CN103093888A - 一种碳纤维复合材料电缆芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及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，其特征在于：所述承重芯（12）为耐热高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层（13）为耐高温耐候性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物。本发明由于承重芯和保护层选择为不同的环氧树脂体系，因此承重芯的环氧树脂体系高力学性能不会受到外部保护层的环氧树脂体系影响，而外部保护层优良的耐候性能保护了承重芯不受外部环境的伤害，使电缆芯的综合性能得到了大大的提高。
Description
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，对碳纤维复合材料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。
双环戊二烯(DCPD)是环戊二烯的二聚体，主要来自于乙烯裂解的副产C5馏分和煤炭焦化副产轻苯馏分，由于化学活性高，是石油树脂和多种精细化学品的原料，将其引入环氧树脂，可使环氧树脂性能得到改善，如其粘度、力学性能以及良好阻燃性和韧性均优于通用型环氧树脂。
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现有碳纤维复合材料电缆芯存在耐高温性能、抗张强度、力学性能、阻燃性、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能方面比较差。
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，其特征在于：所述承重芯（12）为耐热高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层（13）为耐高温耐候性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物；所述承重芯（12）的耐热高力学性能环氧树脂由下述成分制成：100质量份的混合环氧树脂；20-75质量份的固化剂；10-30质量份的稀释剂；0.5-5.0质量份的促进剂；0.5-5.0质量份的填料；所述混合环氧树脂包括环氧树脂a和环氧树脂b；环氧树脂a为双环戊二烯（DCPD）型环氧树脂，所述环氧树脂b为缩水甘油胺类环氧树脂和双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的组合物；环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：50-80：20-50；所述双环戊二烯型环氧树脂的结构式如下所示：
式中n为0至10的整数；所述环氧树脂b中的缩水甘油胺类环氧树脂与双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的质量比为：1:9-9:1；所述保护层（13）中耐高温耐候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、5-20质量份稀释剂、0.5-5.0质量份硅烷偶联剂、0.5-5.0质量份无机填料；组分B包括下述成分：25-45质量份胺类固化剂、0.5-5.0质量份促进剂；所述环氧树脂为环氧树脂c和环氧树脂d的组合，环氧树脂c和环氧树脂d的质量比为：50-80：20-50；所述环氧树脂c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d为下述几种环氧树脂中的至少一种：4,5-环氧环乙烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、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；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优选粘度范围：500-4000mPa·s（25℃）。
进一步，所述保护层（13）中环氧树脂c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，所述保护层（13）中所述胺类固化剂为胺类固化剂a和胺类固化剂b的组合，胺类固化剂a和胺类固化剂b的质量比为：20-40：5-25；所述胺类固化剂a为包含两个或两个以上氨基官能团的聚醚胺类化合物，优选自：分子量范围200-2500，粘度范围：5-300mPa·s（25℃）的聚醚胺类化合物中的一种或几种；所述胺类固化剂b为脂肪族胺类和改性脂肪族胺类化合物的一种或几种，优选自：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、已二胺、羟甲基乙二胺、羟甲基二乙烯三胺、β-羟乙基乙二胺中的一种或几种。
进一步，所述保护层（13）中所述促进剂选自：2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、三氟化硼络合物、三乙醇胺中的一种或几种。
进一步，所述保护层（13）中所述稀释剂为包含两个环氧基官能团和至少一个醚键的化合物，优选自：乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、环己烷二甲醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种。
进一步，所述保护层（13）中所述偶联剂为包含环氧基官能团的硅烷类偶联剂；优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷中的一种。
