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光热效应型自修复电缆材料及制备方法专利

专利号:201711442785.8

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25000.00
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专利名称:光热效应型自修复电缆材料及制备方法

技术领域:高分子组合物

IPC主分类号:C08L75/08

申请号:CN201711442785.8

公开日:2018-05-08

说明书

一种光热效应型自修复电缆绝缘材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及自修复材料的制备领域,提供了一种光热效应型自修复电缆绝缘材料及制备方法。

背景技术

[0002] 近年来,由于聚合物材料具有许多金属材料和无机非金属材料所不具有的优点,这些优异的性能使聚合物材料应用极为广泛,如聚乙烯、硅橡胶、环氧树脂等高分子及其复合材料广泛应用于电气绝缘中,但其在加工和使用的过程中,绝缘材料内部会不可避免地产生微裂纹,严重影响了材料的基本性能,降低了材料的使用寿命,最重要的是,破损的材料在使用过程中存在巨大的安全隐患。因此,必须对材料进行修复以维持或延长材料的使用寿命。采用传统的表面修复技术已经不能满足修复要求,自修复概念的提出为解决材料的修复提供了一种理想的途径。
[0003] 自修复技术,即物体在受损时能够进行自我修复、恢复原有属性,从而保持自身功能完整的一项新型技术。聚合物基自修复复合材料的发展符合复合材料多功能发展趋势,这种自修复复合材料不仅可以及时修复材料的裂纹,维护材料的使用性能和延长材料的使用寿命,而且对于扩展材料的应用领域也有一定的积极作用。聚合物基复合材料的自修复功能是通过在复合材料中埋置包覆有修复剂的微胶囊或填充有修复剂的液芯纤维等来实现的。埋置的微胶囊或液芯纤维在裂纹应力的作用下破裂释放出修复剂,与预先埋置的催化剂接触发生聚合反应,粘合裂纹,从而起到修复裂纹与维持材料性能的目的。
[0004] 近几年,由于光触发自修复聚合物具有可控快速等优势,其在自修复聚合物领域中占据了重要的地位,光触发自修复聚合物实现自修复的方法主要分为3类,分别是基于光交联反应的自修复、基于光触发交换反应的自修复和基于光热效应的自修复,其中尤以光热效应自修复在电缆绝缘材料应用中具有独特优势。基于光热效应的自修复方法能更好地发挥光触发自修复的优点,同时通过热量的传播,间接增强了光的穿透性。目前在光热效应自修复方面的主要研究室在聚合物合成过程中引入能够引发光热效应的纳米粒子,如金纳米粒子、聚多巴胺纳米粒子、石墨烯、碳纳米管等,进而有效触发修复材料的自修复过程。
[0005] 中国发明专利申请号201710654040.1公开了夏和生等人发明的一种自修复聚氨酯纳米复合材料及其制备方法和用途。其制备过程如下:首先将表面活性剂和导电纳米填料加入到过量的无水乙醇中,得到含有导电纳米填料的分散液;然后将制备得到的含Diels-Alder键的自修复聚氨酯粉末材料加入到分散液中,经抽滤、烘干得到包覆有导电纳米填料的含Diels-Alder键的聚氨酯粉末材料;最后加工成型,得到基于Diels-Alder键的多重自修复聚氨酯纳米复合材料。
[0006] 中国发明专利申请号201710051221.5公开了王有元等人发明的一种具有自修复功能的电缆绝缘材料,原料包括:低密度聚乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷、叔丁基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯、1801有机类硬脂酸、二月桂酸二丁基锡、氧化锌、1010抗氧剂、脲醛树脂包覆双环戊二烯体系制成的微胶囊、Grubbs催化剂。此发明的自修复电缆绝缘材料,通过在配方中脲醛树脂包覆双环戊二烯体系制成的微胶囊和Grubbs催化剂的作用,使得此发明自修复交联聚乙烯电缆绝缘材料对于电树枝缺陷具有良好的修复性能。
[0007] 根据上述,现有方案中电缆自修复材料需要大量的人工干预,消耗时间长,修复效率不高,未得到广泛应用,而传统的光热效应自修复材料修复过程复杂、反应慢、效率低,使用寿命短,同时还会降低材料的机械性能和韧性,且制备成本较高,鉴于此,本发明提出了一种创新性的光热效应型自修复电缆绝缘材料及制备方法,可有效解决上述技术问题。

