璃纤维扎纱保留了无碱玻璃纤维纱的优点，同时克服了其横向受力容易脆断的缺点，能够替代目前光缆用聚酯涤纶扎纱，解决聚酯涤纶纱热收缩率大，在光缆芯成绞捆扎时容易造成光纤套管勒痕变形、光纤信号传输衰减的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光缆技术领域，尤其涉及一种零收缩率玻璃纤维扎纱及其制备方法和应用。
背景技术
光纤光缆作为信息传输的主要载体，其结构主要分为：电力复合光缆、成绞式光缆、中心束管式光缆。光纤是放置在工程塑料PBT套管管道中，PBT套管需要保持正圆形态，任何的挤压变形都会产生作用力影响光纤，光纤横向受压时传输信号会衰减或者导致中断。
电力复合光缆、成绞式光缆是多根PBT光纤套管集束扭在一起用纱线捆扎，再套塑工程塑料PE制成。目前，最常用的捆扎纱线为聚酯涤纶纱线。PE料的原形态是颗粒状硬质物，使用时需要用挤塑机在280℃下高温熔融成膏状体附加在光缆芯上。聚酯涤纶扎纱实际稳定物态177℃/10min≤2.4m/％，接触PE料熔融体的280℃高温时，材料的热收缩率一定会超出物性标准，或多或少会影响PBT套管的圆整，从而造成对光纤的影响。
因此，目前本领域中亟需研发一种对高温不敏感、不会发生高温热收缩现象的捆扎用纱线。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种零收缩率玻璃纤维扎纱及其制备方法和应用。本发明提供的零收缩率玻璃纤维扎纱对高温不敏感、不会发生高温热收缩现象，并且力学性能能够满足光缆加工的工艺要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种零收缩率玻璃纤维扎纱，包括无碱玻璃纤维纱和附着在所述无碱玻璃纤维纱表面的树脂胶膜；
以质量份计，所述树脂胶膜的制备原料包括：丙烯酸酯共聚物100份，耐磨剂3～15份，柔软剂2～10份，抗静电剂1～10份；
以质量份计，所述丙烯酸酯共聚物的制备原料包括：丙烯酸5～12份，甲基丙烯酸5～12份，丙烯酸乙酯350～510份，苯乙烯50～110份，去离子水200～300份，氢氧化钠溶液10～15份；所述丙烯酸酯共聚物的制备原料还包交联剂、引发剂和乳化剂，所述交联剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～12％，所述引发剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的0.1％～10％，所述乳化剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～5％。
优选的，所述耐磨剂为二甲基硅油类耐磨剂；
所述柔软剂为亲水性有机硅柔软剂。
所述抗静电剂为玻璃纤维阴离子抗静电剂。
优选的，所述交联剂为AAEM交联剂；所述引发剂为水性过硫酸盐；所述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为5～15wt％。
优选的，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、苯乙烯、去离子水、氢氧化钠溶液、交联剂、引发剂和乳化剂混合进行聚合反应，得到丙烯酸酯共聚物；所述聚合反应的温度为30～80℃，反应时间为3～5min。
本发明还提供了上述方案所述零收缩率玻璃纤维扎纱的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸酯共聚物、耐磨剂、柔软剂和抗静电剂混合，得到预制料；
将无碱玻璃纤维纱在所述预制料中浸渍后依次进行模压和固化，得到所述零收缩率玻璃纤维扎纱。
优选的，所述模压以控制每1kg玻璃纤维纱上胶量为10～20wt％为准。
优选的，所述固化的温度为80～140℃，时间为2～5min。
本发明还提供了上述方案所述的零收缩率玻璃纤维扎纱或上述方案所述的零收缩率玻璃纤维扎纱在光缆芯捆扎中的应用。
