一種超疏水電線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超疏水電線及其制備方法，包括：將聚丙烯腈溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，得到前驅(qū)體溶液；以多孔陽極氧化鋁為模版，將聚四氟乙烯薄膜貼于所述多孔陽極氧化鋁的下方，以N,N-二甲基甲酰胺和脫氣水為固化溶液，將所述前驅(qū)體溶液擠出，得到負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜，然后卷繞在涂覆有聚乙烯的電線表面；將電線浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。由于聚丙烯腈層具有超細纖維結(jié)構(gòu)，從而為薄膜材料提供了超粗糙表面，涂覆極疏水的氟烷基硅氧烷后得到超疏水電線。本發(fā)明采用的原料價格低廉，且工藝簡單，可操作性強，有益于工業(yè)化的擴大生產(chǎn)及推廣應(yīng)用，制備的超疏水電線具有良好的超疏水性能。
【專利說明】一種超疏水電線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種超疏水電線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國電力行業(yè)的迅猛發(fā)展以及國內(nèi)對電能需求的不斷提高，遠距離輸電勢在必行，而海底電線電纜因其在跨越復(fù)雜地形中的優(yōu)勢，在遠距離電力傳輸中被廣泛應(yīng)用。由于海底電線電纜在使用中直接暴露于海水中，易被海水帶來嚴重影響，因此，海底電線電纜采用超疏水材料制備。
[0003]目前超疏水材料的研究已經(jīng)十分成熟，通過熔融烷基烯酮二聚體的固化、聚丙烯的等離子體聚合/刻蝕以及相分離等手段得到粗糙表面，并使用氟烷基硅氧烷涂覆即可實現(xiàn)多種不同方式得到超疏水表面。
[0004]但就以上幾種手段來說，熔融烷基烯酮二聚體的固化溫度的選擇具有難度、等離子體聚合/刻蝕的成本較高和效率較低，以及相分離手段受溫度濕度的影響較大，實際大規(guī)模生產(chǎn)中無法保證均一性等問題，使得上述超疏水表面制造手段無法在工業(yè)上進行擴大及推廣。
[0005]與上述方法相比，模版法是材料領(lǐng)域一種常用方法，能從材料結(jié)構(gòu)上對材料的功能進行合理有效的調(diào)控，從而使材料滿足各方面的需求，因此在薄膜生長、納米器件制備等方面均具有非常廣泛的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明人考慮，采用模版法制備一種具有超疏水表面的超疏水電線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種超疏水電線及其制備方法，該方法工藝簡單，制備的超疏水電線具有良好的超疏水性能。
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種超疏水電線的制備方法，包括以下步驟:
步驟a)將聚丙烯腈溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，得到前驅(qū)體溶液；
步驟b)以多孔陽極氧化鋁為模版，將聚四氟乙烯薄膜貼于所述多孔陽極氧化鋁的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脫氣水為固化溶液，將所述前驅(qū)體溶液擠出，得到負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜；
步驟c)將所述負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜卷繞在涂覆有聚乙烯的電線表
面；
步驟d)將步驟c)得到的電線浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。
[0009]優(yōu)選的，所述聚丙烯腈的數(shù)均分子量為10000(Tl50000。
[0010]優(yōu)選的，所述聚丙烯腈與N，N- 二甲基甲酰胺的質(zhì)量體積比為18?22g:100ml。
[0011]優(yōu)選的，所述多孔陽極氧化鋁的孔徑為100nnTl20nm。
[0012]優(yōu)選的，所述N，N_ 二甲基甲酰胺和脫氣水的重量比為4:6。
[0013]優(yōu)選的，所述擠出壓力為0.09 MPa?0.1 IMPa。[0014]優(yōu)選的，所述步驟d)具體為:
將氟烷基硅氧烷溶解在甲醇中，然后加入水進行水解反應(yīng)，得到水解硅烷溶液；
將步驟c)得到的電線浸泡于所述水解硅烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。
[0015]優(yōu)選的，所述浸泡的時間為廣3小時。
[0016]優(yōu)選的，所述烘干的溫度為140°C。
[0017]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案制備的超疏水電線。
[0018]本發(fā)明提供了一種超疏水電線及其制備方法，包括以下步驟:將聚丙烯腈溶解在N, N-二甲基甲酰胺中，得到前驅(qū)體溶液；以多孔陽極氧化鋁為模版，將聚四氟乙烯薄膜貼于所述多孔陽極氧化鋁的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脫氣水為固化溶液，將所述前驅(qū)體溶液擠出，得到負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜；將所述負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜卷繞在涂覆有聚乙烯的電線表面；將上述得到的電線浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。在本發(fā)明中，由于聚丙烯腈層具有超細纖維結(jié)構(gòu)，從而為薄膜材料提供了超粗糙表面，再進一步涂覆極疏水的氟烷基硅氧烷后，即得到具有超疏水表面的超疏水電線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的原料價格低廉，且工藝簡單，可操作性強，有益于工業(yè)化的擴大生產(chǎn)及推廣應(yīng)用，制備的超疏水電線具有良好的超疏水性能。
