CN104516075A - 一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆，它包括呈螺旋状的UHMW-PE护套（1）、设置于UHMW-PE护套（1）内壁上的玻璃纤维纱（2）以及设置于UHMW-PE护套（1）中部的FRP中心加强件（3），FRP中心加强件（3）与FRP中心加强件（3）之间且以FRP中心加强件（3）为圆心均匀分布有多根光缆，PBT/PC复合材料松套管（4）内设置有阻水纱（5）和多根呈阵列分布的光纤（6），每根光缆的PBT/PC复合材料松套管（4）均与玻璃纤维纱（2）和FRP中心加强件（3）相切，且每相邻两根光缆的PBT/PC复合材料松套管（4）均相切。本发明的有益效果是：结构紧凑、护光纤稳定性高、机械强度高、成本低、重量轻、摩擦系数低。

Description

一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆

技术领域

本发明涉及一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆。

背景技术

目前，随着全球宽带网络、新一代移信业务对网络带宽的要求越来越高，然而在网络建设上，随着管道资源的紧张，用户对管道的空间利用率、施工效率和维护的便利性等提出了更高的要求。气吹微缆敷设技术是光缆布线的一项新技术,其主要利用气吹微缆具有的外径小、重量轻、摩擦因数小等特点,使微缆在气吹敷设过程中大大增加了管道的利用率,减少初期成本投入,同时气吹敷设方便快捷,有效缩短工程建设周期,近几年在国际市场上的需求量逐年增加。

从技术角度讲，气吹微缆覆盖层绞式微缆、中心管式微缆，提升气吹光缆的气吹距离是气吹微缆的发展方向，所以如何开发新技术、新工艺、采用新材料，从多方面研发外径小、摩擦系数低、硬度适中、刚性符合要求，气吹距离长的气吹微缆是各光缆厂家需要攻克的技术难题，也是气吹微缆的发展趋势。

目前，目前传统气吹微缆主要是充油式和半干式结构，4-12芯一般使用中心束管式结构、12-144芯一般采用层绞使结构。其中，中心束管式气吹微缆主要由PE外护套、增强纱、PBT松套管、纤膏、光纤等部分组成。层绞式气吹微缆PE外护套、增强纱、阻水带、PBT松套管、填充绳、FRP加强件、纤膏、光纤灯部分组成。两种结构都属于非全干式结构。

传统充油式和半干式气吹微缆存在如下问题：（1）充油式光缆在垂直安装的时候，由于重力作用，油膏会纵向滴流，导致油膏沉积在光缆的下端，而光缆的上段因缺少油膏保护而失去阻水效果。（2）填充阻 水油膏增加光缆的重量，提高光缆运输的难度和成本。（3）充油光缆在安装过程中必须对填充油膏进行清理，需要借助清洁剂对光缆束芯及光纤进行清洗，这对光缆的施工带来很多额外的工序以及清洁剂/清洁纸的环境污染问题，大大增加施工时间和施工费用。（4）PE护套料的摩擦系数、耐磨性、耐化学腐蚀性、耐环境开裂性能等物理性能还存在一定局限，导致气吹微缆的表面摩擦系数迟迟不能降低，物理性能提升有限。（5）松套管采用PBT材料，强度较低，还会因低温引起套管回缩而形成光纤衰减超标的现象，影响高寒地区使用。（6）由于没有钢带及铝带的保护，无法实现有效的防鼠效果，容易受到老鼠等的啃咬，导致光缆传输中断。（7）由于没有金属加强件光缆的机械性能（拉伸强度、断裂伸长率、抗压力）受到一定影响、PE护套材料的物理性能（耐磨性、耐腐蚀性、耐环境应力开裂性）也影响光缆的实用寿。

