本發(fā)明涉及光纜，具體涉及一種光纜護(hù)套用復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，通信技術(shù)尤其是光纖通信的需求急劇增加。光纖由于其高速、低損耗的特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于長途通信、數(shù)據(jù)傳輸、互聯(lián)網(wǎng)接入等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的核心基礎(chǔ)設(shè)施。光纜作為光纖的重要保護(hù)層，不僅需要確保光纖的物理保護(hù)，還需要在不同的環(huán)境下承受溫度變化、濕度、化學(xué)腐蝕等挑戰(zhàn)。因此，光纜的外護(hù)套材料必須具備優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性和耐高溫性能，以保證光纖在復(fù)雜環(huán)境中的長期穩(wěn)定運(yùn)行。隨著對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求提升，開發(fā)新型環(huán)保且高性能的光纜護(hù)套用復(fù)合材料成為了光纜制造行業(yè)的研究重點。

2、目前光纜護(hù)套用材料大多采用傳統(tǒng)的熱塑性聚合物材料，如聚氯乙烯、聚乙烯或聚氨酯等。這些材料雖然具有一定的耐溫、耐化學(xué)腐蝕性和力學(xué)強(qiáng)度，但在一些特殊環(huán)境下（即高溫、極寒、化學(xué)腐蝕、高輻射、海洋和高壓環(huán)境），仍然存在一定的不足，例如，在極端高溫、低溫環(huán)境或海底光纜的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的光纜護(hù)套用材料無法有效滿足高性能要求，導(dǎo)致光纜保護(hù)層出現(xiàn)老化、龜裂等問題，雖然采用玻璃纖維或其他增強(qiáng)材料可以提升復(fù)合材料的強(qiáng)度，但其對基體的結(jié)合力較弱，導(dǎo)致增強(qiáng)材料與基體之間界面粘接不牢固，從而影響復(fù)合材料的整體性能。

3、因此，本方案提供了一種結(jié)合力強(qiáng)、高性能的光纜護(hù)套用復(fù)合材料及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種光纜護(hù)套用復(fù)合材料及其制備方法，使增強(qiáng)材料與基體之間界面粘接牢固，且確保光纜在高溫、高濕或電磁干擾環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作，且可回收重復(fù)加工，有效減少污染，更加環(huán)保且節(jié)約成本。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、設(shè)計一種光纜護(hù)套用復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、提供耐溫單體、功能單體及三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；令耐溫單體和功能單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物，并對三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，所述功能單體包括動態(tài)共價鍵單體和低溫交聯(lián)單體；

5、s2、將所述熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物、表面處理后的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料、多功能納米雜化填料、生物基增塑劑、抗氧劑、光穩(wěn)劑及阻燃劑按預(yù)設(shè)比例混合，混合過程中，攪拌速度為1000-1500rpm，時間為15-20分鐘，熱壓溫度為150-180℃，壓力為10-15mpa，持續(xù)5-10分鐘，得到預(yù)混料；

6、s3、將溫度響應(yīng)型動態(tài)共價鍵引入所述預(yù)混料中，得到預(yù)制材料；使用溶膠-凝膠法將涂層材料涂覆到所述預(yù)制材料表面；將所述預(yù)制材料通過擠出成型工藝進(jìn)行成型，得到光纜護(hù)套用復(fù)合材料；其中，所述涂層材料包括涂層基底和自修復(fù)功能化分子，厚度控制在5-10μm。

7、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s1具體包括：

8、s11、在反應(yīng)釜中按1:（1.1-1.2）的比例加入耐溫單體與動態(tài)共價鍵單體，并加入反應(yīng)溶劑，所述反應(yīng)溶劑包括二甲苯、甲苯中的至少一種，再加入交聯(lián)劑，調(diào)節(jié)熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物的交聯(lián)度在40-70%之間，在180-220℃的溫度條件下反應(yīng)4-6小時，攪拌速度為200-500rpm，其中，所述耐溫單體包括聚醚二醇、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種，所述動態(tài)共價鍵單體包括呋喃化熱塑性聚氨酯、馬來酰亞胺單體中的至少一種，所述交聯(lián)劑包括二硫化物交聯(lián)劑苯、并噻二唑交聯(lián)劑中的至少一種；