发明内容

[0008] 由于目前应用较广的电缆自修复材料存在工艺繁琐,消耗时间长,修复效率不高等缺陷,而传统的光热效应自修复材料修复过程复杂、反应慢、效率低,使用寿命短,同时还会降低材料的机械性能和韧性,且制备成本较高。
[0009] 为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:一种光热效应型自修复电缆绝缘材料及制备方法,所述自修复电缆绝缘材料的制备及应用过程分为三个阶段:(1)掺杂聚苯胺的制备;(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散;(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现;
一种光热效应型自修复电缆绝缘材料的制备方法,制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料。
[0010] 优选的,所述过硫酸铵溶液的质量浓度为30 50%;~
优选的,所述苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为7:5 8:5;
~
优选的,所述过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为3:2 2:1;
~
优选的,所述搅拌速度为40 70r/min;所述反应时间为50 70min;
~ ~
优选的,所述真空干燥的温度为150 160℃,时间为3 4h;
~ ~
优选的,所述UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯12 14份、多亚甲基多苯异氰酸酯2 3份、聚甲撑聚苯~ ~
基氰酸酯1.7 2.5份、聚醚多元醇74 80份、羟基聚四氟乙烯4 6份、辛酸亚锡0.3 0.5份;
~ ~ ~ ~
优选的,所述掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:20 1:10;
~
优选的,所述高速搅拌的速度为140 180r/min;
~
优选的,所述超声波分散的超声波频率为30 50Hz;
~
优选的,所述高速搅拌及超声分散的时间为20 40min;
~
优选的,所述紫外光辐照采用高压水银灯、高强金属卤素灯、短弧氙气灯或准分子放电灯中的一种,功率为5 6kW;
~
优选的,所述紫外线辐照中,紫外线波长为300 400nm,辐照距离为1 1.5m,辐照时间为~ ~
20 30min。
~
[0011] 由上述方法制备得到的一种光热效应型自修复电缆绝缘材料。
[0012] 当电缆绝缘层出现缺陷时,经局部近红外的激光照射后产生局部发热,使高弹性聚氨酯树脂变软并填满缺陷处的裂缝,即可实现自修复的效果。
[0013] 测试本发明制备的自修复电缆料的修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量,并与微胶囊自修复电缆料、氧化修复电缆料相对比,本发明的方法具有明显优势,如表1所示。
[0014] 表1:本发明提供了一种光热效应型自修复电缆绝缘材料及制备方法,与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:
1、提出了在UV弹性树脂前躯体中引入掺杂改性的聚苯胺纳米材料制备光热效应型自修复电缆绝缘材料的方法。
[0015] 2、本发明通过聚苯胺纳米材料作为引发光热效应的材料,在电缆绝缘层出现缺陷时引起的光热反应,使得高弹性的UV树脂迅速变软并填满缺陷处的裂缝,达到自修复的效果,整个修复过程简便、反应快、效率高,延长了电缆的使用时间,具有很高的实用性。
[0016] 3、本发明采用UV树脂作为修复材料,在保证电缆自修复质量的同时,提升了电缆的机械性能和韧性。
[0017] 4、本发明的制备过程简单,易控制,能耗低,生产成本低,具有较好的经济优势和应用前景。

