CN106569306A - 一种航空航天用双芯光缆及制备方法 - Google Patents

一种航空航天用双芯光缆及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种航空航天用双芯光缆，该双芯光缆包括两根并排的光纤，每根光纤外表面涂覆有聚酰亚胺涂层，在聚酰亚胺涂层外设有聚醚砜紧套层，在两根光纤两侧设置有两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，在两根光纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)外围设置有外护套；所述的聚酰亚胺涂层为在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，然后通过紫外进行固化得到，涂覆速度为150m/min～180m/min，紫外波长365nm～395nm。本发明光纤表面聚酰亚胺采用紫外固化的方式涂覆聚酰亚胺涂层，具有涂覆速度快，涂覆外径均匀性好，光缆蠕变性能优异、抗拉性能优异；耐高温、耐水解、耐酸碱、无毒、阻燃、耐各种燃油等。

Description

一种航空航天用双芯光缆及制备方法
技术领域
本发明涉及一种超轻特种通信用光缆，具体是一种航空航天用双芯光缆及制备方法。
背景技术
由于光纤作为一种传输介质与传统的铜缆相比具有超轻、带宽宽、抗电磁干扰等优点；进入90年代以来，在光纤制导和光纤技术的航空航天应用方面，光纤具有非常大的优势。航空航天用光缆区别于民用光缆，要求重量轻，工作温差较大，并在该温度范围内具有机械和光学稳定性，耐酸碱、耐多种燃料和油类、阻燃、耐辐射等特殊要求。
但是，传统的航空用光缆一般由光纤、缆芯和外护套层组成，其使用温度在-40℃～+70℃之间。在航空、船舶、风力发电等领域，使用环境恶劣，工作时，高温可达到125℃以上，低温可达到-60℃。当超过使用温度高于70℃或者低于-40℃，光缆中的光纤和外护套材料性能急剧下降，光纤易断裂，外护套老化严重，无法保证光缆正常的工作，因此常规光缆无法满足航空航天等恶劣环境的应用场合。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种航空航天用双芯光缆及制备方法。
一种航空航天用双芯光缆，该双芯光缆包括两根并排的光纤，每根光纤外表面涂覆有聚酰亚胺涂层，在聚酰亚胺涂层外设有聚醚砜紧套层，在两根光纤两侧设置有两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)分别平行光缆轴线，在两根光纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)外围设置有外护套；所述的聚酰亚胺涂层为在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，然后通过紫外进行固化得到，涂覆速度为150m/min～180m/min，紫外波长365nm～395nm。
本发明优选的，聚酰亚胺涂层厚度约30～45μm，优选的，聚酰亚胺涂层厚度为37μm。
本发明优选的，聚醚砜紧套层厚度为0.1mm～0.4mm，优选的，聚醚砜紧套层厚度为0.15mm～0.18mm。
本发明优选的，外护套厚度为0.4±0.05mm，外护套材料为热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。
本发明光纤表面聚酰亚胺采用紫外固化的方式涂覆聚酰亚胺涂层，具有涂覆速度快，涂覆外径均匀性好的特点。比普通光纤涂覆层有很好的耐热性能和耐低温性能，耐高低温度为-100℃～300℃，抗蠕变性能优异；聚醚砜紧套层提高了紧套纤的耐高温性能，长期使用温度为150℃～180℃；加强件芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，提高光缆的抗拉性能；采用聚氨酯弹性体(TPU)作为外护套，耐高温、耐水解、耐酸碱、无毒、阻燃、耐各种燃油等。
本发明采用聚酰亚胺涂覆光纤，采用聚醚砜紧包光纤，芳纶纤维增强光缆加强芯作为加强件，利用聚四氟乙烯作为外护套，光缆采用椭圆形，线径小，可在狭窄环境下进行敷设，节约空间。光缆外径为椭圆形宽为2mm，长为3mm。
本发明优选的，聚酰亚胺涂层原料为现有原料。
本发明优选的，聚醚砜紧套层的原料为聚醚砜，所述的聚醚砜是由4,4'-双磺酰氯二苯醚在无水氯化铁催化下，与二苯醚缩合制得；聚醚砜折射率1.85，玻璃化温度225℃，热变形温度203℃(1.82MPa)。聚醚砜紧套层耐热性介于聚砜和聚芳砜之间，长期使用温度180-200℃，耐老化性能优异，在180℃使用可达20年，耐燃性好，即使燃烧也不发烟。耐蠕变性好，在150℃和20MPa压力下的应变只有2.55％。
芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)为现有技术，市场有售。
上述航空航天用双芯光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)采用G657耐弯曲光纤，光纤结构为9/125μm；
(2)在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，涂覆速度为150m/min～180m/min，涂覆完进行紫外固化，紫外波长365nm～395nm；得到涂覆聚酰亚胺的光纤；
(3)采用挤塑机在涂覆聚酰亚胺的光纤表面紧套一层厚度为0.1mm～0.4mm的聚醚砜紧套料形成聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为150℃～180℃，得到两根紧套光纤；
(4)两根紧套光纤纵向上下放置，紧套纤两侧放置两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，提高光纤抗拉性能；
