一种海缆用PET绳的制备方法与流程

本发明涉及一种海缆用pet绳的制备方法，属于电缆制造材料。

背景技术：

1、海底电力电缆应用广泛，主要用于陆岛之间、横越江河或港湾、从陆上连接钻井平台或钻井平台间的互相连接等，海底电力电缆需要具备良好的耐腐蚀、抗蠕变、防磨等性能。

2、目前，海底电力电缆表面捆扎缠绕绳进行保护，该缠绕绳是由聚丙烯材质制成，大致制备工序包括聚丙烯材质经挤塑→模头成膜→冷却→压辊传动→分条→牵引→加热拉伸→开网→牵引→加热拉伸→牵引→收卷→加捻→复绕而成。

3、例如：申请公布号为cn 105702359 a、申请公布日为2016年06月22日的中国发明专利申请——海缆绕包聚丙烯绳及其制作方法，其公开了：海缆绕包聚丙烯绳由撕裂成网状的pp纤维丝体制成，主要工艺过程包括：聚丙烯经混炼、压出膜体、冷却、分条、拉伸、开网纤维化、加热定型等工序制得海缆绕包聚丙烯绳。

4、但是，由于聚丙烯（pp）材质自身抗紫外线性能差，缠绕绳需要长期浸渍于海水中，存在耐腐蚀、抗张强度及抗疲劳性能差、蠕变性能高，导致聚丙烯缠绕绳长时间捆绑后易松动，且聚丙烯缠绕绳其表面防磨性差，易导致海底电力电缆在向船上输送及施工时表面易磨破、内部钢丝护套松动变形。另外，开网致使聚丙烯膜强度受损，严重影响聚丙烯绳的整体强度。

5、因此，对缠绕绳的蠕变性、耐腐蚀性、耐磨性和高强度等性能提出了更高的要求，亟需对缠绕绳材料及其生产工艺进行改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种海缆用pet绳的制备方法，本发明的pet绳是一种海缆用缠绕绳（或者捆扎绳），以解决目前海缆专用pp缠绕绳缠绕捆绑容易松动、抗张强度小、蠕变性高、抗紫外线性能差、使用寿命短、耐海水腐蚀性差以及表面粗糙、表面在受力摩擦后易断裂等问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种海缆用pet绳的组分：pet绳由抗变性原料制成，抗变性原料包括：pet（又名涤纶）和碳纳米管。其中，碳纳米管的添加量为涤纶总质量的0.5-1%；抗变性原料还包括水性有机硅增滑剂，水性有机硅增滑剂涂覆在由涤纶、碳纳米管制成的缠绕绳外表面。

4、优选的，涤纶包括涤纶纤维、聚酯切片（熔点达260℃）或涤纶再生颗粒（市场上常规的、采用250目以上过滤生产工艺的颗粒料）中的一种或多种。

5、优选的，水性有机硅增滑剂采用防粘、防磨、防水的三防硅乳液（采购自广州市斯洛柯高分子聚合物有限公司，产品型号为：silok-3431f5），体积百分比浓度为2-5％。

6、本发明采用涤纶为基材，涤纶纤维分子量大，结构紧密，具有优异的抗张强度、抗老化性，得到的缠绕绳（即pet绳）材料耐腐蚀性好、抗紫外线性能好、强度高、耐高温、耐磨、成本低、可回收再利用；在缠绕绳材料中添加碳纳米管，可以提高涤纶纤维的抗蠕变性，增加使用寿命；外层涂覆水性有机硅增滑剂，使制得的缠绕绳具有耐磨作用。

