CN106970446A - 一种非金属8字光缆制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非金属8字光缆制作方法，通过两次挤塑机分别对套管和外护套进行挤制成型的方式，将FRP吊线固定包覆在外护套中，将FRP带固定在套管和外护套之间，由挤塑工艺的瞬间高温实现非金属的FRP材料与套管和外护套的紧密附着，无论外界温度怎么变化，都不会超过挤塑机的工作温度，因此不会导致FRP材料受温度变化而脱落松动的情况发生。本发明解决了现有技术中8字缆使用过程中应变大的问题，实现降低应变程度、提高使用寿命的目的。

Description

一种非金属8字光缆制作方法
技术领域
本发明涉及光缆领域，具体涉及一种非金属8字光缆制作方法。
背景技术
随着光纤到户工程的全面展开，高清IPTV及宽带走进了千家万户，根据宽带发展联盟最新发布的2016年第三季度《中国宽带普及状况报告》，截至2016年第三季度，我国固定宽带家庭普及率达到59.6％，而农村的情况并不乐观，很多偏远山区甚至连移动信号还未覆盖，更谈不上宽带，所以农村的光通信工程还任重道远。目前国内几大运营商都在加快农村山区的通信网络建设，除了满足市民日常通信，还肩负着社会的安保问题，例如某地区进行的“雪亮工程”，该工程以县乡村三级综治中心联网为纽带，以视频监控联网应用为核心，与专业化公安“金盾工程”联动互补，进一步提升了立体化治安防控体系实战效能。由于农村的环境多为丘陵和山区，普通的GYTA、GYTS或者GYTA53并不太适用于农村环境，一方面是GYTA 或GYTS不能自承架空，且不能进行直埋，GYTA53虽然能直埋，但是山区并不适用直埋光缆，并且会使工程造价偏高，另一方面上述光缆都还含有金属成分在里面，并不能与现有的输电线路共用杆塔。农村通信工程建设所用光缆应具备以下几个特点：(1)光缆可以直接架空使用，一般档距在100米以内；(2)光缆芯数小、直径小，重量轻，利于施工架空；(3)光缆不含金属，能和其他输电线路公用杆塔线路。此外，现有的8字缆在长期使用过程中，容易出现应变程度较大的问题，传统的观点均认为此问题是由光缆强度不足而导致，因而现有的研究方向均是朝着提高光缆力学性能方面在发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非金属8字光缆制作方法，以解决现有技术中8字缆使用过程中应变大的问题，实现提供一种应变低、使用寿命长的8字光缆的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种非金属8字光缆制作方法，包括以下步骤：
(a)对光纤进行着色；
(b)将着色后的光纤通过恒定张力放出，光纤表面涂覆纤膏后通过挤塑机，进入挤塑机挤出的套管内；
(c)将含有光纤的套管依次通过一级水槽、二级水槽进行冷却，其中一级水槽的水温低于挤塑机温度、高于二级水槽水温；之后再通过收线舞蹈轮对套管进行收线；
(d)将步骤(c)中收集的套管与FRP吊线通过恒定张力以相同速度分别匀速放出，同时直放一根平行于套管轴线的阻水纱，使该根阻水纱贴紧在套管表面，FRP吊线位于套管上方；
(e)使套管和贴紧在套管表面的一根阻水纱一起穿过另外两个阻水纱筒，另外两个阻水纱筒的出纱方向相反，使得套管经过另外两个阻水纱筒时，另外两个阻水纱筒上的阻水纱从不同方向交错缠绕在套管表面，此时套管表面共有三根阻水纱；
(f)将步骤(e)中得到的套管和三根阻水纱共同用FRP带进行包裹，之后与FRP吊线共同进入挤塑机挤制外护套、成型，经冷却水槽冷却，收线。
