一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及光纤领域，具体涉及一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法。


背景技术：

[0002]
塑料光纤是用高透明的非结晶型各向同性聚合物，如聚苯乙烯(ps)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)作为芯层材料，氟树脂等作为包层材料的一类光纤。塑料光纤与石英光纤一样，在光电领域有相同的优势，比如重量轻、抗电磁干扰、可多路复用等，并且熔点较低，柔韧性好，不易断裂，热熔拉伸容易，制备成本低，操作简单，对应力很敏感，在可见光波段有低损耗窗口。但是，塑料光纤虽然比石英光纤便宜很多，但是它也存有一些缺点：玻璃化温度低，耐热性能较差，吸水率高，在环境温度较高或湿度较大的场合使用时，存在信号衰减大、易老化的严重问题，限制了其适用范围。
[0003]
因此，如何改善现有的塑料光纤玻璃化温度低，耐热性能较差，吸水率高、存在信号衰减大、易老化是本发明需要解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法：通过使用粉末成型装置进行制备该纳米材料，通过将块状原料放置于输送机的一端上，向蓄液箱中注入乙醇，启动输送液泵，输送液泵运转将乙醇从蓄液箱中抽出并输送至输送总管中，经过分流分别输送至若干个输送支管中，从喷头喷淋出，启动加热管，加热管释放热量，启动输送机，输送机运转带动块状原料向前移动，待输送机输送至输送支管的下方，块状原料通过喷淋的乙醇进行洗涤，然后继续向前移动，待块状原料移动至加热管下方，块状原料得以烘干，干燥的块状原料经过输送机的另一端落至收集斗中，然后进入粉碎仓的内腔中，启动驱动电机，驱动电机运转带动粉碎组件转动，块状原料在若干个转动的粉碎刃的作用下粉碎成粉末原料，粉末原料穿过弧形筛板，从接料管进入进料管中，启动鼓风机，鼓风机运转将部分粉末原料吸入至分离筒中，粉末原料以切线方向进入分离筒，形成外旋流后从分离筒的底部排出，得到纳米材料，然后将这种纳米材料加入至甲基丙烯酸酯类单体中与其反应，使其改性，然后制得一种纳米材料改性的塑料光纤，解决了现有的塑料光纤玻璃化温度低，耐热性能较差，吸水率高、存在信号衰减大、易老化的问题。
[0005]
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]
一种纳米材料改性的塑料光纤，包括以下重量份组分：
[0007]
甲基丙烯酸酯类单体90-110份、纳米材料1-10份；
[0008]
其中，所述甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸苯酯中的一种；
[0009]
该纳米材料改性的塑料光纤由以下步骤制备得到：
[0010]
步骤一：称取10-20重量份的三氟乙酸钇溶解于体积分数为50-75％的乙醇溶液中，然后加入120-150重量份的正硅酸四乙酯，用浓度为1-6mol/l的硝酸调节ph至1.5-2.0，
得到混合液；
[0011]
步骤二：将混合液加入高压釜中直至填充高压釜体积的1/2-2/3，密封，在60-80℃的条件下反应5-7小时后，将经过反应得到的产品烘干，得到块状原料；
[0012]
步骤三：将块状原料放置于粉末成型装置的输送机的一端上，向蓄液箱中注入乙醇，启动输送液泵，输送液泵运转将乙醇从蓄液箱中抽出并输送至输送总管中，经过分流分别输送至若干个输送支管中，从喷头喷淋出，启动加热管，加热管释放热量；
[0013]
