CN1208784C - 光缆或电缆用高吸水膨胀型阻水纱 - Google Patents
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Abstract
一种光缆或电缆用高吸水膨胀型阻水纱，由纤维上浸渍高吸水材料经加热干燥和交联制成，所述的高吸水材料的溶胀值至少40，并具有能吸收和保持大量水的亲水性。该阻水纱的纤维为高强聚酯纤维或聚酰胺纤维、聚丙烯纤维加捻合或不捻合的长丝，高吸水材料为中性(甲基)丙烯酸盐类与(甲基)丙烯酸羟烷基酯共聚物和聚乙二醇及交联剂的复合物。该阻水纱具有抗张强度高、伸长率适中、吸水速度快、膨胀率高、耐热稳定性好，不含酸碱、析氢值低，相容性好的优点，用于制造干式或半干式光缆或电缆，使用简便，阻水可靠，便于接续。
Description
技术领域
本发明涉及填充光缆或电缆用的阻水纱，特别涉及光缆或电缆用高吸水膨胀型阻水纱。
背景技术
光(电)缆用阻水纱是目前国际上最新发展的一种新型阻水材料，它是继阻水带、阻水膏之后出来的换代产品，是超吸水聚合物(SupuerapsorbentPolymer)作为阻水材料在光(电)缆生产中应用的最新型式。
国外阻水纱以德国盖克公司为代表，采用合成短纤维改性为SAP纱，经尼龙丝加强制成，处理工艺较复杂，成本价格高：中国专利申请号98807793.0，公开了一种涂有超吸水剂的纱，适用于不透水光学通讯电缆，该纱使用复丝芳酰胺或玻璃纱，涂有聚丙烯酸衍生物或丙烯酰胺和丙烯酸共聚物的衍生物水溶液，经干燥并加热使其所涂材料并联或聚合成超吸水材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种光缆或电缆用高吸水膨胀型阻水纱，该纱用共聚丙烯酸盐预聚物涂复绦纶长丝，后交联改性制成，工艺及设备均比较简便。
实现本发明目的的光缆或电缆用高吸水膨胀型阻水纱，由纤维上浸渍高吸水材料经加热干燥并交联制成，所述的高吸水材料的溶胀值至少40，并具有能吸收和保持大量水的亲水性，其纤维为合成纤维长丝，高吸水材料为中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物和聚乙二醇及交联剂的复合物。
所述的合成纤维长丝是500～5000d/100～500f细丝，松散状长度≥2000m/kg，或者是这种细丝的三股或四股的并丝或捻合丝，长度为1000m/kg。
所述的复合物是成分重量配比为：中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物33％的溶液100份，聚乙二醇7％水溶液5～50份，优选5～15份，交联剂0.1～1.0份，优选0.3～0.5份的混合均匀胶液。
所述的中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸羟基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯共聚物是水溶液聚合法合成的，聚合体系的重量配方是：丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐72份，丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯23份，引发剂过硫酸钾或过硫酸铵0.3份，去离子水220份。甲基丙烯酸钠或丙烯酸钠与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物制法是在搅拌下将NaOH 40份加入到220份去离子水中溶解，缓慢滴加甲基丙烯酸或丙烯酸72份，在低于40℃下，再加入丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯23份和引发剂过硫酸铵或过硫酸钾0.3份，加热升温到60℃，氮气保护下，聚合4小时以上，得固含量33％的丙烯酸钠与丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯共聚物溶液，PH＝7。
所述的交联剂为选自双官能团单体二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸丙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸丙二醇酯、N-羟甲基丙烯酸酯中的任一种。
本阻水纱制作工艺是合成纤维纱在设定速度牵引下进入上胶机，被高吸水复合物胶液浸渍，再通过已经调好间距的双辊涂布器除去过量的胶液后，进入烘道(控温180℃)发生交联反应并同时干燥，出烘道后进入恒温室收卷，到设定长度后停机，取下收线盘，用绕线机将收线盘上阻水纱复绕到内径φ90纸筒上，放入塑料袋封口，装箱，得阻水纱产品入库存放。
本发明的阻水纱的质量标准及检验方法如表1。