本发明提供了一种零收缩率玻璃纤维扎纱，包括无碱玻璃纤维纱和附着在所述无碱玻璃纤维纱表面的树脂胶膜；以质量份计，所述树脂胶膜的制备原料包括：丙烯酸酯共聚物100份，耐磨剂3～15份，柔软剂2～10份，抗静电剂1～10份；以质量份计，所述丙烯酸酯共聚物的制备原料包括：丙烯酸5～12份，甲基丙烯酸5～12份，丙烯酸乙酯350～510份，苯乙烯50～110份，去离子水200～300份，氢氧化钠溶液10～15份；所述丙烯酸酯共聚物的制备原料还包交联剂、引发剂和乳化剂，所述交联剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～12％，所述引发剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的0.1％～10％，所述乳化剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～5％。无碱玻璃纤维纱(又称为E型玻璃纤维纱)具有高温下受热不易收缩、耐强酸、强碱、油脂等性能优势，并且纤维性能柔软可变性强，但是无碱玻璃纤维纱横向机械受力容易脆断，满足不了光缆加工的工艺要求。本发明采用丙烯酸酯共聚物、耐磨剂、柔软剂和抗静电剂作为树脂胶膜的原料，在无碱玻璃纤维纱表面设置一层树脂胶膜，树脂胶膜具有延展性、柔软性、耐磨性、机械弯曲性、抗静电性，当玻璃纤维纱受到横向作用力时，膜层能起到垫层缓冲功能，玻纤纱不直接受力，从而确保不产生断裂，进而满足光缆加工的工艺要求。将本发明的零收缩率玻璃纤维扎纱应用于光缆芯成绞捆扎，力值的指标高于聚酯涤纶扎纱1.6倍，光缆芯成绞捆扎工艺速度提升40％，材料成本优于聚酯涤纶扎纱成本30％，并且，经工艺验证表明，本发明的玻璃纤维扎纱在高温280℃时物态稳定，热收缩率达到100米长度零级收缩，能使光缆品质稳定。
综上所述，本发明提供的零收缩率玻璃纤维扎纱保留了无碱玻璃纤维纱的优点，同时克服了其横向受力容易脆断的缺点，能够替代目前光缆用聚酯涤纶扎纱，解决聚酯涤纶纱热收缩率大，在光缆芯成绞捆扎时容易造成光纤套管勒痕变形、光纤信号传输衰减的问题。
附图说明
图1为本发明的零收缩率玻璃纤维扎纱的制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种零收缩率玻璃纤维扎纱，包括无碱玻璃纤维纱和附着在所述无碱玻璃纤维纱表面的树脂胶膜；
以质量份计，所述树脂胶膜的制备原料包括：丙烯酸酯共聚物100份，耐磨剂3～15份，柔软剂2～10份，抗静电剂1～10份；
以质量份计，所述丙烯酸酯共聚物的制备原料包括：丙烯酸5～12份，甲基丙烯酸5～12份，丙烯酸乙酯350～510份，苯乙烯50～110份，去离子水200～300份，氢氧化钠溶液10～15份；所述丙烯酸酯共聚物的制备原料还包交联剂、引发剂和乳化剂，所述交联剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～12％，所述引发剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的0.1％～10％，所述乳化剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～5％。
如无特殊说明，本发明采用的各个原料均为市售。
本发明提供的零收缩率玻璃纤维扎纱包括无碱玻璃纤维纱。在本发明中，所述无碱玻璃纤维纱的型号优选为100tex～300tex，具体为100tex、130tex、150tex、200tex和300tex。
本发明提供的零收缩率玻璃纤维扎纱包括附着在所述无碱玻璃纤维纱表面的树脂胶膜。在本发明中，所述树脂胶膜的制备原料包括：丙烯酸酯共聚物100份，耐磨剂3～15份，优选为5～10份，柔软剂2～10份，优选为3～8份，抗静电剂1～10份，优选为2～8份。
