改性芳綸纖維、采用該纖維制成的絕緣繩及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改性芳綸纖維的制備方法，包括下述的步驟：將芳綸纖維浸漬在混合處理液中進(jìn)行處理，控制混合處理液的溫度為100～130℃，所述混合處理液是將水性聚氨酯/聚丙烯酸酯納米復(fù)合乳液與硅烷偶聯(lián)劑混合得到；從混合處理液中取出芳綸纖維，將其浸漬到添加有陽(yáng)離子染料的全氟六碳鏈防水劑中進(jìn)行處理，控制全氟六碳鏈防水劑的溫度在100～130℃；將經(jīng)上述處理后的芳綸纖維進(jìn)行烘焙得到改性芳綸纖維。由此制得的纖維和絕緣繩，具有防潮、抗紫外老化、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。制備方法具有過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，且可以進(jìn)行工業(yè)化大流程生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，使用其制備的防潮絕緣繩的保管和運(yùn)輸更省心，使用更安全。
【專利說(shuō)明】
改性芳絕纖維、采用該纖維制成的絕緣繩及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種改性芳絕纖維、采用該纖維制成的帶 電作業(yè)絕緣繩及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，市場(chǎng)上絕緣繩索主要由蠶絲或合成纖維編織、絞制而成。在帶電作業(yè)領(lǐng)域， 考慮到對(duì)繩索的絕緣性能W及繩索的變形性的要求，主要使用蠶絲繩、合成纖維繩。由于蠶 絲繩及合成纖維繩的防潮處理一般采用的是防潮劑的物理附著，而非化學(xué)鍵連接，導(dǎo)致洗 涂一定次數(shù)后，其防潮性能大幅度地下降，致使其使用壽命短。而且，隨著特高壓輸電線路 的架設(shè)，輸電線路上的各金具的體積和重量都隨之增加，在帶電作業(yè)過(guò)程中，需要對(duì)金具進(jìn) 行提吊，現(xiàn)有的蠶絲繩和合成纖維繩的強(qiáng)度在一定程度上已不能滿足帶電作業(yè)的需要，致 使某些作業(yè)項(xiàng)目無(wú)法順利開(kāi)展。因此，需要研制新的帶電作業(yè)用絕緣繩索，相比于蠶絲繩W 及現(xiàn)有合成纖維繩，其防潮性能更持久、穩(wěn)定，強(qiáng)度更高，并且具有較高的抗紫外老化性能。 新型高強(qiáng)度、防潮、抗紫外老化的絕緣繩可W將塔上帶電作業(yè)項(xiàng)目的大噸位受力轉(zhuǎn)移到地 面，降低桿塔上作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證作業(yè)的安全性，該絕緣繩的研制成功將為特高壓 帶電作業(yè)帶來(lái)第=次革命。
[0003] 芳絕，即聚對(duì)苯二甲酯對(duì)苯二胺，是一種新型高科技合成纖維，由近似于剛性伸直 鏈的芳絕分子W網(wǎng)狀交聯(lián)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)高聚物，也具有典型的皮、忍層結(jié)構(gòu)模型。同樣具有超 高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能。其強(qiáng)度是鋼絲的5~6倍，初性是鋼 絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5;在560°C的溫度下，不分解，不融化;具有良好的絕緣性能 和抗老化性能。廣泛應(yīng)用于航空、航天、國(guó)防工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、耐熱及防護(hù)服裝、制作絲繩、運(yùn) 動(dòng)器材W及復(fù)合材料的增強(qiáng)體。
[0004] 鑒于芳絕的優(yōu)異的力學(xué)性能W及熱穩(wěn)定性等，使其成為帶電作業(yè)用絕緣繩的首選 候選材料。但是，芳絕存在防潮性能差的問(wèn)題，受潮后其力學(xué)性能下降快，其抗紫外老化的 性能也有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種改性芳絕纖維、采用該纖維制成的帶電作 業(yè)絕緣繩及其制備方法，W提高其防吸濕性能和抗紫外老化性能。