[0019]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例1制備負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜的工序示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例2的工序不意圖；
圖3為本發(fā)明實施例3氟烷基硅氧烷涂覆工序示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例3制備的超疏水電線的光學(xué)接觸角圖像。
【具體實施方式】
[0021]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0022]本發(fā)明實施例公開了一種超疏水電線的制備方法，包括以下步驟:步驟a)將聚丙烯腈溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，得到前驅(qū)體溶液；步驟b)以多孔陽極氧化鋁為模版，將聚四氟乙烯薄膜貼于所述多孔陽極氧化鋁的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脫氣水為固化溶液，將所述前驅(qū)體溶液擠出，得到負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜；步驟c)將所述負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜卷繞在涂覆有聚乙烯的電線表面；步驟d)將步驟c)得到的電線浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。
[0023] 在步驟a)中，所述聚丙烯腈的數(shù)均分子量優(yōu)選為100000-150000，更優(yōu)選為110000-130000，更優(yōu)選為120000。若分子量太小，則無法得到比較剛性的微纖維。若分子
量太大，則溶解度不好，甚至無法擠出成型。
[0024]所述聚丙烯腈與N，N- 二甲基甲酰胺的質(zhì)量體積比優(yōu)選為18~22g:100ml，更優(yōu)選為19~21g:100ml，更優(yōu)選為20g:100ml。在所述步驟a)中，優(yōu)選在6(T80°C下攪拌，更優(yōu)選在70°C下攪拌，得到前驅(qū)體溶液。[0025]在所述步驟b)中，由于固化溶液對聚丙烯腈(PAN)的溶解度很差，因此聚丙烯腈會固化成膜，且膜上具有納米聚合物纖維結(jié)構(gòu)。
[0026]所述N，N- 二甲基甲酰胺和脫氣水的重量比優(yōu)選為4:6。所述多孔陽極氧化鋁的孔徑優(yōu)選為100nnTl20nm，更優(yōu)選為所述多孔陽極氧化鋁的孔徑為IOOnnTl 15nm ;所述多孔陽極氧化鋁的平均孔徑優(yōu)選為112?114nm，更優(yōu)選為113.5nm。若模版孔徑過大，則擠出纖維過粗，無法得到有效的納米微相結(jié)構(gòu)；若模版孔徑過小，則擠出困難，容易塞孔，不利于得到均勻的超疏水薄膜。
[0027]按照本發(fā)明，所述擠出壓力優(yōu)選為0.09 MPa?0.llMPa，更優(yōu)選為0.1MPa。若擠出壓力過大，則易成長絲狀纖維而發(fā)生團結(jié)，不利于得到好的超疏水薄膜；若擠出壓力過小，則易形成珠狀，而非纖維狀微相結(jié)構(gòu)，也不利于得到好的超疏水薄膜。
[0028]得到負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜之后，優(yōu)選利用去離子水清洗。
[0029]在所述步驟c)中，將負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜卷繞在涂覆有聚乙烯的電線表面之后，優(yōu)選經(jīng)過熱流空氣烘干。
[0030]所述步驟d)具體為:將氟烷基硅氧烷溶解在甲醇中，然后加入水進行水解反應(yīng)，得到水解硅烷溶液；將步驟c)得到的電線浸泡于所述水解硅烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。
[0031]其中，所述氟烷基硅氧烷優(yōu)選為十七氟癸基三甲氧基硅烷。所述浸泡的時間優(yōu)選為廣3小時，更優(yōu)選為I小時。所述烘干的溫度優(yōu)選為140°C ;所述烘干的時間優(yōu)選為廣3小時，更優(yōu)選為I小時。
[0032]在本發(fā)明中，由于聚丙烯腈層具有超細纖維結(jié)構(gòu)，從而為薄膜材料提供了超粗糙表面，再進一步涂覆極疏水的氣燒基娃氧燒后，即得到具有超疏水表面的超疏水電線。本發(fā)明制備的超疏水電線在用電安全領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于海底電線電纜的架設(shè)。
[0033]本發(fā)明采用的原料價格低廉，且工藝簡單，可操作性強，有益于工業(yè)化的擴大生產(chǎn)及推廣應(yīng)用，制備的超疏水電線具有良好的超疏水性能。