(5)通过挤塑机挤出热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，包裹在步骤(4)紧套纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)周围形成外护套，制得椭圆形双芯光缆，提高其耐温、耐辐照性能。
本发明优选的，步骤(2)涂覆聚酰亚胺采用2-4次进行涂覆。使本发明的光缆比普通光纤涂覆层有很好的耐高低温性能，温度范围为-150℃～300℃，抗蠕变性能优异。
本发明优选的，步骤(2)涂覆速度为160m/min～170m/min。
本发明优选的，步骤(2)紫外固化紫外波长375nm～385nm。
本发明的优点如下：
1.本发明采用耐弯曲光纤，具有小弯曲半径，适合航空、航天设备内部的复杂空间的布线；
2.本发明采用聚酰亚胺涂层涂覆光纤表面，具有很好的耐高低温性，使用温度范围为-100℃～300℃，也适合于外部大气层空间；
3.本发明中的聚酰亚胺涂覆工艺采用紫外光固化和模具涂覆，可增加拉丝、涂覆、固化速度，并可解决光纤纤芯和包层涂层的均匀性、不圆度，并减小光纤衰减；
4.本发明采用高温塑料聚醚砜作为光纤紧套层，可以使其长期在150℃～180℃条件下使用，抗蠕变性好；
5.本发明中光纤在光缆的中心上下平行放置，非金属加强件KFRP在光纤两侧平行放置，非金属加强件KFRP线性膨胀系数小，可承受较大拉力，增加对光纤的保护，并提高光缆的抗拉性能；
6.本发明外护套采用TPU,通过挤塑机挤制在紧套纤和非金属加强件KFRP外面，提高光缆的耐温性能、耐老化性能优异，具有耐辐照、阻燃、无毒、耐各种燃油性等；
7.本发明光缆完全采用非金属加强件，属于全介质结构，适用于严酷电磁环境中的敷设；
8.本发明的结构采用椭圆形结构，光缆的结构设计科学合理。
附图说明
图1为本发明的航空航天用双芯光缆结构示意图；
其中，1、涂覆聚酰亚胺涂层的光纤，2、聚醚砜紧套层，3、芳纶纤维增强光缆加强芯，4、TPU外护套。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种航空航天用双芯光缆，结构如图1所示，该双芯光缆包括两根并排的光纤，每根光纤外表面涂覆有聚酰亚胺涂层，在聚酰亚胺涂层外设有聚醚砜紧套层2，在两根光纤两侧设置有两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)3，两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)3分别平行光缆轴线，在两根光纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯3(KFRP)外围设置有外护套4；所述的聚酰亚胺涂层为在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，然后通过紫外进行固化得到，涂覆速度为180m/min，紫外波长380nm。
聚酰亚胺涂层厚度为37μm。聚醚砜紧套层厚度为0.15mm，外护套厚度为0.45mm，外护套材料为热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。聚醚砜紧套层的原料为聚醚砜，所述的聚醚砜是由4,4'-双磺酰氯二苯醚在无水氯化铁催化下，与二苯醚缩合制得；聚醚砜折射率1.85，玻璃化温度225℃，热变形温度203℃(1.82MPa)。聚醚砜紧套层耐热性介于聚砜和聚芳砜之间，长期使用温度180-200℃，耐老化性能优异，在180℃使用可达20年，耐燃性好，即使燃烧也不发烟。耐蠕变性好，在150℃和20MPa压力下的应变只有2.55％。光缆外形为椭圆形，结构设计科学合理，光缆截面的长轴为3mm，短轴为2mm。该光缆具有带宽宽、重量轻、线径小等优势，是一种适用于军用或民用飞机的机载通信、机载控制指令的传输，该光缆具有耐温特性，也可以在航空发动机的高温附近的使用，实现光控飞行。
航空航天用双芯光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)采用G657耐弯曲光纤，光纤结构为9/125μm；
(2)在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，涂覆速度为180m/min，涂覆完进行紫外固化，紫外波长3380nm；得到涂覆聚酰亚胺的光纤；
(3)采用挤塑机在涂覆聚酰亚胺的光纤表面紧套一层厚度为0.15mm的聚醚砜紧套料形成聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为150℃～180℃，得到两根紧套光纤；
(4)两根紧套光纤纵向上下放置，紧套纤两侧放置两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，提高光纤抗拉性能；
(5)通过挤塑机挤出热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，包裹在步骤(4)紧套纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)周围形成外护套，制得椭圆形双芯光缆，提高其耐温、耐辐照性能。
实施例2
一种航空航天用双芯光缆，同实施例1所示，不同之处在于：
该双芯光缆包括两根并排的光纤，每根光纤外表面涂覆有聚酰亚胺涂层，所述的聚酰亚胺涂层为在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，然后通过紫外进行固化得到，涂覆速度为150m/min，紫外波长375nm。
聚酰亚胺涂层厚度为42μm。聚醚砜紧套层厚度为0.18mm，外护套厚度为0.38mm，外护套材料为热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。