本发明中的中性甲基丙烯酸钠或丙烯酸钠共聚物体系配方中丙烯酸或甲基丙烯酸与NaOH等摩尔。中和后成丙烯酸钠或甲基丙烯酸钠单体，不含酸碱，PH＝7。由于甲基丙烯酸钠或丙烯酸钠在PH＝7的介质中聚合十分缓慢，并影响聚合收率。因此我们加入单体B丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯与丙烯酸钠或甲基丙烯酸钠共聚，因其引发活性高，不受PH值影响，可明显加快聚合速度。但单体B加入量不可太多，否则降低交联后树脂的吸水率。引发剂加入量也应控制适当，加量过少，聚合反应不完全，聚合物分子量大，溶液粘度高，不利于纤维涂复工艺：加量过大，聚合反应速度快，聚合物分子量小，会使树脂吸水率下降。体系中采用去离子水或蒸馏水作溶剂，因为普通水含电解质，会使吸水率大幅下降，水的用量影响单体浓度和聚合反应。水用量较少，有利于树脂干燥处理，节省能源，但聚合反应物溶液粘度高，聚合时产生大量的聚合热难以释放，可能导致爆聚现象生成凝胶，聚合物溶液浓度过高也难于实现下面的纤维涂复工艺，因此水的用量选择必须适当。
所得的中性丙烯酸钠共聚物溶液中加入交联剂，聚乙二醇粘合剂配成吸水涂料，用它来涂复纤维，加热交联后便可得到纤维表面改性的吸水膨胀纤维。高吸水树脂涂层固定在纤维表面上，一是通过物理吸附，二是在高温交联过程中可能发生高吸水树脂与纤维表面官能团之间的缩合或交换反应，产生某程度的化学结合，提高其附着性。
选择合成纤维作高吸水树脂支持体，并提供拉伸强度和耐热性能，满足光(电)缆生产工艺和性能要求，聚酯纤维抗张强度高，伸长率适中，耐热超过230℃以上，国外有用聚乙烯纤维和尼龙纱，聚乙烯醇纤维和尼龙纱的润湿性比聚酯纤维好，但它的强度较低，特别是不耐高温，在200℃以下即收缩变形，达不到国内用户使用要求。
合成纤维有强度高低，粗细大小之分，我们选择高强度500～5000d/100～500f细丝作原料，以保证阻水纱强度和上胶量的需要。选其纤维长度为松散状为2000m/kg左右，捻合丝为1000m/kg左右。
本发明的阻水纱具有强度高，膨胀倍率高，制造工艺简便，物理化学性能稳定，伸长率适中，吸水速度快，耐热稳定性好，不含酸碱，析氢值低，相容性好的优点，适于用作光缆或电缆阻水填充材料。
具体实施方式
实施例1
中性丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物(简称预聚物)体系中丙烯酸钠(单体A)和单体B甲基丙烯酸酯配比对本阻水纱吸水性影响实验。改变丙烯酸钠与单体B的配比，在相同条件下聚合，不同配比组成的预聚物溶液，分别加预聚物重量10％聚乙二醇和0.3％交联剂二丙烯酸丙二醇酯，制成高吸水涂料，涂复松散状聚酯纤维得到阻水纱，测定各样品的吸水性能列于表2。
从表2可以看出，在上胶量接近一致的情况下共聚，丙烯酸盐预聚物两种单体配比A/B＝4时，阻水纱有最大吸水率，降低或提高比值都使吸水率明显降低，这是因为降低比值使丙烯酸钠单体减少，树脂网络中亲水的可电离基团减少，网络扩展力度和渗透压均降低，故吸水率下降，而增加比值意味着单体B用量过小，聚合速度变慢，未聚合单体及树脂可溶部分增多，吸水率也相应降低，由此可知，A/B＝4为两种单体最佳配比。
实施例2
交联剂用量对阻水纱吸水性能的影响实验
交联剂为多官能团化合物，它在高温时可与预聚物中的羧钠基反应，使线型预聚物交联成网状物，显示吸水膨胀作用。显然，交联剂对预聚物的加入量影响其交联度大小，取与实施例1相同的单体A和单体B，单体配比A/B＝4的预聚物溶液，添加预聚物重量10％的聚乙二醇和不同百分用量的交联剂二丙烯酸丙二醇酯，配制成高吸水涂料，制成阻水纱，测定各样品的吸水性能，结果列于表3。
从表3可以看出，交联剂加入量为预聚物重量0.5％左右，可使阻水纱得到最大吸水率，交联剂低于0.1％以下时，吸水率降低，这是因为树脂交联度过低，可溶树脂部分量增加，使吸水率下降，反之交联剂用量大于0.5％，使树脂交联度过高，网络变得很紧密，扩展张力变大，吸水率自然下降。为了使阻水纱得到较高的吸水倍率，交联剂对预聚物的用量最好选择0.3～0.5％。
实施例3
聚乙二醇添加量对阻水纱吸水性能的影响实验
取与实施例2相同的预聚物和交联剂，交联剂用量0.3％，改变聚乙二醇添加量。聚乙二醇是水溶性高分子，其在水中溶解度受结晶度大小影响，一般配制成7％浓度使用，以免低温时析出。吸水涂料配方中聚乙二醇作为粘结剂使用，加强高吸水树脂在纤维上的附着力，提高阻水纱耐磨性，减轻应用中的“掉粉”。但聚乙二醇的加入也会增加树脂的可溶成份，降低阻水纱的吸水倍率，其用量应加以限制，不同聚乙二醇添加量对阻水纱吸水性能和耐磨的影响见表4。
从表4可以看出，聚乙二醇对预聚物加入量低于10％时，阻水纱的吸水无明显降低，但“掉粉”现象已显著减少，高于15％时，“掉粉”现象得到基本克服，但吸水率下降幅度加大，故控制聚乙二醇加入量为预聚物的5～15％为宜。
表1 阻水纱质量标准及检验方法
| 序号 | 测试项目 | 质量指标 | 测试方法 |
| 1. | 外观 | 白色纱线 | 目测 |
| 2. | 线密度，m/kg | 按用户要求 | YD/T1115.2～2001 |
| 3. | 吸水膨胀速度，(1stmin)，g/g | ＞35 | YD/T1115.2～2001 |
| 4. | 吸水膨胀倍率，(30min)，g/g | ＞40 | YD/T1115.2～2001 |