具体实施方式

[0018] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
[0019] 实施例1(1)掺杂聚苯胺的制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;过硫酸铵溶液的质量浓度为
40%;苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为7:5;过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为3:2;搅拌速度为50r/min;反应时间为60min;真空干燥的温度为155℃,时间为3.5h;
(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散的具体过程为:
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯13份、多亚甲基多苯异氰酸酯2份、聚甲撑聚苯基氰酸酯2.5份、聚醚多元醇77份、羟基聚四氟乙烯5份、辛酸亚锡0.5份;
掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:15;高速搅拌的速度为
160r/min;超声波分散的超声波频率为40Hz;高速搅拌及超声分散的时间为30min;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现的具体过程为:
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料;紫外光辐照采用高压水银灯,功率为5kW;紫外线辐照中,紫外线波长为350nm,辐照距离为1m,辐照时间为25min;
实施例1制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0020] 实施例2(1)掺杂聚苯胺的制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;过硫酸铵溶液的质量浓度为
30%;苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为8:5;过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为3:2;搅拌速度为70r/min;反应时间为50min;真空干燥的温度为150℃,时间为4h;
(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散的具体过程为:
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯12份、多亚甲基多苯异氰酸酯2份、聚甲撑聚苯基氰酸酯1.7份、聚醚多元醇80份、羟基聚四氟乙烯4份、辛酸亚锡0.3份;
掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:20;高速搅拌的速度为
140r/min;超声波分散的超声波频率为30Hz;高速搅拌及超声分散的时间为40min;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现的具体过程为:
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料;紫外光辐照采用高强金属卤素灯,功率为5kW;紫外线辐照中,紫外线波长为300nm,辐照距离为1m,辐照时间为20min;
实施例2制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0021] 实施例3(1)掺杂聚苯胺的制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;过硫酸铵溶液的质量浓度为
50%;苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为8:5;过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为2:1;搅拌速度为70r/min;反应时间为70min;真空干燥的温度为160℃,时间为3h;
(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散的具体过程为:
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯14份、多亚甲基多苯异氰酸酯3份、聚甲撑聚苯基氰酸酯2.5份、聚醚多元醇74份、羟基聚四氟乙烯6份、辛酸亚锡0.5份;
掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:10;高速搅拌的速度为
180r/min;超声波分散的超声波频率为50Hz;高速搅拌及超声分散的时间为20min;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现的具体过程为:
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料;紫外光辐照采用短弧氙气灯,功率为6kW;紫外线辐照中,紫外线波长为400nm,辐照距离为
1.5m,辐照时间为30min;
实施例3制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0022] 实施例4(1)掺杂聚苯胺的制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;过硫酸铵溶液的质量浓度为
34%;苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为8:5;过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为3:2;搅拌速度为50r/min;反应时间为50min;真空干燥的温度为155℃,时间为3h;
(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散的具体过程为:
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯12份、多亚甲基多苯异氰酸酯3份、聚甲撑聚苯基氰酸酯2.5份、聚醚多元醇78份、羟基聚四氟乙烯4份、辛酸亚锡0.5份;
掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:14;高速搅拌的速度为
170r/min;超声波分散的超声波频率为40Hz;高速搅拌及超声分散的时间为40min;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现的具体过程为:
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料;紫外光辐照采用准分子放电灯,功率为6kW;紫外线辐照中,紫外线波长为380nm,辐照距离为
1.4m,辐照时间为26min;
实施例4制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0023] 实施例5(1)掺杂聚苯胺的制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;过硫酸铵溶液的质量浓度为
40%;苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为7:5;过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为3:2;搅拌速度为60r/min;反应时间为60min;真空干燥的温度为156℃,时间为3h;
(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散的具体过程为:
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯13份、多亚甲基多苯异氰酸酯2份、聚甲撑聚苯基氰酸酯1.7份、聚醚多元醇77份、羟基聚四氟乙烯6份、辛酸亚锡0.3份;
掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:14;高速搅拌的速度为
170r/min;超声波分散的超声波频率为45Hz;高速搅拌及超声分散的时间为35min;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现的具体过程为:
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料;紫外光辐照采用高压水银灯、,功率为5kW;紫外线辐照中,紫外线波长为360nm,辐照距离为
1.3m,辐照时间为26min;
实施例5制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0024] 实施例6(1)掺杂聚苯胺的制备的具体过程为:
将过硫酸铵溶液加入反应容器中,开启搅拌,缓慢加入苯胺的盐酸溶液,反应结束后进行过滤、盐酸酸洗、真空干燥,即可制得掺杂聚苯胺纳米材料;过硫酸铵溶液的质量浓度为
50%;苯胺的盐酸溶液中,苯胺与盐酸的质量比例为7:5;过硫酸铵溶液与苯胺的盐酸溶液加入的质量比例为3:2;搅拌速度为50r/min;反应时间为60min;真空干燥的温度为155℃,时间为4h;
(2)掺杂聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散的具体过程为:
将制得的掺杂聚苯胺纳米材料加入UV弹性树脂前躯体中,同时进行高速搅拌分散及超声波辅助分散,直至形成掺杂聚苯胺均匀分散的稳定复合前驱体;
UV弹性树脂前躯体为氟化聚氨酯弹性树脂的前驱体,以各组分总的质量份数为100份计,其中:甲苯二异氰酸酯13份、多亚甲基多苯异氰酸酯2.7份、聚甲撑聚苯基氰酸酯1.9份、聚醚多元醇77份、羟基聚四氟乙烯5份、辛酸亚锡0.4份;
掺杂聚苯胺纳米材料与UV弹性树脂前躯体的混合质量比例为1:15;高速搅拌的速度为
160r/min;超声波分散的超声波频率为40Hz;高速搅拌及超声分散的时间为35min;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实现的具体过程为:
将制得的复合前驱体进行紫外光辐照,使UV弹性树脂前驱体发生聚合,生成的氟化聚氨酯弹性体在掺杂聚苯胺纳米材料的表面形成包覆层,即可制得自修复电缆绝缘材料;紫外光辐照采用短弧氙气灯,功率为6kW;紫外线辐照中,紫外线波长为360nm,辐照距离为
1.2m,辐照时间为28min;
实施例6制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0025] 对比例1(1)聚苯胺的制备:聚苯胺不进行掺杂,以苯胺的水溶液替代苯胺的盐酸溶液,其他与实施例6一致;
(2)聚苯胺在UV弹性树脂前躯体中分散:与实施例6一致;
(3)UV弹性树脂的聚合及自修复效果实:与实施例6一致;
对比例1制得的自修复电缆绝缘料,其修复消耗时间、修复反应时间、使用寿命、电缆弯曲强度及电缆弯曲模量如表2所示。
[0026] 表2:

委托购买说明

填写需求表单支付预付款

平台根据需求优化购买方案

确认购买方案支付尾款

平台办理变更等待成功通知

购买流程说明

发起委托,需要先支付100元预付款,委托不成功,全额退返预付款;

平台收到需求后,会在第一时间联系您,给到您最佳购买方案;

您在确认购买方案后,需支付全额专利购买费,预付款可抵扣购买费,专利购买费具体参见下方表格;

平台确认收款后,将帮您办理专利购买、专利过户等全流程手续;

平台代购专利失败,将全额退返专利购买费,包括预付款;

专利购买费用

授权未缴费=专利裸价+著录项变更(200元)+登办费(当年年费+5元印花税)+恢复权利请求费1000元(按实收)+委托服务费(200元)+税金(专利裸价+委托服务费)x6%

已下证=专利裸价+著录项变更(200元)+滞纳金(按实收)+恢复权利请求费1000元(按实收)+委托服务费(200元)+税金(专利裸价+委托服务费)x6%

购买费用说明

专利转让费用

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。更多

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,最快多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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