CN108097521A - 钢丝及其生产设备、制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光缆生产技术领域，尤其是涉及一种钢丝及其生产设备、制备方法，该钢丝包括钢丝内芯和涂覆并固化于钢丝内芯上的防锈涂层，防锈涂层为紫外光固化涂料。能够有效地抵御酸、碱及潮气带来的腐蚀性破坏，该防锈涂层不与酸性、碱性的物质以及水发生化学反应，不会生成影响加工、成品质量的氢气及氧化物，并且能够有效地阻挡腐蚀物向内部蔓延。此外，固化于钢丝内芯表面的防锈涂层与钢丝内芯之间具有较高的界面强度，能够抵挡一定的机械性损伤。

Description

钢丝及其生产设备、制备方法
技术领域
本发明涉及光缆制造技术领域，尤其是涉及钢丝及其生产设备、制备方法。
背景技术
在光缆生产中，目前比较流行的金属加强件是磷化钢丝。钢丝在潮湿的空气或水中容易发生原电池反应，钢丝表面很快就会锈蚀，而磷化膜就起到了将钢丝与外界空气相隔绝即防锈的作用。
一般磷化层厚度大于等于2.5g/m2为最佳。要想得到致密牢固的磷化膜，关键在于对钢丝表面的处理及合理的磷化时间。连续式生产线因受拉丝速度的影响，酸洗、磷化的时间很短。酸洗时间短，表面杂质去除不干净，势必造成磷化膜在钢丝表面吸附不牢，以至于在后面拉拔过程中脱落，再加上随着磷化液的消耗而磷化时间不能改变，势必造成磷化膜过薄，达不到磷化钢丝的要求。
磷化钢丝的抗氧化能力有限，试验证实其耐酸、碱腐蚀性能很差，故在其应用方面存在一定的局限性。磷化钢丝多数情况下是应用在光缆的生产当中，磷化钢丝被水或酸氧化的过程中，可能产生氢气，对光缆质量产生严重的影响。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢丝及其生产设备、制备方法，解决了现有技术的磷化钢丝的耐酸、碱腐蚀性能差，抗氧化能力有限，应用于光缆生产中可能会对光缆质量产生严重影响的技术问题。
第一方面，本发明提供一种钢丝，包括：钢丝内芯和涂覆并固化于所述钢丝内芯上的防锈涂层，所述防锈涂层为采用紫外光固化涂料。
作为一种进一步的技术方案，所述防锈涂层的厚度为25－35μm。
作为一种进一步的技术方案，所述紫外光固化涂料由溶剂、聚芳醚酮、光引发剂、流平剂、偶联剂和消泡剂混合而成，以重量份数计，所述溶剂75-80份，所述聚芳醚酮8-12份，所述光引发剂5-7份，所述流平剂0.8-1.2份，所述偶联剂1.6-2.4份，所述消泡剂0.8-1.2份。
第二方面，本发明提供一种生产设备，用于生产如上述技术方案提供的任一种所述的钢丝，包括依次连通的储料组件、挤压组件和涂覆组件；
所述储料组件用于储存所述紫外光固化涂料；所述挤压组件将所述储料组件中的所述紫外光固化涂料输送至所述涂覆组件，以为置于所述涂覆组件中的所述钢丝内芯涂覆所述紫外光固化涂料。
作为一种进一步的技术方案，所述涂覆组件包括具有贯穿内腔的模具座，在所述模具座内腔的第一端依次设置有进口模和第一模具压盖，在所述模具座内腔的第二端依次设置有出口模和第二模具压盖；所述模具座的内腔中部与所述挤压组件相连通；
所述钢丝内芯由所述模具座内腔的第一端进入并由所述模具座内腔的第二端穿出。
作为一种进一步的技术方案，所述挤压组件包括挤压罐、挤压板和压缩气罐；所述挤压板可活动地设置于所述挤压罐内，将所述挤压罐分为上罐体和下罐体；所述下罐体通过挤压管道与所述挤压组件相连通，通过输料管道与所述储料组件相连通；所述上罐体通过气体管道所述压缩气罐相连通。
作为一种进一步的技术方案，还包括控制装置，所述控制装置包括第一液位传感器、第二液位传感器、第一控制阀、第一控制阀和第二控制阀；
所述第一液位传感器和所述第二液位传感器设置于所述挤压罐的内壁，且所述第一液位传感器高于所述第二液位传感器；
所述第一控制阀设置于所述挤压管道上，所述第一控制阀设置于所述输料管道上，所述第二控制阀设置于所述气体管道上；
