CN103926668A - 航天用耐辐射、耐高低温光缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天用耐辐射、耐高低温光缆，其包括由内向外依次绕包的光纤、紧包缓冲层、增强材料层、外护套；所述光纤为耐辐照光纤，所述光纤外层包覆有光纤涂层，其材料采用耐高低温聚丙烯酸酯涂层；所述紧包缓冲层绕包在所述光纤涂层上，其采用耐高低温的氟材料紧包层；所述增强材料层绕包在所述紧包缓冲层上，为多股具有耐辐照、耐高低温性能的高强度非金属连续增强纤维编织成的均匀致密的网状编织增强层；所述外护套挤塑成型在所述增强材料层上，为薄壁耐高低温的氟材料外护套。本发明还提供了航天用耐辐射、耐高低温光缆的制造方法，本发明对光纤进行缓冲保护和增强的不同层材料之间满足膨胀系数匹配的要求，可有效防止微弯效应。

Description

航天用耐辐射、耐高低温光缆及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光缆及其制造方法，尤其涉及一种耐辐射、耐高低温光缆及其制造方法。

背景技术

继我国载人航天、探月活动的成功实现，载人空间站、深空探测项目将相继启动，受飞行器载荷及复杂通信性能的要求，其数据传输系统迫切需要质量轻、传输速率高、传输容量大、电磁兼容强、耐辐射、耐高低温等特性的传输元件。在载荷、体积容量、数据容量和电磁兼容性方面，传统航天飞行器所采用的电缆几乎不能实现，而充分利用重量轻、体积小、易于系统集成、抗电磁干扰等传输优势的光纤制成的航天用耐辐照耐高低温光缆，可有效解决这些问题。

航天用耐辐照耐高低温光缆即是一种可用于存在辐射和极端高低温等特殊环境下作为语音、数据、图形/图像等测量与控制信号的传输介质，作为关键传输元件，主要用于卫星、飞船、空间站、深空探测器内部组网及舱外设备与舱内的互联，实现点对点的信号高速传输。其采用具有低损耗特点的光纤进行信号的传输，可以大幅度降低传输损耗，实现大容量数据的高速实时传输。

根据航天环境的使用要求，光缆除需要求尺寸小、重量轻和具有一定的抗拉强度外，在环境适应性上，一方面必须具有耐极端高低温的特性，能够承受航天飞行器在极端温度长期不断变化过程中对信号传输性能造成的影响；另一方面，航天环境下光缆会受到一定辐照剂量的辐射，在辐射环境下光缆传输性能会发生衰减，因此必须保证光缆在辐照引起的附加感生损耗下仍然可满足使用要求，同时在热真空、真空释气、易燃性、材料毒性等空间环境适应性方面也必须满足要求。

公开号为CN202256797U的中国专利《耐高温、耐辐射通信用光缆》公开了一种光缆结构，其设计通过在光纤外顺次绕包聚四氟乙烯薄膜层、碳纤维加强层，以及使用抗辐射氟塑料外护套，形成中心到外层的四层结构，从而提供耐高温、高辐射的通信用光缆。然而，诸如上述的这种耐辐射、耐高低温的光缆中通常采用紧包缓冲结构和光纤松套管结构。在紧包缓冲结构中，光缆中材料热膨胀系数不匹配会造成高低温条件下光纤微弯损耗的剧增；松套管结构则直接在光纤外挤塑松套管，受松套管内径均匀程度的影响，在大长度挤塑时，光纤与松套管之间易造成粘连，光纤的余长难以控制，导致成本较高，且存在工艺损耗和高低温环境下光纤的微弯损耗较大等缺点。耐辐照光纤的抗弯曲性能较差，成缆后在高低温环境下附加损耗大，然而，光缆在高低温环境下光纤附加损耗大是由于微弯引起的，造成光纤微弯的因素主要是紧包缓冲层与光纤涂层材料、增强材料和外护套材料间的膨胀系数不匹配。

另外，由于光缆在航天器内使用时，受设备体积尺寸的限制，不可避免的要将其以一定的弯曲半径与信号处理系统连接，长期弯曲半径为50mm，短期仅为30mm，特别是布线时会承受较小弯曲半径，光缆的外径为1.8mm，按照标准要求，其弯曲半径不应超过36mm的指标，超过这个指标，光缆内部光纤将产生很大的附加光损耗。

因此，需要一种新型的光缆结构，同时解决高温、低温环境下光纤传输损耗过大的问题，同时满足辐照、热真空、材料毒性、真空释气等空间环境适应性良好的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种航天用耐辐射、耐高低温光缆，其由内向外依次为光纤、紧包缓冲层、增强材料层、外护套。

所述光纤为耐辐照光纤，所述光纤外层包覆有光纤涂层，其材料采用耐高低温聚丙烯酸酯涂层；

所述紧包缓冲层包覆在所述光纤涂层上，其采用耐高低温的氟材料紧包层；

所述增强材料层绕包在所述紧包缓冲层上，为多股具有耐辐照、耐高低温性能的高强度非金属连续增强纤维编织成的均匀致密的网状编织增强层；

所述外护套挤塑成型在所述增强材料层上，为薄壁耐高低温的氟材料外护套。

优选地，本发明中的光纤选用耐辐射耐高低温光纤。

优选地，本发明中的光纤涂层采用聚丙烯酸酯涂层。

优选地，本发明的增强材料层采用芳纶纤维，并采用16股均匀编织方式，使各股纱线形成三维网状交叉结构。

本发明选用的各层材料热膨胀系数列表如下：

所述光纤涂层材料、增强材料层和外护套采用的材料之间的热膨胀系数如上图所示，热膨胀系数相近，因此在高温环境下，一旦发生热膨胀，各层材料之间不会造成粘连，有效防止了光纤微弯。

