改性芳纶纤维、采用该纤维制成的绝缘绳及其制备方法

改性芳纶纤维、采用该纤维制成的绝缘绳及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种改性芳纶纤维的制备方法，包括下述的步骤：将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行处理，控制混合处理液的温度为100～130℃，所述混合处理液是将水性聚氨酯/聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂混合得到；从混合处理液中取出芳纶纤维，将其浸渍到添加有阳离子染料的全氟六碳链防水剂中进行处理，控制全氟六碳链防水剂的温度在100～130℃；将经上述处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维。由此制得的纤维和绝缘绳，具有防潮、抗紫外老化、高强度等优点。制备方法具有过程简单，操作方便的优点，且可以进行工业化大流程生产出合格产品，使用其制备的防潮绝缘绳的保管和运输更省心，使用更安全。
【专利说明】
改性芳绝纤维、采用该纤维制成的绝缘绳及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明高分子材料技术领域，具体设及一种改性芳绝纤维、采用该纤维制成的带 电作业绝缘绳及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，市场上绝缘绳索主要由蚕丝或合成纤维编织、绞制而成。在带电作业领域， 考虑到对绳索的绝缘性能W及绳索的变形性的要求，主要使用蚕丝绳、合成纤维绳。由于蚕 丝绳及合成纤维绳的防潮处理一般采用的是防潮剂的物理附着，而非化学键连接，导致洗 涂一定次数后，其防潮性能大幅度地下降，致使其使用寿命短。而且，随着特高压输电线路 的架设，输电线路上的各金具的体积和重量都随之增加，在带电作业过程中，需要对金具进 行提吊，现有的蚕丝绳和合成纤维绳的强度在一定程度上已不能满足带电作业的需要，致 使某些作业项目无法顺利开展。因此，需要研制新的带电作业用绝缘绳索，相比于蚕丝绳W 及现有合成纤维绳，其防潮性能更持久、稳定，强度更高，并且具有较高的抗紫外老化性能。 新型高强度、防潮、抗紫外老化的绝缘绳可W将塔上带电作业项目的大吨位受力转移到地 面，降低杆塔上作业人员的劳动强度，保证作业的安全性，该绝缘绳的研制成功将为特高压 带电作业带来第=次革命。
[0003] 芳绝，即聚对苯二甲酯对苯二胺，是一种新型高科技合成纤维，由近似于刚性伸直 链的芳绝分子W网状交联的结晶结构高聚物，也具有典型的皮、忍层结构模型。同样具有超 高强度、高模量和耐高溫、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。其强度是钢丝的5~6倍，初性是钢 丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5;在560°C的溫度下，不分解，不融化;具有良好的绝缘性能 和抗老化性能。广泛应用于航空、航天、国防工业、汽车工业、耐热及防护服装、制作丝绳、运 动器材W及复合材料的增强体。
[0004] 鉴于芳绝的优异的力学性能W及热稳定性等，使其成为带电作业用绝缘绳的首选 候选材料。但是，芳绝存在防潮性能差的问题，受潮后其力学性能下降快，其抗紫外老化的 性能也有待提高。

【发明内容】

[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种改性芳绝纤维、采用该纤维制成的带电作 业绝缘绳及其制备方法，W提高其防吸湿性能和抗紫外老化性能。
[0006] 为此，本发明的技术方案为:一种改性芳绝纤维的制备方法，包括下述的步骤：
[0007] 将芳绝纤维浸溃在混合处理液中进行处理，控制混合处理液的溫度为100~130 °C，所述混合处理液是将水性聚氨醋/聚丙締酸醋纳米复合乳液与硅烷偶联剂混合得到； [000引从混合处理液中取出芳绝纤维，将其浸溃到添加有阳离子染料的全氣六碳链防水 剂中进行处理，控制全氣六碳链防水剂的溫度在100~130°C;
[0009] 将经上述处理后的芳绝纤维进行烘赔得到改性芳绝纤维。
[0010] 进一步的，在混合处理液中的处理时间为30~60分钟，在全氣六碳链防水剂中的 处理时间为30~60分钟，控制烘赔溫度为180~250°C。