[0034]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。在這些實施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均為按重量計。
[0035]本發(fā)明實施例采用的化學(xué)試劑均為市購。
[0036]實施例1:
如圖1所示，為本實施例制備負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜工序示意圖(固化池未畫出)。
[0037]將50 g(M=120000)聚丙烯腈(PAN)溶解在250 mL N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，70°C攪拌溶解得到18%的前驅(qū)體溶液。
[0038]IL 40%的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF )和60%的脫氣水作為固化池。使用平均孔徑為113.5nm的多孔陽極氧化招(25cm*10cm)為模版。
[0039]在模版下方緊貼一層聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，并將前驅(qū)體溶液通入模版槽中。
[0040]以水泵提供的壓力(0.1MPa)將前驅(qū)體溶液擠入固化溶液中。按牽拉方向移走負載了聚丙烯腈(PAN)層的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。并用去離子水沖洗幾次。[0041]實施例2:
如圖2所示，為本實施例將負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜卷繞聚乙烯初步涂覆電線的工序不意圖。
[0042]將上述得到的負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜，卷繞在初步涂覆了聚乙烯層的電線表面。按牽拉方向進入烘干箱，鼓入熱空氣烘干。
[0043]實施例3:
如圖3所7]^，為本實施例氣烷基硅氧烷涂覆工序意圖。
[0044]100 g十七氟癸基三甲氧基硅烷溶解在I L甲醇中，加入5 g水在室溫下進行水解得到水解硅烷溶液。然后將上述電線半成品浸入灌滿水解后的硅烷溶液的浸泡池中，浸泡Ih0之后按牽拉方向進入烘干箱，140°C烘干lh，即可得到成品。
[0045]實施例4:
對所得到的電線外包材料進行水接觸角分析，接觸角測試通過德國KRUSS光學(xué)接觸角測量儀DSA100實施，結(jié)果接觸角(CA)為156.3° ±1.5°，滑移角小于4°。
[0046]接觸角測試結(jié)果圖見附圖4。
[0047]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行
若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0048]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超疏水電線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟a)將聚丙烯腈溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，得到前驅(qū)體溶液； 步驟b)以多孔陽極氧化鋁為模版，將聚四氟乙烯薄膜貼于所述多孔陽極氧化鋁的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脫氣水為固化溶液，將所述前驅(qū)體溶液擠出，得到負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜； 步驟c)將所述負載了聚丙烯腈層的聚四氟乙烯薄膜卷繞在涂覆有聚乙烯的電線表面； 步驟d)將步驟c得到的電線浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的數(shù)均分子量為100000~150000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚丙烯腈與N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量體積比為18~22g:100ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述多孔陽極氧化鋁的孔徑為100nnTl20nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述N，N-二甲基甲酰胺和脫氣水的重量比為4:6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述擠出壓力為0.09 MPa^0.1lMPa0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟d)具體為: 將氟烷基硅氧烷溶解在甲醇中，然后加入水進行水解反應(yīng)，得到水解硅烷溶液； 將步驟c)得到的電線浸泡于所述水解硅烷溶液中，烘干，得到超疏水電線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述浸泡的時間為f3小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述烘干的溫度為140°C。
10.一種權(quán)利要求1、任意一項制備的超疏水電線。
【文檔編號】H01B13/32GK103996467SQ201410248279
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】魏亮, 翁挺, 吳涵 申請人:寧波高新區(qū)夏遠科技有限公司