[0006] 為此，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種改性芳絕纖維的制備方法，包括下述的步驟：
[0007] 將芳絕纖維浸潰在混合處理液中進(jìn)行處理，控制混合處理液的溫度為100~130 °C，所述混合處理液是將水性聚氨醋/聚丙締酸醋納米復(fù)合乳液與硅烷偶聯(lián)劑混合得到； [000引從混合處理液中取出芳絕纖維，將其浸潰到添加有陽(yáng)離子染料的全氣六碳鏈防水 劑中進(jìn)行處理，控制全氣六碳鏈防水劑的溫度在100~130°C;
[0009] 將經(jīng)上述處理后的芳絕纖維進(jìn)行烘賠得到改性芳絕纖維。
[0010] 進(jìn)一步的，在混合處理液中的處理時(shí)間為30~60分鐘，在全氣六碳鏈防水劑中的 處理時(shí)間為30~60分鐘，控制烘賠溫度為180~250°C。
[0011] 進(jìn)一步的，所述聚丙締酸醋分子結(jié)構(gòu)中與聚丙締酸醋化的醇的碳鏈長(zhǎng)度大于等于 8個(gè)碳原子，且所述醇的碳鏈為直鏈。
[0012] 進(jìn)一步的，所述水性聚氨醋/聚丙締酸醋納米復(fù)合乳液是由下述途徑制成:將聚合 物多元醇和二異氯酸醋類單體進(jìn)行反應(yīng)，然后加入=徑基或多徑基化合物、陰離子型親水 擴(kuò)鏈劑和催化劑在溶劑中進(jìn)行聚合，然后封端、乳化;之后換成水相，加入丙締酸、丙締酸醋 類單體和引發(fā)劑進(jìn)行聚合，最后經(jīng)乳化得到。
[0013] 進(jìn)一步的，所述水性聚氨醋/聚丙締酸醋納米復(fù)合乳液的粒徑分布在5~200納米。
[0014] 進(jìn)一步的，所述陽(yáng)離子染料選自C. I .Basic Yellow 24和C. I .Basic Yellow 28中 的至少一種;所述硅烷偶聯(lián)劑選自KH系列硅烷偶聯(lián)劑。
[0015] 進(jìn)一步的，所述復(fù)合乳液與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:1~1:20,復(fù)合乳液與硅烷偶 聯(lián)劑的重量之和為纖維重量的3~20%。
[0016] 進(jìn)一步的，所述全氣六碳鏈防水劑的重量為纖維重量的3~20%;陽(yáng)離子染料的添 加量為纖維重量的0.0 Ol~0.002%。
[0017] 進(jìn)一步的，所述方法處理得到的改性芳絕纖維絲，進(jìn)一步加工成絕緣繩;或者直接 采用松散型芳絕初級(jí)繩索按所述方法處理，進(jìn)一步加工成絕緣繩;或者采用PBO和芳絕混合 線或松散型初級(jí)繩索所述方法處理，進(jìn)一步加工成絕緣繩。
[001引本發(fā)明機(jī)理為：
[0019] 通過(guò)對(duì)纖維的防水處理，阻止了纖維吸收水分子后引起的原纖相對(duì)滑移而造成的 強(qiáng)力下降;通過(guò)混合處理液對(duì)纖維表面的陰離子化覆膜、遮蓋，改變了折光率;添加極少量 高耐光陽(yáng)離子染料對(duì)紫外線光能的吸收、轉(zhuǎn)化，從而提高絕緣繩的抗紫外線性能。
[0020] 硅烷偶聯(lián)劑可W與芳絕纖維之間形成化學(xué)鍵和氨鍵，形成的化學(xué)鍵和氨鍵可W防 止芳絕纖維原纖化滑移，從而防止芳絕纖維深度原纖化。其中，偶聯(lián)劑殘余的一NH2、一 0H、一0C2曲基團(tuán)，可W與納米聚氨醋聚丙締酸、聚丙締酸醋殘基鍵合，如丙締酸的徑基與之 反應(yīng)，形成酷胺鍵、醋鍵，當(dāng)陽(yáng)離子防水劑鍵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] 為了提高C6防水劑的防潮效果，本發(fā)明在與氣燒鏈鄰近的碳原子上接支碳鏈(與 聚丙締酸成醋的醇的碳鏈），碳鏈中碳的個(gè)數(shù)大于8,可W促發(fā)氣燒鏈結(jié)晶，提高防潮效果， 此外，該碳鏈還可W提高防水劑的造膜性和柔軟性。
[0022] 由此制得的纖維和絕緣繩，具有防潮、抗紫外老化、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，比現(xiàn)有各類技 術(shù)有較大提高。本發(fā)明提供的制備方法具有過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，且可W進(jìn)行工業(yè)化 大流程生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，徹底突破了既往的技術(shù)困境和壁壘，使用其制備的防潮絕緣繩的 保管和運(yùn)輸更省屯、，使用更安全，并且在高濕度環(huán)境下，是可W使用的高強(qiáng)帶電作業(yè)絕緣 繩。