所述第一液位传感器分别与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连接；所述第二液位传感器分别与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连接。
第三方面，本发明提供一种制备方法，用于制备如上述技术方案提供的任一种钢丝，包括以下步骤：
混料：混料制备紫外光固化涂料组合物；
涂覆：将所述紫外光固化涂料组合物涂覆于所述钢丝内芯上；
固化：紫外光照射使所述紫外光固化涂料固化以得到所述钢丝。
作为一种进一步的技术方案，还包括设置于涂覆步骤之前的放线步骤以及设置于固化步骤之后的收线步骤，所述放线步骤将成卷的所述钢丝内芯展开、张紧后实施所述涂覆步骤；所述收线步骤将涂覆并固化得到的所述钢丝张紧后收卷。
作为一种进一步的技术方案，所述混料步骤包括混合、预热和消泡，所述预热温度为40℃。
与现有技术相比，本发明提供的一种钢丝及其生产设备、制备方法能够达到以下有益效果：
本发明提供一种钢丝，其中，该钢丝的钢丝内芯表面设置有一层防锈涂层，能够有效地抵御酸、碱及潮气带来的腐蚀性破坏，该防锈涂层不与酸性、碱性的物质以及水发生化学反应，不会生成影响加工、成品质量的氢气及氧化物，并且能够有效地阻挡腐蚀物向内部蔓延。此外，固化于钢丝内芯表面的防锈涂层与钢丝内芯之间具有较高的界面强度，能够抵挡一定的机械性损伤。
本发明提供的一种生产设备，用于生产上述钢丝，其中的防锈涂层借助于生产设备涂覆于钢丝内芯表面，生产速度高。
本发明提供的一种制备方法，用于制备上述钢丝，其生产过程中不产生任何有危害的气体、粉末、残渣或液体等对环境造成污染的物质，且在生产过程中除紫外光固化耗费较少的电能外(可以采用直流变频控制UV灯，直流电能够更有效地控制灯的亮度)，其他所有工序采用的气压、机械张紧的能耗很低。总体上看，本生产方法在上述钢丝的各工序中产生的能耗远低于生产磷化钢丝产生的能耗，属于节能环保型的新型工业生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种钢丝的横截面剖视图；
图2为本发明实施例二提供的一种生产设备结构示意图；
图3为图2中A的放大图；
图4为图2中B的放大图。
图标：11－钢丝内芯；12－防锈涂层；21－放线卷；22－放线张紧装置；31－收线卷；32－收线张紧装置；41－模具座；421－进口模；422－第一模具压盖；431－出口模；432－第二模具压盖；51－挤压罐；52－挤压板；53－压缩气罐；61－第一液位传感器；62－第二液位传感器；71－挤压管道；72－输料管道；73－气体管道；81－第一控制阀；82－第二控制阀；9－混料槽；10－紫外光发生装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
参照图1，本发明实施例提供一种钢丝，该钢丝包括钢丝内芯11和涂覆并固化于钢丝内芯11上的防锈涂层12，防锈涂层12为紫外光固化涂料。
其中，防锈涂层12的厚度为25－35μm。
根据实验检测，本实施例提供的钢丝的防锈涂层12硬度能够达到3－5H；钢丝的抗老化性能，在280－320℃条件下，30h后防锈涂层12保持不开裂、不脱落。
本实施例提供的钢丝中的防锈涂层12能够有效地抵御酸、碱及潮气带来的腐蚀性破坏。该防锈涂层12不与酸性、碱性的物质以及水发生化学反应，故不能生成影响加工、成品质量的氢气及氧化物，并且能够有效地阻挡腐蚀物向内部蔓延。固化后的防锈涂层12与钢丝内芯11间具有较高的界面强度，能够抵挡一定的机械性损伤。
具体地，紫外光固化涂料为一种组合物，由溶剂、聚芳醚酮、光引发剂、流平剂、偶联剂和消泡剂混合而成，以重量份数计，溶剂75-80份，聚芳醚酮8-12份，光引发剂5-7份，流平剂0.8-1.2份，偶联剂1.6-2.4份，消泡剂0.8-1.2份。
其中，溶剂包括第一溶剂和第二溶剂。第一溶剂包括N，N－二甲基乙酰胺、N，N－二甲基甲酰胺、N，N－二甲基亚砜或二氯甲烷中的至少一种；第二溶剂包括四氢呋喃、1，2－二氯甲烷或1，2－二氯乙烷中的至少一种。
