專利名稱：用于纜線的柔性加強(qiáng)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的柔韌性和高拉伸強(qiáng)度的纖維增強(qiáng)塑料材料，其用作光纜中的加強(qiáng)件。2.相關(guān)技術(shù)描述本發(fā)明涉及用于光纖纜線(FOC)的加強(qiáng)件的構(gòu)造。由于不存在金屬導(dǎo)體，光纖纜線依賴于包含加強(qiáng)件的設(shè)計(jì)來為纖維提供充分的保護(hù)，使其免于受到在安裝過程中或之后在服務(wù)過程中的縱向和橫向應(yīng)力的破壞。加強(qiáng)件通常由纖維增強(qiáng)塑料(FRP)，也稱為玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)制得。纖維增強(qiáng)塑料是由用纖維增強(qiáng)的聚合物基材制得的復(fù)合材料。纖維通常為玻璃(最普遍)、碳或芳族聚酰胺，而傳統(tǒng)上聚合物通常為環(huán)氧樹脂或乙烯基酯。使用常規(guī)的樹脂體系時(shí)，F(xiàn)RP非常堅(jiān)硬。對(duì)直徑2毫米(mm)的桿而言，F(xiàn)RP通常具有高于6xlO_3Pa m4的彎曲勁度，導(dǎo)致光纖纜線很難彎曲。雖然高的彎曲勁度在一些戶外應(yīng)用(即，安裝過程中有時(shí)需要將纜線“推”進(jìn)小直徑導(dǎo)管)中是有利的，但對(duì)于在那些纜線需要進(jìn)入建筑物之內(nèi)并且進(jìn)行幾次轉(zhuǎn)向之后才能到達(dá)目的地的其它應(yīng)用(戶外/戶內(nèi))而言，高彎曲勁度是非常 不合乎需要的。為了增加纜線的柔韌性，不得不減小FRP的尺寸(這將降低纜線總的拉伸強(qiáng)度)或者改變纜線的設(shè)計(jì)。例如，一些纜線制造商就將傳統(tǒng)的具有中心加強(qiáng)件的圓FOC光纜改變?yōu)橐环N扁平的“帶狀”纜線，該扁平的“帶狀”的纜線采用具有多根沿其寬度方向平行的FRP的平面幾何形狀(并非圓形)。在所述扁平纜線設(shè)計(jì)中使用的FRP具有相對(duì)較小的直徑，但其總的拉伸強(qiáng)度等同于傳統(tǒng)的圓纜線。與傳統(tǒng)的具有中心加強(qiáng)件的圓纜線相比，扁平纜線的設(shè)計(jì)在一個(gè)軸(沿其寬度方向)上提供較高的柔韌性，同時(shí)保持纜線的總拉伸強(qiáng)度不變。然而改變纜線設(shè)計(jì)卻會(huì)造成更高的制造復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
在一種實(shí)施方式中本發(fā)明為一種加強(qiáng)件，包含:(a)基于聚丙烯的熱塑性樹脂組合物和(b)具有高于80吉帕斯卡(GPa)模量的連續(xù)纖維。所述基于聚丙烯的熱塑性樹脂可另外包含增強(qiáng)填料，例如滑石(talc)?？衫盟鼋M合物來制造線材和纜線具體是光纖纜線的加強(qiáng)件。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明為制造加強(qiáng)件的方法，包含如下步驟:(a)加熱基于聚丙烯的樹脂組合物，該組合物任選包括填料，在擠出機(jī)，優(yōu)選在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行，以形成熔融的填充復(fù)合物(compound) ； (b)將連續(xù)纖維加入擠出機(jī)，以結(jié)合熔融的填充復(fù)合物來形成潤(rùn)濕的纖維填充的復(fù)合物束(bundle);和(c)使?jié)櫇竦睦w維填充的復(fù)合物束通過模頭(die)，形成加強(qiáng)件。


