[发明专利]一种碳纤维复合材料电缆芯

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆芯，尤其是涉及一种碳纤维复合材料电缆芯。

背景技术

碳纤维复合材料电缆芯作为传统钢芯的替代产品，由于长期在野外高温，日照，气候变化等恶劣条件下工作，要求其具有优良力学性能的同时，还具有耐高温、抗紫外线以及抗老化性等，对电缆芯的综合性能要求很高。

传统的碳纤维复合材料电缆芯结构为内部碳纤维与环氧树脂复合材料制成的承重芯，外部为玻璃纤维与环氧树脂复合物制成的保护层，两者共用同一种树脂体系。在同一种树脂体系下，耐高温、抗张强度、抗弯强度、模量、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能之间互相影响，通过改性增加某一方面的性能往往以牺牲另一方面性能为代价。

由于树脂室温(18～25℃)固化体系往往反应太慢，效率不高，而且反应不是很完全，使得室温固化环氧体系具有很多缺点，如环氧树脂在固化后大多较脆，存在韧性不足的缺点，不能有效发挥增强纤维的性能，在承受载荷时往往由于环氧树脂的过早失效导致复合材料的破坏。

此外，室温固化体系大多在室温环境下进行固化，固化物的耐高温性能较差，无法适用于中、高温环境或对温度要求很高的场合。为了适应高性能纤维复合材料对基体树脂的需求，环氧树脂的改性一直是相关领域的研究热点，兼具韧性、耐温性和优良加工性能的环氧树脂一直是环氧树脂改性的发展方向。

发明内容

本发明设计了一种碳纤维复合材料电缆芯，其解决的技术问题是传统碳纤维复合材料电缆芯中，由于承重芯和保护层选择为同一种树脂体系，导致电缆芯在耐高温、抗张强度、抗弯强度、模量、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能之间互相影响或相互冲突。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯(12)和保护层(13)，所述保护层(13)通过缠绕工艺包覆在所述承重芯(12)的外部，所述承重芯(12)为耐高温高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层(13)为耐高温耐侯性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物，其特征在于：所述耐高温耐侯性能环氧树脂由下述成分制成：包括组分A和组分B，其中组分A包括下述成分：100质量份环氧树脂、5-10质量份稀释剂和0.5-3.0质量份硅烷偶联剂；组分B包括下述成分：15-35质量份胺类固化剂、0.1-3.0质量份促进剂和0.01-0.1质量份抗氧剂，所述环氧树脂为环氧树脂a和环氧树脂b的组合，环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：10-30∶70-90；其中，所述环氧树脂a为包含一个或多个海因环(五元二氮杂环)的缩水甘油胺型、缩水甘油醚型或缩水甘油酯型海因环氧树脂；海因环(五元二氮杂环)结构式如下所示，海因环(五元二氮杂环)结构式中取代基R1和R2为H、CH3、C2H5、芳基或芳烷基：

；所述环氧树脂b为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂；其中，双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂或双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的粘度范围：500-4000mPa·s(25℃)。

进一步，所述环氧树脂a为含有一个海因环的二缩水甘油胺型海因环氧树脂，化学结构式如下：

其中的取代基R₁和R₂存在以下组合选择方式：1)R₁为H，R₂为H的化合物；2)R₁为CH₃，R₂为H的化合物；3)R₁为CH₃，R₂为CH₃的化合物；4)R₁为C₂H₅，R₂为H的化合物；5)R₁为C₂H₅，R₂为CH₃的化合物。

进一步，所述承重芯(12)的耐高温高力学性能环氧树脂为E51环氧树脂、TDE86环氧树脂(4、5-环氧环乙烷-1、2二甲酸二缩水甘油酯)、AG80四官能团环氧树脂、MY721环氧树脂、AFG90三官能团环氧树脂、陶氏生产的DER331液体环氧树脂中的一种或者多种。