| 5. | 抗张强度(25℃)，N | ≥70 | GB/T6604 |
| 6. | 断裂伸长度(25℃)，％ | ≥15 | GB/T6604 |
| 7. | 吸湿性(21℃，65％RH)，％ | ≤10 | GB/T6284 |
| 8. | 含水量，％ | ≤9 | YD/T1115.2～2001 |
| 9. | 酸值，mgKOH/g | ≤0.5 | GB/T2951 |
| 10. | 析氢(80℃，24h)，μl/g | ≤0.01 | GB/T3393 |
| 11. | 短期耐热稳定性10min，230℃ | 无明显变化 | YD/T1115.2～2001 |
| 12. | 长期耐热稳定性(24hr，150℃) | 无明显变化 | YD/T1115.2～2001 |
| 13. | 金属腐蚀性(100℃，10day) | 无明显变化 | |
| 14. | 复绕卷长，m/卷 | ≥6600 | 计长、计量 |
表2 预聚物单体配比对吸水性能的影响
| 编号 | 单体A∶单体B(W/W) | 交联剂(％) | 聚乙二醇 | 吸水倍率(％) | 上胶量(％) |
| 1 | 8∶1 | 0.3 | 10 | 33 | 61 |
| 2 | 6∶1 | 0.3 | 10 | 48 | 63 |
| 3 | 4∶1 | 0.3 | 10 | 65 | 60 |
| 4 | 2∶1 | 0.3 | 10 | 50 | 62 |
表3 交联剂用量对吸水性能的影响
| 编号 | 单体A∶单体B(W/W) | 交联剂(％) | 聚乙二醇 | 吸水倍率(％) | 上胶量(％) |
| 1 | 4∶1 | 0.01 | 10 | 34 | 60 |
| 2 | 4∶1 | 0.1 | 10 | 56 | 63 |
| 3 | 4∶1 | 0.5 | 10 | 66 | 61 |
| 4 | 4∶1 | 1.0 | 10 | 43 | 65 |
表4 聚乙二醇添加量对阻水纱吸水性能和耐磨性的影响
| 编号 | 单体A∶单体B(W/W) | 交联剂(％) | 聚乙二醇 | 吸水倍率(％) | 上胶量(％) | 掉粉* |
| 1 | 4∶1 | 0.3 | 5 | 65 | 61 | 较小 |
| 2 | 4∶1 | 0.3 | 10 | 66 | 63 | 少 |
| 3 | 4∶1 | 0.3 | 15 | 56 | 62 | 少 |
| 4 | 4∶1 | 0.3 | 20 | 45 | 62 | 很少 |
*复绕时“掉粉”情况
Claims (3)
1、一种光缆或电缆用高吸水膨胀型阻水纱，由纤维上浸渍高吸水材料经加热干燥和交联制成，所述的高吸水材料的溶胀值至少40，并具有能吸收和保持大量水的亲水性，其特征是纤维为合成纤维长丝，高吸水材料为中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物和聚乙二醇及交联剂的复合物，所述的合成纤维长丝是500～5000d/100～500f细丝，或者是这种细丝的三股或四股的并丝或捻合丝；所述的复合物是成分重量配比为：中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物33％的水溶液100份、聚乙二醇7％水溶液5～50份，交联剂0.1～1.0份的混合均匀胶液；所述的中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物是水溶液聚合法合成的，聚合体系的重量配方是：甲基丙烯酸盐或丙烯酸盐72份，丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯23份，引发剂过硫酸钾或硫酸铵0.3份，去离子水220份；所述的交联剂为选自双官能团单体二丙烯酸乙二醇酯或二丙烯酸丙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸丙二醇酯、N一羟甲基丙烯酸酯中的任一种。
2、如权利要求1所述的阻水纱，其特征是所述的复合物是成分重量配比为：中性丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物33％的水溶液100份、聚乙二醇7％水溶液5～15份，交联剂0.3～0.5份的混均胶液。
3、如权利要求1所述的阻水纱，其特征是所述的中性甲基丙烯酸钠或丙烯酸钠盐与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物由下述方法制成：即是在搅拌下将重量40份NaOH加入到220份去离子水中溶解，缓慢滴加甲基丙烯酸或丙烯酸72份，在＜40℃下再加入丙烯酸羟烷基酯或甲基丙烯酸羟烷基酯23份和引发剂过硫酸铵或过硫酸钾0.3份，加热升温到60℃，氮气保护下，聚合4小时以上得含固量33％的中性甲基丙烯酸钠或丙烯酸钠与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物溶液PH＝7。
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