一種高韌性芳綸復合材料光纖增強芯及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光纖非金屬增強復合材料，具體是一種高韌性芳綸復合材料光纖增強芯及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著光纖入戶(FTTH)大環境的普及，給光纖增強材料的發展升級帶來了機遇。傳統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)化學穩定性較差，易被腐蝕，大大降低了光纖的使用壽命；3)、易產生靜電，在雷雨天氣對信號有干擾等缺點。現已逐漸被非金屬復合材料所替代。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合，雖然具有輕質高強、耐腐蝕、抗靜電等優點，但玻璃纖維自身較脆，導致其拉擠速率受限，一旦發生斷裂就無法再使用，廢品率高，并且成品彎曲半徑大，復雜室內環境布線難。
[0003]近年來，狄爾斯-阿爾德(Diels-Alder)雙烯可逆加成反應是研究復合材料自修復的熱點之一。通過在反應體系中引入Diels-Alder反應所需的含閉環的碳碳雙鍵基團，利用該反應低溫下雙烯加成和加熱條件下發生逆反應實現材料的可逆修復功能。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供一種高韌性、高強度、耐熱性好的芳綸復合材料光纖增強芯及其制備方法。
[0005]本發明采用如下技術方案:一種高韌性芳綸復合材料光纖增強芯，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氧樹脂的混合型樹脂，包括以下重量份的物質:
液體環氧樹脂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，所述液體環氧樹脂為雙酚A縮水甘油醚型環氧樹脂，環氧當量為163g/mol_188g/molο
[0007]優選地，所述固化劑為六氫苯酐或甲基六氫苯酐。
[0008]優選地，所述促進劑為DMP-30或三乙胺。
[0009]優選地，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，提高了生產效率和產品合格率，并且芯材表面更光滑、平整。
[0012]上述高韌性芳綸復合材料光纖增強芯的制備方法，分為兩個階段:a)芳綸纖維經烘道預熱、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)經由烘箱加熱，完成的增強芯復合材料自修復階段；具體包括以下步驟:1)將20-45份液體環氧樹脂置于容器中，加熱到50°C，攪拌，緩慢滴加5-15份糠胺，控制反應溫度45°C _75°C，反應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份芳綸纖維經烘道預熱烘烤后，通過浸膠槽，完全粘膠后經過模具預固化定型，烘道完全固化，最后經過壓輥牽引，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，得到高韌性芳綸復合材料光纖增強芯。
[0013]其中，步驟2)中芳綸預熱烘道溫度為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，增加了基體環氧樹脂體系中的活性基團，從而增大樹脂交聯體系的交聯密度，同時引入的呋喃基團與酰亞胺基團之間可發生Diels-Alder熱可逆反應，低溫下二者發生雙烯加成，加熱條件下則發生逆反應，修復生產、運輸過程產生的部分增強芯體系中的裂紋損傷，以達到提高芳綸復合材料光纖復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，經拉擠工藝成型的芳綸復合材料光纖增強芯，相較于之前的增強芯具有更強的力學性能，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，質量更輕，約為玻纖光纖增強芯的一半，所以芳綸復合材料光纖增強芯是理想的光纜加強芯之一。
[0016]本發明具有如下優點:本發明制備的高韌性芳綸復合材料光纖增強芯，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密度，從而提升其韌性、拉伸強度等力學性能；另一方面，增加的熱可逆自修復基團，在芳綸復合材料經拉擠工藝高溫固化后，可修復部分層間裂紋損傷，再次達到提升韌性與拉伸強度的目的。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步的說明，但本發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入裝置的三口燒瓶中加入43g液體環氧樹脂，邊攪拌升溫至50°C，利用恒壓滴液漏斗在40min內緩慢將5.5g糠胺滴加到液體環氧樹脂中，反應溫度控制在65°C左右，恒溫反應2h。繼續加入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，繼續恒溫反應0.5h，冷卻得到制備高韌性芳綸復合材料光纖增強芯用的高韌性、可自修復的基體樹脂。
[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，在經過90°C烘烤后，依次經過浸膠槽浸膠、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合材料增強芯放置于240°C的烘箱內，繼續烘烤5h后自然冷卻，制成高韌性芳綸復合材料光纖增強芯，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入裝置的三口燒瓶中加入43g液體環氧樹脂，邊攪拌升溫至50°C，利用恒壓滴液漏斗在40min內緩慢將Sg糠胺滴加到液體環氧樹脂中，反應溫度控制在65°C左右，恒溫反應2h。繼續加入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，繼續恒溫反應0.5h，冷卻得到制備高韌性芳綸復合材料光纖增強芯用的高韌性、可自修復的基體樹脂。