目前，塑料制品、塑料薄膜、塑料造粒、拉丝注塑、管材等这些生产企业的生产设备都是采用电热圈对料筒和模头进行加热，使塑料原料熔解塑化后再注模、拉伸，挤出成型产品。电阻式加热存在以下三个方面的问题：（1）热损失大：现在企业采用的电热圈加热方式是由电阻丝绕制，圈的内外双面发热，其内面（紧贴料筒部分）的热传导到料筒上，而外面的热量大部分散失到空气中，造成电能的损失浪费。（2）环境温度上升：由于热量大量散失，周围环境温度升高，尤其是夏季对生产环境影响很大，现场工作温度都超过了45℃，有些企业不得不采用空调降低温度，这又造成能源的二次浪费。（3）使用寿命短、维修量大：由于采用电阻丝发热，其加热温度高达300℃左右，电阻丝容易因高温老化而烧断，常用电热圈使用寿命约在半年左右。因此，维修的工作量相对较大。

此外，由于PE料容易吸潮，当PE料含水量超过0.3％，就会影响挤出，在实际生产过程发现PE料受潮后，挤出护套就会起泡。如泡沫、出现粒状物或破损。所以受潮PE料使用前应进行预干燥。最好用抽真空、旋转桶加热去除水分，每次干燥量不得超过干燥器容积3/5。如容人量太大，干燥器内物料难以旋转，造成受热不均，若时间短水分难以除净，若时间长会使部分物料氧化变色，无法满足挤出表面的要求。抽真空的真空度应达到0.05MPa以上，否则水分难以去除,加热温度宜为90±10℃，2-3小时，加热温度太高PE料会氧化并变色。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、护光纤稳定性高、机械强度高、成本低、重量轻的具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆，它包括呈螺旋状的UHMW-PE护套、设置于UHMW-PE护套内壁上的玻璃纤维纱以及设置于UHMW-PE护套中部的FRP中心加强件，所述的FRP中心加强件与FRP中心加强件之间且以FRP中心加强件为圆心均匀分布有多根光缆，所述的每根光缆均由PBT/PC复合材料松套管、阻水纱和光纤组成，PBT/PC复合材料松套管内设置有阻水纱和多根呈阵列分布的光纤，所述的每根光缆的PBT/PC复合材料松套管均与玻璃纤维纱和FRP中心加强件相切，且每相邻两根光缆的PBT/PC复合材料松套管均相切。

所述的FRP中心加强件与FRP中心加强件之间设置有六根光缆。

本发明具有以下优点：（1）能够有效防止低压电力损坏，保护光纤稳定、持久的工作。（2）具有高效稳定的加工工艺。（3）使用FRP中心加强件、超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）及螺旋式护套结构，能够有效降低光缆与微管的摩擦系数，增加与气流的接触面积，从而增加气吹长度。（4）低成本，具有良好的市场优势。（5）本发明采用全干式结构，全干式光缆是指松套管内使用阻水纱，缆芯间隙采用阻水粉和阻水带等干式阻水物来达到阻水的要求，通俗的说就是整个光缆零油膏，和油膏相比，具有重量轻、光缆接续方便、无需清洗油膏、与其他材料相容性好等优点。（5）采用超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）作为低摩擦系数的新型全干式气吹微缆的护套材料，虽然类属聚乙烯家族，但它的线形分子链比常规高密度聚乙烯长十倍—这一独特的结构，使它具有理想的材料综合性能，除耐 热性外，耐磨损、耐低温、耐化学腐蚀、自身润滑、耐应力开裂抗粘附、优良的绝缘性，卫生安全、抗冲击性能在所有塑料中为最高值，并可长期在-169 至＋80℃条件下工作，具有良好的市场优势。（6）你发明采用全介质光缆，不用接地，不会遭雷击；可以和低压电力电线同路敷设。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为电磁感应加热PE料的结构示意图；