在本发明中，所述耐磨剂优选为二甲基硅油类耐磨剂，本发明对所述二甲基硅油类耐磨剂的具体种类没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可；所述柔软剂优选为亲水性有机硅柔软剂，本发明对所述亲水性有机硅柔软剂的种类没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可；所述抗静电剂优选为玻璃纤维阴离子抗静电剂；所述玻璃纤维阴离子抗静电剂主要成分为阴离子表面活性剂、聚合物、电导剂和抗氧化剂，其中阴离子表面活性剂优选为十二烷基磺酸钠。本发明对所述玻璃纤维阴离子抗静电剂的具体种类没有要求，采用本领域技术人员熟知的即可。
在本发明中，耐磨剂能够加强胶膜与玻璃纤维纱的结合度，施加摩擦力不易损伤，确保断纱率；柔软剂能够改性胶膜与玻璃纤维纱结合的硬度，提高弯曲形变，增强玻璃纤维扎纱与PBT光纤套管的贴合度；抗静电剂能够消除玻璃纤维扎纱的静电，光缆制造设备应用时，高速放线自身不跳动、不拉动光缆芯摆动，确保光缆品质，光纤信号传输稳定不衰减。
在本发明中，所述丙烯酸酯共聚物的制备原料包括：丙烯酸5～12份，优选为10份，甲基丙烯酸5～12份，优选为10份，丙烯酸乙酯350～510份，优选为402份，苯乙烯50～110份，优选为90份，去离子水200～300份，优选为260份，氢氧化钠溶液10～15份；所述丙烯酸酯共聚物的制备原料优选还包交联剂、引发剂和乳化剂，所述交联剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～12％，优选为3％～10％，所述引发剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的0.1％～10％，优选为3％～6％，所述乳化剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～5％，优选为2％～3％。
在本发明中，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为5～15wt％；所述交联剂优选为AAEM交联剂，所述AAEM交联剂的化学名称为甲基丙烯酸乙酰乙酸乙二醇双酯，CAS号为21282-97-3；所述引发剂优选为水性过硫酸盐；所述水性过硫酸盐优选为过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)和过硫酸钠(NPS)中的一种或多种；所述乳化剂优选为壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
在本发明中，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法优选包括以下步骤：
将丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、苯乙烯、去离子水、氢氧化钠溶液、交联剂、引发剂和乳化剂混合进行聚合反应，得到丙烯酸酯共聚物；所述聚合反应的温度优选为30～80℃，更优选为60℃，所述聚合反应的时间优选为3～5min。
共聚反应完成后，无需进行任何处理，即得到所述丙烯酸酯共聚物；所述丙烯酸酯共聚物的分子量优选为20000～50000。
在本发明中，所述零收缩率玻璃纤维扎纱在280℃下加热10min收缩率为0。
本发明还提供了上述方案所述零收缩率玻璃纤维扎纱的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸酯共聚物、耐磨剂、柔软剂和抗静电剂混合，得到预制料；
将无碱玻璃纤维纱在所述预制料中浸渍后依次进行模压和固化，得到所述零收缩率玻璃纤维扎纱。
图1为本发明的零收缩率玻璃纤维扎纱的制备工艺流程图，下面结合图1进行详细说明。
本发明将丙烯酸酯共聚物、耐磨剂、柔软剂和抗静电剂混合，得到预制料。在本发明中，所述混合优选在分散机的不锈钢筒中进行，所述混合的温度优选为室温，所述混合的转速优选为1400r/min，所述分散的时间优选为10～15min。
