一種高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖非金屬增強復(fù)合材料，具體是一種高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖入戶(FTTH)大環(huán)境的普及，給光纖增強材料的發(fā)展升級帶來了機遇。傳統(tǒng)的光纖增強芯由金屬制成，故存在1)、自身較重、運輸成本高；2)化學(xué)穩(wěn)定性較差，易被腐蝕，大大降低了光纖的使用壽命；3)、易產(chǎn)生靜電，在雷雨天氣對信號有干擾等缺點?，F(xiàn)已逐漸被非金屬復(fù)合材料所替代。早期的非金屬光纜增強芯主要為玻璃纖維與熱固性樹脂復(fù)合，雖然具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、抗靜電等優(yōu)點，但玻璃纖維自身較脆，導(dǎo)致其拉擠速率受限，一旦發(fā)生斷裂就無法再使用，廢品率高，并且成品彎曲半徑大，復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境布線難。
[0003]近年來，狄爾斯-阿爾德(Diels-Alder)雙烯可逆加成反應(yīng)是研究復(fù)合材料自修復(fù)的熱點之一。通過在反應(yīng)體系中引入Diels-Alder反應(yīng)所需的含閉環(huán)的碳碳雙鍵基團，利用該反應(yīng)低溫下雙烯加成和加熱條件下發(fā)生逆反應(yīng)實現(xiàn)材料的可逆修復(fù)功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高韌性、高強度、耐熱性好的芳綸復(fù)合材料光纖增強芯及其制備方法。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯，由芳綸纖維、基體樹脂、填料和脫模劑制成，所述基體樹脂為含環(huán)氧樹脂的混合型樹脂，包括以下重量份的物質(zhì):
液體環(huán)氧樹脂20-45份，
N，N’ -二苯甲烷雙馬來酰亞胺 11-30份，
固化劑9-23份，
糠胺5-15份，
促進劑0-2份。
[0006]其中，所述液體環(huán)氧樹脂為雙酚A縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧當量為163g/mol_188g/molο
[0007]優(yōu)選地，所述固化劑為六氫苯酐或甲基六氫苯酐。
[0008]優(yōu)選地，所述促進劑為DMP-30或三乙胺。
[0009]優(yōu)選地，所述芳綸纖維為60-80份，基體樹脂為15-30份，填料為2_8份，脫模劑為1-3 份。
[0010]優(yōu)選地，所述填料為碳酸鈣、氫氧化鋁、硫酸鋇、氫氧化鎂、氧化鋁中的至少兩種，優(yōu)選為二至三種。適量的無機填料可以增強樹脂的韌性及硬度，此外氫氧化鋁、氫氧化鎂還具有阻燃作用。
[0011]優(yōu)選地，所述脫模劑為桐油、甲基硅油、硬脂酸鋁、硬脂酸鈣中的一種或兩種。合適的脫模劑可提升拉擠速度，延長拉擠時間，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，并且芯材表面更光滑、平整。
[0012]上述高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯的制備方法，分為兩個階段:a)芳綸纖維經(jīng)烘道預(yù)熱、浸膠、模具定型、烘道固化、收卷等工藝完成的拉擠成型階段；b)經(jīng)由烘箱加熱，完成的增強芯復(fù)合材料自修復(fù)階段；具體包括以下步驟:1)將20-45份液體環(huán)氧樹脂置于容器中，加熱到50°C，攪拌，緩慢滴加5-15份糠胺，控制反應(yīng)溫度45°C _75°C，反應(yīng)l_3h后，加入11-30份N，N’ - 二苯甲烷雙馬來酰亞胺，9-23份固化劑，0_2份促進劑，繼續(xù)攪拌混合，冷卻后得到拉擠成型工藝用的高韌性，具有可逆修復(fù)功能的基體樹脂；2)在15-30份基體樹脂中加入2-8份填料，1-3份脫模劑，電動攪拌機攪拌30min，攪拌均勻后倒入浸膠槽中，將60-80份芳綸纖維經(jīng)烘道預(yù)熱烘烤后，通過浸膠槽，完全粘膠后經(jīng)過模具預(yù)固化定型，烘道完全固化，最后經(jīng)過壓輥牽引，收卷機收卷；3)將拉擠出的光纖增強芯放置于2200C -3000C的烘箱中，烘烤4h-7h，自然冷卻降溫后，得到高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯。