圖1是FRP拉伸模量相對(duì)于彎曲勁度的關(guān)系圖。優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述定義除非相反地指出，從上下文暗示或現(xiàn)有技術(shù)慣例，所有的份和百分比均基于重量，而且所有的測(cè)試方法是與本申請(qǐng)的提交日期同步的。針對(duì)美國(guó)專利實(shí)踐的目的，任何涉及的專利、專利申請(qǐng)或公開的內(nèi)容在此全部引入作為參考(或其等價(jià)的US同族也引入作為參考)，特別是關(guān)于本領(lǐng)域中的定義(不與本申請(qǐng)具體提供的任何定義不一致)和常識(shí)的披露。本申請(qǐng)中的數(shù)字范圍是近似值，因此除非另有所指，否則其可以包括該范圍以外的值。數(shù)值范圍包括以I個(gè)單位增加的從下限值到上限值的所有數(shù)值，條件是在任意較低值與任意較高值之間存在至少2個(gè)單位的間隔。例如，如果記載組成、物理或其它性質(zhì)，如分子量等是100至1，000,則意味著明確地列舉了所有的單個(gè)數(shù)值，如100、101、102等，以及所有的子范圍，如100至144、155至170、197至200等。對(duì)于包含小于I的數(shù)值或者包含大于I的分?jǐn)?shù)(例如1.1、1.5等)的范圍，適當(dāng)時(shí)將I個(gè)單位看作0.0001,0.001,0.01或
0.1。對(duì)于包含小于10 (例如I至5)的個(gè)位數(shù)的范圍，通常將I個(gè)單位看作0.1。這些僅僅是具體所意指的內(nèi)容的示例，并且所列舉的最低值與最高值之間的數(shù)值的所有可能組合都被認(rèn)為清楚記載在本申請(qǐng)中。本申請(qǐng)內(nèi)的數(shù)字范圍尤其提供了本發(fā)明組合物中各種組分的含量、工藝參數(shù)等。

“熱塑性”材料是一種線性或支化的聚合物，其在受熱時(shí)可被反復(fù)地軟化并使得可流動(dòng)，并且當(dāng)冷卻至室溫時(shí)又返回至堅(jiān)硬狀態(tài)。在本發(fā)明的上下文中，使用ASTM D638-72方法，所述熱塑性材料一般具有大于10，OOOpsi (68.95 MPa)的彈性模量。另外，當(dāng)受熱至軟化狀態(tài)時(shí)，熱塑性材料可被模塑或擠出成具有任何預(yù)定形狀的制品?！盎诒┑木酆衔铩笔侵负卸鄶?shù)重量百分比的聚合的丙烯單體的聚合物(基于可聚合單體的總量)，并且任選含有至少一種可聚合的共單體。根據(jù)ASTM D638測(cè)量斷裂拉伸強(qiáng)度。這里使用的“連續(xù)纖維”是在整根紗線的長(zhǎng)度上都為連續(xù)的纖維。取決于紗線的尺寸，連續(xù)纖維的長(zhǎng)度可在較大范圍如5到30km內(nèi)變化。加強(qiáng)件本發(fā)明所述的加強(qiáng)件包含熱塑性樹脂組合物和在所述加強(qiáng)件制造過程中作為增強(qiáng)材料的連續(xù)纖維?？尚械睦w維包括但并不局限于玻璃、芳族聚酰胺、聚酯、高分子量聚乙烯和碳纖維。本發(fā)明的纖維通常具有高于SOGPa的模量，優(yōu)選為80-90GPa。與在光纖纜線中采用的傳統(tǒng)FRP相比，所述加強(qiáng)件在保持高拉伸強(qiáng)度的同時(shí)具有更高的柔韌性。加強(qiáng)件的柔韌性通過其彎曲勁度來表征，彎曲勁度通過有效的樹脂配制物可在寬泛的范圍內(nèi)調(diào)整，例如，約 0.1x10 3 至約 2.5x10 3Pa m4、0.1x10 3 至約 6.0x10 3Pa m4、3.0x10 3 至 6.5x10 3Pam4和優(yōu)選地3.26xl(T3至約6.08xl(T3Pa m4。所述加強(qiáng)件的FRP拉伸模量通常介于49GPa和59GPa之間。
樹脂組合物本發(fā)明采用含有基于聚丙烯的熱塑性材料的組合物作為其樹脂體系。表I顯示出所述樹脂體系的可行配制物?？梢匀芜x地在配制物中使用多種含量水平的滑石作為填料，來調(diào)整樹脂的拉伸模量以及因此調(diào)整加強(qiáng)件的彎曲勁度?？尚缘奶盍习ǖ幌抻诨蚱渌鰪?qiáng)填料。相對(duì)于樹脂組合物的重量而言，滑石通常以0、15或30重量百分比存在。表I樹脂組合物的配制物
權(quán)利要求