步骤四：启动输送机，输送机运转带动块状原料向前移动，待输送机输送至输送支管的下方，块状原料通过喷淋的乙醇进行洗涤，然后继续向前移动，待块状原料移动至加热管下方，块状原料得以烘干；
[0014]
步骤五：干燥的块状原料经过输送机的另一端落至收集斗中，然后进入粉碎仓的内腔中，启动驱动电机，驱动电机运转带动粉碎组件转动，块状原料在若干个转动的粉碎刃的作用下粉碎成粉末原料，粉末原料穿过弧形筛板，从接料管进入进料管中；
[0015]
步骤六:启动鼓风机，鼓风机运转将部分粉末原料吸入至分离筒中，粉末原料以切线方向进入分离筒，形成外旋流后从分离筒的底部排出，得到纳米材料；
[0016]
步骤七：按照重量份称取甲基丙烯酸酯类单体和纳米材料，将纳米材料混合在甲基丙烯酸酯类单体中，在温度为80-90℃的条件下加热12-48小时，聚合形成塑料光纤预聚棒；
[0017]
步骤八：加热，将塑料光纤预聚棒拉制成所需直径的塑料光纤，得到该纳米材料改性的塑料光纤。
[0018]
作为本发明进一步的方案：所述粉末成型装置包括洗涤干燥机构、粉碎机构、下料机构，所述洗涤干燥机构的一端设置有粉碎机构，所述粉碎机构远离洗涤干燥机构的一侧设置有下料机构，所述粉碎机构的内腔底部连接至下料机构一端的顶部。
[0019]
作为本发明进一步的方案：其中，所述洗涤干燥机构包括洗涤干燥箱、输送机、输送液泵、蓄液箱、安装板、输送总管、输送支管、安装箱、接液斗、回流管、加热管，所述洗涤干燥箱上贯穿安装有输送机，所述输送机的输送带上开设有漏孔，所述洗涤干燥箱的底部一侧安装有蓄液箱，所述蓄液箱的一侧底部通过管道连通至输送液泵的进液口，所述输送液泵的出液口通过管道连接至洗涤干燥箱的一侧的边缘位置。
[0020]
作为本发明进一步的方案：所述洗涤干燥箱的内腔顶部中间位置竖直安装有安装板，所述安装板的一侧安装有安装箱，所述安装箱为底部开合的箱体，所述安装箱的内腔中等距安装有若干个加热管，所述洗涤干燥箱的内腔靠近顶部的位置安装有输送总管，所述输送总管的一端连通至输送液泵出液口连接的管道上，所述输送总管位于安装板远离安装箱的一侧，所述输送总管的两侧上均等距安装有若干个输送支管，若干个所述输送支管的底部均等距安装有若干个喷头，一侧所述输送支管的一端均连接至洗涤干燥箱的内壁上，另一侧所述输送支管的一端均连接至安装板的一侧上，所述输送支管与安装箱均位于输送机的正上方，所述洗涤干燥箱的内壁上安装有接液斗，所述接液斗位于输送机的正下方，所述接液斗的底部安装有回流管，所述回流管远离接液斗的一端连通至蓄液箱的一侧顶部。
[0021]
作为本发明进一步的方案：其中，所述粉碎机构包括第一安装架、粉碎仓、驱动电机、支撑板、轴承座、收集斗、进料口、连接架、弧形筛板、粉碎组件、传动轴、安装盘、连接轴、粉碎刃，所述第一安装架的顶部两端分别安装有粉碎仓与驱动电机，所述粉碎仓的顶部安
装有收集斗，所述收集斗的一侧开设有进料口，所述收集斗通过进料口套接在输送机的一端上。
[0022]
作为本发明进一步的方案：所述粉碎仓的内腔中安装有连接架，所述连接架的底部安装有弧形筛板，所述弧形筛板上开设有若干个筛孔，所述弧形筛板的内腔中设置有粉碎组件，所述粉碎组件与弧形筛板为配合构件，所述粉碎组件连接至驱动电机的输出轴上，所述粉碎组件的两端均套接有轴承座，两个所述轴承座分别安装在两个支撑板的顶部，两个所述支撑板分别安装在粉碎仓的两侧上。
[0023]
作为本发明进一步的方案：所述粉碎组件包括传动轴、安装盘、连接轴、粉碎刃，所述传动轴上等距安装有若干个安装盘，若干个所述安装盘的边缘位置等弧度贯穿安装有若干个连接轴，若干个所述连接轴上活动套接有若干个粉碎刃。
[0024]
