一种聚丙烯晶型设计增韧改性光缆松套管的生产方法与流程

本发明涉及材料改性及光缆生产技术领域，具体涉及一种聚丙烯晶型设计增韧改性光缆松套管的生产方法。

背景技术：

在光通信领域中，松套管作为层绞式和中心束管式光缆的核心构件，其作用主要是保护光纤免受内部应力与外部侧压。松套管原材料通常采用聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneterephthalate,pbt)，其具有较高的杨氏模量和低膨胀系数等优点，但是pbt易水解，脆性大，耐热性较差且价格较高；其结晶性能也较弱，在挤塑工艺中有挤塑后收缩现象，从而影响了光纤在松套管中的余长控制。

聚丙烯(polypropylene,pp)作为五大通用塑料之一，由于具有良好的力学、加工性能、良好的耐热及化学稳定性。近年来，有部分光缆厂家开始采用pp作为松套管的原料，但是pp套管的韧性也较差，且耐热性往往也达不到后续制程的加工要求，其主要原因是因为pp是一种半结晶聚合物，α、β、γ三种晶型最为常见，其中α-pp最为稳定，但是其性脆，冲击性能很差。后两者属于亚稳定状态，只有在特定的条件下才能获得。β-pp较α-pp具有更好的耐热性，且冲击性能非常优异，即β-pp是韧性pp。一般来说，商品化的pp中β晶含量很低，要想获得高β晶型材料主要有剪切取向法、温度梯度法、添加成核剂法。一般认为，添加β成核剂是获得高β晶pp的最简单快捷的方法，然后在实际生产中，特别是挤出成型中，添加的成核剂获得高β晶含量效果都欠佳，只有配合温度控制(温度梯度法)才能提高β晶含量，这是因为pp的β晶的成核与生长主要发生在某一特定的温度区间，除此之外，α晶的生长速率都要大于β晶的生长速率，从而抑制β晶的生长。因此在挤出套管生产中，仅仅依靠添加β成核剂不足以得到高含量的β晶，还要加以温度控制。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种获得高β晶含量pp松套管挤出成型生产工艺控制方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种聚丙烯晶型设计增韧改性光缆松套管的生产方法，在β晶型聚丙烯光缆松套管挤出成型生产设备的pp进料处加装自动喂料机，包括色母喂料机和β成核母料喂料机，调节自动喂料机螺杆转速调节添加量；所加入的色母、β成核母料和pp通过φ50单螺杆挤出机出机头为套管，套管出机头后迅速进入水槽进行快速冷却，然后进入第一水浴轮牵进行热处理，热处理后进入第二水浴轮牵及气吹风冷再次冷却后进入收线机。

其中，第一次冷却为水槽冷却，水槽长度为3-6m；热处理和二次冷却均为水浴轮牵，轮牵直径为60-900mm，可绕圈数为3-10圈。

第一次冷却水温范围为30-45℃，热处理水温为60-90℃，第二次冷却水温范围为35-50℃，气吹风冷温度为20℃。

进一步的，套管生产的线速度为150-300m/min，优选的为200m/min。

进一步的，所述pp为商用改性松套管pp专用料，β成核母料的添加量为pp质量的0.1-3wt％，色母的添加量为pp质量的1.0-4wt％。

进一步的，色母和β成核母料同时喂料，同pp在190-240℃挤出机中挤出拉管。挤出时熔融段的温度为190-220℃，机颈及机头段的温度为210-230℃。

进一步的，β成核母料的成核剂为羧酸盐类、酰胺类、稀土类的一种或任意组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)在本发明中，高含量的β晶为pp提供了较好的抗冲击性能和套管抗弯折性能，与传统的α-pp相比，β-pp具有较高的耐热性，可有效的防止后续制程中套管扎痕现象的发生，且本发明只需在现有生产线上稍加改进，制作工艺和生产系统简单。

(2)由于pp的β晶的成核与生长需要一定的温度范围(70-120℃)且与α晶竞争生长，所以即使添加β成核剂在现有设备上也难以获得高β晶含量的pp松套管，因此，本发明稍加改进现有设备，在套管冷却中引入热处理装置，采用温度梯度法来获得高β晶含量的pp松套管。