进一步，所述承重芯（12）中的固化剂选自：邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、四氢苯二甲酸酐、α-甲基丙烯酸中的一种或几种。
进一步，所述承重芯（12）中的稀释剂选自：乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
进一步，所述承重芯（12）中的促进剂选自：叔胺、苄基二甲胺、2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、三氟化硼络合物、2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或几种。
进一步，所述承重芯（12）中的无机填料选自：碳酸钙、高岭土、硅藻土、膨润土、纳米氧化钛、滑石粉中的一种或几种，或/和所述保护层（13）中无机填料选自：高岭土、铝矾土、氢氧化铝、钛石粉或金属氧化物中的一种或几种。
一种碳纤维复合材料电缆芯的制造方法，包括以下步骤：
第一步，将碳纤维由纱架引出，进入第一浸胶区浸胶，使用的环氧树脂为耐热高力学性能环氧树脂；
第二步，浸胶完成后碳纤维进入第一固化炉预固化，制得碳纤维复合芯，直径为5 mm—12mm，调节温度使固化度达到85%以上；
第三部，两侧玻璃纤维引出后分别进入第二浸胶区和第三浸胶区浸胶，使用的环氧树脂为耐高温耐候性能环氧树脂；
第四步，浸胶后玻璃纤维通过缠绕区缠绕包覆在碳纤维芯外层，单侧厚度为0.5 mm—2mm，缠绕速度通过伺服电机控制与拉挤速度相同步；
第五步，碳纤维复合芯与玻璃纤维保护层复合后一起通过第二固化炉，调节温度使两者充分固化；
第六步，复合材料碳纤维复合材料电缆芯制品通过牵引机后，在收卷盘处收取。
该碳纤维复合材料电缆芯与传统的碳纤维复合材料电缆芯相比，具有以下有益效果：
（1）本发明中的承重芯的耐热高力学性能环氧树脂选自双环戊二烯型环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂和缩水甘油醚类环氧树脂的组合物，它们的组成物具有高力学性能以及良好阻燃性性能，并且树脂工作寿命长可以满足电缆使用的需要。
（2）本发明耐热高力学性能环氧树脂对碳纤维具有良好的浸润性和粘接强度，固化产物具有良好的耐热性和机械强度，采用本发明耐热高力学性能环氧树脂制成的碳纤维增强电缆的耐热性、耐湿性、电气性能、韧性和可加工性得到大大提高。
（3）本发明中采用酸酐类化合物或酸类作为真空导入成型环氧树脂的固化剂混合物，因而具有良好的韧性和较高的玻璃化转变温度，以满足耐热要求，经后处理后可以在较高的温度下使用，其成品内部致密性好、无气隙、性能均一。
（4）本发明耐热高力学性能环氧树脂中的稀释剂可以降低固化体系粘度，增加流动性，延长使用寿命，又不影响环氧树脂固化物的机械性能。
（5）本发明耐热高力学性能环氧树脂中的促进剂可以有效解决室温固化时间过长的问题，在缩短固化时间的同时保证了固化物的强度基本保持不变。
（6）本发明耐热高力学性能环氧树脂中加入填料，除可以降低制品成本外，还可改善环氧树脂加工性、耐燃性、树脂的粘度及加工工艺性。
（7）本发明采用海因环氧树脂和低粘度环氧树脂（4,5-环氧环乙烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、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）的共混型环氧树脂作为树脂基体，不仅能满足纤维增强复合材料真空导入成型对树脂低粘度的要求，还可以使复合材料制品具备优异的耐高温性能。
（8）本发明中使用的海因环氧树脂具有粘度低、工艺性好，对玻璃纤维、碳纤维和多种填料有很好的浸润性能，由于其结构中包含五元二氮杂环，还兼有热稳定性好、耐热性高、耐侯性好等特点。
（9）本发明中使用的聚醚胺类固化剂结构中包含多个醚键等韧性官能团，能够使复合材料制品具有高强高韧的抗冲击性能，通过采用聚醚胺类固化剂和脂肪族胺类固化剂的共混型固化体系，可以有效解决固化物脆性、断裂伸长率小等问题。
（10）本发明采用一定量的促进剂配合共混型胺类固化剂一起使用，可以有效解决室温固化时间过长的问题，在缩短固化时间的同时保证了固化物的强度基本保持不变。
（11）本发明采用无机填料可以降低制品的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度以及平滑性等，也能一定程度地提高制品的冲击强度及压缩强度；此外，填料的加入可以减少环氧树脂的用量，降低成本。
（12）本发明采用的助剂还包括硅烷偶联剂和稀释剂。其中硅烷偶联剂可以提高增强纤维材料与树脂之间粘合强度，改善界面状态，有利于提高复合材料制品的机械性能及电绝缘性能；稀释剂的作用能够降低整个组合物的粘度。
附图说明
图1是本发明碳纤维复合材料电缆芯的结构示意图；
图2是本发明碳纤维复合材料电缆芯的成型工艺示意图。
附图标记说明：
1—纱架；2—第一浸胶区；3—第一固化炉；4—第二浸胶区；5—第三浸胶区；6—缠绕区；7—第二固化炉；8—牵引机；9—收卷盘；10—碳纤维；11—玻璃纤维；12—承重芯；13—保护层。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯12和保护层13，保护层13通过缠绕工艺包覆在承重芯12的外部，承重芯12为耐热高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，保护层13为耐高温耐候性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物；承重芯12的耐热高力学性能环氧树脂由下述成分制成：100质量份的混合环氧树脂；20-75质量份的固化剂；10-30质量份的稀释剂；0.5-5.0质量份的促进剂；0.5-5.0质量份的填料；所述混合环氧树脂包括环氧树脂a和环氧树脂b；环氧树脂a为双环戊二烯（DCPD）型环氧树脂，环氧树脂b为缩水甘油胺类环氧树脂和双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的组合物；环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：50-80：20-50；所述双环戊二烯型环氧树脂的结构式如下所示：