作为本发明进一步的方案：其中，所述下料机构包括第二安装架、鼓风机、分离筒、进料管、接料管，所述第二安装架的顶部一端安装有鼓风机，所述第二安装架的顶部另一端嵌入安装有分离筒，所述分离筒的顶部通过管道连通至鼓风机的进风口，所述分离筒的一侧顶部以切线方向安装有进料管，所述进料管远离分离筒的一端设置有粗料出口，所述粗料出口上设置有阀门，所述进料管接近粗料出口的一端顶部安装有接料管，所述接料管的顶部安装在粉碎仓的底部。
[0025]
作为本发明进一步的方案：一种纳米材料改性的塑料光纤的制备方法,包括以下步骤：
[0026]
步骤一：称取10-20重量份的三氟乙酸钇溶解于体积分数为50-75％的乙醇溶液中，然后加入120-150重量份的正硅酸四乙酯，用浓度为1-6mol/l的硝酸调节ph至1.5-2.0，得到混合液；
[0027]
步骤二：将混合液加入高压釜中直至填充高压釜体积的1/2-2/3，密封，在60-80℃的条件下反应5-7小时后，将经过反应得到的产品烘干，得到块状原料；
[0028]
步骤三：将块状原料放置于粉末成型装置的输送机的一端上，向蓄液箱中注入乙醇，启动输送液泵，输送液泵运转将乙醇从蓄液箱中抽出并输送至输送总管中，经过分流分别输送至若干个输送支管中，从喷头喷淋出，启动加热管，加热管释放热量；
[0029]
步骤四：启动输送机，输送机运转带动块状原料向前移动，待输送机输送至输送支管的下方，块状原料通过喷淋的乙醇进行洗涤，然后继续向前移动，待块状原料移动至加热管下方，块状原料得以烘干；
[0030]
步骤五：干燥的块状原料经过输送机的另一端落至收集斗中，然后进入粉碎仓的内腔中，启动驱动电机，驱动电机运转带动粉碎组件转动，块状原料在若干个转动的粉碎刃的作用下粉碎成粉末原料，粉末原料穿过弧形筛板，从接料管进入进料管中；
[0031]
步骤六:启动鼓风机，鼓风机运转将部分粉末原料吸入至分离筒中，粉末原料以切线方向进入分离筒，形成外旋流后从分离筒的底部排出，得到纳米材料；
[0032]
步骤七：按照重量份称取甲基丙烯酸酯类单体和纳米材料，将纳米材料混合在甲基丙烯酸酯类单体中，在温度为80-90℃的条件下加热12-48小时，聚合形成塑料光纤预聚棒；
[0033]
步骤八：加热，将塑料光纤预聚棒拉制成所需直径的塑料光纤，得到该纳米材料改性的塑料光纤。
[0034]
本发明的有益效果：
[0035]
(1)本发明的一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法，该制备方法中首先制备一种纳米材料，然后将这种纳米材料加入至甲基丙烯酸酯类单体中与其反应，使其改性，加入的纳米材料能够在聚合物分子链上均匀引入稀土离子和氟例子，使分子链间形成二维甚至三维交联，减小材料的氢键化程度，可以提高聚合物材料的玻璃化转变温度，并降低吸水率、提高阻燃性，提高了该纳米材料改性的塑料光纤的适用范围，而且该纳米材料对聚合反应有催化作用，可以在一定程度加快聚合反应速度；
[0036]
(2)本发明的一种纳米材料改性的塑料光纤及其制备方法，该制备方法中通过使用粉末成型装置进行制备该纳米材料，通过将块状原料放置于输送机的一端上，向蓄液箱中注入乙醇，启动输送液泵，输送液泵运转将乙醇从蓄液箱中抽出并输送至输送总管中，经过分流分别输送至若干个输送支管中，从喷头喷淋出，启动加热管，加热管释放热量，启动输送机，输送机运转带动块状原料向前移动，待输送机输送至输送支管的下方，块状原料通过喷淋的乙醇进行洗涤，然后继续向前移动，待块状原料移动至加热管下方，块状原料得以烘干，干燥的块状原料经过输送机的另一端落至收集斗中，然后进入粉碎仓的内腔中，启动驱动电机，驱动电机运转带动粉碎组件转动，块状原料在若干个转动的粉碎刃的作用下粉碎成粉末原料，粉末原料穿过弧形筛板，从接料管进入进料管中，启动鼓风机，鼓风机运转将部分粉末原料吸入至分离筒中，粉末原料以切线方向进入分离筒，形成外旋流后从分离筒的底部排出，得到纳米材料；该粉末成型装置通过洗涤干