CN102127239A - 复合纤维加强芯、其制备方法及在引入光缆中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合纤维加强芯、其制备方法及在引入光缆中的应用。复合纤维加强芯包括：聚乙烯纤维束和包覆在其表面的改性聚酯共聚物，改性聚酯共聚物包括如下重量百分比的组分：聚对苯二甲酸丁二醇酯5-15％；PBT玻纤55-65％；马来酸酐改性聚烯烃10-15％；聚乙烯15-20％。本发明结构简单紧凑，原料科学合理，克服了现有技术的诸多缺点，实现了产成本低廉、既有很高的机械强度，又具有极佳的柔韧性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光缆技术，尤其涉及一种复合纤维加强芯、其制备方法及在引入光缆中的应用。
背景技术
室内光缆是大规模应用于FTTH(Fiber To The Home，光纤到户)网络中用户引入段的光缆，也适用于其他光纤接入如FTTO(Fiber To The Office，光纤到办公室)和FTTB(Fiber To The Building，光纤到楼)等网络的用户引入段的光缆。室内光缆主要应用于室内布线阶段。室内布线是整个光纤接入工程中最为复杂的环节，其对光缆的弯曲性能、抗拉性能等机械性能有很高的要求。
目前使用的室内光缆，加强芯主要采用的是玻璃纤维加强芯(FRP)和芳纶纤维加强芯(KFRP)，它们的机械性能指标如表1所示，极少数采用钢丝作为加强芯，钢丝加强芯自身重量大，弯曲半径也过大，同时因其金属特性，不能防雷击，已经基本退出市场。
表1不同种类加强芯机械性能指标
目前广泛被使用的玻璃纤维加强芯的结构如附图1所示，用环氧树脂6填充在多根玻璃纤维7之间，并且完全包覆玻璃纤维7。玻璃纤维加强芯(FRP)光缆由于其加强芯的限制，虽具有抗拉、耐腐蚀、避雷击的优势，但是环氧树脂使多根玻璃纤维之间的相对位置保证固定，而不能发生相对位移，影响到加强芯的抗折叠性能，从而进一步影响到蝶形引入光纤的柔韧性。而且玻璃纤维加强芯极易折断、重量较重也成为其致命弱点，在室内布线施工时往往容易因为被弯曲和被打结而产生折断，导致加强芯的作用完全丧失。
芳纶纤维加强芯(KFRP)虽然具有较强抗拉性和较高柔软性，不易被折断，机械性能也较优秀(机械性能如表1所示)，但是对原材料芳纶纤维要求很高，而这种芳纶纤维目前被少数国家垄断，生产成本较高，在室内光缆中较少采用。
发明内容
本发明提供一种复合纤维加强芯，用以解决现有技术中的缺陷，通过对其构成的改进，所得到的复合纤维加强芯结构简单、生产成本低廉，既有很高的机械强度，又具有极佳的柔韧性。
本发明提供的一种复合纤维加强芯，包括聚乙烯纤维束和包覆在其表面的改性聚酯共聚物，所述改性聚酯共聚物包括如下重量百分比的组分：
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT) 5-10％；
PBT玻纤 55-65％；
马来酸酐改性聚烯烃 10-15％；
聚乙烯 15-20％。
进一步地，所述聚乙烯纤维束优选为高强高模聚乙烯纤维束。本发明所述高强高模聚乙烯纤维是指业内公认的，纤维强度大于17.820g/d、模量在500g/d以上的聚乙烯纤维。
进一步地，本发明中所使用的聚乙烯纤维束的直径：0.2-0.5mm；密度：0.97g/cm3；强度：＞30g/d；模量：＞1000g/d；伸长：＜3％。
本发明的另一个目的是提供了复合纤维加强芯的制备方法，通过科学合理的工艺，所制备的产品用于引入光缆的加工，具有强度高、柔韧性佳的优点。
本发明提供的一种复合纤维加强芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将上述重量百分比的组分搅拌均匀，得到共混物料；搅拌过程可采用塑料混色机；
(2)、将步骤(1)得到的共混物料置于挤出机烘料筒进行烘干处理，时间为3-4小时，温度控制在120-130℃；
(3)、将聚乙烯纤维束通过模芯，再将模芯置于模套之中；将步骤(2)中烘干的共混物料通过螺杆挤出机制成改性聚酯共聚物，然后控制螺杆挤出机挤出所述改性聚酯共聚物，使所述改性聚酯共聚物包覆挤压在聚乙烯纤维束的表面，最终制得复合纤维加强芯。所述聚酯共聚物具有耐高温、抗折叠的优点；
进一步的，所述挤出机的螺杆直径Φ为35mm-50mm，以保证生产过程中能有效控制加强芯的直径。
