CN104536108A - 一种传能光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传能光缆，包括：芯层，其由石英玻璃材料组成，所述芯层的直径为0.195-0.205mm；包层，其包覆所述芯层，所述包层由石英玻璃材料组成，所述包层的厚度为0.012-0.016mm；紧包层，其包覆所述包层，所述紧包层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述紧包层的厚度为0.3-0.5mm；外护层，其包覆所述紧包层，所述外护层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述外护层的厚度为0.2-0.5mm。本发明的传能光缆具有耐特高电压、高阻燃、高绝缘、耐污秽、高强度、使用寿命长等优点。

Description

一种传能光缆
技术领域
本发明涉及一种工业控制领域使用的光缆。更具体地说，本发明涉及一种用在特殊工业控制光缆传输技术领域的传能光缆。
背景技术
在工业控制领域中，大容量带宽和数据处理已经由光纤来代替，由于传统网线数据处理低下，铜线笨重且耗费资源，因此国际上通用的是使用大芯径的石英芯层塑料包层光纤来进行数据传输，以保证传输效率。在使用的光缆结构选型中，目前主流设计仍为PVC材料护层，主要原因是由于此种材料的良好的阻燃性能；同时为了在高压绝缘性能上取得效果，光缆整体采用全紧套结构。但PVC材料护套在室内应用中有着较大的局限，其高温下散发的有毒物质和低温下材料变质等本征材料性能劣势将限制其应用环境，加上使用寿命周期不长，需要按照产品周期及时跟换；同时光缆无抗拉强度材料全紧套设计也降低了光缆设计的整体强度和端头连接器的强度，影响了组件在实际应用中的使用性能。
在工业控制传输应用中，所使用的光波段一般为近红外600nm-1000nm范围之内，在此传输波段范围之内，低掺杂石英芯层或纯石英芯层的传输效率较高。因此光纤的设计选型、光缆的结构设计选型等关键技术需综合考虑，方能满足工业控制应用所需求的耐特高电压、高阻燃、高绝缘、耐污秽、高强度、长使用寿命等严苛条件。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种传能光缆，其具有耐特高电压、高阻燃、高绝缘、耐污秽、高强度、长使用寿命等优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种传能光缆，包括：
芯层，其由石英玻璃材料组成，所述芯层的直径为0.195-0.205mm；
包层，其包覆所述芯层，所述包层由石英玻璃材料组成，所述包层的厚度为0.012-0.016mm；
紧包层，其包覆所述包层，所述紧包层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述紧包层的厚度为0.3-0.5mm；
外护层，其包覆所述紧包层，所述外护层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述外护层的厚度为0.2-0.5mm。
优选的是，所述的传能光缆，还包括：
涂覆层，其涂覆于所述包层外表面，所述涂覆层的折射率为1.5-1.7，厚度为0.05-0.07mm。
优选的是，所述的传能光缆，所述涂覆层由丙烯酸树脂或硅橡胶组成。
优选的是，所述的传能光缆，还包括：
加强层，其设置于所述紧包层与所述外护层之间，所述加强层包括第一加强层和第二加强层，所述第一加强层和第二加强层的厚度分别为0.2mm和0.2mm；
所述第一加强层为纤维编织层，所述纤维编织层由钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维编织而成，其中，钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维的重量份数比为2.5-7∶1∶3-6∶3-6∶8-10；
所述第二加强层为多股芳纶束组成，所述多股芳纶束均匀环设于所述第一加强层外表面。
优选的是，所述的传能光缆，还包括：
防护层，其包覆所述加强层，所述防护层由以下重量份数的原料制成：环氧树脂20-40份、有机硅树脂20-40份、聚醚型聚氨酯50-60份、聚氧乙烯醚10-20份、聚偏二氟乙烯15-18份和聚氨酯丙烯酸树脂8-13份。
优选的是，所述的传能光缆，所述芯层由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述包层由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述芯层的折射率为1.42-1.50，所述包层的折射率为1.43-1.46。
