CN104035171B - 一种非金属中心管式室外用光缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非金属中心管式室外用光缆，包括光纤或光纤带、纤膏、套管、护套和支撑件，光纤或光纤带包裹在套管内，光纤或光纤带与套管之间的空隙内填充有纤膏，套管外绕包有若干层阻水纱，阻水纱被包裹在护套内，支撑件有两根且对称分布在套管的两侧，支撑件的轴线平行于光纤或光纤带的轴线，支撑件设置在阻水纱外且被包裹在护套内，支撑件由FRP材料制成，套管由PBT材料制成。FRP材料质量轻、比强度高，具有优良的耐腐蚀性和抗疲劳性能，在本发明非金属中心管式室外用光缆中使用FRP材料制成支撑件，既能保证足够的拉伸力，又可满足不导电需求，数量上只需要两根，成本也大大降低。

Description

一种非金属中心管式室外用光缆

技术领域

本发明涉及一种室外用光缆，尤其涉及一种非金属中心管式室外用光缆，属于光导技术领域。

背景技术

光缆是当今信息社会各种信息网的主要传输工具。光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套层，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。

中国专利CN201859242U公开了一种中心束管式通信用室外光缆，包括光纤、填充物、松套管，多根光纤外侧包裹有松套管，松套管与多根光纤之间设有填充物，松套管外侧依次包裹有阻水层、包带层、护套层，护套层内设有数根加强件，加强件为柱状钢丝；填充物为纤膏，包带层为钢塑复合带，护套层采用材料为聚乙烯。

上述的光缆加强件为柱状钢丝，会导电，会影响光缆的信号。另外，由于钢塑复合带只有一定的长度，当光缆长度超出钢塑复合带的长度，钢塑复合带需要接带，降低了生产效率，也增加断带的风险。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种结构合理、信号传输稳定、性能优良、生产效率高的非金属中心管式室外用光缆。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种非金属中心管式室外用光缆，包括光纤或光纤带、纤膏、套管、护套和支撑件，所述光纤或光纤带包裹在套管内，所述光纤或光纤带与套管之间的空隙内填充有纤膏，所述套管外绕包有若干层阻水纱，所述阻水纱被包裹在护套内，所述支撑件有两根且对称分布在套管的两侧，所述支撑件的轴线平行于光纤或光纤带的轴线，所述支撑件设置在阻水纱外且被包裹在护套内，所述支撑件由FRP材料制成，所述套管由PBT材料制成。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述套管外绕包有四层阻水纱。阻水纱能很好的起到阻水作用，且比现有技术中采用的阻水带在成本上要便宜20％。而且阻水带一般只有1KM长，在生产大盘长缆时需要更换进行接带，接带时会降低速度，且有端带的风险，而本发明阻水纱最大一轴可达20KM，在生产大盘长缆时中间无需换阻水材料，生产效率高，质量好。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述护套由MDPE材料制成，可满足光缆足够压扁力。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述护套由低烟无卤材料制成。所述材料的PH加权值≥4.3，电导率加权值≤10μs/mm，最小透光率≥75％，符合低烟无卤材料的标准。本发明护套采用低烟无卤材料制成，不但可以起到一定的缓冲作用，而且保证了光缆在使用时的阻燃性能。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述FRP材料由以下重量份数成分组成：聚丙烯：60-80份，增强纤维：20-40份，环氧树脂：2-6份，相容剂：0.5-3份，偶联剂：0.5-3份，引发剂：0.05-0.2份。

本发明支撑件由FRP材料制成，质量轻、比强度高，具有优良的耐腐蚀性和抗疲劳性能，能保证光缆有足够的拉伸力。又因为FRP材料为非金属材料，不存在铁氧化析氢的问题，避免雷击的可能，而且不会产生电磁感应影响信号传输。