，式中n为0至10的整数；所述环氧树脂b中的缩水甘油胺类环氧树脂与双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的质量比为：1:9-9:1。
保护层13中耐高温耐候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、5-20质量份稀释剂、0.5-5.0质量份硅烷偶联剂、0.5-5.0质量份无机填料；组分B包括下述成分：25-45质量份胺类固化剂、0.5-5.0质量份促进剂；所述环氧树脂为环氧树脂c和环氧树脂d的组合，环氧树脂c和环氧树脂d的质量比为：50-80：20-50；所述环氧树脂c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d为下述几种环氧树脂中的至少一种：4,5-环氧环乙烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、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；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优选粘度范围：500-4000mPa·s（25℃）。
进一步，所述保护层（13）中环氧树脂c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。
保护层13中所述胺类固化剂为胺类固化剂a和胺类固化剂b的组合，胺类固化剂a和胺类固化剂b的质量比为：20-40：5-25；所述胺类固化剂a为包含两个或两个以上氨基官能团的聚醚胺类化合物，优选自：分子量范围200-2500，粘度范围：5-300mPa·s（25℃）的聚醚胺类化合物中的一种或几种；所述胺类固化剂b为脂肪族胺类和改性脂肪族胺类化合物的一种或几种，优选自：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、已二胺、羟甲基乙二胺、羟甲基二乙烯三胺、β-羟乙基乙二胺中的一种或几种。
保护层13中所述促进剂选自：2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、三氟化硼络合物、三乙醇胺中的一种或几种。
保护层13中所述稀释剂为包含两个环氧基官能团和至少一个醚键的化合物，优选自：乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、环己烷二甲醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种。
保护层13中所述偶联剂为包含环氧基官能团的硅烷类偶联剂；优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷中的一种。
保护层13中还添加紫外吸收剂，紫外吸收剂为UV-9、UV-531、UV-327、三嗪-5中的一种或多几种组合。
保护层13中还添加能量转移剂，所述能量转移剂为三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶基）亚磷酸酯或AM101中的一种或两种组合。
承重芯12中的固化剂选自：邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、四氢苯二甲酸酐、α-甲基丙烯酸中的一种或几种。
承重芯12中的稀释剂选自：乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
承重芯12中的促进剂选自：叔胺、苄基二甲胺、2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、三氟化硼络合物、2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或几种。
承重芯12中的无机填料选自：碳酸钙、高岭土、硅藻土、膨润土、纳米氧化钛、滑石粉中的一种或几种。
如图2所示，为本发明碳纤维复合材料电缆芯的成型工艺示意图，其工作成型原理如下：
第一步，将碳纤维10由纱架1引出，进入第一浸胶区2浸胶，使用的环氧树脂为耐热高力学性能环氧树脂；
第二步，浸胶完成后碳纤维进入第一固化炉3预固化，制得碳纤维复合芯，直径为5—12mm，调节温度使固化度达到85%以上；
第三部，两侧玻璃纤维11引出后分别进入第二浸胶区4和第三浸胶区5浸胶，使用的环氧树脂为耐高温耐候性能环氧树脂；
第四步，浸胶后玻璃纤维通过缠绕区6缠绕包覆在碳纤维芯外层，单侧厚度为0.5 mm—2mm，缠绕速度通过伺服电机控制与拉挤速度相同步；
第五步，碳纤维复合芯与玻璃纤维保护层复合后一起通过第二固化炉7，调节温度使两者充分固化；
第六步，复合材料碳纤维复合材料电缆芯制品通过牵引机8后，在收卷盘9处收取。
其中，耐热高力学性能环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、环氧树脂a和环氧树脂b混合并在40℃以下以800-1000转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟；步骤2、边搅拌边依次加入无机填料和稀释剂，以800-1000转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟后室温下静置待用；步骤3、将固化剂在18℃-25℃下以600-800转/分钟的速度机械搅拌分散5-15分钟；步骤4、在边搅拌边加入促进剂，在室温下以600-800转/分钟的速度机械搅拌分散5-15分钟；步骤5、将步骤2所制得产物与步骤4所制得产物在18℃-25℃下进行混合，以3000-3500转/分钟的速度机械搅拌分散3-6分钟；步骤6、真空脱泡后即得耐热高力学性能环氧树脂。