光引发剂包括二苯甲酮、安息香醚类、酰基膦氧化物类或烷基苯酮类中的至少一种；流平剂包括丙烯酸、有机硅或氟碳化合物中的至少一种；偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铬络偶联剂或锆类偶联剂中的一种；消泡剂包括聚酯类消泡剂或硅类消泡剂。
需要说明的是，紫外光固化涂料的固化温度根据溶剂的配比确定，固化温度范围为200－350℃。并且，钢丝的生产速度也由溶剂决定。当第一溶剂优选为N，N－二甲基甲酰胺，此时，紫外光固化涂料的固化温度为145－175℃。固化后的紫外光固化涂料凝结在钢丝内芯11的表面形成上述防锈涂层12。
实施例二
参照图2－4，本发明实施例提供一种生产设备，用于生产如实施例一所提供的钢丝，该生产设备包括依次连通的储料组件、挤压组件和涂覆组件；储料组件用于储存上述紫外光固化涂料；挤压组件将储料组件中的紫外光固化涂料输送至涂覆组件，以为置于涂覆组件中的钢丝内芯11涂覆紫外光固化涂料。
该生产设备用于为钢丝内芯11表面涂覆上述紫外光固化涂料，涂覆组件具有容纳钢丝内的空间，生产中，钢丝内芯11置于涂覆组件内，挤压组件将储料组件内的紫外光涂料输送填充于涂覆组件内，钢丝内芯11表面将附着一层紫外光固化涂料，经过后期固化得到上述钢丝，该钢丝具有良好的耐酸碱、耐潮湿的抗腐蚀性，且能够抵挡一定的机械性损伤。
其中，涂覆组件包括具有贯穿内腔的模具座41，在模具座41内腔的第一端依次设置有进口模421和第一模具压盖422，在模具座41内腔的第二端依次设置有出口模431和第二模具压盖432；模具座41的内腔中部与挤压组件相连通；钢丝内芯11由模具座41的第一端进入并由模具座41的第二端穿出。
涂覆组件用于为钢丝内芯11表面进行涂覆作业，整个涂覆组件为一个涂覆模具，主要包括模具座41，该模具座41具有贯穿的内腔，内腔中部与储料组件连通，以方便储料组件内的紫外光固化涂料进入内腔内。
贯穿的内腔具有相对的两端，用于钢丝内芯11由内腔的第一端穿进，经过内腔时钢丝内芯11表面将会附着填充于内腔的紫外光固化涂料，然后由内腔的第二端穿出，经固化后得到实施例一所提供的钢丝。
在内腔的第一端，自内而外依次设置有进口模421和第一模具压盖422，第一模具压盖422将进口模421安装于模具座41，进口模421具有用于钢丝内芯11穿过的通道，该通道为沙漏形，两端直径大，中部直径小，便于钢丝内芯11进入模具座41的内腔，且进口模421通道的中部直径与钢丝内芯11直径相匹配。
在内腔的第二端，自内而外依次设置有出口模431和第二模具压盖432，第二模具压盖432将出口模431安装于模具座41，出口模431也具有用于钢丝内芯11穿过的通道，该通道为沙漏形，两端直径大，中部直径小，便于钢丝穿出模具座41的内腔，且出口模431通道的中部直径决定了防锈涂层12的厚度。
而本发明至少一个实施例中的挤压组件包括挤压罐51、挤压板52和压缩气罐53；挤压板52可活动地设置于挤压罐51内，将挤压罐51分为上罐体和下罐体；下罐体通过挤压管道71与挤压组件相连通，通过输料管道72与储料组件相连通；上罐体通过气体管道73压缩气罐53相连通。
挤压板52可活动地设置于挤压罐51内，上罐体内的气体与下罐体内的紫外光固化涂料分隔。上罐体与压缩气罐53连通，压缩气罐53内装有压缩气体，挤压板52能够在压缩气体的推动下向下活动，将下罐体内的紫外光固化涂料施加压力通过挤压管道71进入涂覆组件的模具座41内。
需要说明的是，由于挤压板52可以在挤压罐51内上下移动，则挤压板52分隔形成的上罐体和下罐体的容积是能够对着挤压板52的移动发生变化的。另外，压缩气罐53内装有高压的氮气。