9、s12、將所述熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物冷卻至室溫，然后浸泡在乙醇中進(jìn)行洗滌，在60℃下進(jìn)行干燥，控制水分含量小于0.1%；

10、s13、維持溫度和攪拌速度不變，加入低溫交聯(lián)單體，其中，所述低溫交聯(lián)單體包括聚乙烯醇、氨基化聚氨酯中的至少一種，得到所述熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物；

11、s14、將所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料浸泡在濃度為0.5-2%的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中進(jìn)行硅烷化處理，溫度設(shè)定為40-60℃，反應(yīng)時間2-4小時；

12、s15、在所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料中加入光敏交聯(lián)劑，其中，所述光敏交聯(lián)劑包括苯乙烯類光交聯(lián)劑、二苯甲酮類光交聯(lián)劑、苯并噻二唑類交聯(lián)劑中的至少一種；

13、s16、將加入光敏交聯(lián)劑的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料通過乙醇清洗去除多余的表面物質(zhì)，在60℃下烘干，控制水分含量小于0.1%。

14、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s3具體包括：

15、s31、在預(yù)混料中加入溫度響應(yīng)型動態(tài)共價鍵基團(tuán)組分，設(shè)置反應(yīng)溫度為180-200℃，反應(yīng)時間為2-3小時，溫度響應(yīng)型動態(tài)共價鍵基團(tuán)組分的加入質(zhì)量占預(yù)混料質(zhì)量的5-10%，得到預(yù)備材料，其中，所述溫度響應(yīng)型動態(tài)共價鍵基團(tuán)組分包括二硫鍵；

16、s32、將預(yù)備材料在-20-0℃冷凍50-60分鐘，然后通過紫外光照射，紫外線波長設(shè)定在320-400nm，強(qiáng)度為10-20mw/cm2，照射時間為5-10分鐘，得到預(yù)制材料。

17、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟s32之后還包括：

18、s33、將涂層基底與自修復(fù)功能化分子按照質(zhì)量比為1：1的比例溶解于乙醇中，并加入γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，攪拌均勻后，加入催化劑，在25-40℃下反應(yīng)50-60分鐘，得到涂層材料；其中，所述涂層基底包括納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米氧化鋁、石墨烯中的至少一種，所述自修復(fù)功能化分子包括自修復(fù)聚氨酯、自修復(fù)丙烯酸酯中的至少一種，所述催化劑包括鹽酸、氯水中的一種；

19、s34、將預(yù)制材料浸入涂層材料中，浸泡時間為5-10秒，然后取出并使其自然滴干，采用紫外線照射固化，波長范圍設(shè)置為320-400nm，照射強(qiáng)度為10-20mw/cm2，照射時間為5-10分鐘。

20、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟s34之后還包括：

21、s35、將涂覆有涂層材料的預(yù)制材料加入雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)設(shè)置有至少三個溫區(qū)，通過梯度塑化得到塑化熔體，其中，所述溫區(qū)包括，第一區(qū)、第二區(qū)和第三區(qū)，第一區(qū)的溫度為120-130℃，在第一區(qū)的停留時間為30-40秒，第一區(qū)的螺桿轉(zhuǎn)速為50-60rpm，第二區(qū)的溫度為150-160℃，在第二區(qū)的停留時間為20-25秒，第二區(qū)的螺桿轉(zhuǎn)速為70-80rpm，第二區(qū)的剪切速率為100-120s-1，第三區(qū)的溫度為180-190℃，在第三區(qū)的停留時間為15-20秒，第三區(qū)的剪切速率為130-150s-1；

22、s36、將所述塑化熔體注入微溝槽成型模具，其中微溝槽成型模具的溝槽深度0.2-0.5mm，對微溝槽成型模具壓合以及傾斜，并同步施加軸向振動，冷卻至室溫得到光纜護(hù)套用復(fù)合材料，其中，微溝槽成型模具的傾斜角度為傾角30-45°，微溝槽成型模具的壓合壓力為8-12mpa，振動頻率為10-15hz，振幅0.1-0.3mm，持續(xù)5-8分鐘。

23、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟s2中，按重量百分比計算，熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物占50-60%，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料占15-20%，多功能納米雜化填料占3-5%，生物基增塑劑占8-10%，抗氧劑占0.5-1.0%，光穩(wěn)劑占0.5-1.0%，阻燃劑占2-3%。