现有的8字光缆在长期使用过程中，容易出现应变程度较大的问题，传统观点均认为此问题是由光缆强度不足而导致，因此现有的研究方向均是朝着加大光缆的抗拉抗扭等力学性能方面在发展。然而，发明人在经过大量的实践探索与试验分析后发现，传统光缆的应变问题是由于光缆整体热传导系数过大而导致，在户外使用的光缆受外界温度影响很大，特别是对于架设在农村偏远地区的光缆，昼夜温差大、高低温效应显著，光缆在一天之内不断受外界温度变化影响，更有四季季节变换而导致大环境的温度变更。在此影响之下，光缆不停进行热胀冷缩，当温度较低时，光缆收缩，若收缩程度大于了光缆受张力拉伸的程度，则导致了光缆应变程度大、整体韧性变低；当温度较高时，光缆伸长，使光缆所受张力不足，整体强度因此而减弱。同时，由于光缆并非由弹性材料制作而成，光缆在不断的伸长收缩过程中，内部结构受到破坏，复位能力有限，长此以往，最终导致了变程度较大的问题。而传统的8 字光缆加工工艺难以附着上有效的隔热材料。针对上述问题，本发明提出一种非金属8字光缆制作方法，首先对光纤进行着色，通过不同颜色用于区分多股光纤；将着色后的光纤通过恒定张力放出，光纤表面涂覆纤膏后通过挤塑机，进入挤塑机挤出的套管内，即是用挤塑机挤出的套管包覆在光纤外围，为光纤提供一层物理保护。由于挤塑机的工作温度较高，因此依次通过一级水槽、二级水槽进行冷却。含有光纤的套管经过两级水槽进行冷却，引起套管回缩，从而使光纤的长度大于套管的长度，光纤在套管内呈微弯状态(光纤在套管内的余长)，当套管受到一定拉力伸长时，光纤不至于被拉伸受力，达到保护光纤的目的。其中一级水槽的水温低于挤塑机温度、高于二级水槽水温，即是两个水槽的冷却水的水温逐渐降低，从而极大程度上提高对于余长设置的可控性，避免温度骤降导致余长设置时可控性差、随机性大的问题，相较于现有技术具有显著进步。降温完毕设置好余长的光纤通过收线舞蹈轮对套管进行收线。上述步骤中收集的套管内部已经含有光纤，因此将套管与FRP吊线通过恒定张力以相同速度分别匀速放出，同时直放一根平行于套管轴线的阻水纱，使该根阻水纱贴紧在套管表面，FRP吊线位于套管上方。即是在制作过程中将FRP吊线设置在套管上方，作为了8 字光缆的吊装部件；同时一根平行于套管轴线的阻水纱作为主阻水纱贴紧在套管表面。之后使套管和贴紧在套管表面的一根阻水纱一起穿过另外两个阻水纱筒，另外两个阻水纱筒的出纱方向相反，使得套管经过另外两个阻水纱筒时，另外两个阻水纱筒上的阻水纱从不同方向交错缠绕在套管表面，此时套管表面共有三根阻水纱。相较于传统的阻水纱设置方式，本发明中设置三根阻水纱，其中一根平行于套管轴线的阻水纱作为主阻水纱贴紧在套管表面，还有两根阻水纱从不同方向交错缠绕在套管表面，三根阻水纱不断在套管表面相交，从而使得不管水流从哪个方向进入光缆中接触到套管，都会无可避免的接触到至少一个阻水纱，从而迅速导致该局部的阻水纱遇水膨胀，彻底避免水流继续进入光缆中，从而极大的提高光缆的防水性能。将上述步骤中得到的套管和三根阻水纱共同用FRP带进行包裹，之后与FRP吊线共同进入挤塑机挤制外护套、成型，经冷却水槽冷却，收线。FRP即玻璃纤维强化塑料，具有质轻而硬、不导电、机械强度高、回收利用少、耐腐蚀等特性，能够满足自承式光缆的承载要求。同时，FRP材料具有优良的绝缘、隔热性能，其热导率很低，在常温下为1.25～1.67kJ/ (m·h·K)，只有金属的1/100～1/1000，是优良的绝热材料。使用FRP吊线，摒弃了传统金属吊线导热系数高，热量传递很快、无法隔热的问题，从而降低了外界与光缆内部的热交换，以此提高光缆的温度稳定性。针对传统的8字光缆加工工艺难以附着上有效的隔热材料的问题，本发明通过两次挤塑机分别对套管和外护套进行挤制成型的方式，将FRP吊线固定包覆在外护套中，将FRP带固定在套管和外护套之间，由挤塑工艺的瞬间高温实现非金属的FRP 材料与套管和外护套的紧密附着，无论外界温度怎么变化，都不会超过挤塑机的工作温度，因此不会导致FRP材料受温度变化而脱落松动的情况发生。发明人也考虑过使用同样能够满足强度需求的KFRP(芳纶纤维加强芯)材料，但是KFRP材料不仅价格远高于FRP材料，性价比很低，而且导热率2.78～3.15kJ/(m·h·K)，高于本申请中的FRP材料的二至三倍，其隔热效果仍然有限。因此，本申请中的FRP吊线、FRP带相较于其他材料，能够极大的降低热传递效率，降低应变程度、提高使用寿命。