7、上述pet绳的制备方法，包括：

8、（1）挤出拉丝

9、在涤纶中添加碳纳米管，碳纳米管的添加量为涤纶总质量的0.5-1%，根据需要添加涤纶色母粒（用以区分pet绳的颜色，添加量为涤纶总质量的8-10%）；

10、搅拌均匀后送入挤出机，经由喷丝板向下喷出涤纶丝（以喷丝板垂直向下喷出涤纶丝为最佳，即喷丝板水平布置，喷出的涤纶丝垂直于喷丝板）；

11、优选的，涤纶包括涤纶纤维、聚酯切片（熔点达260℃）或涤纶再生颗粒（市场上常规的、采用250目以上过滤生产工艺的颗粒料）中的一种或多种。

12、关于挤出机：

13、①选用螺杆直径φ65-250型号的高温塑料挤出机，挤出机出料处配备耐高温不锈钢喷丝板，喷丝板选用直径10-50cm，孔径0.05-0.2mm，喷孔密度5-15个/cm²,喷丝板厚度在1-3cm；正常挤出机与喷丝板配比为：

14、φ65型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.05-0.1mm，喷丝板直径φ10-30cm；

15、φ80型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.05-0.1mm，喷丝板直径φ20-30cm；

16、φ90型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.1-0.2mm为佳，喷丝板直径φ20-40cm；

17、φ120型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.1-0.2mm为佳，喷丝板直径φ30-40cm；

18、φ150型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.3-0.5mm为佳，喷丝板直径φ35-45cm；

19、φ180型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.3-0.5mm为佳，喷丝板直径φ40-45cm；

20、φ250型号挤出机，喷丝板选用孔径在0.3-0.5mm为佳，喷丝板直径φ40-50cm；

21、②挤出温度设定在260-280℃；

22、③挤出速度设定在30-50m/min。

23、（2）冷却、加热拉伸

24、将涤纶丝送入冷却水槽（水温＜30℃）进行冷却，再对冷却后的涤纶丝进行加热拉伸；其中，加热拉伸的流程包括：三次牵引、浸渍含聚乙烯胶体的水溶液、干燥；具体地：

25、①冷却后的涤纶丝经冷却水槽内导辊，通过导辊角度转换进入第一牵引机，涤纶丝被合股牵引，第一牵引机的牵引速度为喷丝板出丝速度的1.2倍以上；

26、第一牵引机上有5-7个导辊主动牵引，每个导辊上有对应5-10个凹型槽，每个凹型槽槽底宽度为2-3cm，上口宽为4-5cm，每个凹型槽有100-200根涤纶丝被合股牵引；

27、②经过第一牵引机牵引后的合股涤纶丝进入高温水槽浸渍，高温水槽内水溶液含聚乙烯胶体，胶体浓度为2-5%（体积百分比），高温水槽内水溶液温度为70-100℃；

28、③由高温水槽出来的合股涤纶丝被第二牵引机牵引（内有5-7个导辊主动牵引），第二牵引机的牵引速度为第一牵引机牵引速度的1.3-1.5倍；第二次牵引后，合股涤纶丝直径比原丝缩小30-50％；

29、④经第二牵引机牵引的合股涤纶丝进入高温干燥厢干燥，温度在100-150℃，目的是除去多余的水分和进一步拉伸，使合股涤纶丝变细；

30、⑤干燥后的合股涤纶丝（含水率＜5％）经第三牵引机（内有5-7个导辊主动牵引）进一步拉伸牵引，第三牵引机的牵引速度为第二牵引机牵引速度的1.4-1.5倍；合股涤纶丝直径缩小达30-50％；合股涤纶丝经三次牵引后，以直径2mm为例，克重可以达到2.5±3g/m。

31、需要注意的是：位于缠绕绳最外层的合股涤纶丝在进入高温干燥厢之前需要浸渍水性有机硅增滑剂，缠绕绳表面涂覆水性有机硅增滑剂，实现了缠绕绳成品达到具有抗磨、防水、防粘的目的。

32、优选的，水性有机硅增滑剂采用防粘、防磨、防水的三防硅乳液（采购自广州市斯洛柯高分子聚合物有限公司，产品型号为：silok-3431f5），体积百分比浓度为2-5％。

33、（3）加捻

34、完成加热拉伸后的合股涤纶丝送入加捻机进行加捻成绳，加捻度为30-60捻，加捻速度略小于第三牵引机；成捻后的pet绳，拉力测试时，以直径2mm的加捻绳为例，抗张强度达到＞1200n/cm。