燥机构自动将块状原料进行洗涤，然后干燥，通过粉碎机构将干燥后的块状原料进行粉碎，使得粒径小于筛孔的粉末原料穿过弧形筛板，进入进料管中，然后通过下料机构中的鼓风机将粉末原料进一步分选，使得携带粒径粒径较小的进入分离筒中；该粉末成型装置的自动化程度高，有利于提高纳米材料的生产效率，进而提高了该纳米材料改性的塑料光纤的生产效率，同时通过两次的筛选，使得制得的纳米材料粒径小且均匀度高，使得纳米材料在甲基丙烯酸酯类单体中分散的均匀，且反应的充分，进一步提高了该纳米材料改性的塑料光纤的品质。
附图说明
[0037]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0038]
图1是本发明中粉末成型装置的结构示意图；
[0039]
图2是本发明中洗涤干燥机构的结构示意图；
[0040]
图3是本发明中洗涤干燥箱的内部结构示意图；
[0041]
图4是本发明中安装箱、加热管的连接视图；
[0042]
图5是本发明中粉碎机构的结构示意图；
[0043]
图6是本发明中粉碎仓的内部结构示意图；
[0044]
图7是本发明中粉碎组件的结构示意图；
[0045]
图8是本发明中弧形筛板的结构示意图；
[0046]
图9是本发明中下料机构的结构示意图。
[0047]
图中：100、洗涤干燥机构；200、粉碎机构；300、下料机构；101、洗涤干燥箱；102、输送机；103、输送液泵；104、蓄液箱；105、安装板；106、输送总管；107、输送支管；108、安装箱；109、接液斗；110、回流管；111、加热管；201、第一安装架；202、粉碎仓；203、驱动电机；204、
支撑板；205、轴承座；206、收集斗；207、进料口；208、连接架；209、弧形筛板；210、粉碎组件；211、传动轴；212、安装盘；213、连接轴；214、粉碎刃；301、第二安装架；302、鼓风机；303、分离筒；304、进料管；305、接料管。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
实施例1：
[0050]
请参阅图1-9所示，本实施例为一种纳米材料改性的塑料光纤，包括以下重量份组分：
[0051]
甲基丙烯酸酯类单体90份、纳米材料1份；
[0052]
其中，所述甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯。
[0053]
一种纳米材料改性的塑料光纤的制备方法,包括以下步骤：
[0054]
步骤一：称取20重量份的三氟乙酸钇溶解于体积分数为60％的乙醇溶液中，然后加入150重量份的正硅酸四乙酯，用浓度为3mol/l的硝酸调节ph至2.0，得到混合液；
[0055]
步骤二：将混合液加入高压釜中直至填充高压釜体积的2/3，密封，在80℃的条件下反应5小时后，将经过反应得到的产品烘干，得到块状原料；
[0056]
步骤三：将块状原料放置于粉末成型装置的输送机102的一端上，向蓄液箱104中注入乙醇，启动输送液泵103，输送液泵103运转将乙醇从蓄液箱104中抽出并输送至输送总管106中，经过分流分别输送至若干个输送支管107中，从喷头喷淋出，启动加热管111，加热管111释放热量；
[0057]
步骤四：启动输送机102，输送机102运转带动块状原料向前移动，待输送机102输送至输送支管107的下方，块状原料通过喷淋的乙醇进行洗涤，然后继续向前移动，待块状原料移动至加热管111下方，块状原料得以烘干；
[0058]
步骤五：干燥的块状原料经过输送机102的另一端落至收集斗206中，然后进入粉碎仓202的内腔中，启动驱动电机203，驱动电机203运转带动粉碎组件210转动，块状原料在若干个转动的粉碎刃214的作用下粉碎成粉末原料，粉末原料穿过弧形筛板209，从接料管305进入进料管304中；