图3 为履带震动式牵引示意图；

图4 为两级供料系统的结构示意图；

图5 为模具的结构示意图；

图6 为本发明的UHMW-PE护套的结构示意图；

图中，1-UHMW-PE护套，2-玻璃纤维纱，3-FRP中心加强件，4- PBT/PC复合材料松套管，5-阻水纱，6-光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆，它包括呈螺旋状的UHMW-PE护套1、设置于UHMW-PE护套1内壁上的玻璃纤维纱2以及设置于UHMW-PE护套1中部的FRP中心加强件3，所述的UHMW-PE护套1表面采用凹槽及螺纹结构，降低光缆与微管的摩擦系数，增加与气流的接触面积，从而增加气吹长度。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）及螺旋式护套结构的采用使光缆具有更小的摩擦系数和更长的气吹距离。如图1所示，所述的FRP中心加强件3与FRP中心加强件3之间且以FRP中心加强件3为圆心均匀分布有六根光缆，所述的每根光缆均由PBT/PC复合材料松套管4、阻水纱5和光纤6组成，PBT/PC复合材料松套管4代替了常用的松套管的常规材料PBT，这样不仅提高了松套管的强度同时还避免了由于低温引起的套管回缩而形成光纤衰减超标的现象，完全满足高寒地区使用，所述的PBT/PC复合材料松套管4内设置有阻水纱5和多根呈阵列分布的光纤6。如图1所示，所述的每根光缆的PBT/PC复合材料松套管4均与玻璃纤维纱2和FRP中心加强件3相切，且每相邻两根光缆的PBT/PC复合材料松套管4均相切。设置于UHMW-PE护套1内壁上的玻璃纤维纱2，不仅可以作为光缆抗拉增强部分，还具有极细且脆的材料特点，在鼠类噬咬过程中，粉碎的玻璃渣将伤及老鼠的口腔，使之对光缆产生畏惧感，达到既防水也防鼠咬的效果，具有机械强度高的特点。

本发明采用电磁感应加热PE塑料，如图2所示，而电磁感应加热系统是一种利用电磁感应原理将电能转换成热能的装置，电磁控制器将交流电变成直流电,再将直流电转换成高频高压电,高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场,磁场内的磁力线透过15-20MM厚隔热棉通过金属体内时会产生无数的小涡流,从而使金属材料进行高速发热, 也可理解为由磁力线使金属内的原子产生强烈的撞击，使金属材料本身自行高速发热，然后再加热金属材料内的东西，改变传统接触热传导方式热效不高缺陷，达到加热的目的。感应加热的优势如下：（1）节能效果好：相比电阻丝加热圈而言，节电效果在30%-70%左右；但相对不同的原料，生产不同的产品，节能效果有所变化。在目前已使用的产品中节电效率最大可达70%。（2）环境效果好：可显著降低环境温度，由于采用无热源加热技术，料筒表面温度不超过80。C。（3）使用寿命长：加热线圈连续运行温度只有80℃左右，可大大提高其使用寿命，不存在加热线圈经常更换的问题，与电阻丝加热相比又减少了二次投入。（4）可提高产品产量：由于该产品的发热效率高，温度控制实时准确，料筒内外温度一致，能显著减少升温时间，在相同生产条件下，比电热全加热方式的预热时间要减少1/3-2/3，明显改善了产品的质量和提高了生产效率。（5）安全可靠：采用电磁感应加热，可以使机器表面温度降低，人体完全可以安全触摸；避免传统加热方式而造成的烧伤、烫伤事故的发生；保护了员工的生产安全。

本发明的PBT/PC复合材料松套管4较传统的PBT材料松套管相比，具有重量轻、光缆接续方便、无需清洗油膏、与其他材料相容性好，具有较高的强度及优异的温度性能。如图3所示，其套塑的加工要点在于独特的全干式生产工艺及余长形成机制：与填充式套管生产设备相比，套塑机头处多了氮气填充装置，主牵引改为履带震动式牵引。通过氮气填充并支撑套管使其成型，通过前后牵引的速差及震动（震动使PBT/PC复合料分子进行排列，形成部分余长，并有效减少后收缩）来形成并调节余长。

本发明为保证PE料在得到充分干燥的时候不会被氧化，采用如图4所示的两级供料系统，第一级料箱容积为200公斤，烘料90℃，这样温度低一点可以长时间烘料不会导致PE被氧化，第二级料箱容积为50公斤，烘料100℃，这样温度高一点，但是停留时间较短，保证进入机膛的料充分干燥，从而保证了PE料在被充分干燥时不会被氧化。