Claims (9)

1.一种航空航天用双芯光缆，该双芯光缆包括两根并排的光纤，每根光纤外表面涂覆有聚酰亚胺涂层，在聚酰亚胺涂层外设有聚醚砜紧套层，在两根光纤两侧设置有两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)分别平行光缆轴线，在两根光纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)外围设置有外护套；所述的聚酰亚胺涂层为在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，然后通过紫外进行固化得到，涂覆速度为150m/min～180m/min，紫外波长365nm～395nm。
2.根据权利要求1所述的航空航天用双芯光缆，其特征在于，聚酰亚胺涂层厚度约30～45μm，优选的，聚酰亚胺涂层厚度为37μm。
3.根据权利要求1所述的航空航天用双芯光缆，其特征在于，聚醚砜紧套层厚度为0.1mm～0.4mm，优选的，聚醚砜紧套层厚度为0.15mm～0.18mm。
4.根据权利要求1所述的航空航天用双芯光缆，其特征在于，外护套厚度为0.4±0.05mm，外护套材料为热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。
5.根据权利要求1所述的航空航天用双芯光缆，其特征在于，聚醚砜紧套层的原料为聚醚砜，所述的聚醚砜是由4,4'-双磺酰氯二苯醚在无水氯化铁催化下，与二苯醚缩合制得；聚醚砜折射率1.85，玻璃化温度225℃，热变形温度203℃(1.82MPa)。
6.根据权利要求1所述的航空航天用双芯光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)采用G657耐弯曲光纤，光纤结构为9/125μm；
(2)在光纤外表面涂覆聚酰亚胺，涂覆速度为150m/min～180m/min，涂覆完进行紫外固化，紫外波长365nm～395nm；得到涂覆聚酰亚胺的光纤；
(3)采用挤塑机在涂覆聚酰亚胺的光纤表面紧套一层厚度为0.1mm～0.4mm的聚醚砜紧套料形成聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为150℃～180℃，得到两根紧套光纤；
(4)两根紧套光纤纵向上下放置，紧套纤两侧放置两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)，提高光纤抗拉性能；
(5)通过挤塑机挤出热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，包裹在步骤(4)紧套纤和两根芳纶纤维增强光缆加强芯(KFRP)周围形成外护套，制得椭圆形双芯光缆，提高其耐温、耐辐照性能。
7.根据权利要求6所述的航空航天用双芯光缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)涂覆聚酰亚胺采用2-4次进行涂覆。
8.根据权利要求6所述的航空航天用双芯光缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)涂覆速度为160m/min～170m/min。
9.根据权利要求6所述的航空航天用双芯光缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)紫外固化紫外波长375nm～385nm。
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