35、其中，加捻机包括：“7”字型钢管、空心轴、电机一、电机二、槽钢。“7”字型钢管包括竖直段、水平段；所述竖直段由电机一驱动连接，在“7”字型钢管的进口端、拐角处、出口端分别内置有光滑的陶瓷圈（可避免损伤合股涤纶丝）。空心轴由电机二通过齿轮驱动连接；所述空心轴的进口端、出口端分别设有导向轮；电机一、二的转速相等，空心轴的旋转中心与“7”字型钢管的旋转中心同轴。槽钢与空心轴在垂直方向固接，所述槽钢的端部设有导向轮。

36、合股涤纶丝首先从“7”字型钢管竖直段的进口端进入、水平段的出口端出去，接着绕经槽钢端部的导向轮，再依次经过空心轴进口端的导向轮、空心轴内腔、空心轴出口端的导向轮。电机一、二工作，驱动“7”字型钢管、空心轴等速同轴旋转，使合股涤纶丝进行加捻，加捻完成后送至收卷机进行收卷。

37、优选的，“7”字型钢管由内孔直径10-30mm、壁厚5mm以上的钢管弯曲而成，进口端位于出口端上方。

38、优选的，根据需要，加捻机中设有绕线辊支架，可先将合股涤纶丝收卷于绕线辊，再进行加捻成绳、收卷缠绕绳。

39、优选的，运用0.3kw及以上的变频控制电机驱动，齿轮设定转速在0-500转/分钟。

40、（4）收卷

41、经加捻机加捻的合股绳，直接连接至收卷机，收卷纸管内孔设定为20-75mm，收卷直径φ300-500mm，宽度250-400mm，相邻两圈合股绳紧靠在一起，两侧收卷应平整。

42、本发明缠绕绳在生产过程中，对牵引速度、加捻转速、收卷转速等进行监测，采用plc控制，plc分别与挤出机的喷丝出料螺杆、高温水槽和高温干燥厢的加热系统、三台牵引机控制连接；加捻所用的加捻机、后面工序所用的收卷机，也可由plc控制连接；采用plc，操作简单，联动性能好，精度高，自动化程度高。

43、本发明的创新点如下：

44、（1）结构创新

45、不同于聚丙烯绳采用压膜开网加捻成绳，本发明采用涤纶丝合股加捻成绳，结构更加紧密、强度大。

46、（2）选材创新

47、本发明选用pet（涤纶）为基材，取代聚丙烯绳制作时采用的网状带结构，涤纶纤维可以提高缠绕绳的耐腐蚀性和自有抗张强度，具有优越的抗紫外线性能，成本低，耐高温，抗老化，蠕变性小，可回收再利用，能够适应具有高盐、富氧、低频往复应力和冲击力的海底使用环境。

48、（3）配方工艺创新

49、①在涤纶制成涤纶纤维的过程中（即挤出拉丝过程）的过程中，原料中添加碳纳米管，碳纳米管有对涤纶受限结晶和受限形变作用，即碳纳米管对涤纶在结晶时起成核作用，使涤纶在结晶时小，结晶成核高，以达到抗蠕变作用，有效提高涤纶纤维的耐热和抗蠕变性能，抗张强度≥60cn/dtex，杨氏模量＞1400cn/dtex，蠕变率≤5％，使其在海缆外缠绕捆绑后，长期受力稳定、不松动；

50、②对制作的合股涤纶丝浸渍含聚乙烯胶体的水溶液，丝与丝之间添加了聚乙烯胶体，强度大，抗磨性能好，提高了抗张强度（比同外径的聚丙烯绳强度高2倍）和表面耐腐蚀能力；

51、③对制作加捻最外层的合股涤纶丝外涂覆水性有机硅增滑剂，使pet绳（缠绕绳）表面摩擦系数小、表面光滑，提高表面抗磨能力，避免了海缆在长距离成盘运输和在施工辅设时表面受损的问题。

52、（4）生产工艺创新

53、采用plc自动化控制，制绳设备采用加捻、往复收卷一体化技术，并对牵引速度、加捻转速、收卷转速等进行监测，测速系统和中控系统相结合，大大提高制绳中加捻及往复收卷效率，取代了传统工艺在牵引后先收卷、加捻、再单独收卷的复杂工艺。

