CN106772857A - 一种航空航天用耐高温轻质光缆及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空航天用耐高温光缆，由内至外依次包括光纤、聚酰亚胺涂层、聚醚砜紧套层、芳纶纤维编织层、聚四氟乙烯护套，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。本发明的光缆具有很好的耐高低温性，使用温度范围为‑150℃～300℃，同时，也适合于外部大气层空间；可以使其长期在180℃～200℃条件下使用，抗蠕变性好；具有圆整性好、重量轻，重量4Kg/km～5Kg/km，耐高温、耐老化、低收缩性，并具有优异的阻燃性、化学稳定性。

Description

一种航空航天用耐高温轻质光缆及制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻质通信用光缆，具体是一种航空航天用耐高温轻质光缆及制备方法。
背景技术
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、保密性好等优点；随着航空业的发展，近年来，光纤光缆在航空航天领域的应用研究日趋广泛。航空航天用光缆区别于普通用光纤光缆，充分考虑其适用性和安全性，要求重量轻，线径细，耐高温，并在长期高温度范围内具有机械和光学稳定性，高强度、耐弯曲、抗冲击、耐老化、耐酸碱、耐多种燃料和油类、阻燃、低烟低毒等特殊要求。
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耐高温轻质光缆及制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种航空航天用耐高温光缆，由内至外依次包括光纤、聚酰亚胺涂层、聚醚砜紧套层、芳纶纤维编织层、聚四氟乙烯护套，聚酰亚胺涂层厚度约30～45μm；聚醚砜紧套层厚度为0.1mm～0.4mm，芳纶纤维编织层的厚度为0.1mm～0.6mm、聚四氟乙烯护套的厚度为0.1mm～0.5mm；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。
本发明光缆中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。
本发明采用聚酰亚胺涂覆光纤，聚醚砜料紧套光纤，芳纶纤维编织，聚四氟乙烯护套，使制得的光缆耐弯曲好，线径小，质量轻，耐高温，并具有很好的耐辐照性能。
本发明优选的，所述聚酰亚胺涂层厚度约37μm。
本发明优选的，所述聚醚砜紧套层厚度为0.15mm～0.30mm。
本发明优选的，所述芳纶纤维编织层的厚度为0.2mm～0.4mm。
本发明优选的，所述聚四氟乙烯护套的厚度为0.2mm～0.3mm。
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％。
本发明优选的，芳纶纤维编织层为采用芳纶纤维为原料，利用16锭极细编织机进行编织的芳纶纤维层，编织角为30°～45°，节距控制在2mm～4mm，编织密度大于90％；芳纶纤维为芳纶933。
本发明优选的，聚四氟乙烯护套的原料为聚四氟乙烯。现有技术。
上述航空航天用耐高温轻质光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)选用耐弯曲单模光纤，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的聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为180℃～200℃，紧套上聚醚砜紧套层后光纤外径为0.6mm～0.9mm；
(4)采用芳纶纤维为原料，利用16锭极细编织机在聚醚砜紧套层外面进行编织一层芳纶纤维编织层；
(5)最后在芳纶纤维编织层外包裹一层聚四氟乙烯护套，包覆最外层，提高耐温性能，得到航空航天用耐高温轻质光缆。
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。
本发明优选的，步骤(4)编织角为30°～45°，节距控制在2mm～4mm，编织密度大于90％；芳纶纤维为芳纶933。
聚四氟乙烯为现有技术，聚四氟乙烯的制备在不锈钢聚合釜中，以水为介质，过硫酸钾为引发剂，全氟羧酸铵盐为分散剂，氟碳化合物为稳定剂，四氟乙烯经氧化还原聚合而制得聚四氟乙烯。将各种助剂加入反应釜中，四氟乙烯单体以气相进入聚合釜，调节釜内温度至25℃，然后加入一定量的活化剂(偏重亚硫酸钠)，通过氧化还原体系进行引发聚合。聚合过程中不断补加单体，保持聚合压力0.49～0.78MPa，聚合后所得到的分散液用水稀释至一定浓度，并调节温度到15～20℃，用机械搅拌凝聚后，经水洗、干燥，即得。
本发明在裸光纤表面采用紫外固化的方式涂覆耐高温材料聚酰亚胺涂层，为达到一定的厚度对光纤采取多次涂覆，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；通过挤塑机光纤表面紧包一层厚度为0.15mm～0.30mm的耐高温聚醚砜紧套层，提高紧套纤的耐高温性能，长期使用温度为180℃～200℃；通过编织设备在紧套纤外编织一层芳纶纤维编织层，对光纤进行铠装保护，提高光缆的抗拉、抗扭转性能；采用聚四氟乙烯作为外护套，具有耐高低温温性能，能在-150℃至+250℃的温度下长期工作。
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、航天发动机设备内部的狭小空间的布线；
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-150℃～300℃，同时，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180℃～200℃条件下使用，抗蠕变性好；
5.本发明芳纶编织层具有圆整性好、重量轻，重量4Kg/km～5Kg/km，耐高温、耐老化、低收缩性，并具有优异的阻燃性、化学稳定性；
6.本发明外护套采用聚四氟乙烯，使光缆具有很好的耐高低温性能、耐腐蚀、抗老化等；
7.本发明光缆完全采用非金属加强件，属于全介质结构，适用于电磁环境中的使用；
8.本发明的结构采用圆形结构，光缆线径细、重量轻。
附图说明
图1为本发明的航空航天用耐高温轻质光缆结构示意图；
其中，1、光纤，2、聚酰亚胺涂层，3、聚醚砜紧套层，4、芳纶纤维编织层，5、聚四氟乙烯护套。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种航空航天用耐高温光缆，结构如图1所示，由内至外依次包括光纤1、聚酰亚胺涂层2、聚醚砜紧套层3、芳纶纤维编织层4、聚四氟乙烯护套5，聚酰亚胺涂层厚度约37μm；聚醚砜紧套层厚度为0.20mm，芳纶纤维编织层的厚度为0.3mm，聚四氟乙烯护套的厚度为0.25mm。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170m/min，紫外波长380nm。
上述航空航天用耐高温轻质光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)选用耐弯曲单模光纤，光纤结构为9/125μm；
(2)在光纤拉丝外表面采用2次涂覆聚酰亚胺，涂覆速度为170m/min，涂覆完进行紫外固化，紫外波长380nm；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的聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为200℃；
(4)采用芳纶纤维为原料，利用16锭极细编织机在聚醚砜紧套层外面进行编织一层芳纶纤维编织层；
(5)最后在芳纶纤维编织层外包裹一层聚四氟乙烯护套，包覆最外层，提高耐温性能，得到航空航天用耐高温轻质光缆。
本光缆具有线径小、重量轻、耐高温等优势，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；该光缆具有很好的耐温特性，可以在航空发动机的高温区域长期使用，实现光控飞行。
实施例2
一种航空航天用耐高温光缆，结构如图1所示，由内至外依次包括光纤1、聚酰亚胺涂层2、聚醚砜紧套层3、芳纶纤维编织层4、聚四氟乙烯护套5，聚酰亚胺涂层厚度约40μm；聚醚砜紧套层厚度为0.30mm，芳纶纤维编织层的厚度为0.4mm，聚四氟乙烯护套的厚度为0.2mm。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160m/min，紫外波长385nm。
上述航空航天用耐高温轻质光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)选用耐弯曲单模光纤，光纤结构为9/125μm；
(2)在光纤拉丝外表面采用2次涂覆聚酰亚胺，涂覆速度为160m/min，涂覆完进行紫外固化，紫外波长385nm；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的聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为200℃；
(4)采用芳纶纤维为原料，利用16锭极细编织机在聚醚砜紧套层外面进行编织一层芳纶纤维编织层；
(5)最后在芳纶纤维编织层外包裹一层聚四氟乙烯护套，包覆最外层，提高耐温性能，得到航空航天用耐高温轻质光缆。