[0023] 本發(fā)明的絕緣繩可W應(yīng)用于輸電線路，尤其是特高壓輸電線路帶電作業(yè)中。此外， 電力工業(yè)部口大型超、特高壓變壓器具的吊裝、安置，W及特高壓輸電線路的架設(shè)W及其停 電維修;大型已成型橋梁段的搬運(yùn)；W及航天航空等也可W應(yīng)用該繩索。其抗紫外老化性能 可W使其可直接應(yīng)用于復(fù)合材料的增強(qiáng)體。
【具體實(shí)施方式】
[0024] W下結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 本發(fā)明所用聚氨醋/聚丙締酸醋納米復(fù)合乳液可W采用下述方法分兩大步驟制 備:將聚合物多元醇和二異氯酸醋類單體進(jìn)行反應(yīng)，加入=徑基或多徑基化合物、陰離子型 親水?dāng)U鏈劑和催化劑在溶劑中進(jìn)行聚合，然后封端、乳化;換成水相，加入丙締酸、丙締酸醋 類單體和引發(fā)劑進(jìn)行聚合，最后乳化得到。
[0026] 優(yōu)選的，所述丙締酸醋類單體中與丙締酸醋化的醇的碳鏈長(zhǎng)度大于等于8個(gè)碳原 子，且所述醇的碳鏈為直鏈。在本發(fā)明一些具體實(shí)施例中，所述聚丙締酸醋選自聚丙締酸辛 醋、聚丙締酸癸醋、聚丙締酸月桂醋中的至少一種，例如丙締酸醋類單體采用丙締酸辛醋或 丙締酸月桂醇醋。
[0027] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，聚合物多元醇采用聚乙二醇酸，二異氯酸醋類單體采用異佛 爾酬二異氯酸醋，=徑基或多徑基化合物采用=徑甲基丙烷，陰離子型親水?dāng)U鏈劑采用二 徑甲基丙酸，催化劑采用二下基二月桂酸錫，采用=乙胺進(jìn)行封端，引發(fā)劑采用偶氮二異下 臘。
[0028] 在一個(gè)優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】中，聚氨醋/聚丙締酸醋納米復(fù)合乳液采用下述方法 制備：按質(zhì)量份將45~55份聚乙二醇酸投入反應(yīng)器中，除水，然后降溫至75~85°C，投入90 ~110份異佛爾酬二異氯酸醋，通入氮?dú)猓財(cái)埌?.5~2.化。降溫至65~75°C，投入8~10 份二徑甲基丙酸、1.2~1.8份S徑甲基丙烷，加入溶劑N-甲基化咯燒酬和丙酬和適量催化 劑二下基二月桂酸錫，升溫到75~85°C反應(yīng)5~化，停止通入氮?dú)?，降溫?0~65°C，加入= 乙胺進(jìn)行封端，保溫3~化，降溫至45~55°C，投入=乙胺進(jìn)行中和。室溫下加入蒸饋水?dāng)埌?乳化2~化，得到乳白半透明乳液。于60~70°C下抽濾除去丙酬，之后加入去離子水。在攬拌 和通入氮?dú)鈼l件下升溫到80~85°C，緩慢滴加8~12份丙締酸、15~25份丙締酸辛醋(或丙 締酸月桂醇醋)單體及引發(fā)劑偶氮二異下臘混合液（1.5~2.化滴完），保溫3~化，降溫到50 ~6(TC，加入乳化劑攬拌乳化，待乳液呈藍(lán)光透明狀，出料得到水性聚氨醋丙締酸醋納米乳 液，粒徑分布在5~200納米(該粒徑范圍內(nèi)都可W使防水劑順利地附著在纖維表面）。
[0029] 在下述實(shí)施例1~8中，采用下述方法制備聚氨醋/聚丙締酸醋納米復(fù)合乳液:將50 克聚乙二醇酸投入=口燒瓶中，于ll〇°C抽濾除水化，然后降溫至80°C，投入100克異佛爾酬 二異氯酸醋，通入氮?dú)?，保溫?cái)埌杌?。降溫?0°C，投入9克二徑甲基丙酸、1.5克=徑甲基丙 燒，加入溶劑N-甲基化咯燒酬和丙酬300毫升和適量催化劑二下基二月桂酸錫，升溫到80°C 反應(yīng)化，停止通入氮?dú)?，降溫?0~65°C，加入=乙胺進(jìn)行封端，保溫地，降溫至50°C，投入 =乙胺進(jìn)行中和，反應(yīng)20min。室溫下加入蒸饋水?dāng)埌枞榛?~化，得到乳白半透明乳液。于 65°C下抽濾1~化除去丙酬，之后加入等量去離子水?dāng)埌鑜Omin。在攬拌和通入氮?dú)鈼l件下 升溫到80~85°C，緩慢滴加10克丙締酸、20克丙締酸辛醋(或丙締酸月桂醇醋)單體及引發(fā) 劑偶氮二異下臘混合液(約化滴完），保溫地，降溫到50~60°C，加入乳化劑司盤(pán)80和吐溫80 攬拌乳化，待乳液呈藍(lán)光透明狀，出料得到水性聚氨醋丙締酸醋納米乳液。該復(fù)合乳液的粒 徑分布在50~100納米。