进一步的，所述螺杆挤出机挤出过程中挤出机的参数控制如下：模芯直径：0.3-0.5mm；模套直径：0.4-0.6mm；加工温度：第一区200-230℃、第二区250-270℃、第三区260-280℃、第四区270-280℃、第五区260-280℃；螺杆转速：10-80RPM；牵引转速：500-600RPM；制线速度：100-160m/min，以保证改性聚酯共聚物能被顺利挤出，同时均匀的包覆在聚乙烯纤维束表面，使制得的加强芯符合技术要求。
进一步的，改性聚酯共聚物包覆挤压在聚乙烯纤维束的表面后需经过冷水槽冷却并经过吹干处理，最后收卷置于干燥整洁环境中。
本发明的另一个目的是提供了上述复合纤维加强芯在引入光缆中的应用，克服了目前光缆存在的弯曲性能差等问题，在保证光缆抗拉性、抗压性等机械强度的同时，实现光缆柔韧性佳的优点。
本发明还提供了一种蝶形引入光缆，包括：复合纤维加强芯、蝶形外护套和光纤，所述蝶形外护套中部设置有光纤，所述蝶形外护套的两翼中分别设置有所述复合纤维加强芯。
进一步地，所述光纤为ITU-T G.657标准的单模光纤，色谱采用全色谱标识。
进一步地，所述光缆蝶形外护套采用无卤阻燃聚稀烃。
本发明复合纤维加强芯、其制备方法及在引入光缆中的应用，与现有技术相比较主要具有以下几方面优点：
(1)、普通的聚乙烯纤维束不具耐温特性，在80℃以上便会融化断裂。而经过包覆改性聚酯共聚物以后，复合纤维加强芯能承受150-180℃高温而不熔融，从而保证在制备光缆过程中能顺利通过机头(即烘料筒中原料被螺杆挤出区域)而不被熔断(机头温度在140℃左右)。
(2)、制成的复合纤维加强芯抗拉强度为1200-1500MPa，拉伸弹性模量超过55GPa，远远大于目前玻璃纤维加强芯的抗拉强度和拉伸弹性模量，保证制成的蝶形引入光缆具备很高的机械强度。
(3)、玻璃纤维加强芯在制作过程中，是用环氧树脂填充在各个玻璃纤维之间，并且完全包覆玻璃纤维，使得各个玻璃纤维之间的相对位置保持固定，而不能发生相对的位移，影响了加强芯的弯曲性能，进一步影响了整个蝶形引入光缆的柔软性。而本发明的复合纤维加强芯是用耐高温、抗折叠的改性聚酯共聚物包覆在高强高模聚乙烯纤维束的表面，因此内部各个纤维之间并不受包覆层的约束，而能发生相对的位移，使得使用该加强芯最终制成的蝶形引入光缆柔韧性好，易于弯曲。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有加强芯的截面示意图；
图2为本发明实施例一提供的复合纤维加强芯的截面示意图；
图3为本发明实施例一提供的超柔抗折蝶形引入光缆的截面示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-光纤 2-复合纤维加强芯 3-蝶形外护套
4-聚乙烯纤维束 5-改性聚酯共聚物 6-环氧树脂
7-玻璃纤维
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明实施例提供的复合纤维加强芯，包括聚乙烯纤维束和包覆在其表面的改性聚酯共聚物，所述改性聚酯共聚物包括如下重量百分比的组分：
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT) 5-15％；
PBT玻纤 55-65％；
马来酸酐改性聚烯烃 10-15％；
聚乙烯 15-20％。
所述PBT可采用德国巴斯夫公司生产的B6550LN、B4500；所述PBT玻纤可采用德国巴斯夫公司生产的B4300G2、B4300G4、B4300G6，所述马来酸酐改性聚烯烃由上海日之升新技术发展有限公司生产，所述聚乙烯由扬子石化生产。
复合纤维加强芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将上述重量百分比的组分用塑料混色机搅拌均匀，得到共混物料；
(2)、将步骤(1)制得的得到共混物料置于挤出机烘料筒进行烘干处理，时间为3-4小时，温度控制在120-130℃；
(3)、将聚乙烯纤维束通过直径为0.3-0.5mm的模芯，再将模芯置于直径为0.4-0.6mm的模套之中；将步骤(2)中烘干的共混物料通过螺杆挤出机制成改性聚酯共聚物，然后控制螺杆挤出机挤出所述改性聚酯共聚物，使得改性聚酯共聚物包覆挤压在聚乙烯纤维束的表面，最终制得复合纤维加强芯。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的复合纤维加强芯的截面示意图；图3为本发明实施例一提供的超柔抗折蝶形引入光缆的截面示意图。