具体地，为了精确控制涂覆过程，本发明至少一个实施例还包括控制装置，该控制装置包括第一液位传感器61、第二液位传感器62、第一控制阀81和第二控制阀82；第一液位传感器61和第二液位传感器62设置于挤压罐51的内壁，且第一液位传感器61高于第二液位传感器62；第一控制阀81设置于输料管道72上，第二控制阀82设置于气体管道73上；第一液位传感器61分别与第一控制阀81和第二控制阀82相连接；第二液位传感器62分别与第一控制阀81和第二控制阀82相连接。
工作中，当下罐体内的紫外光固化涂料的液位接触第一液位传感，第一液位传感器61探测到液位信息，发送关闭指令到第一控制阀81，不再向挤压罐51内输送紫外光固化涂料，同时发送启动指令到第二控制阀82，压缩气罐53内的压缩气体进入挤压罐51的上罐体作用在挤压板52上推动挤压板52向下运动挤压下罐体内的紫外光固化涂料，使紫外光固化涂料通过挤压管道71进入涂覆组件的模具座41内进行涂覆作业。
当下罐体内的紫外光固化涂料的液位下降至接触第一液位传感，下罐体内的紫外光固化涂料的容量较少，可能会因为罐体内压力过小导致紫外光固化涂料出料不利，影响涂覆。此时，第二液位传感器62探测到液位信息，发送关闭指令到第二控制阀82，压缩气罐53内的压缩气体不再进入挤压罐51的上罐体推动挤压板52向下运动，同时第二液位传感器62发送启动指令到第一控制阀81，开始向下罐体内进料。
以上过程循环进行，实现自动化控制，对钢丝内芯11表面的涂覆作业。需要说明的是，在进料阶段，挤压板52短时间内不再挤压紫外光固化涂料向涂覆组件供料，涂覆组件的模具座41内腔还具有一定量的紫外光固化涂料，不会影响钢丝内芯11的涂覆作业。
其中，储料组件包括混料槽9和多个储料罐，每个储料罐用于储存一种紫外光固化涂料的组合成分，每个储料罐与混料槽9连通，每种紫外光固化涂料的组合成分进入混料槽进行混合、预热形成紫外光固化涂料。
另外，本实施例提供的生产设备还包括放线卷21、收线卷31和紫外光发生装置10。
待涂覆的钢丝内芯11缠绕形成放线卷21，放线卷21的钢丝内芯11放线经过涂覆、固化后成为钢丝缠绕形成收线卷31。在放线卷21涂覆组件之间设置有放线张紧装置22，在收线卷31与涂覆组件之间设置有收线张紧装置32。紫外光发生装置10设置于涂覆组件与收线张紧装置32之间，用于对涂覆完成的钢丝进行光照固化，使紫外光固化涂料凝结固化在钢丝内芯11上形成防锈涂层12。
实施例三
本发明实施例提供了一种生产钢丝的方法，用于生产上述实施例一提供的钢丝，主要包括以下步骤：
混料：混料制备紫外光固化涂料组合物；
涂覆：将紫外光固化涂料组合物涂覆于钢丝内芯11上；
固化：紫外光照射使紫外光固化涂料固化以得到上述钢丝。
本发明至少一种实施例还包括设置于涂覆步骤之前的放线步骤以及设置于固化步骤之后的收线步骤，放线步骤将成卷的钢丝内芯11展开、张紧后实施涂覆步骤；收线步骤将涂覆并固化得到的钢丝张紧后收卷。
其中，涂覆过程由实施例二提供的生产设备度钢丝内芯11实施，钢丝内芯11穿过涂覆组件的模具座41实现涂覆作业后再经过紫外光发生装置的紫外光照射固化形成实施例一提供的钢丝。
待涂覆的钢丝内芯11缠绕形成放线卷21，放线卷21的钢丝内芯11放线经过涂覆、固化后成为钢丝缠绕形成收线卷31。在放线卷21涂覆组件之间设置有放线张紧装置22，在收线卷31与紫外光发生装置10之间设置有收线张紧装置32。
本发明至少一个实施例中的混料步骤包括混合、预热和消泡，其中预热温度为40℃。
需要说明的是，混料步骤中，混料槽9里有个搅拌机，不停地运动，一方面是混料，另一方面把料里的气泡搅碎并排出去。同时，混料步骤具有消泡的作用。
本发明实施例中钢丝的生产工艺主要是涂覆和固化，防锈涂层12是借助涂覆组件涂覆制成的，固化温度可以根据生产速度做调整，因此生产速度受到制约的因素较小，基本上能够达到固化温度能提升多少，生产速度即可以提升多少。而现有的钢丝磷化工序需要钢丝在磷化池中保持一定的时间以保证磷化层的厚度。因此，本实施例提供的钢丝的生产速度要高于磷化钢丝