本发明采用挤出机螺杆长径比为20：1 或25：1，螺杆和机筒间隙为0.14-0.18mm，压缩比为4:1或3.5:1。

由于PE料对温度控制要求较高，温度太高PE料会引起炉膛压力不够导致挤塑不稳,温度太低不能熔融完全，造成光缆表面有颗粒。参考温度如下：

1区     2区     3区     4区     5区      机头     模口

150℃   200℃    210℃   225℃    235℃    245℃    255℃

挤出温度要根据气温、出线速度和PE出胶量大小等作适当调整，特别要注意两个点的温度：一个是挤出机机头的温度，因为这是光缆最终的塑形， 温度要设置稍高点，才能保证光缆表面光洁度；另一个是螺膛中段的温度，温度太低，PE料不能充分融化，材料加工性能达不到，温度太高，PE流动性过于好，导致螺膛中段压力不稳而回流，机头挤胶不稳定。因此刚启动时要先将非稳定状态下融化的料全部挤出，然后才可生产，以保持PE加工性能的一致。另外，螺杆刚启动的同时应立即注意观察螺杆电流仪表，观察电流是否异常偏大，若电流偏大，此时应及时停机，并调高加热温度或继续加热。

滤网分为两层：40目＋80目或56目＋80目。由于PE压力较大，目数少容易挤破滤网。滤网的作用为：（1）过滤掉微粒杂质、焦烧颗粒；（2）增大物流的阻力和反压力，使PE塑化更均匀；（3）增大压力，使挤出流量均匀。

本发明的螺旋状UHMW-PE护套1的加工工艺为利用将缆芯进行螺旋式的放线所带来的扭力及挤压式模具所带来的挤压力将PE料呈螺旋状挤压黏结在缆芯上，形成独特的螺旋护套结构。

生产本发明UHMW-PE护套1的模具采用如图5所示，传统的PE护套厚度1.0mm左右，较薄，因此控制护层的偏心很严格，因为偏心很容易导致壁厚太薄而容易破缆。若是选择可调偏心的机头，则护套挤出时偏心调节很困难，所以最好选择免调偏心的机头或称自定心机头,进行护套挤出。如果没有免调偏心机头就要在排料的过程中调好同心度再穿缆生产。

模具尺寸选择：（1）光缆部分的模芯口径按普通玻纤带光缆选取模具。模具结构尺寸的选择如

光单元模芯孔径＝4.0mm

模芯承线长度= 4 -5 mm

模套孔径＝ 光缆外径＋0~0.5mm

模套承径长度＝2-4mm

（2）护套挤出的新型挤压式模具

由于是特殊的螺旋型成型模具，所以模具内部的压力必须设计合理，以达到各处较为平衡，才能在生产时均匀控制光缆各点的护层增减， 最终生产出达到设计要求的光缆。

 另外，除了模具尺寸，模具安装环节也很重要。需要控制玻纤带与缆芯进入机头前和计入机头后都要保证平行不扭转，才能做出合格的光缆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆，其特征在于：它包括呈螺旋状的UHMW-PE护套（1）、设置于UHMW-PE护套（1）内壁上的玻璃纤维纱（2）以及设置于UHMW-PE护套（1）中部的FRP中心加强件（3），所述的FRP中心加强件（3）与FRP中心加强件（3）之间且以FRP中心加强件（3）为圆心均匀分布有多根光缆，所述的每根光缆均由PBT/PC复合材料松套管（4）、阻水纱（5）和光纤（6）组成，PBT/PC复合材料松套管（4）内设置有阻水纱（5）和多根呈阵列分布的光纤（6），所述的每根光缆的PBT/PC复合材料松套管（4）均与玻璃纤维纱（2）和FRP中心加强件（3）相切，且每相邻两根光缆的PBT/PC复合材料松套管（4）均相切。

2.根据权利要求1所述的一种具有低摩擦系数的新型全干式气吹微缆，其特征在于：所述的FRP中心加强件（3）与FRP中心加强件（3）之间设置有六根光缆。