本发明FRP材料主要是以增强纤维材料和热塑性树脂中的聚丙烯基体材料为主，辅以多种添加剂按一定比例混合制成。热塑性树脂聚丙烯无毒、密度小，力学性能、电绝缘性、耐候性等综合性能优良，应用广泛。但是也存在着刚性和韧性较低，低温脆性较大的缺点，因此，本发明使用增强纤维进行改性。但是由于聚丙烯本身不带极性基团，化学性质较为稳定，难以与增强纤维发生良好的黏结，影响增强效果，所以需要改善聚丙烯基体与增强纤维之间的界面结合能力。首先，本发明加入一定量的偶联剂对增强纤维进行表面处理，提高增强纤维与聚丙烯基体的界面黏结力，获得良好的界面层；其次，本发明加入了一定量的相容剂对聚丙烯基体进行处理，使界面性能得到改善。这样，通过分别对增强纤维和聚丙烯基体进行处理，提高聚丙烯基体与增强纤维间的界面黏结性能，提高增强效果。而且，本发明还加入了环氧树脂，环氧树脂可以改善界面黏结强度和基体刚性，提高FRP的力学性能。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维中的一种或两种。由于碳纤维的强度、模量、耐高温等性能明显优于玻璃纤维，所以本发明增强纤维进一步优选碳纤维。而且，基于聚丙烯基体材料加入量为60-80份，本发明增强纤维的加入量控制在20-40份。因为研究发现当增强纤维的加入量大于20份时，FRP材料的力学性能开始显著提高，而当增强纤维的加入量超过40份时，FRP材料的力学性能基本已经稳定，不会出现增长趋势。因此，本发明增强纤维的加入量进一步优选为30-35份。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述相容剂为PP-g-MAH、不饱和聚酯树脂中的一种或两种。随着增强纤维用量的增加，由于增强纤维与聚丙烯的界面黏结能力较差，FRP材料的力学性能基本保持不变，无法满足使用需求。因此，本发明加入相容剂对聚丙烯基体进行改性，改善其与增强纤维的界面黏结能力，提高增强效果，改善FRP材料的力学性能。通过试验表明，PP-g-MAH和不饱和聚酯树脂复合使用时使被拔出增强纤维表面黏附了一层树脂，增强了聚丙烯与增强纤维之间的界面黏结作用。因为，本发明进一步优选PP-g-MAH和不饱和聚酯树脂复配使用。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。碳酸酯偶联剂处理经热空气氧化的增强纤维后提高增强纤维与聚丙烯基体的界面黏结力，获得良好的界面层，提高增强纤维的增强效果。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述引发剂为氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化2-乙基已酸叔丁酯、邻苯二甲酸二仲辛酯中的一种或多种。本发明FRP材料中还加入了引发剂，引发剂有利于提高基材的流动性，但是引发剂含量过多，会导致聚丙烯分子量降低，从而使FRP材料力学性能恶化。因此，本发明将引发剂的加入量控制在0.05-0.2份，不仅能提高基材流动性，而且不会影响FRP材料的力学性能。

在上述的一种非金属中心管式室外用光缆中，所述FRP材料的制备方法包括以下步骤：

S1、按比例称取一定量的增强纤维，在500-650℃进行热空气氧化处理1-3h，然后按比例称取偶联剂，将热空气氧化处理后的增强纤维在偶联剂中浸渍活化1-3h后在100-150℃下烘干；

S2、按比例称取聚丙烯、环氧树脂、相容剂、引发剂和上述处理过的增强纤维加入高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得FRP粒料；其中，挤出温度为190-220℃，喂料频率为25-35赫兹，主机转速为280-350转/分。