[0030] 優(yōu)選的，硅烷偶聯(lián)劑選自KH系列硅烷偶聯(lián)劑，例如選自K冊(cè)50，K冊(cè)60，K冊(cè)70 ,KH792 中的至少一種。陽(yáng)離子染料選自C.I.Basic Yellow 24和C.I.Basic Yellow 28中的至少一 種。
[0031] 全氣六碳鏈防水劑（即C6防水劑，含有全氣己酸），屬于氣碳類防水劑，實(shí)驗(yàn)表明， 在本發(fā)明中采用C6防水劑比采用C8、C4防水劑的效果更好。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 1)將芳絕長(zhǎng)絲材料經(jīng)加搶，并絲(線)制成芳絕線或松散型初級(jí)繩索。
[0034] 2)將0.8千克水性聚氨醋/聚丙締酸辛醋納米復(fù)合乳液和1.9千克硅烷偶聯(lián)劑 KH560混合均勻，制得混合處理液，將90千克芳絕線或松散型初級(jí)繩索浸潰在混合處理液 中，控制混合處理液的溫度在112°C，芳絕線或松散型初級(jí)繩索在混合處理液中的處理時(shí)間 為52分鐘。
[0035] 3)從混合處理液中取出芳絕線或松散型初級(jí)繩索，取出后用水洗涂，并將其干燥； 接著，將芳絕線或松散型初級(jí)繩索浸潰到16千克全氣六碳鏈防水劑中，并向全氣六碳鏈防 水劑中添加1.53克C.I.Basic Yellow 24,控制全氣六碳鏈防水劑的溫度在110°C，處理時(shí) 間為45分鐘。
[0036] 4)將防水處理后的芳絕線或松散型初級(jí)繩索進(jìn)行高溫烘賠，控制烘賠溫度為222 °C;最后，將烘賠后的芳絕線或松散型初級(jí)繩索進(jìn)行進(jìn)一步加工(例如采用編制或絞制的方 法），即得絕緣繩。
[0037] 將上述得到的絕緣繩進(jìn)行下述測(cè)試：
[0038] 1)吸濕率測(cè)試:將絕緣繩在水下15~20厘米處浸泡15分鐘后，吸濕率為1.30% ;
[0039] 2)加速老化試驗(yàn):在環(huán)境溫度為30°C，相對(duì)濕度85%，紫外波長(zhǎng)為34化m，福照量< 50W/m 2，保持150小時(shí)，模擬惡劣自然條件，加速老化試驗(yàn)結(jié)果為拉伸強(qiáng)度下降3.30 %。
[0040] 按實(shí)施例1的步驟和測(cè)試方法進(jìn)行實(shí)施例2~8,各步驟條件、參數(shù)列于表1中，測(cè)試 結(jié)果列于表2中。
[0041] 表 1
[00421
[i
[i
[i
[0046] 為將本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行如下對(duì)比試驗(yàn)：
[0047] 1)將芳絕長(zhǎng)絲材料經(jīng)并絲、加搶制成線；
[004引 2)加入水，控制溫度在100-130度；
[0049] 3)將防水處理后的芳絕線進(jìn)行高溫烘賠，控制烘賠溫度為20(TC;最后，將烘賠后 的芳絕線編織成繩索，即得絕緣繩。
[0化0] 該絕緣繩水下15~20厘米處浸泡15分鐘后吸濕率為12.7%，在環(huán)境溫度為30°C， 相對(duì)濕度85%，紫外波長(zhǎng)為34化m，福照量< 50W/V，保持150小時(shí)，模擬惡劣自然條件，加速 老化試驗(yàn)結(jié)果為拉伸強(qiáng)度下降13.93%。
[0051] 可見(jiàn)，采用本發(fā)明處理方法能夠顯著降低吸濕率，也使得加速老化試驗(yàn)后拉伸強(qiáng) 度下降幅度減小。