具体来说，将50g双环戊二烯(DCPD)型环氧树脂(购自大日本印刷HP-7200H，环氧当量(EEW):279)、45g双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂E-51（购自蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂，环氧值为0.48-0.54）、5g缩水甘油胺类环氧树脂JEh-012（购自常熟佳发化学有限责任公司，环氧值为0.80-0.85）混合，在30℃下以800转/分钟的速度机械搅拌分散5分钟，边搅拌边依次加入0.5g高岭土、10g 1,4-丁二醇二缩水甘油醚，以800转/分钟的速度机械搅拌分散10分钟后室温下静置待用，将40g邻苯二甲酸酐在室温下以600转/分钟的速度机械搅拌，然后在搅拌同时，加入0.5g 2-乙基-4-甲基咪唑，在室温下同样以600转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟。在室温下将上述组分混合，以3000转/分钟的速度机械搅拌分散3分钟，真空脱泡后即得所述的环氧树脂组合物，然后倒入模具浇注固化。差示扫描量热法（DSC法）测试环氧树脂体系的反应放热曲线，升温速率5℃/min和15℃/min，通过外推法得到固化程序为28℃固化5小时，80℃固化6小时。按照国家标准GB/T 2586-1995对制备的环氧基体树脂的拉伸强度、断裂延伸率、拉伸弹性模量进行测试，试样尺寸如下：长度为100mm±0.5mm，端部宽度为10mm±0.5mm，狭的平行部分长度30mm±0.5mm，狭的平行部分宽度5mm±0.2mm，厚度为2.2mm±0.2mm。实验重复六次，测得该环氧基体树脂的拉伸强度为68MPa，断裂延伸率5.7%，拉伸弹性模量3.1GPa。按照国家标准GB/T 2570-1995对制备的环氧基体树脂的弯曲强度、弯曲弹性模量进行测试，试样尺寸如下：长度为40mm，宽度为3mm±0.2mm，厚度为2mm±0.2mm。实验重复六次，测得该环氧基体树脂的弯曲强度为112MPa，弯曲弹性模量3.12GPa。差示扫描量热法（DSC法）测玻璃化温度，升温速率5℃/min，测得环氧基体树脂的玻璃化温度为82℃，采用NDJ-8S型旋转粘度计测试树脂组合物粘度，25℃时的粘度为520mPa·s。
其中，耐高温耐侯性能环氧树脂组合物制作方法如下：包括以下步骤：步骤1、将组分A中的成分环氧树脂c和d在30℃以下以800-1000转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟；步骤2、边搅拌边依次加入稀释剂和偶联剂，以800-1000转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟后室温下静置待用；步骤3、将组分B中的成分胺类固化剂a和b在室温下以600-800转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟；步骤4、在边搅拌边加入促进剂、主抗氧剂和助抗氧剂，在室温下以600-800转/分钟的速度机械搅拌分散5-10分钟；步骤5、在室温下将组分A和组分B混合，以3000-3500转/分钟的速度机械搅拌分散3-5分钟；步骤6、真空脱泡后即得耐高温耐侯性能环氧树脂组合物。
将10.0g海因环氧树脂MHR-070（购自无锡美华化工有限公司，环氧值为0.70-0.74）、90.0g双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂E-51（购自蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂，环氧值为0.48-0.54）在25℃下以800转/分钟的速度机械搅拌分散5分钟，边搅拌边依次加入5g 1,4-丁二醇二缩水甘油醚、0.5g γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，以800转/分钟的速度机械搅拌分散10分钟后室温下静置待用，将15.0g聚醚胺D230和20.0g三乙烯四胺在室温下以600转/分钟的速度机械搅拌分散5分钟，在边搅拌边加入0.5g 2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、0.08g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.02g硫代二丙酸双十二醇酯，在室温下以600转/分钟的速度机械搅拌分散5分钟。在室温下将上述组分混合，以3000转/分钟的速度机械搅拌分散3分钟，真空脱泡后即得所述的环氧树脂组合物，然后倒入模具浇注固化。差示扫描量热法（DSC法）测试环氧树脂体系的反应放热曲线，升温速率5℃/min和15℃/min，通过外推法得到固化程序为35℃固化1小时，110℃固化2小时，180℃固化2小时。按照国家标准GB/T 16421-1996对制备的环氧基体树脂的拉伸强度、断裂延伸率、拉伸弹性模量进行测试，试样尺寸如下：长度为100mm±0.5mm，端部宽度为10mm±0.5mm，狭的平行部分长度30mm±0.5mm，狭的平行部分宽度5mm±0.2mm，厚度为2.2mm±0.2mm。实验重复六次，测得该环氧基体树脂的拉伸强度为58MPa，断裂延伸率4.0%，拉伸弹性模量2.5GPa。按照国家标准GB/T 16419-1996对制备的环氧基体树脂的弯曲强度、弯曲弹性模量进行测试，试样尺寸如下：长度为40mm，宽度为3mm±0.2mm，厚度为2mm±0.2mm。