与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：

1、使用MDPE作为护套，光缆在安装使用中被压扁时具有足够压扁力，保证光缆的有效性。

2、使用2根FRP作为支撑件，质量轻、比强度高，具有优良的耐腐蚀性和抗疲劳性能，既能保证足够的拉伸力，又可满足不导电需求，数量上只需要两根，成本大大降低。

3、FRP材料由增强纤维材料和聚丙烯基体材料辅以一定量的添加剂复合而成，力学性能、电绝缘性、耐候性等综合性能优良，且制备方法简单，成本低。

4、FRP材料制成的支撑件柔软性更大，将FRP材料运用于光缆中更加方便管道施工。

5、在套管四周绕包4层阻水纱，能很好的起到阻水作用。

6、使用高杨氏模量的PBT作为套管材料，可保证束管在加工时良好的耐摩擦性能又能更好的保护光纤。

7、取消了钢带结构，使得成本大大降低，同时，生产大盘长光缆时需要进行接带，接带时会降低速度，而且有端带的风险。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、套管；2、阻水纱；3、支撑件；4、护套；5、纤膏；6、光纤或光纤带。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明涉及到一种非金属中心管式室外用光缆，包括光纤或光纤带6、纤膏5、套管1、护套4和支撑件3，光纤或光纤带6包裹在套管1内，光纤或光纤带6与套管1之间的空隙内填充有纤膏5，套管1外绕包有四层阻水纱2，阻水纱2被包裹在护套4内，支撑件3有两根且对称分布在套管1的两侧，支撑件3的轴线平行于光纤或光纤带6的轴线，支撑件3设置在阻水纱2外且被包裹在护套4内，支撑件3由FRP材料制成，套管1由PBT材料制成，护套4由MDPE材料制成，当护套4要求具有阻燃性能时，则护套4采用PH加权值≥4.3，电导率加权值≤10μs/mm，最小透光率≥75％的低烟无卤材料制成。

护套4由MDPE材料制成，可满足光缆足够压扁力，MDPE材料制成的护套4最大短期压扁力可达1000N/cm。

使用2根由FRP材料制成的支撑件3，既能保证光缆有足够的拉伸力，最大短期拉伸力可达到1500N，因FRP材料为非金属材料，不存在铁氧化析氢的问题，避免了雷击的可能，又不会产生电磁感应影响信号，使用场合广泛。

在套管1四周绕包4层阻水纱2，能很好的起到阻水作用，现有技术中采用阻水带作为阻水材料，阻水纱2在成本上比阻水带要便宜20％而且阻水带一般只有1KM长，在生产大盘长缆时需要更换，阻水纱2最大一轴可达20KM，在生产大盘长缆时中间无需换阻水材料，生产效率高，质量好。

对比现有技术取消了钢带结构，使得成本大大降低，现有技术中一盘钢带最长3KM，遇到大的盘长需要进行接带，接带时会降低速度，而且有端带的风险，本发明的结构可以在不降低生产速度的条件最大盘长达到24KM；同时，取消了钢带，用FRP替代钢丝，使得光缆柔软性大大提高，更加方便管道施工。

使用高杨氏模量的PBT作为套管1材料，可保证束管在加工时良好的耐摩擦性能又能更好的保护光纤。

本发明不仅可以使用单根光纤，也可使用光纤带，可以根据实际使用情况调配，结构合理，生产灵活；

其中，上述支撑件3由FRP材料制成，FRP材料由以下重量份数成分组成：聚丙烯：60-80份，增强纤维：20-40份，环氧树脂：2-6份，相容剂：0.5-3份，偶联剂：0.5-3份，引发剂：0.05-0.2份。

表1：本发明实施例1-4FRP材料的组成成分及其重量份数

实施例1：

按表1中实施例1称取玻璃纤维，在500℃进行热空气氧化处理2h，然后称取碳酸酯偶联剂，将热空气氧化处理后的玻璃纤维在碳酸酯偶联剂中浸渍活化1h后在100℃下烘干。

然后称取聚丙烯、环氧树脂、相容剂、引发剂和上述处理过的玻璃纤维加入高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得FRP粒料。其中，挤出机挤出温度为190℃，喂料频率为25赫兹，主机转速为280转/分。

实施例2：

按表1中实施例2称取碳纤维，在500℃进行热空气氧化处理2h，然后称取碳酸酯偶联剂，将热空气氧化处理后的碳纤维在碳酸酯偶联剂中浸渍活化1h后在100℃下烘干。

然后称取聚丙烯、环氧树脂、相容剂、引发剂和上述处理过的碳纤维加入高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得FRP粒料。其中，挤出温度为190℃，喂料频率为25赫兹，主机转速为280转/分。