1.一種加強(qiáng)件，包含: (a)基于聚丙烯的熱塑性樹脂組合物；和 (b)模量大于SOPGa的連續(xù)纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件，其中所述熱塑性樹脂組合物還包含增強(qiáng)填料。
3.如權(quán)利要求2所述的加強(qiáng)件，其中所述的增強(qiáng)填料為滑石。
4.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件，其中所述的連續(xù)纖維選自玻璃、芳族聚酰胺、聚酯、高分子量聚乙烯、和碳纖維。
5.如權(quán)利要求3所述的加強(qiáng)件，還包含: (a)lwt%至30wt%的滑石，基于熱塑性樹脂組合物的重量；和 (b)模量為80Gpa至90GPa的連續(xù)纖維。
6.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件，其中所述熱塑性樹脂組合物還包含至少一種抗氧化齊U、加工穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑和粘合性樹脂。
7.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件,具有對(duì)2mm直徑的加強(qiáng)件而言小于2.5xl(T3Pa m4并大于0.lxlO_3Pa m4的彎曲勁度和大于49GPa的FRP拉伸模量。
8.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件,具有對(duì)2mm直徑的加強(qiáng)件而言小于6.0xl0_3Pa m4并大于0.1xlCT3Pa m4的彎曲勁度。
9.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件，具有對(duì)2mm直徑的加強(qiáng)件而言3.26x1 O^3Pam4至6.08xl(T3Pa m4的彎曲勁度和大于49GPa的FRP拉伸模量。
10.如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件，具有49GPa至59GPaFRP的拉伸模量。
11.一種包含如權(quán)利要求1所述的加強(qiáng)件的光纖纜線。
12.一種制造加強(qiáng)件的方法，包括以下步驟: (a)加熱包含增強(qiáng)填料的聚丙烯樹脂組合物，以形成熔融的填充復(fù)合物； (b)將連續(xù)纖維進(jìn)料至擠出機(jī)，以與所述熔融的填充復(fù)合物組合形成潤(rùn)濕的填充的復(fù)合物束；和 (c)使所述潤(rùn)濕的纖維填充的復(fù)合物束經(jīng)過模具，形成所述加強(qiáng)件。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述連續(xù)纖維選自玻璃、芳族聚酰胺、聚酯、高分子量聚乙烯、和碳纖維。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的增強(qiáng)填料是滑石。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述加強(qiáng)件包含: (a)lwt%至30wt%的滑石，基于所述熱塑性樹脂組合物的重量；和 (b)連續(xù)玻璃纖維，其模量為80GPa至90GPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用在光纜中的纖維增強(qiáng)的塑料材料，其具有改進(jìn)的柔韌性和高的拉伸強(qiáng)度。所述加強(qiáng)件組合物包含基于聚丙烯的熱塑性樹脂、模量大于80 GPa的連續(xù)纖維，和滑石。
文檔編號(hào)C08L23/10GK103221460SQ201180056279
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者B.陳, B.I.喬德哈利, C.J.科米克, J.M.科根 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司