[0011] 进一步的，所述聚丙締酸醋分子结构中与聚丙締酸醋化的醇的碳链长度大于等于 8个碳原子，且所述醇的碳链为直链。
[0012] 进一步的，所述水性聚氨醋/聚丙締酸醋纳米复合乳液是由下述途径制成:将聚合 物多元醇和二异氯酸醋类单体进行反应，然后加入=径基或多径基化合物、阴离子型亲水 扩链剂和催化剂在溶剂中进行聚合，然后封端、乳化;之后换成水相，加入丙締酸、丙締酸醋 类单体和引发剂进行聚合，最后经乳化得到。
[0013] 进一步的，所述水性聚氨醋/聚丙締酸醋纳米复合乳液的粒径分布在5~200纳米。
[0014] 进一步的，所述阳离子染料选自C. I .Basic Yellow 24和C. I .Basic Yellow 28中 的至少一种;所述硅烷偶联剂选自KH系列硅烷偶联剂。
[0015] 进一步的，所述复合乳液与硅烷偶联剂的质量比为1:1~1:20,复合乳液与硅烷偶 联剂的重量之和为纤维重量的3~20%。
[0016] 进一步的，所述全氣六碳链防水剂的重量为纤维重量的3~20%;阳离子染料的添 加量为纤维重量的0.0 Ol~0.002%。
[0017] 进一步的，所述方法处理得到的改性芳绝纤维丝，进一步加工成绝缘绳;或者直接 采用松散型芳绝初级绳索按所述方法处理，进一步加工成绝缘绳;或者采用PBO和芳绝混合 线或松散型初级绳索所述方法处理，进一步加工成绝缘绳。
[001引本发明机理为：
[0019] 通过对纤维的防水处理，阻止了纤维吸收水分子后引起的原纤相对滑移而造成的 强力下降;通过混合处理液对纤维表面的阴离子化覆膜、遮盖，改变了折光率;添加极少量 高耐光阳离子染料对紫外线光能的吸收、转化，从而提高绝缘绳的抗紫外线性能。
[0020] 硅烷偶联剂可W与芳绝纤维之间形成化学键和氨键，形成的化学键和氨键可W防 止芳绝纤维原纤化滑移，从而防止芳绝纤维深度原纤化。其中，偶联剂残余的一NH2、一 0H、一0C2曲基团，可W与纳米聚氨醋聚丙締酸、聚丙締酸醋残基键合，如丙締酸的径基与之 反应，形成酷胺键、醋键，当阳离子防水剂键合吸附到聚氨醋聚丙締酸醋表面后，可W提高 耐洗涂性能。
[0021] 为了提高C6防水剂的防潮效果，本发明在与氣烧链邻近的碳原子上接支碳链(与 聚丙締酸成醋的醇的碳链），碳链中碳的个数大于8,可W促发氣烧链结晶，提高防潮效果， 此外，该碳链还可W提高防水剂的造膜性和柔软性。
[0022] 由此制得的纤维和绝缘绳，具有防潮、抗紫外老化、高强度等优点，比现有各类技 术有较大提高。本发明提供的制备方法具有过程简单，操作方便的优点，且可W进行工业化 大流程生产出合格产品，彻底突破了既往的技术困境和壁垒，使用其制备的防潮绝缘绳的 保管和运输更省屯、，使用更安全，并且在高湿度环境下，是可W使用的高强带电作业绝缘 绳。
[0023] 本发明的绝缘绳可W应用于输电线路，尤其是特高压输电线路带电作业中。此外， 电力工业部口大型超、特高压变压器具的吊装、安置，W及特高压输电线路的架设W及其停 电维修;大型已成型桥梁段的搬运；W及航天航空等也可W应用该绳索。其抗紫外老化性能 可W使其可直接应用于复合材料的增强体。
【具体实施方式】
[0024] W下结合【具体实施方式】，对本发明进一步详细说明。
[0025] 本发明所用聚氨醋/聚丙締酸醋纳米复合乳液可W采用下述方法分两大步骤制 备:将聚合物多元醇和二异氯酸醋类单体进行反应，加入=径基或多径基化合物、阴离子型 亲水扩链剂和催化剂在溶剂中进行聚合，然后封端、乳化;换成水相，加入丙締酸、丙締酸醋 类单体和引发剂进行聚合，最后乳化得到。
[0026] 优选的，所述丙締酸醋类单体中与丙締酸醋化的醇的碳链长度大于等于8个碳原 子，且所述醇的碳链为直链。在本发明一些具体实施例中，所述聚丙締酸醋选自聚丙締酸辛 醋、聚丙締酸癸醋、聚丙締酸月桂醋中的至少一种，例如丙締酸醋类单体采用丙締酸辛醋或 丙締酸月桂醇醋。
[0027] 在优选的实施例中，聚合物多元醇采用聚乙二醇酸，二异氯酸醋类单体采用异佛 尔酬二异氯酸醋，=径基或多径基化合物采用=径甲基丙烷，阴离子型亲水扩链剂采用二 径甲基丙酸，催化剂采用二下基二月桂酸锡，采用=乙胺进行封端，引发剂采用偶氮二异下 腊。