实施例3：

按表1中实施例3称取碳纤维，在550℃进行热空气氧化处理1h，然后称取碳酸酯偶联剂，将热空气氧化处理后的碳纤维在碳酸酯偶联剂中浸渍活化2h后在120℃下烘干。

然后称取聚丙烯、环氧树脂、相容剂、引发剂和上述处理过的碳纤维加入高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得FRP粒料。其中，挤出温度为200℃，喂料频率为30赫兹，主机转速为300转/分。

实施例4：

按表1中实施例4称取碳纤维，在500-650℃进行热空气氧化处理1h，然后称取碳酸酯偶联剂，将热空气氧化处理后的碳纤维在碳酸酯偶联剂中浸渍活化1h后在145℃下烘干。

然后称取聚丙烯、环氧树脂、相容剂、引发剂和上述处理过的碳纤维加入高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得FRP粒料。其中，挤出温度为210℃，喂料频率为35赫兹，主机转速为330转/分。

应用实施例：

将本发明实施例1-4制得的FRP粒料通过现有技术制成FRP支撑件，运用于本发明非金属中心管式室外用光缆中，并对非金属中心管式室外用光缆进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2：本发明应用实施例1-4制得的非金属

中心管式室外用光缆性能测试结果

从表2可以看出，本发明非金属中心管式室外用光缆最大衰减值小，光缆传输损耗值小，信号传输稳定。而且本发明非金属中心管式室外用光缆允许短期压扁力较大，可满足光缆足够的压扁力。最重要的是，本发明非金属中心管式室外用光缆使用FRP材料制成的支撑件，允许短期拉伸力能够保证足够的拉伸力，而且不导电，不会产生电磁感应影响信号传输，且成本较低。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (5)

1.一种非金属中心管式室外用光缆，包括光纤或光纤带、纤膏、套管、护套和支撑件，所述光纤或光纤带包裹在套管内，所述光纤或光纤带与套管之间的空隙内填充有纤膏，其特征在于，

所述套管外绕包有若干层阻水纱，所述阻水纱被包裹在护套内，所述支撑件有两根且对称分布在套管的两侧，所述支撑件的轴线平行于光纤或光纤带的轴线，所述支撑件设置在阻水纱外且被包裹在护套内，所述支撑件由FRP材料制成，所述套管由PBT材料制成；

其中，所述护套由MDPE材料制成，所述MDPE材料的PH加权值≥4.3、电导率加权值≤10μs/mm、最小透光率≥75％；

所述FRP材料由以下重量份数成分组成：聚丙烯：60-80份，增强纤维：20-40份，环氧树脂：2-6份，相容剂：0.5-3份，钛酸酯偶联剂：0.5-3份，引发剂：0.05-0.2份；

所述FRP材料通过以下步骤制成：

S1、按比例称取一定量的增强纤维，在500-650℃进行热空气氧化处理1-3h，然后按比例称取钛酸酯偶联剂，将热空气氧化处理后的增强纤维在偶联剂中浸渍活化1-3h后在100-150℃下烘干；

S2、按比例称取聚丙烯、环氧树脂、相容剂、引发剂和上述处理过的增强纤维加入高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制得FRP粒料；其中，挤出温度为190-220℃，喂料频率为25-35赫兹，主机转速为280-350转/分。

2.根据权利要求1所述的一种非金属中心管式室外用光缆，其特征在于，所述套管外绕包有四层阻水纱。

3.根据权利要求1所述的一种非金属中心管式室外用光缆，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种非金属中心管式室外用光缆，其特征在于，所述相容剂为PP-g-MAH、不饱和聚酯树脂中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种非金属中心管式室外用光缆，其特征在于，所述引发剂为氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化2-乙基已酸叔丁酯、邻苯二甲酸二仲辛酯中的一种或多种。