CN108490560A - 耐辐射光缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐辐射光缆及其制造方法，涉及光缆领域，包括：中心加强件；多个光纤子单元，其周向分布在中心加强件外侧，每个光纤子单元均包括一根耐辐照光纤、包裹在耐辐照光纤上的芳纶纱和设置在芳纶纱外的单元护套，以及外护套，其用于包裹全部光纤子单元；其中，中心加强件、光纤子单元和外护套均不掺杂金属元素。本发明中的耐辐射光缆能耐辐射且不会产生新的放射源。

Description

耐辐射光缆及其制造方法

技术领域

本发明涉及光缆领域，具体涉及一种耐辐射光缆及其制造方法。

背景技术

光缆具有高通信带宽、抗电磁干扰、电绝缘性、尺寸小等优点。在核电厂中的监控系统、通信系统由传统通信数据电缆开始转变为光缆，光缆逐步取代通信电缆已成为核电站中通信领技术的发展趋势。

但是传统领域的通信光缆，其设计寿命一般为25年或30年，而我国最新一代核电站用通信光缆的设计寿命要求为60年，除长寿命外，光缆还需要具备耐辐射、高阻燃等特性，并且要在设计寿命60年内，经历一定程度的核辐照或事故工矿后，依然保持一定的光传输、机械物理和阻燃性能。

此外，用于核电厂的设施，如含部分金属元素如铁、钴、镍、锰等容易在核辐射过程中，产生中子活化效应，成为新的放射源，而给环境带来污染。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能耐辐射且不会产生新的放射源的耐辐射光缆。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种耐辐射光缆，包括：

中心加强件；

多个光纤子单元，其周向分布在所述中心加强件外侧，每个所述光纤子单元均包括一根耐辐照光纤、包裹在所述耐辐照光纤上的芳纶纱和设置在所述芳纶纱外的单元护套，以及

外护套，其用于包裹全部所述光纤子单元；

其中，所述中心加强件、光纤子单元和外护套均不掺杂金属元素。

由于中心加强件、光纤子单元和外护套均不掺杂金属元素，从而可以避免光缆在核电厂中使用后，被中子辐射活化，而产生新的放射源。避免了给环境带来污染，保障了核电厂员工的安全。

此外，耐辐射光缆采用了耐辐照光纤，耐辐照光纤能在核电厂高辐射环境中保持光信号传输，和普通光纤相比，能避免因辐射而造成结构缺陷，保证光纤能正常使用并稳定工作。

在上述技术方案的基础上，所述耐辐照光纤包括：

芯层，其折射率呈梯度渐变型分布，且分布幂指数α为1.7～2.3；

氟掺杂石英包层，其与所述芯层的相对折射率差最大值Δ1％_max为0.6％～1.2％；

吸收杂质石英包层，其折射率低于所述氟掺杂石英包层的折射率；

石英包层，其折射率不大于所述吸收杂质石英包层的折射率，所述氟掺杂石英包层与石英包层相对折射率差Δ2％为-1.2％～-0.6％，所述吸收杂质石英包层与石英包层相对折射率差Δ3％为0.01％～0.2％。

由于光纤子单元不掺杂金属元素，也即芯层中不会掺杂Ge元素，保证了光纤在850nm与1300nm窗口具有较低的衰减系数，同时由于光纤中梯度掺杂了F元素的同时不掺杂Ge元素，因此可以保证光纤具备较高带宽的情况下显著提高光纤的高低温循环过程中造成的衰减变化以及辐照环境中造成的衰减系数变化，氟掺杂石英包层外的吸收杂质石英包层能够吸收部分辐射剂量，进一步降低了光纤芯层的辐射损伤。

在上述技术方案的基础上，所述单元护套挤出设置在所述芳纶纱外。

在上述技术方案的基础上，所述外护套挤出设置在全部所述光纤子单元外。

在上述技术方案的基础上，每个所述耐辐照光纤上还设有紧套二次被覆层。

在设置紧套二次被覆层后耐辐照光纤便成为紧包光纤，紧包光纤具有弯曲半径小、机械及环境性能优良的特点，很够很好的满足需求。

在上述技术方案的基础上，所述外护套的材料为辐照交联低烟无卤材料。

辐照交联又称物理交联，是利用电子加速成器产生的高能量电子束流，轰击绝缘层及护套，将高分子链打断，被打断的每一个断点称为自由基。自由基不稳定，相互之间要重新组合，重新组合后由原来的链状分子结构变为三维网状的分子结构而形成交联，此交联方式既无高温又无水，既能使聚烯烃交联，又不影响阻燃性能和电气性能。