可以看出，本发明实施例提供的生产钢丝的方法，生产过程中不产生任何有危害的气体、粉末、残渣或液体等对环境造成污染的物质，且在生产过程中除紫外光固化耗费较少的电能外(可以采用直流变频控制UV灯，直流电能够更有效地控制灯的亮度)，其他所有工序采用的气压、机械张紧的能耗很低。总体上看，本生产钢丝的方法在上述钢丝的各工序中产生的能耗远低于生产磷化钢丝产生的能耗，属于节能环保型的新型工业生产。
需要说明的是，上述生产全程应防水防潮，因为潮气的入侵将会使紫外光固化涂料中的光引发剂等物质产生水解，从而降低防锈涂层12在钢丝内芯11上的固化效果。并且，生产线速度可以提升至200－350m/min，但固化温度应随着生产速度的提升而提升。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种钢丝，其特征在于，包括：钢丝内芯和涂覆并固化于所述钢丝内芯上的防锈涂层，所述防锈涂层为采用紫外光固化涂料。
2.根据权利要求1所述的钢丝，其特征在于，所述防锈涂层的厚度为25－35μm。
3.根据权利要求1所述的钢丝，其特征在于，所述紫外光固化涂料由溶剂、聚芳醚酮、光引发剂、流平剂、偶联剂和消泡剂混合而成，以重量份数计，所述溶剂75-80份，所述聚芳醚酮8-12份，所述光引发剂5-7份，所述流平剂0.8-1.2份，所述偶联剂1.6-2.4份，所述消泡剂0.8-1.2份。
4.一种生产设备，用于生产如权利要求1－3中任一项所述的钢丝，其特征在于，包括依次连通的储料组件、挤压组件和涂覆组件；
所述储料组件用于储存所述紫外光固化涂料；所述挤压组件将所述储料组件中的所述紫外光固化涂料输送至所述涂覆组件，以为置于所述涂覆组件中的所述钢丝内芯涂覆所述紫外光固化涂料。
5.根据权利要求4所述的生产设备，其特征在于，所述涂覆组件包括具有贯穿内腔的模具座，在所述模具座内腔的第一端依次设置有进口模和第一模具压盖，在所述模具座内腔的第二端依次设置有出口模和第二模具压盖；所述模具座的内腔中部与所述挤压组件相连通；
所述钢丝内芯由所述模具座内腔的第一端进入并由所述模具座内腔的第二端穿出。
6.根据权利要求4所述的生产设备，其特征在于，所述挤压组件包括挤压罐、挤压板和压缩气罐；所述挤压板可活动地设置于所述挤压罐内，将所述挤压罐分为上罐体和下罐体；所述下罐体通过挤压管道与所述挤压组件相连通，通过输料管道与所述储料组件相连通；所述上罐体通过气体管道所述压缩气罐相连通。
7.根据权利要求6所述的生产设备，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置包括第一液位传感器、第二液位传感器、第一控制阀和第二控制阀；
所述第一液位传感器和所述第二液位传感器设置于所述挤压罐的内壁，且所述第一液位传感器高于所述第二液位传感器；
所述第一控制阀设置于所述输料管道上，所述第二控制阀设置于所述气体管道上；
所述第一液位传感器分别与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连接；所述第二液位传感器分别与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连接。
8.一种制备方法，用于制备如权利要求1－3中任一项所述的钢丝，其特征在于，包括以下步骤：
混料：混料制备紫外光固化涂料组合物；
涂覆：将所述紫外光固化涂料组合物涂覆于所述钢丝内芯上；
固化：紫外光照射使所述紫外光固化涂料固化以得到所述钢丝。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括设置于涂覆步骤之前的放线步骤以及设置于固化步骤之后的收线步骤，所述放线步骤将成卷的所述钢丝内芯展开、张紧后实施所述涂覆步骤；所述收线步骤将涂覆并固化得到的所述钢丝张紧后收卷。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混料步骤包括混合、预热和消泡，所述预热温度为40℃。
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