此外，设置FRP带是由于吊线采用非金属的FRP 材料，为了进一步确保强度、满足架空需要，在外护套与套管之间设置FRP带，用于提高整体强度与抗拉能力，使得自承能力不低于传统金属吊线。同时能够更加降低外界与内部光纤的热交换，以此提高温度稳定性，降低热胀冷缩幅度。此外，由于摒弃了传统金属吊线结构，使用不导电的FRP吊线和非金属的FRP带作为加强层，使得本发明能够和电力线缆公用杆塔，避免了强电引入，即使电力线缆的电源在特殊情况下搭上光缆，也无法将电流引入通信设备或家庭中，从而杜绝强电引入导致的触电事故发生，因此本发明还能够极大程度上提高光缆使用过程中的安全性能。
优选的，所述的步骤(a)包括以下分步：(a-1)用恒定张力放出光纤，使光纤依次通过除静电装置、油墨涂覆装置，再通过固化炉进行固化；(a-2)通过牵引机构控制固化完成后的光纤的输出张力，并再次通过除静电装置后进行收线。光纤在涂覆油墨之前先去除光纤上面的静电，避免静电吸附空气中的异物影响光纤表面平滑。之后进行油墨涂覆与固化，完成固化后又再次进行除静电，以确保光纤在进行收线盘绕时表面没有吸附杂物，确保光纤收线整齐。
优选的，所述固化炉中包括至少两次紫外线固化。使用紫外线固化有利于提高固化效率、同时还能够实现杀菌效果。固化至少两次以确保固化质量。
优选的，所述一级水槽的水温比二级水槽的水温高150～200℃。由于挤塑机工作温度一般大于200℃，因此设置用于冷却的一级水槽的水温比二级水槽的水温高150～200℃，能够使得两个水槽的冷却水温均大于0℃的情况下实现分级冷却。同时，发明人在大量实践中发现，若两个水槽水温过于接近，会使得二级水槽对于余长设置的贡献非常低下，导致二级水槽所能提供的实际作用微弱，有悖于发明人设置两级水槽进行逐级降温从而提高余长可控性的初衷。若是两个水槽中的温差大于200℃，又会导致余长产生的80％左右都发生在二级水槽内，导致一级水槽所能提供的实际作用微弱。因此，发明人在经过长期实践后才得出一级水槽的水温比二级水槽的水温高150～200℃的最优方案，此区间内的温差设置能够确保一级水槽与二级水槽对于余长产生的贡献度接近相当，从而确保提高余长设置时的可控性。
优选的，步骤(b)中所述挤塑机挤出的套管为PBT套管。通过PBT材料隔绝空气、水分，确保光纤在稳定安全的环境下工作，同时避免承受外界的机械损伤等。
优选的，步骤(c)中通过收线舞蹈轮对套管进行收线时，控制收线速度以确保张力不变。即是使得首先过程中张力
优选的，步骤(f)中经冷却水槽冷却后，先进入蒸发装置进行蒸发排水，再收线。使得光缆表面水分被充分蒸发后再进行收线，避免潮湿状态下就进行收线影响后期正常使用。
优选的，所述蒸发装置内部的空气温度80～120°、空气湿度≤10％。即是使得蒸发装置内部处于高温低湿的环境中，从而使得光缆在通过蒸发装置时能够快速的将表面水分蒸发掉，以此提高蒸发效率。
优选的，步骤(f)中所述外护套由PE材料挤制而成。确保常规绝缘防水性能的同时，利用PE材料质轻的特点，降低光缆自重，减少自身载荷。
优选的，步骤(f)中所述FRP带至少包裹三层。三层或三层以上的FRP带能够充分提高套管外部的物理强度，提供更为安全的保护与缓冲带，同时相较于单层结构，其隔热效果更有显著提升。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种非金属8字光缆制作方法，克服了传统观点认为8字缆应变程度较大是由于强度不足而导致的技术偏见，发现传统光缆的应变问题是由于光缆整体热传导系数过大而导致，在此基础上，通过两次挤塑机分别对套管和外护套进行挤制成型的方式，将FRP吊线固定包覆在外护套中，将FRP带固定在套管和外护套之间，由挤塑工艺的瞬间高温实现非金属的FRP材料与套管和外护套的紧密附着，无论外界温度怎么变化，都不会超过挤塑机的工作温度，因此不会导致FRP材料受温度变化而脱落松动的情况发生。