优选的是，所述的传能光缆，所述均质掺杂石英玻璃为均质氟掺杂石英玻璃或均质锗掺杂石英玻璃。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明实现了600nm-1000nm近红外功率光信号长期稳定可靠地传输和高效率稳定的耦合两个重要指标。
(2)本发明采用的光纤芯层直径为0.195-0.205mm，较普通多模光纤的芯层直径较大，提高了光纤与收发端的耦合效率，同时芯层采用均质掺杂材料设计，区别于普通多模光纤的渐变掺杂材料设计，避免了芯层截面在导光过程中，光功率能量的聚焦烧坏芯层局部的问题，确保了长期稳定导光的效果，延长了产品的使用寿命。
(3)针对大芯径芯层和包层易碎的问题，本发明运用乙烯-四氟乙烯共聚物材料制作紧包层和外护层，乙烯-四氟乙烯共聚物材料是最强韧的氟塑料，抗冲击强度高，拉伸强度可达到50MPa，接近聚四氟乙烯的2倍，能够有效地保护芯层和包层，满足光缆抗外界踩踏、不破损的要求。
(4)乙烯-四氟乙烯共聚物材料还具有良好的耐热、阻燃、抗污、耐化学性能和电绝缘性能，外护层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，满足光缆阻燃、耐超高电压、长使用寿命的要求。
(5)本发明的紧包层与外护层之间还设置有加强层，所述加强层包括第一加强层和第二加强层，所述第一加强层和第二加强层的厚度分别为0.2mm和0.2mm；所述第一加强层为纤维编织层，所述纤维编织层由钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维编织而成，其中，钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维的重量份数比为2.5-7∶1∶3-6∶3-6∶8-10；所述第二加强层为多股芳纶束组成，所述多股芳纶束均匀环设于所述第一加强层外表面。该加强层的材料和厚度，使其强度极高，满足光缆的高强度要求。
(6)本发明还设置有防护层，其包覆所述加强层，所述防护护层由以下重量份数的原料制成：环氧树脂20-40份、有机硅树脂20-40份、聚醚型聚氨酯50-60份、聚氧乙烯醚10-20份、聚偏二氟乙烯15-18份和聚氨酯丙烯酸树脂8-13份。该防护层具有较好的防水性、抗油污、抗冲击、抗老化和防辐射特性，与外护层一起满足光缆高可靠性、长使用寿命的要求。
总之，本发明使用时光纤石英玻璃芯层采用掺杂或纯石英玻璃材料、均质折射率、较大芯层直径多模设计，兼顾高耦合效率、低耦合损耗、均匀芯层功率密度、导光功率均匀分配、高可靠传输、长寿命工作等需求；包层设计为大纤径传能光纤直径范围设计，满足接续方面传输数据的要求，提高接头产品互换性能，延长使用寿命；涂覆层采用丙烯酸树脂或硅橡胶材料，对石英玻璃包层进行完善的保护，并提供环境性能保证，仅对涂覆层的厚度做一定的要求，完善产品整体的耐超高压和阻燃性能需求；紧包层采用阻燃等级的乙烯-四氟乙烯共聚物材料进行设计，最大限度保证产品整体耐超高压等级和阻燃等级的前提下，不影响光纤在600nm-1000nm范围内近红外波段的传输性能；加强层采用多股高强性能芳纶填充的设计，保证了光缆整体的强度，延长了使用寿命和工作可靠性，较满的填充率也确保了绝缘的要求；外护层采用稳定性最佳的氟塑料材料，外护层的厚度的要求，保证了耐超高压绝缘性能、UL94-V0等级的阻燃性能、耐踩踏刮擦性能、强度性能等多方面的保证。产品整体设计需各层的性能保障方能达到最终性能要求。
通过紧包层材料与厚度、加强层材料与厚度、防护层材料、外护层材料与厚度的综合设计，实现耐超高压、阻燃、高强度、高可靠性、长使用寿命等实际工程使用需求，保证了光缆产品在工业控制中的长期稳定可靠工作。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的传能光缆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
一种传能光缆，包括：
芯层1，其由石英玻璃材料组成，所述芯层1的直径为0.195mm；
包层2，其包覆所述芯层1，所述包层由石英玻璃材料组成，所述包层的厚度为0.012mm；
紧包层4，其包覆所述包层2，所述紧包层4由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述紧包层4的厚度为0.3mm；
外护层7，其包覆所述紧包层4，所述外护层7由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述外护层7的厚度为0.2mm。