[0052] 所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：W上任何實(shí)施例的討論僅為示例性的，并非 旨在暗示本公開(kāi)的范圍（包括權(quán)利要求)被限于運(yùn)些例子;在本發(fā)明的思路下，W上實(shí)施例 或者不同實(shí)施例中的技術(shù)特征之間也可W進(jìn)行組合，步驟可W W任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如 上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡(jiǎn)明它們沒(méi)有在細(xì)節(jié)中提供。因此，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于包括下述的步驟： 將芳綸纖維浸漬在混合處理液中進(jìn)行處理，控制混合處理液的溫度為100~130°c，所 述混合處理液是將水性聚氨酯/聚丙烯酸酯納米復(fù)合乳液與硅烷偶聯(lián)劑混合得到； 從混合處理液中取出芳綸纖維，將其浸漬到添加有陽(yáng)離子染料的全氟六碳鏈防水劑中 進(jìn)行處理，控制全氟六碳鏈防水劑的溫度在100~130°C; 將經(jīng)上述處理后的芳綸纖維進(jìn)行烘焙得到改性芳綸纖維。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于在混合處理液中的處 理時(shí)間為30~60分鐘，在全氟六碳鏈防水劑中的處理時(shí)間為30~60分鐘，控制烘焙溫度為 180 ~250°C。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述聚丙烯酸酯分子 結(jié)構(gòu)中與聚丙烯酸酯化的醇的碳鏈長(zhǎng)度大于等于8個(gè)碳原子，且所述醇的碳鏈為直鏈。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述水性聚氨酯/ 聚丙烯酸酯納米復(fù)合乳液是由下述途徑制成:將聚合物多元醇和二異氰酸酯類單體進(jìn)行反 應(yīng)，然后加入三羥基或多羥基化合物、陰離子型親水?dāng)U鏈劑和催化劑在溶劑中進(jìn)行聚合，然 后封端、乳化;之后換成水相，加入丙烯酸、丙烯酸酯類單體和引發(fā)劑進(jìn)行聚合，最后經(jīng)乳化 得到。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述水性聚氨酯/聚丙 烯酸酯納米復(fù)合乳液的粒徑分布在5~200納米。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述陽(yáng)離子染料選自 C. I .Basic Yellow 24和C. I .Basic Yellow 28中的至少一種;所述硅烷偶聯(lián)劑選自KH系列 硅烷偶聯(lián)劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求1、3、5或6所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述復(fù)合乳液 與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:1~1:20,復(fù)合乳液與硅烷偶聯(lián)劑的重量之和為纖維重量的3~ 20% 〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的改性芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述全氟六碳鏈防 水劑的重量為纖維重量的3~20% ;陽(yáng)離子染料的添加量為纖維重量的0.001~0.002%。9. 一種芳綸絕緣繩的制備方法，其特征在于將按權(quán)利要求1~8之一所述方法處理得到 的改性芳綸纖維絲，進(jìn)一步加工成絕緣繩;或者直接采用松散型芳綸初級(jí)繩索按權(quán)利要求1 ~8之一所述方法處理，進(jìn)一步加工成絕緣繩;或者采用PB0和芳綸混合線或松散型初級(jí)繩 索按權(quán)利要求1~8之一所述方法處理，進(jìn)一步加工成絕緣繩。10. -種芳綸絕緣繩，其特征在于采用權(quán)利要求9的方法制備得到。
【文檔編號(hào)】D06M13/513GK105821656SQ201610398099
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】劉蘭蘭, 劉夏清, 鄒德華, 牛捷, 高介平, 胡弘莽, 陳隆, 顧勇
【申請(qǐng)人】常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心, 興化市佳輝電力器具有限公司, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 湖南太平昌盛電器有限公司