[发明专利]部分浸透的纤维增强热塑性强度元件

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及电线和缆线。在一个方面中，本发明涉及电线或缆线的强度元件，而在另一方面中，本发明涉及纤维增强的强度元件。在另一方面中，本发明涉及用于制备纤维增强的强度元件的工艺，而在另一方面中，本发明涉及包括纤维增强的强度元件的电线和缆线。

2.相关现有技术的描述

纤维光缆是设计来为纤维提供对有害水平的纵向和横向应力足够的保护的复合结构。此外，该结构还提供了对纤维的使用寿命提供无害的化学和物理环境。在纤维光缆和电力缆线之间的一个基本差别是电力缆线中的金属导体承担在安装和使用条件过程中产生的至少一部分张应力。相反，纤维光缆包含集成到光缆中特别用于隔离纤维不受张应力的抗张强度元件。足够的张压强度、承受小半径弯曲的能力、纤维处理和缆线安装的容易性和有竞争力的成本是在涉及纤维光缆时必须考虑的一系列标准中的几个。

很多设计类型可用于纤维光缆，选择的设计取决于应用。无论如何选择都需要一些类型的强度元件承受在安装和使用过程中缆线的张应力和压缩应力。

目前使用的强度元件主要是由纤维增强的塑料（FRP，如果玻璃纤维是增强件，也称作玻璃增强塑料（GRP））或不锈钢制成的。通常，FRP或GRP是通过用一种或多种热固性树脂（例如乙烯基酯或环氧树脂）通过纤维拉挤工艺制备的，但工艺的速度非常有限。对于不锈钢，其较为昂贵且较重。此外，目前可获得的GRP或FRP/热固性树脂组合物容易具有过高的硬度，这使得包括这些强度元件的纤维光缆安装困难，尤其是在建筑物周围或沿繁杂的城市街道安装时，在这种情况下通常需要对缆线进行锐弯。

发明内容

在一种实施方案中，本发明是纤维束，其包括封装在纤维/树脂复合材料内的松散纤维。在一种实施方案中，纤维束是不定长度的挤出制品。在一种实施方案中，纤维包括玻璃、碳、聚酯和芳族聚酰胺中的至少一种。在一种实施方案中，纤维/树脂复合材料的纤维组分是聚烯烃。在一种实施方案中，用复合材料封装的松散纤维聚集件的平均厚度至少为纤维束直径的1/10。在一种实施方案中，纤维/树脂复合材料的平均厚度至少为纤维束半径的1/3。

在一种实施方案中，本发明是包括纤维束的缆线或其他结构，该束包括封装在纤维/树脂复合材料内的松散纤维。在一种实施方案中，该缆线是纤维光缆。

在一种实施方案中，本发明是纤维束的制备方法，该方法包括以下步骤：（A）将纤维捆扎在一起使得一部分纤维形成该束的内部部分，一部分纤维形成该束的外部部分；和（B）用树脂浸透该束的外部部分使得（1）形成该束的外部部分的纤维和所述树脂形成纤维/树脂复合材料，所述纤维/树脂复合材料封装形成该束的内部部分的纤维，和（2）不用树脂浸透形成该束的内部部分的纤维。在一种实施方案中，纤维束是通过将松散纤维束（包括但不限于玻璃、碳、聚酯和芳族聚酰胺纤维中的至少一种）通过线罩挤出生产线（jacket extrusion line）并将热塑性树脂（例如聚丙烯或聚乙烯）以任意常规方式施加到纤维束上而处理的。在挤出机内，纤维仅被部分浸透，大部分经浸透的纤维位于该束的外层上。在该束离开挤出模头后，冷却并在该束的外表面上形成“硬壳”复合材料，该壳层紧紧地将剩余未浸透的或仅略有浸透的纤维包围在中心。

本发明的纤维束与用树脂完全浸透因此在束的内部没有松散纤维的纤维束相比具有降低的弯曲硬度和改善的制造效率。本发明的纤维束用作对于纤维光缆和其他电线和缆线应用有用的强度元件。壳复合材料和中心中的纤维都有助于该束的抗张强度，但该束的压缩强度和弯曲硬度仅由外层纤维/树脂复合材料提供。纤维束能够具有以下特征中的一个或多个：

1.如果通过挤出制备，那么能够通过流体动力学和挤出模头的设计根据需要改变该束的横截面几何形状。

2.因为纤维束的压缩强度是由纤维/树脂复合材料壳决定的，因此壳厚度的变化就改变该束的压缩强度。通过一种或多种树脂配方、控制挤出头压力和控制线速度，能够根据使用该束的应用的需求改变外部复合材料壳层的厚度。

3.通过调节该束的纤维/树脂复合材料层和中心松散纤维之间的体积比，还能够根据使用该束的应用的需求调节该束的弯曲和扭曲硬度。复合材料壳中体积越高意味着该束的硬度（弯曲和扭曲）越高。

4.能够在纤维中添加阻水涂料（尤其是在中心的纤维中）以增强纤维束的阻水特征。

5.线罩挤出生产线与传统纤维拉挤工艺相比具有更高得多的线速度，例如大于10倍。因此，制造效率大大提高。

6.如果对于应用需要高抗热性，在挤出工艺过程中可以使用交联技术（例如水分固化）以将基体略微交联。