2、本发明一种非金属8字光缆制作方法，将着色后的光纤通过恒定张力放出，光纤表面涂覆纤膏后通过挤塑机，进入挤塑机挤出的套管内，即是用挤塑机挤出的套管包覆在光纤外围，为光纤提供一层物理保护。再依次通过一级水槽、二级水槽进行冷却。两个水槽的冷却水的水温逐渐降低，从而极大程度上提高对于余长设置的可控性，避免温度骤降导致余长设置时可控性差、随机性大的问题，相较于现有技术具有显著进步。
3、本发明一种非金属8字光缆制作方法，摒弃了传统金属吊线结构，使用不导电的FRP 吊线和FRP带作为加强层，使得本发明能够和电力线缆公用杆塔，避免了强电引入，即使电力线缆的电源在特殊情况下搭上光缆，也无法将电流引入通信设备或家庭中，从而杜绝强电引入导致的触电事故发生，因此本发明还能够极大程度上提高光缆使用过程中的安全性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例中光缆的拉伸附加衰减曲线图；
图2为本发明具体实施例中光缆的拉伸应变曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种非金属8字光缆制作方法，包括以下步骤：(a)对光纤进行着色；(b)将着色后的光纤通过恒定张力放出，光纤表面涂覆纤膏后通过挤塑机，进入挤塑机挤出的套管内；(c) 将含有光纤的套管依次通过一级水槽、二级水槽进行冷却，其中一级水槽的水温低于挤塑机温度、高于二级水槽水温；之后再通过收线舞蹈轮对套管进行收线；(d)将步骤(c)中收集的套管与FRP吊线通过恒定张力以相同速度分别匀速放出，同时直放一根平行于套管轴线的阻水纱，使该根阻水纱贴紧在套管表面，FRP吊线位于套管上方；(e)使套管和贴紧在套管表面的一根阻水纱一起穿过另外两个阻水纱筒，另外两个阻水纱筒的出纱方向相反，使得套管经过另外两个阻水纱筒时，另外两个阻水纱筒上的阻水纱从不同方向交错缠绕在套管表面，此时套管表面共有三根阻水纱；(f)将步骤(e)中得到的套管和三根阻水纱共同用FRP带进行包裹，之后与FRP吊线共同进入挤塑机挤制外护套、成型，经冷却水槽冷却，收线。所述的步骤(a)包括以下分步：(a-1)用恒定张力放出光纤，使光纤依次通过除静电装置、油墨涂覆装置，再通过固化炉进行固化；(a-2)通过牵引机构控制固化完成后的光纤的输出张力，并再次通过除静电装置后进行收线。所述固化炉中包括至少两次紫外线固化。所述一级水槽的水温比二级水槽的水温高150℃。步骤(b)中所述挤塑机挤出的套管为PBT套管。步骤(c) 中通过收线舞蹈轮对套管进行收线时，控制收线速度以确保张力不变。步骤(f)中经冷却水槽冷却后，先进入蒸发装置进行蒸发排水，再收线。所述蒸发装置内部的空气温度100°、空气湿度≤10％。步骤(f)中所述外护套由PE材料挤制而成。步骤(f)中所述FRP带至少包裹三层。附图1、附图2分别为通过本方法所制造而成的光缆的拉伸附加衰减曲线和拉伸应变曲线。其中附图1中横坐标单位为KN；纵坐标单位为％。附图2中横坐标单位为KN，纵坐标单位为dB。
本实施例中所制造而成的光缆的具体结构参数如下表所示：
已知光缆的等效线膨胀系数公式为：
其中ai为第i种材料的线膨胀系数，那么通过计算本光缆的等效线膨胀为16.9。
如果该光缆的使用温度范围为-40℃-+60℃，常温假定为20℃，则：
低温收缩为AL＝ΔT×αe＝0.00109＝1.01‰
高温伸长为AH＝ΔT×ae＝0.00076＝0.67‰
由此可知，在低温(-40℃)情况下会使光缆的余长间接增大1‰左右，由于该光缆主要被用于架空，而架空所受的张力可以抵消光缆的低温收缩，所以低温收缩不会因为余长增大导致衰减的增大。而在高温(+60℃)情况下会间接减小0.7‰，且在长期张力运行下，该光缆的缆应变仅在1.2‰左右，远低于常规普通光纤的应变程度。说明根据本方法所制造而成的光缆，相较于现有技术，在降低应变程度方面具有显著进步。
附图1为对本实施例中的8字光缆在高温(+60℃)下进行拉伸衰减试验所得曲线；附图2为对本实施例中的8字光缆在低温(-40℃)下进行拉伸试验的应变曲线。根据图1、图2中的曲线可知，本光纤的衰减性能能够满足光纤正常使用，同时光纤的应变基本在1500N时开始才有，抗拉性能还略优于常规结构，这说明本方案中的FRP带也起到一定的承力作用，因此本发明还取得了意料不到的技术效果。