所述的传能光缆，还包括：
涂覆层3，其涂覆于所述包层2外表面，所述涂覆层3的折射率为1.5，厚度为0.05mm。
所述的传能光缆，所述涂覆层3由丙烯酸树脂或硅橡胶组成。
所述的传能光缆，还包括：
加强层5，其设置于所述紧包层4与所述外护层7之间，所述加强层5包括第一加强层5和第二加强层5，所述第一加强层5和第二加强层5的厚度分别为0.2mm和0.2mm；
所述第一加强层5为纤维编织层，所述纤维编织层由钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维编织而成，其中，钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维的重量份数比为2.5∶1∶3∶3∶8；
所述第二加强层5为多股芳纶束组成，所述多股芳纶束均匀环设于所述第一加强层5外表面。
所述的传能光缆，还包括：
防护层6，其包覆所述加强层5，所述防护护层由以下重量份数的原料制成：环氧树脂20份、有机硅树脂20份、聚醚型聚氨酯50份、聚氧乙烯醚10份、聚偏二氟乙烯15份和聚氨酯丙烯酸树脂8份。
所述的传能光缆，所述芯层1由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述包层2由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述芯层1的折射率为1.50，所述包层2的折射率为1.43。
所述的传能光缆，所述均质掺杂石英玻璃为均质氟掺杂石英玻璃或均质锗掺杂石英玻璃。
实施例2
一种传能光缆，包括：
芯层1，其由石英玻璃材料组成，所述芯层1的直径为0.205mm；
包层2，其包覆所述芯层1，所述包层2由石英玻璃材料组成，所述包层2的厚度为0.016mm；
紧包层4，其包覆所述包层2，所述紧包层4由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述紧包层44的厚度为0.5mm；
外护层7，其包覆所述紧包层4，所述外护层7由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述外护层7的厚度为0.5mm。
所述的传能光缆，还包括：
涂覆层3，其涂覆于所述包层2外表面，所述涂覆层3的折射率为1.7，厚度为0.07mm。
所述的传能光缆，所述涂覆层3由丙烯酸树脂或硅橡胶组成。
所述的传能光缆，还包括：
加强层5，其设置于所述紧包层4与所述外护层7之间，所述加强层5包括第一加强层5和第二加强层5，所述第一加强层5和第二加强层5的厚度分别为0.2mm和0.2mm；
所述第一加强层5为纤维编织层，所述纤维编织层由钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维编织而成，其中，钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维的重量份数比为7∶1∶6∶6∶10；
所述第二加强层5为多股芳纶束组成，所述多股芳纶束均匀环设于所述第一加强层5外表面。
所述的传能光缆，还包括：
防护层6，其包覆所述加强层5，所述防护护层由以下重量份数的原料制成：环氧树脂40份、有机硅树脂40份、聚醚型聚氨酯60份、聚氧乙烯醚20份、聚偏二氟乙烯18份和聚氨酯丙烯酸树脂13份。
所述的传能光缆，所述芯层1由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述包层2由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述芯层1的折射率为1.47，所述包层2的折射率为1.43。
所述的传能光缆，所述均质掺杂石英玻璃为均质氟掺杂石英玻璃或均质锗掺杂石英玻璃。
实施例3
一种传能光缆，包括：
芯层1，其由石英玻璃材料组成，所述芯层1的直径为0.200mm；
包层2，其包覆所述芯层1，所述包层2由石英玻璃材料组成，所述包层2的厚度为0.015mm；
紧包层4，其包覆所述包层，所述紧包层4由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述紧包层4的厚度为0.4mm；
外护层7，其包覆所述紧包层4，所述外护层7由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述外护层7的厚度为0.3mm。
所述的传能光缆，还包括：
涂覆层3，其涂覆于所述包层2外表面，所述涂覆层3的折射率为1.6，厚度为0.06mm。