改性聚酯共聚物的制备：将重量百分比分别为PBT：10％、PBT玻纤：60％、马来酸酐改性聚烯烃9804：15％、聚乙烯5000s：15％的原料用塑料混色机搅拌均匀，将拌匀后的物料放入挤出机烘料筒进行烘干处理，时间为3-4小时，温度控制在120-130℃。将均匀烘干的共混物料通过
螺杆挤出机制成改性聚酯共聚物，螺杆挤出机设置有加热单元，可使共混物料达到必要的聚合温度。
复合纤维加强芯2的制备：采用纤维直径：0.2-0.5mm；纤维密度：0.97g/cm3；纤维强度：＞30g/d；纤维模量：＞1000g/d；纤维伸长：＜3％的高强高模聚乙烯纤维束4，令其通过直径为0.3-0.5mm的模芯，再将模芯置于直径为0.4-0.6mm的模套之中。然后控制Φ35mm螺杆挤出机挤出改性聚酯共聚物5，使得改性聚酯共聚物5包覆挤压在高强高模聚乙烯纤维束4的表面(如图2所示)。将包覆好的聚乙烯纤维束需经过冷水槽冷却并经过吹干处理，最后收卷置于干燥整洁环境中。在挤出过程中Φ35mm挤出机参数控制如下：第一区200-230℃、第二区250-270℃、第三区260-280℃、第四区270-280℃、第五区260-280℃。螺杆转速：10-80RPM、制线速度：100-160m/min。所述第一区为螺杆后区；第二区为螺杆中区；第三区为螺杆前区；第四区为机颈；第五区为机头(即包覆点)，通过上述方法制备的复合纤维加强芯2机械性能指标如表2所示。
表2复合纤维加强芯机械性能指标
与表1中的玻璃纤维加强芯(FRP)和芳纶纤维加强芯(KFRP)相比较，复合纤维加强芯2的抗拉强度和拉伸弹性模量均有不同程度的提高(如表2所示)，复合纤维加强芯2既有很高的机械强度，又具有极佳的柔韧性。
蝶形引入光缆又称室内蝶形光缆、皮线光缆、室内光缆，是大规模应用于FTTH(Fiber To The Home，光纤到户)网络中用户引入段的光缆，也适用于其他光纤接入如FTTO(Fiber To The Office，光纤到办公室)和FTTB(Fiber ToThe Building，光纤到楼)等网络的用户引入段的光缆。其截面外形像蝴蝶故得名蝶形引入光缆(也有俗称“8”字光缆)。
本发明利用上述复合纤维加强芯2制造超柔抗折蝶形引入光缆的方法：选用符合ITU-T G.657标准的单模光纤1，色谱采用全色谱标识。光缆用外护套料采用蝶形外护套3，蝶形外护套3为90℃热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，蝶形外护套3还可以选用热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料、环保型低烟低卤阻然聚乙烯电缆料或低烟低卤阻燃聚乙烯电缆料。置于Φ50mm挤出机烘料筒中进行烘干处理，温度控制在80℃左右，时间约为2个小时。
将一盘光纤1和两盘上述复合纤维加强芯2放置于Φ50mm挤出机的主动放线架上，张力控制如下：复合纤维加强芯2为1.2N±0.2N，光纤1为1N±0.2N。将光纤1通过蝶形光缆模具中心小孔，两根复合纤维加强芯2与中央光纤1平行，左右对称分置在光纤1两侧并通过蝶形光缆模具，控制Φ50mm挤出机挤出光缆外护套料使其完整包覆在光纤1和复合纤维加强芯2表面以制成蝶形引入光缆。成缆过程中，Φ50mm挤出机参数控制如下：第一区(螺杆后区)130±5℃、第二区(螺杆中区)140±5℃、第三区(螺杆后区)155±5℃、第四区(机颈)165±5℃、第五区(机头)165±5℃，制线速度：≤80m/min。本实施例所提供的超柔抗折蝶形引入光缆其截面的结构如图3所示，两侧为复合纤维加强芯2，中间处为光纤1，光纤1的数量可以为一根，两根或四根。
本实施例提供的超柔抗折蝶形引入光缆采用抗折叠复合纤维加强芯2来替代玻璃纤维加强芯，使得制成的光缆既满足机械强度要求，又具有极佳的柔软性。
实施例二
改性聚酯共聚物的制备：将重量百分比分别为PBT：10％、PBT玻纤：60％、马来酸酐改性聚烯烃5001：10％、聚乙烯5306：20％的原料用塑料混色机搅拌均匀，将拌匀后的物料放入挤出机烘料筒进行烘干处理，时间为3-4小时，温度控制在120-130℃。将均匀烘干的共混物原料通过
螺杆挤出制成改性聚酯共聚物。