下表为本实施例所制造而成的光缆在不同外界温度环境下进行衰减试验后得到的数据 (单位：dB/km)：
从上表中可以得出，本发明中的单模光纤在1310nm波长传输时衰减值在0.32～0.33 dB/km，在1550nm波长传输时衰减值基本低于0.19dB/km，其衰减程度远低于传统金属吊线；同时，发明人也采用KFRP材料制作吊线和加强层，制成另外一种光纤进行了对比试验，试验结果表明该对比光缆在1310nm波长传输时衰减值在0.34～0.35dB/km，在1550nm波长传输时衰减值均高于0.19dB/km，因此，本发明除了上述论证的诸多有益效果外，还对降低光纤衰减产生了预料之外的技术效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)对光纤进行着色；
(b)将着色后的光纤通过恒定张力放出，光纤表面涂覆纤膏后通过挤塑机，进入挤塑机挤出的套管内；
(c)将含有光纤的套管依次通过一级水槽、二级水槽进行冷却，其中一级水槽的水温低于挤塑机温度、高于二级水槽水温；之后再通过收线舞蹈轮对套管进行收线；
(d)将步骤(c)中收集的套管与FRP吊线通过恒定张力以相同速度分别匀速放出，同时直放一根平行于套管轴线的阻水纱，使该根阻水纱贴紧在套管表面，FRP吊线位于套管上方；
(e)使套管和贴紧在套管表面的一根阻水纱一起穿过另外两个阻水纱筒，另外两个阻水纱筒的出纱方向相反，使得套管经过另外两个阻水纱筒时，另外两个阻水纱筒上的阻水纱从不同方向交错缠绕在套管表面，此时套管表面共有三根阻水纱；
(f)将步骤(e)中得到的套管和三根阻水纱共同用FRP带进行包裹，之后与FRP吊线共同进入挤塑机挤制外护套、成型，经冷却水槽冷却，收线。
2.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，所述的步骤(a)包括以下分步：
(a-1)用恒定张力放出光纤，使光纤依次通过除静电装置、油墨涂覆装置，再通过固化炉进行固化；
(a-2)通过牵引机构控制固化完成后的光纤的输出张力，并再次通过除静电装置后进行收线。
3.根据权利要求2所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，所述固化炉中包括至少两次紫外线固化。
4.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，所述一级水槽的水温比二级水槽的水温高150～200℃。
5.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，步骤(b)中所述挤塑机挤出的套管为PBT套管。
6.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，步骤(c)中通过收线舞蹈轮对套管进行收线时，控制收线速度以确保张力不变。
7.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，步骤(f)中经冷却水槽冷却后，先进入蒸发装置进行蒸发排水，再收线。
8.根据权利要求7所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，所述蒸发装置内部的空气温度80～120°、空气湿度≤10％。
9.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，步骤(f)中所述外护套由PE材料挤制而成。
10.根据权利要求1所述的一种非金属8字光缆制作方法，其特征在于，步骤(f)中所述FRP带至少包裹三层。
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