[0059]
步骤六:启动鼓风机302，鼓风机302运转将部分粉末原料吸入至分离筒303中，粉末原料以切线方向进入分离筒303，形成外旋流后从分离筒303的底部排出，得到纳米材料；
[0060]
步骤七：按照重量份称取甲基丙烯酸酯类单体和纳米材料，将纳米材料混合在甲基丙烯酸酯类单体中，在温度为90℃的条件下加热20小时，聚合形成塑料光纤预聚棒；
[0061]
步骤八：加热，将塑料光纤预聚棒拉制成所需直径的塑料光纤，得到该纳米材料改性的塑料光纤。
[0062]
对实施例1的纳米材料改性的塑料光纤的性能进行检测，检测结果：玻璃化转变温度为138℃，自然光透过率为94％，吸水率为0.08％。
[0063]
实施例2：
[0064]
本实施例与实施例1的不同之处在于：一种纳米材料改性的塑料光纤，包括以下重量份组分：
[0065]
甲基丙烯酸酯类单体100份、纳米材料5份；
[0066]
其中，所述甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸乙酯。
[0067]
对实施例2的纳米材料改性的塑料光纤的性能进行检测，检测结果：玻璃化转变温度为139℃，自然光透过率为95％，吸水率为0.07％。
[0068]
实施例3：
[0069]
本实施例与实施例1的不同之处在于：一种纳米材料改性的塑料光纤，包括以下重量份组分：
[0070]
甲基丙烯酸酯类单体110份、纳米材料10份；
[0071]
其中，所述甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸苯酯。
[0072]
对实施例3的纳米材料改性的塑料光纤的性能进行检测，检测结果：玻璃化转变温度为140℃，自然光透过率为96％，吸水率为0.05％。
[0073]
实施例4：
[0074]
请参阅图1-9所示，本实施例中的粉末成型装置，包括洗涤干燥机构100、粉碎机构200、下料机构300，所述洗涤干燥机构100的一端设置有粉碎机构200，所述粉碎机构200远离洗涤干燥机构100的一侧设置有下料机构300，所述粉碎机构200的内腔底部连接至下料机构300一端的顶部；
[0075]
其中，所述洗涤干燥机构100包括洗涤干燥箱101、输送机102、输送液泵103、蓄液箱104、安装板105、输送总管106、输送支管107、安装箱108、接液斗109、回流管110、加热管111，所述洗涤干燥箱101上贯穿安装有输送机102，所述输送机102的输送带上开设有漏孔，所述洗涤干燥箱101的底部一侧安装有蓄液箱104，所述蓄液箱104的一侧底部通过管道连通至输送液泵103的进液口，所述输送液泵103的出液口通过管道连接至洗涤干燥箱101的一侧的边缘位置；
[0076]
所述洗涤干燥箱101的内腔顶部中间位置竖直安装有安装板105，所述安装板105的一侧安装有安装箱108，所述安装箱108为底部开合的箱体，所述安装箱108的内腔中等距安装有若干个加热管111，所述洗涤干燥箱101的内腔靠近顶部的位置安装有输送总管106，所述输送总管106的一端连通至输送液泵103出液口连接的管道上，所述输送总管106位于安装板105远离安装箱108的一侧，所述输送总管106的两侧上均等距安装有若干个输送支管107，若干个所述输送支管107的底部均等距安装有若干个喷头，一侧所述输送支管107的一端均连接至洗涤干燥箱101的内壁上，另一侧所述输送支管107的一端均连接至安装板105的一侧上，所述输送支管107与安装箱108均位于输送机102的正上方，所述洗涤干燥箱101的内壁上安装有接液斗109，所述接液斗109位于输送机102的正下方，所述接液斗109的底部安装有回流管110，所述回流管110远离接液斗109的一端连通至蓄液箱104的一侧顶部；