[0013]其中，步驟2)中芳綸預(yù)熱烘道溫度為75°C _115°C，浸膠槽溫度為30°C _60°C，模具溫度為95°C -130°C，固化烘道的溫度為220°C -260°C，收卷速度為300mm/ min-500mm/min0
[0014]本發(fā)明方案中，在基體樹脂中添加糠胺來引入呋喃基團，N, N’ -二苯甲烷雙馬來酰亞胺來引入酰亞胺基團，增加了基體環(huán)氧樹脂體系中的活性基團，從而增大樹脂交聯(lián)體系的交聯(lián)密度，同時引入的呋喃基團與酰亞胺基團之間可發(fā)生Diels-Alder熱可逆反應(yīng)，低溫下二者發(fā)生雙烯加成，加熱條件下則發(fā)生逆反應(yīng)，修復(fù)生產(chǎn)、運輸過程產(chǎn)生的部分增強芯體系中的裂紋損傷，以達到提高芳綸復(fù)合材料光纖復(fù)合材料增強芯的韌性、拉升強度以及耐熱性的目的。
[0015]此外，利用芳綸纖維為增強材料，熱固性樹脂為基體樹脂，經(jīng)拉擠工藝成型的芳綸復(fù)合材料光纖增強芯，相較于之前的增強芯具有更強的力學(xué)性能，拉伸強度多ISOOMPa,即使斷裂仍具有100MPa的強度，同時彎曲半徑更小，約為30mm，質(zhì)量更輕，約為玻纖光纖增強芯的一半，所以芳綸復(fù)合材料光纖增強芯是理想的光纜加強芯之一。
[0016]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:本發(fā)明制備的高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯，在基體樹脂中加入糠胺與N，N’ - 二苯甲烷雙馬來酰亞胺來引入呋喃基團與酰亞胺基團。一方面，加入的活性基團可增加基體樹脂固化后的交聯(lián)密度，從而提升其韌性、拉伸強度等力學(xué)性能；另一方面，增加的熱可逆自修復(fù)基團，在芳綸復(fù)合材料經(jīng)拉擠工藝高溫固化后，可修復(fù)部分層間裂紋損傷，再次達到提升韌性與拉伸強度的目的。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。
[0018]實施例1
I)在250ml裝有機械攪拌、溫度計、恒壓滴液漏斗和氮氣導(dǎo)入裝置的三口燒瓶中加入43g液體環(huán)氧樹脂，邊攪拌升溫至50°C，利用恒壓滴液漏斗在40min內(nèi)緩慢將5.5g糠胺滴加到液體環(huán)氧樹脂中，反應(yīng)溫度控制在65°C左右，恒溫反應(yīng)2h。繼續(xù)加入N，N’ -二苯甲烷雙馬來酰亞胺11.2g，甲基六氫苯酐13.2g，DMP-30促進劑0.2g，繼續(xù)恒溫反應(yīng)0.5h，冷卻得到制備高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯用的高韌性、可自修復(fù)的基體樹脂。
[0019]采用上述制備的60g基體樹脂，加入2g的氫氧化鋁，2g的活性碳酸鈣，2g的硬脂酸鋁。電動攪拌機攪拌均勻后倒入膠槽中。選用DuPont Kevlar K29 1500D型芳綸纖維150g為增強材料，在經(jīng)過90°C烘烤后，依次經(jīng)過浸膠槽浸膠、模具成型、烘道固化、壓輥牽引和收卷機收卷流程。其中，浸膠槽溫度為50°C，模具溫度為115°C，固化烘道溫度為240°C，牽引速度為300mm/min，初步制備出的芳纟侖復(fù)合材料增強芯直徑為0.52mm，其拉伸強度為1860MPa，最小彎曲直徑為15_。
[0020]將初步制得的芳綸復(fù)合材料增強芯放置于240°C的烘箱內(nèi)，繼續(xù)烘烤5h后自然冷卻，制成高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯，其拉伸強度可增加至1985MPa，最小彎曲直徑低于 10mnin
[0021]實施例2
在250ml裝有機械攪拌、溫度計、恒壓滴液漏斗和氮氣導(dǎo)入裝置的三口燒瓶中加入43g液體環(huán)氧樹脂，邊攪拌升溫至50°C，利用恒壓滴液漏斗在40min內(nèi)緩慢將Sg糠胺滴加到液體環(huán)氧樹脂中，反應(yīng)溫度控制在65°C左右，恒溫反應(yīng)2h。繼續(xù)加入N，N’ -二苯甲烷雙馬來酰亞胺14.8g，甲基六氫苯酐9.lg，DMP-30促進劑0.2g，繼續(xù)恒溫反應(yīng)0.5h，冷卻得到制備高韌性芳綸復(fù)合材料光纖增強芯用的高韌性、可自修復(fù)的基體樹脂。