得到预制料后，本发明将无碱玻璃纤维纱在所述预制料中浸渍后依次进行模压和固化，得到所述零收缩率玻璃纤维扎纱。在本发明中，所述浸渍优选为穿槽浸渍；本发明优选将无碱玻璃纤维纱放置在放纱架上，将预制料置于浸渍槽中，将无碱玻璃纤维纱内卷拉出经浸渍槽进行浸渍；所述浸渍槽的材质优选为304不锈钢；所述模压优选在模压器中进行，所述模压器里内置有刮片，通过刮片的压力控制施胶量；在本发明的具体实施例中，所述模压优选以控制每1kg玻璃纤维纱上胶量为10～20wt％为准。
在本发明中，所述固化的温度优选为80～140℃，更优选为90～120℃，时间优选为2～5min。在本发明的具体实施例中，优选将通过模压器后的实现送入热风炉中加温烘烤，在烘烤过程中，无碱玻璃纤维纱与胶层自粘完成交联，出热风炉后优选将纱线收线打成卷筒。本发明通过浸渍、模压和固化，在无碱玻璃纤维纱的每个单丝外层附着树脂胶膜，从而改变玻璃纤维纱横向受到机械作用力时易断裂的弱点，使其满足光缆制造中的使用要求。
本发明还提供了上述方案所述的零收缩率玻璃纤维扎纱或上述方案所述的零收缩率玻璃纤维扎纱在光缆芯捆扎中的应用。本发明对所述应用的具体方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下列实施例中使用的柔软剂为型号TY-168的亲水性柔软剂，购买自东莞太洋新材料科技有限公司；下列实施例中使用的耐磨剂的型号为SR-243，购买自广东雷邦新材料有限公司；下列实施例中使用的抗静电剂为型号为6012，购买自深圳市全意美科技有限公司。
实施例1
丙烯酸酯共聚物的制备：以质量份计，将丙烯酸10份、甲基丙烯酸10份、丙烯酸乙酯402份、苯乙烯90份、去离子水260份、氢氧化钠溶液(浓度为15wt％)10份混合，然后加入AAEM交联剂、引发剂(过硫酸铵)和乳化剂(十二烷基硫酸钠)，其中交联剂的添加量为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的3％，引发剂的添加量为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的2％，乳化剂的添加量为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的2％；在60℃下反应5min，得到丙烯酸酯共聚物。
将丙烯酸酯共聚物100份、耐磨剂5份，柔软剂5份，抗静电剂3份加入分散机不锈钢桶中，在常温、分散速度1400转/min的条件下分散15min，配制成预制料。
取型号为100tex的无碱玻璃纤维纱，将无碱玻璃纤维纱放置在放纱架上，预制料置于浸渍槽中，内卷拉出无碱玻璃纤维纱经浸渍槽浸胶，之后进入模压器中进行模压，控制模压器里内置刮片的压力，将施胶量控制在每1kg玻璃纤维纱上胶量为15wt％，纱线出模压器后进入热风炉加温烘烤，时间为2min，温度为100℃，玻纤纱与胶体自粘完成交联，出热风炉后收线打成卷筒，得到零收缩率玻璃纤维扎纱。
实施例2
其他条件和实施例1相同，仅将无碱玻璃纤维纱的型号替换为130tex。
实施例3
其他条件和实施例1相同，仅将无碱玻璃纤维纱的型号替换为150tex。
实施例4
其他条件和实施例1相同，仅将无碱玻璃纤维纱的型号替换为200tex。
实施例5
其他条件和实施例1相同，仅将无碱玻璃纤维纱的型号替换为300tex。
性能测试：
对实施例1～5制备的零收缩率玻璃纤维扎纱的性能进行测试，同时对聚酯涤纶纱的性能进行测试，作为对比。采用的测试标准如下：
(1)无碱E型玻璃纤维扎纱品名：GB/T 18369-2022玻璃纤维无捻粗纱。
(2)断裂抗拉力：GB/T 6604-2017涤纶工业长丝。
(3)高温收缩率：GB/T 6604-2017涤纶工业长丝。
(4)断裂飞丝率：GB/T 18369-2022玻璃纤维无捻粗纱。
(5)纱线宽度：GB/T 18369-2022玻璃纤维无捻粗纱。
测试结果见表1～表2。
表1零收缩率玻璃纤维扎纱性能测试结果
表2聚酯涤纶纱性能测试结果