24、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟s1中，在步驟s1中，所述三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料包括三維碳纖維網(wǎng)絡(luò)、三維芳綸纖維網(wǎng)絡(luò)、氧化鋁纖維網(wǎng)絡(luò)和碳化硅纖維網(wǎng)絡(luò)中的至少一種。

25、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟s2中，所述多功能納米雜化填料包括納米二氧化硅@石墨烯、納米二氧化鈦@碳納米管、蒙脫土@氮化硼、石墨烯@碳化硅、多孔碳@納米氧化鋁、氧化鐵@納米二氧化硅中的至少一種。

26、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟s2中，所述生物基增塑劑包括檸檬酸三乙酯、檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油、環(huán)氧蓖麻油、聚乳酸增塑劑或乙?；瘑胃视王ブ械闹辽僖环N；

27、所述抗氧劑包括β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,2'-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚、三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、雙(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯或雙(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯中的至少一種；

28、所述光穩(wěn)劑包括苯丙三唑類光穩(wěn)定劑@納米二氧化硅、二苯甲酮類光穩(wěn)定劑@納米二氧化鈦、受阻胺類光穩(wěn)定劑@聚甲基丙烯酸甲酯、沸石咪唑酯骨架材料@苯丙三唑類光穩(wěn)定劑中的至少一種；

29、所述阻燃劑包括聚磷酸銨、次磷酸鋁、氫氧化鎂、氫氧化鋁、三聚氰胺聚磷酸鹽、三聚氰胺氰尿酸鹽、硅酮阻燃劑、納米二氧化硅、植酸、木質(zhì)素衍生物、膨脹石墨、聚磷酸銨-季戊四醇-三聚氰胺體系中的至少一種。

30、本發(fā)明提出了一種光纜護(hù)套用復(fù)合材料，由如上所述的光纜護(hù)套用復(fù)合材料的制備方法制備得到，光纜護(hù)套用復(fù)合材料的組分包括熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物、三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料、多功能納米雜化填料、生物基增塑劑、抗氧劑、光穩(wěn)劑和阻燃劑。

31、本發(fā)明提供了一種光纜護(hù)套用復(fù)合材料及其制備方法，具備以下有益效果：

32、該光纜護(hù)套用復(fù)合材料及其制備方法通過耐溫單體與功能單體共聚反應(yīng)，合成熱塑性動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)聚合物作為基體材料，有效提高了附著性，同時基體材料具有熱塑性與動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的特性，能夠在溫度、紫外線、機(jī)械力等外部環(huán)境刺激下通過自修復(fù)機(jī)制修復(fù)微裂紋，確保光纜護(hù)套的長期穩(wěn)定性，動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡(luò)使基體材料在深海低溫下保持穩(wěn)定交聯(lián)強(qiáng)度，而遇局部高溫可逆解離實現(xiàn)自修復(fù)，避免傳統(tǒng)材料因微裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的護(hù)套失效，表面處理的三維網(wǎng)狀增強(qiáng)材料與基體材料形成強(qiáng)界面結(jié)合形成強(qiáng)韌界面，有效提升抗拉強(qiáng)度，以及提升與附著基體-光纜的結(jié)合力和界面剝離強(qiáng)度，同時納米雜化填料通過界面滑移效應(yīng)抑制低溫高壓環(huán)境裂紋擴(kuò)展，降低材料斷裂伸長率，溶膠-凝膠涂層中自修復(fù)分子可觸發(fā)修復(fù)反應(yīng)，有效抵御低溫高壓侵蝕，溶膠-凝膠涂層中自修復(fù)分子可響應(yīng)海水滲透自動修復(fù)微損傷，避免鹽離子腐蝕光纖，減少維護(hù)成本，本方法制備的護(hù)套材料在海洋高壓環(huán)境中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自適應(yīng)增強(qiáng)，且耐壓抗?jié)B以及長效防護(hù)的全鏈條性能提升，提高了復(fù)合材料的機(jī)械性能和電磁屏蔽能力，確保光纜在高溫、高濕或電磁干擾環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作，且可回收重復(fù)加工，有效減少污染，更加環(huán)保且節(jié)約成本。