[0077]
其中，所述粉碎机构200包括第一安装架201、粉碎仓202、驱动电机203、支撑板204、轴承座205、收集斗206、进料口207、连接架208、弧形筛板209、粉碎组件210、传动轴211、安装盘212、连接轴213、粉碎刃214，所述第一安装架201的顶部两端分别安装有粉碎仓202与驱动电机203，所述粉碎仓202的顶部安装有收集斗206，所述收集斗206的一侧开设有
进料口207，所述收集斗206通过进料口207套接在输送机102的一端上；
[0078]
所述粉碎仓202的内腔中安装有连接架208，所述连接架208的底部安装有弧形筛板209，所述弧形筛板209上开设有若干个筛孔，所述弧形筛板209的内腔中设置有粉碎组件210，所述粉碎组件210与弧形筛板209为配合构件，所述粉碎组件210连接至驱动电机203的输出轴上，所述粉碎组件210的两端均套接有轴承座205，两个所述轴承座205分别安装在两个支撑板204的顶部，两个所述支撑板204分别安装在粉碎仓202的两侧上；
[0079]
所述粉碎组件210包括传动轴211、安装盘212、连接轴213、粉碎刃214，所述传动轴211上等距安装有若干个安装盘212，若干个所述安装盘212的边缘位置等弧度贯穿安装有若干个连接轴213，若干个所述连接轴213上活动套接有若干个粉碎刃214；
[0080]
其中，所述下料机构300包括第二安装架301、鼓风机302、分离筒303、进料管304、接料管305，所述第二安装架301的顶部一端安装有鼓风机302，所述第二安装架301的顶部另一端嵌入安装有分离筒303，所述分离筒303的顶部通过管道连通至鼓风机302的进风口，所述分离筒303的一侧顶部以切线方向安装有进料管304，所述进料管304远离分离筒303的一端设置有粗料出口，所述粗料出口上设置有阀门，所述进料管304接近粗料出口的一端顶部安装有接料管305，所述接料管305的顶部安装在粉碎仓202的底部。
[0081]
请参阅图1-9所示，本实施例中的粉末成型装置的工作过程如下：
[0082]
步骤一：将块状原料放置于粉末成型装置的输送机102的一端上，向蓄液箱104中注入乙醇，启动输送液泵103，输送液泵103运转将乙醇从蓄液箱104中抽出并输送至输送总管106中，经过分流分别输送至若干个输送支管107中，从喷头喷淋出，启动加热管111，加热管111释放热量；
[0083]
步骤二：启动输送机102，输送机102运转带动块状原料向前移动，待输送机102输送至输送支管107的下方，块状原料通过喷淋的乙醇进行洗涤，然后继续向前移动，待块状原料移动至加热管111下方，块状原料得以烘干；
[0084]
步骤三：干燥的块状原料经过输送机102的另一端落至收集斗206中，然后进入粉碎仓202的内腔中，启动驱动电机203，驱动电机203运转带动粉碎组件210转动，块状原料在若干个转动的粉碎刃214的作用下粉碎成粉末原料，粉末原料穿过弧形筛板209，从接料管305进入进料管304中；
[0085]
步骤四:启动鼓风机302，鼓风机302运转将部分粉末原料吸入至分离筒303中，粉末原料以切线方向进入分离筒303，形成外旋流后从分离筒303的底部排出，得到纳米材料。
[0086]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0087]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

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