根据表1～表2中的数据可以看出，本发明制备的玻璃纤维扎纱和常规的聚酯涤纶纱相比，断裂抗拉力更强，能够满足光缆捆扎的工艺要求，并且耐高温性好，在280℃下加热10min后收缩率为0，并且断纱飞丝率更小。而且，本发明的纱线宽度比常规聚酯涤纶纱产品更宽，宽度会影响光缆芯缠绕时的受力压强，产品宽度宽对光纤套管截面积施压小，不容易产生缠绕压痕迹。
对无碱E型玻璃纤维原材料和实施例制备的零收缩率玻璃纤维扎纱的横向断裂力进行测试，结果如表3所示。
表3横向断裂力测试结果
根据表3可以看出，本发明在无碱E型玻璃纤维表面包覆一层树脂胶膜，能够明显提高无碱E型玻璃纤维的横向断裂力，从而确保使用时不产生断裂，满足光缆加工的工艺要求。
以上实施例结果表明，本发明提供的零收缩率玻璃纤维扎纱保留了无碱玻璃纤维纱的优点，同时克服了其横向受力容易脆断的缺点，能够替代目前光缆用聚酯涤纶扎纱，解决聚酯涤纶纱热收缩率大、在光缆芯成绞捆扎时容易造成光纤套管勒痕变形、光纤信号传输衰减的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种零收缩率玻璃纤维扎纱，其特征在于，包括无碱玻璃纤维纱和附着在所述无碱玻璃纤维纱表面的树脂胶膜；
以质量份计，所述树脂胶膜的制备原料包括：丙烯酸酯共聚物100份，耐磨剂3～15份，柔软剂2～10份，抗静电剂1～10份；
以质量份计，所述丙烯酸酯共聚物的制备原料包括：丙烯酸5～12份，甲基丙烯酸5～12份，丙烯酸乙酯350～510份，苯乙烯50～110份，去离子水200～300份，氢氧化钠溶液10～15份；所述丙烯酸酯共聚物的制备原料还包交联剂、引发剂和乳化剂，所述交联剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～12％，所述引发剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的0.1％～10％，所述乳化剂的质量为所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯和苯乙烯总质量的1％～5％。
2.根据权利要求1所述的零收缩率玻璃纤维扎纱，其特征在于，所述耐磨剂为二甲基硅油类耐磨剂；
所述柔软剂为亲水性有机硅柔软剂。
3.根据权利要求2所述的零收缩率玻璃纤维扎纱，其特征在于，所述抗静电剂为玻璃纤维阴离子抗静电剂。
4.根据权利要求1所述的零收缩率玻璃纤维扎纱，其特征在于，所述交联剂为AAEM交联剂；所述引发剂为水性过硫酸盐；所述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的零收缩率玻璃纤维扎纱，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为5～15wt％。
6.根据权利要求1所述的零收缩率玻璃纤维扎纱，其特征在于，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、苯乙烯、去离子水、氢氧化钠溶液、交联剂、引发剂和乳化剂混合进行聚合反应，得到丙烯酸酯共聚物；所述聚合反应的温度为30～80℃，反应时间为3～5min。
7.权利要求1～6任意一项所述零收缩率玻璃纤维扎纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将丙烯酸酯共聚物、耐磨剂、柔软剂和抗静电剂混合，得到预制料；
将无碱玻璃纤维纱在所述预制料中浸渍后依次进行模压和固化，得到所述零收缩率玻璃纤维扎纱。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述模压以控制每1kg玻璃纤维纱上胶量为10～20wt％为准。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为80～140℃，时间为2～5min。
10.权利要求1～6任意一项所述的零收缩率玻璃纤维扎纱或权利要求7～9任意一项所述的零收缩率玻璃纤维扎纱在光缆芯捆扎中的应用。
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