[0028] 在一个优选的【具体实施方式】中，聚氨醋/聚丙締酸醋纳米复合乳液采用下述方法 制备：按质量份将45~55份聚乙二醇酸投入反应器中，除水，然后降溫至75~85°C，投入90 ~110份异佛尔酬二异氯酸醋，通入氮气，保溫揽拌1.5~2.化。降溫至65~75°C，投入8~10 份二径甲基丙酸、1.2~1.8份S径甲基丙烷，加入溶剂N-甲基化咯烧酬和丙酬和适量催化 剂二下基二月桂酸锡，升溫到75~85°C反应5~化，停止通入氮气，降溫至60~65°C，加入= 乙胺进行封端，保溫3~化，降溫至45~55°C，投入=乙胺进行中和。室溫下加入蒸馈水揽拌 乳化2~化，得到乳白半透明乳液。于60~70°C下抽滤除去丙酬，之后加入去离子水。在揽拌 和通入氮气条件下升溫到80~85°C，缓慢滴加8~12份丙締酸、15~25份丙締酸辛醋(或丙 締酸月桂醇醋)单体及引发剂偶氮二异下腊混合液（1.5~2.化滴完），保溫3~化，降溫到50 ~6(TC，加入乳化剂揽拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨醋丙締酸醋纳米乳 液，粒径分布在5~200纳米(该粒径范围内都可W使防水剂顺利地附着在纤维表面）。
[0029] 在下述实施例1~8中，采用下述方法制备聚氨醋/聚丙締酸醋纳米复合乳液:将50 克聚乙二醇酸投入=口烧瓶中，于ll〇°C抽滤除水化，然后降溫至80°C，投入100克异佛尔酬 二异氯酸醋，通入氮气，保溫揽拌化。降溫至70°C，投入9克二径甲基丙酸、1.5克=径甲基丙 烧，加入溶剂N-甲基化咯烧酬和丙酬300毫升和适量催化剂二下基二月桂酸锡，升溫到80°C 反应化，停止通入氮气，降溫至60~65°C，加入=乙胺进行封端，保溫地，降溫至50°C，投入 =乙胺进行中和，反应20min。室溫下加入蒸馈水揽拌乳化2~化，得到乳白半透明乳液。于 65°C下抽滤1~化除去丙酬，之后加入等量去离子水揽拌lOmin。在揽拌和通入氮气条件下 升溫到80~85°C，缓慢滴加10克丙締酸、20克丙締酸辛醋(或丙締酸月桂醇醋)单体及引发 剂偶氮二异下腊混合液(约化滴完），保溫地，降溫到50~60°C，加入乳化剂司盘80和吐溫80 揽拌乳化，待乳液呈蓝光透明状，出料得到水性聚氨醋丙締酸醋纳米乳液。该复合乳液的粒 径分布在50~100纳米。
[0030] 优选的，硅烷偶联剂选自KH系列硅烷偶联剂，例如选自K册50，K册60，K册70 ,KH792 中的至少一种。阳离子染料选自C.I.Basic Yellow 24和C.I.Basic Yellow 28中的至少一 种。
[0031] 全氣六碳链防水剂（即C6防水剂，含有全氣己酸），属于氣碳类防水剂，实验表明， 在本发明中采用C6防水剂比采用C8、C4防水剂的效果更好。
[0032] 实施例1
[0033] 1)将芳绝长丝材料经加抢，并丝(线)制成芳绝线或松散型初级绳索。
[0034] 2)将0.8千克水性聚氨醋/聚丙締酸辛醋纳米复合乳液和1.9千克硅烷偶联剂 KH560混合均匀，制得混合处理液，将90千克芳绝线或松散型初级绳索浸溃在混合处理液 中，控制混合处理液的溫度在112°C，芳绝线或松散型初级绳索在混合处理液中的处理时间 为52分钟。
[0035] 3)从混合处理液中取出芳绝线或松散型初级绳索，取出后用水洗涂，并将其干燥； 接着，将芳绝线或松散型初级绳索浸溃到16千克全氣六碳链防水剂中，并向全氣六碳链防 水剂中添加1.53克C.I.Basic Yellow 24,控制全氣六碳链防水剂的溫度在110°C，处理时 间为45分钟。
[0036] 4)将防水处理后的芳绝线或松散型初级绳索进行高溫烘赔，控制烘赔溫度为222 °C;最后，将烘赔后的芳绝线或松散型初级绳索进行进一步加工(例如采用编制或绞制的方 法），即得绝缘绳。
[0037] 将上述得到的绝缘绳进行下述测试：
[0038] 1)吸湿率测试:将绝缘绳在水下15~20厘米处浸泡15分钟后，吸湿率为1.30% ;
[0039] 2)加速老化试验:在环境溫度为30°C，相对湿度85%，紫外波长为34化m，福照量< 50W/m 2，保持150小时，模拟恶劣自然条件，加速老化试验结果为拉伸强度下降3.30 %。
[0040] 按实施例1的步骤和测试方法进行实施例2~8,各步骤条件、参数列于表1中，测试 结果列于表2中。
[0041] 表 1
[00421
[i
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[0046] 为将本发明与现有技术进行对比，进行如下对比试验：
[0047] 1)将芳绝长丝材料经并丝、加抢制成线；
[004引 2)加入水，控制溫度在100-130度；
[0049] 3)将防水处理后的芳绝线进行高溫烘赔，控制烘赔溫度为20(TC;最后，将烘赔后 的芳绝线编织成绳索，即得绝缘绳。