附图说明

图1是本发明的β晶型聚丙烯光缆松套管供料系统简图。

图2是本发明的β晶型聚丙烯光缆松套管挤出工艺流程图。

图3是本发明实施例1所得到的松套管的偏光显微镜图。

图4是本发明实施例2所得到的松套管的偏光显微镜图。

图5是本发明实施例4所得到的松套管的偏光显微镜图。

图6是本发明实施例6所得到的松套管的偏光显微镜图。

图7是本发明实施例9所得到的松套管的偏光显微镜图。

图8是本发明实施例10所得到的松套管的偏光显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。所有的实施例均采用φ50单螺杆挤出机，实施松套管的规格为2.3/1.6-12b1和2.1/1.5-6b1，光纤为普通g652.d着色纤。各实施例中，光纤放线张力、套管牵引张力、套管收线张力分别为100g、600g、700g。

实施例1

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703，添加量为2wt％)经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身四个区温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头三个区温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满5圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例2

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量1wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满5圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例3

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量1wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满5圈，水温为90℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例4

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量1wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满5圈，水温为60℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例5

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量1wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满5圈，水温为40℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例6

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量为0.25wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满3圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例7

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量为2wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满3圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例8

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量为1.5wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为分别为100m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满3圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例9

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量为2wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.3/1.6-12b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为分别为300m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满3圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

实施例10

将二次套塑专用改性pp(江阴爱科森生产，牌号gpp3030)、色母料(扬州金森生产、蓝色色母、牌号703)、β成核母料(南京诚宽贸易有限公司，牌号：mnt-c，添加量1wt％)，所述β成核母料主体为30wt％羧酸盐成核剂与pp混合体，三者经单螺杆挤出机熔融生产2.1/1.5-6b1规格松套管，所述挤出机机身温度分别为190℃、200℃、210℃、220℃，机头温度分别为220℃、225℃、230℃。拉管穿纤后，高速生产速度为200m/min进入冷却水槽，水槽长度为4m，水温为35℃，随后进入热处理水浴轮牵，绕满5圈，水温80℃，热处理后进入水浴轮牵冷却，绕满5圈，冷却温度为35℃，后进入风冷吹干设备，冷却温度为20℃，随后进入收线机绕盘。

表1

挑选了其中具有代表性的实施例（1、2、4、6、9、10），用偏光显微镜（plm）对结晶形态进行了观察。制样方式：在松套管轴向切约10μm厚度的切片，放在载玻片上，滴一滴液体石蜡，用盖玻片固定，在600倍的plm下观察，结果参见图3至图8。

从plm照片中可以看出，未加入β成核母料的套管仅有少量的β晶(β晶呈现明亮的马耳他十字的晶体形态)，且晶粒尺寸较大。在β成核母料的作用下，可观察到大量细小的β晶(图4)。热处理温度降低后，β晶尺寸略有增大，且数量减少(图5)。减少β成核母料含量后β晶含量有所减少，提升生产速度，相当于热处理时间缩短，因此β晶含量也有所减少。套管壁厚减小，热处理效果明显增强，β晶含量有所增多(图8)。

综上所述，本发明的优点在于：

(1)结合添加β成核母料和温度梯度法，在现有生产线上稍加改进，进行快冷-热处理-水冷-风冷模式，在特定的温度区间热处理促进β晶增长，同时通过逐步降温法维持β晶含量且减少内应力，降低套管后收缩。

(2)套管的热处理时间可以通过水浴轮圈所绕圈数自由控制，因此可以方便地与挤出速度、牵引速度和冷却速率等具体工艺参数自由匹配，根据实际情况快速做出调整。

(3)使用本发明中的方法可以提高开机速度到250m/min时，仍保持套管中β晶含量在40％以上。

(4)该发明只需在原pbt或pp套塑生产线稍加改进，操作简单，易于掌握控制，也便于推广应用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。