Claims (10)

1.一种航空航天用耐高温光缆，由内至外依次包括光纤、聚酰亚胺涂层、聚醚砜紧套层、芳纶纤维编织层、聚四氟乙烯护套，聚酰亚胺涂层厚度约30～45μm；聚醚砜紧套层厚度为0.1mm～0.4mm，芳纶纤维编织层的厚度为0.1mm～0.6mm、聚四氟乙烯护套的厚度为0.1mm～0.5mm；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所述的航空航天用耐高温光缆，其特征在于，所述聚酰亚胺涂层厚度约37μm。
3.根据权利要求1所述的航空航天用耐高温光缆，其特征在于，所述聚醚砜紧套层厚度为0.15mm～0.30mm。
4.根据权利要求1所述的航空航天用耐高温光缆，其特征在于，所述芳纶纤维编织层的厚度为0.2mm～0.4mm。
5.根据权利要求1所述的航空航天用耐高温光缆，其特征在于，所述聚四氟乙烯护套的厚度为0.2mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的航空航天用耐高温光缆，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)。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％。
7.根据权利要求1所述的航空航天用耐高温光缆，其特征在于，芳纶纤维编织层为采用芳纶纤维为原料，利用16锭极细编织机进行编织的芳纶纤维层，编织角为30°～45°，节距控制在2mm～4mm，编织密度大于90％；芳纶纤维为芳纶933。
8.权利要求1所述的航空航天用耐高温轻质光缆的制备方法，包括步骤如下：
(1)选用耐弯曲单模光纤，光纤结构为9/125μm；
(2)在光纤拉丝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的聚醚砜紧套层，使其光纤的长期耐高温度为180℃～200℃，紧套上聚醚砜紧套层后光纤外径为0.6mm～0.9mm；
(4)采用芳纶纤维为原料，利用16锭极细编织机在聚醚砜紧套层外面进行编织一层芳纶纤维编织层；
(5)最后在芳纶纤维编织层外包裹一层聚四氟乙烯护套，包覆最外层，提高耐温性能，得到航空航天用耐高温轻质光缆。
9.根据权利要求8所述的航空航天用耐高温轻质光缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)涂覆聚酰亚胺采用2-4次进行涂覆。
10.根据权利要求8所述的航空航天用耐高温轻质光缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)涂覆速度为160m/min～170m/min；步骤(2)紫外固化紫外波长375nm～385nm；步骤(4)编织角为30°～45°，节距控制在2mm～4mm，编织密度大于90％；芳纶纤维为芳纶933。
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