复合纤维加强芯的制备：采用两束高强高模聚乙烯纤维束，纤维性能如下：聚乙烯纤维束直径为0.25-0.4mm；纤维密度为0.97g/cm3；纤维强度＞30g/d；纤维模量分别为800g/d和1000g/d；纤维伸长：＜3％。然后绞合两根聚乙烯纤维束，使其通过直径为0.5mm的模芯，将模芯置于直径为0.6mm的模套之中。然后控制Φ35mm螺杆挤出机挤出改性聚酯共聚物，使得共聚物被挤压包覆在高强高模聚乙烯纤维束的表面。包覆好的聚乙烯纤维束需经过冷水槽冷却并经过吹干处理，最后收卷置于干燥整洁环境中。在挤出过程中Φ35mm挤出机参数控制如下：第一区200-230℃、第二区250-270℃、第三区260-280℃、第四区270-280℃、第五区260-280℃。螺杆转速：10-80RPM、制线速度：100-160m/min。通过上述方法制备的复合纤维加强芯机械性能指标如表3所示。
表3复合纤维加强芯机械性能指标
接着将一盘光纤和两盘复合纤维加强芯放置于Φ50mm挤出机的主动放线架上，张力控制如下：加强芯为1.2N±0.2N，光纤为1N±0.2N。将光纤通过蝶形光缆模具中心小孔，两根加强芯与中央光纤平行，左右对称分置在光纤两侧并通过蝶形光缆模具，控制Φ50mm挤出机挤出光缆外护套料使其完整包覆在光纤和加强芯表面以制成蝶形引入光缆。成缆过程中，Φ50mm挤出机参数控制如下：第一区(螺杆后区)130±5℃、第二区(螺杆中区)140±5℃、第三区(螺杆后区)155±5℃、第四区(机颈)165±5℃、第五区(机头)165±5℃，制线速度：≤80m/min。本光缆克服了目前光缆存在的弯曲性能差等问题，在保证光缆抗拉性、抗压性等机械强度的同时，实现光缆柔韧性佳的优点。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种复合纤维加强芯，其特征在于，包括聚乙烯纤维束和包覆在其表面的改性聚酯共聚物，所述改性聚酯共聚物包括如下重量百分比的组分：
聚对苯二甲酸丁二醇酯 5-15％；
PBT玻纤 55-65％；
马来酸酐改性聚烯烃 10-15％；
聚乙烯 15-20％。
2.根据权利要求1所述的复合纤维加强芯，其特征在于，所述聚乙烯纤维束为高强高模聚乙烯纤维束。
3.根据权利要求1或2所述的复合纤维加强芯，其特征在于，所述聚乙烯纤维束的直径：0.2-0.5mm；密度：0.97g/cm3；强度：＞30g/d；模量：＞1000g/d；伸长：＜3％。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的复合纤维加强芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、将上述重量百分比的组分搅拌均匀，得到共混物料；
(2)、将步骤(1)得到的共混物料置于挤出机烘料筒进行烘干处理，时间为3-4小时，温度控制在120-130℃；
(3)、将聚乙烯纤维束通过模芯，再将所述模芯置于模套之中；将步骤(2)中烘干的共混物料通过螺杆挤出机制成改性聚酯共聚物，然后控制螺杆挤出机挤出所述改性聚酯共聚物，使所述改性聚酯共聚物包覆挤压在聚乙烯纤维束的表面，最终制得复合纤维加强芯。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的螺杆直径Φ为35mm-50mm。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的参数控制如下：模芯直径：0.3-0.5mm；模套直径：0.4-0.6mm；加工温度：第一区200-230℃、第二区250-270℃、第三区260-280℃、第四区270-280℃、第五区260-280℃；螺杆转速：10-80RPM；牵引转速：500-600RPM；制线速度：100-160m/min。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述改性聚酯共聚物包覆挤压在聚乙烯纤维束的表面后经过冷水槽冷却并经过吹干处理。
8.一种蝶形引入光缆，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述的复合纤维加强芯、蝶形外护套和光纤，所述蝶形外护套中部设置有光纤，所述蝶形外护套的两翼中分别设置有所述复合纤维加强芯。
9.根据权利要求8所述的蝶形引入光缆，其特征在于，所述光纤为ITU-TG.657标准的单模光纤。
10.根据权利要求8所述的蝶形引入光缆，其特征在于，所述光缆蝶形外护套材料采用无卤阻燃聚稀烃。
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