54、由于本发明pet绳耐腐蚀、抗张强度及抗疲劳性能优良、蠕变性能低，捆扎缠绕于海缆外壁，保护海缆内部钢丝护套不变形，长时间捆绑后不易松动，且本发明缠绕绳表面耐磨性好，表面不易被磨破，可以避免海缆在长距离成盘运输和在施工辅设时表面受损。

55、本发明具有以下有益效果：

56、（1）效率高

57、本发明采用喷丝法制得纤维成束新工艺：运用涤纶纤维、聚酯切片或涤纶再生颗粒料经高温挤压、喷丝孔制得纤维、冷却、第一次牵引、高温水槽加热牵伸、第二次牵引、高温干燥厢加热牵伸、第三次牵引、加捻、收卷，形成纤维一步成型的特点，整个工艺顺畅效率高。

58、而聚丙烯绳是聚丙烯材质经挤塑、经模头成膜、冷却、压辊传动、分条、牵引、加热拉伸、开网、牵引、加热拉伸、牵引、收卷、加捻、复绕而成。不同于制作聚丙烯绳所用的模头，本发明采用涤纶喷丝孔，涤纶丝产量高，制作效率是聚丙烯绳的近10倍。

59、（2）精度高

60、本发明通过设定喷丝孔直径来均匀控制纤维的成形粗细精度、克重及拉伸的均匀性，使pet绳在缠绕捆绑后，长期受力稳定、不松动。而聚丙烯绳是通过误差大的膜的厚度决定缠绕绳的拉力及均匀性。

61、（3）质量优

62、本发明采用pet为基材，通过添加纳米碳管新配方工艺，提高抗变性能，蠕变率≤5％，比目前聚丙烯绳抗蠕变性能（大于10％）更优越，抗紫外线及耐海水腐蚀性更强。本发明采用外浸聚乙烯胶体，提高了缠绕绳的抗张强度（是聚丙烯绳的1.5倍以上），且具有优越的耐磨作用，可以满足耐腐蚀、抗蠕变、抗紫外线、耐磨的高要求，可以适应高酸、高盐、富氧的海水使用环境。

63、（4）强度大

64、本发明由于涤纶纤维自身的高密度、大分子量、高抗张强度等优点以及采用涤纶纤维浸渍含聚乙烯胶体的水溶液，且本发明采用涤纶丝加捻成绳，均增强了本发明缠绕绳的抗张强度，可以适应海水低频往复应力和冲击力的使用环境；以直径2mm为例，本发明缠绕绳抗张强度可达＞1200 n/cm，而目前的聚丙烯绳抗张强度＜800n。

65、（5）工艺简便，耗能低

66、目前聚丙烯绳展开后是带形网状形式，带状中间是像渔网状结构，便于制绳软度，由于膜因开网工艺而招致损伤，严重影响了强度。本发明运用自动化控制设备，采用大口径喷丝工艺，通过简便的制作工艺，取代聚丙烯绳的复杂工序，同样的挤出机功率，本发明的日产量是聚丙烯缠绕绳日产量的10倍。

67、（6）抗刮、耐磨性优

68、本发明采用合股涤纶丝外涂覆水性有机硅增滑剂，进一步提高缠绕绳表面耐磨性能，性能提高达50％以上，解决了目前聚丙烯缠绕绳在传动输送和机械辅设时表面易起毛、刮破导致捆绑钢丝松动等问题。

69、（7）制作环境友好

70、本发明采用涤纶纤维作为基材，而涤纶纤维为再生涤纶材料，成本低，具有废旧再利用的优点，提高了资源利用率；整个制作工艺对环境友好无污染，且具有操作简便、节省人工等特点。

71、本发明原料组成简单，材料来源广泛，制备工艺简单、效率高，pet绳作为海缆表面缠绕绳，保护海缆内部钢丝护套不变形，对海底电缆表面起缠绕保护作用，具有高强、耐腐、防磨、抗蠕、抗紫外线性能强的特点。