所述的传能光缆，所述涂覆层3由丙烯酸树脂或硅橡胶组成。
所述的传能光缆，还包括：
加强层5，其设置于所述紧包层4与所述外护层7之间，所述加强层5包括第一加强层5和第二加强层5，所述第一加强层5和第二加强层5的厚度分别为0.2mm和0.2mm；
所述第一加强层5为纤维编织层，所述纤维编织层由钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维编织而成，其中，钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维的重量份数比为3∶1∶5∶5∶9；
所述第二加强层5为多股芳纶束组成，所述多股芳纶束均匀环设于所述第一加强层5外表面。
所述的传能光缆，还包括：
防护层6，其包覆所述加强层5，所述防护护层由以下重量份数的原料制成：环氧树脂30份、有机硅树脂30份、聚醚型聚氨酯58份、聚氧乙烯醚18份、聚偏二氟乙烯17份和聚氨酯丙烯酸树脂10份。
所述的传能光缆，所述芯层1由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述包层2由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述芯层1的折射率为1.48，所述包层2的折射率为1.44。
所述的传能光缆，所述均质掺杂石英玻璃为均质氟掺杂石英玻璃或均质锗掺杂石英玻璃。
实施例4
本发明的传能光缆包括有光纤石英玻璃芯层1和包层2，所述的石英玻璃芯层1由掺锗石英玻璃组成，折射率为1.47，直径为0.202mm，所述的石英玻璃包层2由掺氟石英玻璃组成，折射率为1.45，厚度为0.014mm。所述的涂覆层3材料为丙烯酸树脂材料，折射率为1.68，涂覆层3的厚度为0.08mm。所述的紧包层4材料为乙烯-四氟乙烯共聚物材料，紧包层4的厚度为0.5mm。所述加强层5的填充材料为杜邦公司的芳纶材料，股数为5股，加强层5的厚度为0.4mm。所述外护层7的材料为乙烯-四氟乙烯共聚物材料，厚度为0.5mm。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种传能光缆，其特征在于，包括：
芯层，其由石英玻璃材料组成，所述芯层的直径为0.195-0.205mm；
包层，其包覆所述芯层，所述包层由石英玻璃材料组成，所述包层的厚度为0.012-0.016mm；
紧包层，其包覆所述包层，所述紧包层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述紧包层的厚度为0.3-0.5mm；
外护层，其包覆所述紧包层，所述外护层由乙烯-四氟乙烯共聚物材料组成，所述外护层的厚度为0.2-0.5mm。
2.如权利要求1所述的传能光缆，其特征在于，还包括：
涂覆层，其涂覆于所述包层外表面，所述涂覆层的折射率为1.5-1.7，厚度为0.05-0.07mm。
3.如权利要求2所述的传能光缆，其特征在于，所述涂覆层由丙烯酸树脂或硅橡胶组成。
4.如权利要求3所述的传能光缆，其特征在于，还包括：
加强层，其设置于所述紧包层与所述外护层之间，所述加强层包括第一加强层和第二加强层，所述第一加强层和第二加强层的厚度分别为0.2mm和0.2mm；
所述第一加强层为纤维编织层，所述纤维编织层由钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维编织而成，其中，钢纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维和聚酯纤维的重量份数比为2.5-7∶1∶3-6∶3-6∶8-10；
所述第二加强层为多股芳纶束组成，所述多股芳纶束均匀环设于所述第一加强层外表面。
5.如权利要求4所述的传能光缆，其特征在于，还包括：
防护层，其包覆所述加强层，所述防护层由以下重量份数的原料制成：环氧树脂20-40份、有机硅树脂20-40份、聚醚型聚氨酯50-60份、聚氧乙烯醚10-20份、聚偏二氟乙烯15-18份和聚氨酯丙烯酸树脂8-13份。
6.如权利要求1所述的传能光缆，其特征在于，所述芯层由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述包层由均质掺杂石英玻璃材料组成，所述芯层的折射率为1.42-1.50，所述包层的折射率为1.43-1.46。
7.如权利要求6所述的传能光缆，其特征在于，所述均质掺杂石英玻璃为均质氟掺杂石英玻璃或均质锗掺杂石英玻璃。
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