[0化0] 该绝缘绳水下15~20厘米处浸泡15分钟后吸湿率为12.7%，在环境溫度为30°C， 相对湿度85%，紫外波长为34化m，福照量< 50W/V，保持150小时，模拟恶劣自然条件，加速 老化试验结果为拉伸强度下降13.93%。
[0051] 可见，采用本发明处理方法能够显著降低吸湿率，也使得加速老化试验后拉伸强 度下降幅度减小。
[0052] 所属领域的普通技术人员应当理解：W上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非 旨在暗示本公开的范围（包括权利要求)被限于运些例子;在本发明的思路下，W上实施例 或者不同实施例中的技术特征之间也可W进行组合，步骤可W W任意顺序实现，并存在如 上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于包括下述的步骤： 将芳纶纤维浸渍在混合处理液中进行处理，控制混合处理液的温度为100~130°c，所 述混合处理液是将水性聚氨酯/聚丙烯酸酯纳米复合乳液与硅烷偶联剂混合得到； 从混合处理液中取出芳纶纤维，将其浸渍到添加有阳离子染料的全氟六碳链防水剂中 进行处理，控制全氟六碳链防水剂的温度在100~130°C; 将经上述处理后的芳纶纤维进行烘焙得到改性芳纶纤维。2. 根据权利要求1所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于在混合处理液中的处 理时间为30~60分钟，在全氟六碳链防水剂中的处理时间为30~60分钟，控制烘焙温度为 180 ~250°C。3. 根据权利要求1所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述聚丙烯酸酯分子 结构中与聚丙烯酸酯化的醇的碳链长度大于等于8个碳原子，且所述醇的碳链为直链。4. 根据权利要求1或3所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述水性聚氨酯/ 聚丙烯酸酯纳米复合乳液是由下述途径制成:将聚合物多元醇和二异氰酸酯类单体进行反 应，然后加入三羟基或多羟基化合物、阴离子型亲水扩链剂和催化剂在溶剂中进行聚合，然 后封端、乳化;之后换成水相，加入丙烯酸、丙烯酸酯类单体和引发剂进行聚合，最后经乳化 得到。5. 根据权利要求4所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述水性聚氨酯/聚丙 烯酸酯纳米复合乳液的粒径分布在5~200纳米。6. 根据权利要求1所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述阳离子染料选自 C. I .Basic Yellow 24和C. I .Basic Yellow 28中的至少一种;所述硅烷偶联剂选自KH系列 硅烷偶联剂。7. 根据权利要求1、3、5或6所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述复合乳液 与硅烷偶联剂的质量比为1:1~1:20,复合乳液与硅烷偶联剂的重量之和为纤维重量的3~ 20% 〇8. 根据权利要求1或6所述的改性芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述全氟六碳链防 水剂的重量为纤维重量的3~20% ;阳离子染料的添加量为纤维重量的0.001~0.002%。9. 一种芳纶绝缘绳的制备方法，其特征在于将按权利要求1~8之一所述方法处理得到 的改性芳纶纤维丝，进一步加工成绝缘绳;或者直接采用松散型芳纶初级绳索按权利要求1 ~8之一所述方法处理，进一步加工成绝缘绳;或者采用PB0和芳纶混合线或松散型初级绳 索按权利要求1~8之一所述方法处理，进一步加工成绝缘绳。10. -种芳纶绝缘绳，其特征在于采用权利要求9的方法制备得到。
【文档编号】D06M13/513GK105821656SQ201610398099
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】刘兰兰, 刘夏清, 邹德华, 牛捷, 高介平, 胡弘莽, 陈隆, 顾勇
【申请人】常州纺织服装职业技术学院, 国网湖南省电力公司带电作业中心, 兴化市佳辉电力器具有限公司, 国网湖南省电力公司, 国家电网公司, 湖南太平昌盛电器有限公司