本发明还提供了一种航天用耐辐射、耐高低温光缆的制造方法，包括以下步骤：

将耐高低温聚丙烯酸酯涂层包覆在耐辐照耐高低温光纤外；

包覆氟材料紧包层作为紧包缓冲层；

在紧包缓冲层外绕包芳纶纤维或PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)纤维或新型高强高模增强纤维编织成的均匀致密的网状编织层，作为增强材料层；

所述增强材料层采用芳纶纤维PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)纤维或新型高强高模增强纤维编织，并对纤维采用中空的16股均匀编织方式，形成空心网套；

在所述增强材料层外挤塑氟材料作为外护套。

本发明对光纤进行缓冲保护和增强的不同层材料之间满足膨胀系数匹配的要求，有效提高了光纤的强度以及光缆整体的耐高低温性能，光缆的抗弯曲性能能够满足长期和短期在苛刻弯曲条件下使用，并保证光纤的附加光损耗保持在一个很低的范围，满足极端温度环境下对光缆低附加损耗的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

如图1所示，本实施例的耐高低温、耐辐照光缆，主要由光纤1、包覆在光纤1上的紧包缓冲层2、包覆在紧包缓冲层2上的增强材料层3以及在增强材料层3上挤塑成型的外护套4组成。

紧包缓冲层2包括光纤涂层5和紧包缓冲层，光纤涂层5采用柔性双层耐高低温光固化聚丙烯酸酯，紧包缓冲层包覆在光纤涂层5外，采用柔韧性较好的乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE。

增强材料层3为高强度非金属材料编织而成的空心网套，其选取芳纶纤维采用16股均匀编织方式，并使各股纱线形成三维网状交叉结构，采用这种编织方法的空心网套的横截面内层和外层均呈多拱形面贴合的类似圆形，该网套的内层与外层分别与紧包缓冲层和外护套贴合，多个拱形面贴合的表面使得网套与紧包缓冲层和外护套层摩擦力增大，使得网套减少扭动、保持稳定，能够保证内部光纤固定良好。

本实施例中的增强材料层3还可以采用PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)纤维或新型高强高模增强纤维编织。

本实施例中，选用的光纤涂层材料、增强材料和外护套材料的膨胀系数匹配，通过高温紧包缓冲、编织增强、薄壁氟外护套挤塑等技术途径，使得光纤在极端高低温条件下附加损耗得到有效控制，保证光纤在辐照、高低温等条件下具有较低的和稳定的传输损耗。

本实施例的光缆制造方法包括以下步骤：

将耐高低温聚丙烯酸酯光纤涂层5包覆在耐辐射耐高低温光纤1外；

包覆氟材料紧包层作为紧包缓冲层2；

在紧包缓冲层2外绕包芳纶纤维或PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)纤维或新型高强高模增强纤维编织成的均匀致密的网状编织层，作为增强材料层3；

在增强材料层3外挤塑氟材料作为外护套4。

本实施例的光缆具有衰减常数低(α_1310nm≤0.5dB/km)、抗拉强度高(>200N)、弯曲性能好(弯曲半径为50mm)、耐辐照(200krad(Si))和耐高低温(-65℃～150℃)等优点，且满足热真空释气、材料毒性等载人航天医学要求。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种航天用耐辐射、耐高低温光缆由内向外依次为光纤、紧包缓冲层、增强材料层、外护套；其特征在于，

所述光纤为耐辐照光纤，所述光纤外层包覆有光纤涂层，其材料采用耐高低温丙烯酸酯涂层；

所述紧包缓冲层包覆在所述光纤涂层上，其采用耐高低温的氟材料紧包层；

所述增强材料层绕包在所述紧包缓冲层上，为多股具有耐辐照、耐高低温性能的高强度非金属连续增强纤维编织成的均匀致密的网状编织增强层；

所述外护套挤塑成型在所述增强材料层上，为薄壁耐高低温的氟材料外护套。

2.根据权利要求1所述的航天用耐辐射、耐高低温光缆，其特征在于，

所述光纤选用耐辐射耐高低温光纤；

所述紧包缓冲层和外护套采用氟材料；

所述光纤涂层采用聚丙烯酸聚酯涂层；

所述增强材料层采用芳纶纤维PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)纤维或新型高强高模增强纤维；

所述光纤涂层、增强材料层、紧包缓冲层采用的上述材料的热膨胀系数匹配。

3.一种航天用耐辐射、耐高低温光缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将耐高低温聚丙烯酸酯涂层包覆在耐辐射耐高低温光纤外；

包覆氟材料紧包层作为紧包缓冲层；

在紧包缓冲层外绕增强材料层；

所述增强材料层采用芳纶纤维PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)纤维或新型高强高模增强纤维编织，并对纤维采用中空的16股均匀编织方式，形成空心网套；

在所述增强材料层外挤塑氟材料作为外护套。