实验重复六次，测得该环氧基体树脂的弯曲强度为104MPa，弯曲弹性模量3.3GPa。差示扫描量热法（DSC法）测玻璃化温度，升温速率5℃/min，测得环氧基体树脂的玻璃化温度为155℃，采用NDJ-8S型旋转粘度计测试树脂组合物粘度，25℃时的粘度为471mPa·s。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一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，其特征在于：所述承重芯（12）为耐热高力学性能环氧树脂与碳纤维的复合物，所述保护层（13）为耐高温耐候性能环氧树脂与玻璃纤维的复合物；所述承重芯（12）的耐热高力学性能环氧树脂由下述成分制成：100质量份的混合环氧树脂；20-75质量份的固化剂；10-30质量份的稀释剂；0.5-5.0质量份的促进剂；0.5-5.0质量份的填料；所述混合环氧树脂包括环氧树脂a和环氧树脂b；环氧树脂a为双环戊二烯（DCPD）型环氧树脂，所述环氧树脂b为缩水甘油胺类环氧树脂和双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的组合物；环氧树脂a和环氧树脂b的质量比为：50-80：20-50；所述双环戊二烯型环氧树脂的结构式如下所示：
式中n为0至10的整数；所述环氧树脂b中的缩水甘油胺类环氧树脂与双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂的质量比为：1:9-9:1；所述保护层（13）中耐高温耐候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、5-20质量份稀释剂、0.5-5.0质量份硅烷偶联剂、0.5-5.0质量份无机填料；组分B包括下述成分：25-45质量份胺类固化剂、0.5-5.0质量份促进剂；所述环氧树脂为环氧树脂c和环氧树脂d的组合，环氧树脂c和环氧树脂d的质量比为：50-80：20-50；所述环氧树脂c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d为下述几种环氧树脂中的至少一种：4,5-环氧环乙烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、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；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优选粘度范围：500-4000mPa·s（25℃）。
2.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中环氧树脂c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。
3.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中所述胺类固化剂为胺类固化剂a和胺类固化剂b的组合，胺类固化剂a和胺类固化剂b的质量比为：20-40：5-25；所述胺类固化剂a为包含两个或两个以上氨基官能团的聚醚胺类化合物，优选自：分子量范围200-2500，粘度范围：5-300mPa·s（25℃）的聚醚胺类化合物中的一种或几种；所述胺类固化剂b为脂肪族胺类和改性脂肪族胺类化合物的一种或几种，优选自：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、已二胺、羟甲基乙二胺、羟甲基二乙烯三胺、β-羟乙基乙二胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中所述促进剂选自：2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、三氟化硼络合物、三乙醇胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中所述稀释剂为包含两个环氧基官能团和至少一个醚键的化合物，优选自：乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、环己烷二甲醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中所述偶联剂为包含环氧基官能团的硅烷类偶联剂；优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷中的一种。
7.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述承重芯（12）中的固化剂选自：邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、四氢苯二甲酸酐、α-甲基丙烯酸中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述承重芯（12）中的稀释剂选自：乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述承重芯（12）中的促进剂选自：叔胺、苄基二甲胺、2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、三氟化硼络合物、2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述承重芯（12）中的无机填料选自：碳酸钙、高岭土、硅藻土、膨润土、纳米氧化钛、滑石粉中的一种或几种，或/和所述保护层（13）中无机填料选自：高岭土、铝矾土、氢氧化铝、钛石粉或金属氧化物中的一种或几种。
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