外护套的材料采用辐照交联低烟无卤材料后，既能保证良好的阻燃性能，又避免了低烟无卤材料发生潮解，从而能够让耐辐射光缆长久稳定的工作。

在上述技术方案的基础上，所述耐辐射光缆包括6个所述光纤子单元。

与此同时，本发明的另一个目的在于提供一种耐辐射且不会产生新的放射源的耐辐射光缆的制造方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种耐辐射光缆的制造方法，该方法包括以下步骤：

制作中心加强件；

制作多个耐辐照光纤，在每个耐辐照光纤上包裹一层芳纶纱，并在芳纶纱外挤出一层单元护套，得到多个光纤子单元；以及

将多个光纤子单元周向分布在中心加强件外侧，然后挤出外护套，得到耐辐射光缆；

其中，所述中心加强件、光纤子单元和外护套均不掺杂金属元素。

在上述技术方案的基础上，挤出外护套后，再将耐辐射光缆进行电子加速器辐照处理。

在上述技术方案的基础上，所述电子加速器辐照处理的步骤具体包括：

将耐辐射光缆匀速的通过电子加速器，根据耐辐射光缆的外径和外护套厚度，调整电子加速器的辐照的电子加速器电流和电子加速器电压，其中电子加速器电流为0至10mA，电子加速器电压为1.0MeV至2.0MeV。

采用电子加速器辐照处理后，利用电子加速器产生的高能电子，辐射到耐辐射光缆表面或内部，使耐辐射光缆发生物理或化学反应，从而改善了耐辐射光缆的性能，耐辐射光缆的外护套在处理后能够满足60年的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中耐辐射光缆的结构示意图。

图中：1-中心加强件，2-光纤子单元，21-耐辐照光纤，22-芳纶纱，23-单元护套，3-外护套。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

参见图1所示，本发明实施例1提供一种耐辐射光缆，其包括中心加强件1、多个光纤子单元2和外护套3，且中心加强件1、光纤子单元2和外护套3均不掺杂金属元素。

其中，多个光纤子单元2周向分布在中心加强件1外侧，每个光纤子单元2均包括一根耐辐照光纤21、包裹在耐辐照光纤21上的芳纶纱22和设置在芳纶纱22外的单元护套23。外护套3用于包裹全部光纤子单元2。

进一步地，单元护套23挤出设置在芳纶纱22外，外护套3挤出设置在全部光纤子单元2外。

进一步地，耐辐射光缆包括6个光纤子单元2，光纤子单元2的数量可以根据需要合理设置。

在实施例1中，由于中心加强件1、光纤子单元2和外护套3均不掺杂金属元素，从而可以避免光缆在核电厂中使用后，被中子辐射活化，而产生新的放射源。避免了给环境带来污染，保障了核电厂员工的安全。

此外，耐辐射光缆采用了耐辐照光纤21，耐辐照光纤21能在核电厂高辐射环境中保持光信号传输，和普通光纤相比，能避免因辐射而造成结构缺陷，保证光纤能正常使用并稳定工作。

实施例2：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于耐辐照光纤21包括：

不掺杂Ge元素的芯层，芯层是居于光纤横截面的中心部分，是光纤的主要导光区域。芯层折射率呈梯度渐变型分布，且分布幂指数α为1.7～2.3。通常，幂指数律折射率分布剖图指的是要满足下面幂指数函数的折射率分布心态，其中，n₁为光纤轴心的折射率，r为离开光纤轴心的距离，a为光纤芯半径，α为分布幂指数，Δ为芯/包相对折射率差；

氟掺杂石英包层是光纤截面中紧邻芯层的环形区域。氟掺杂石英包层与芯层的相对折射率差最大值Δ1％_max为0.6％～1.2％。

吸收杂质石英包层，其折射率低于氟掺杂石英包层的折射率。

石英包层的折射率不大于吸收杂质石英包层的折射率，氟掺杂石英包层与石英包层相对折射率差Δ2％为-1.2％～-0.6％，吸收杂质石英包层与石英包层相对折射率差Δ3％为0.01％～0.2％。

上述中的相对折射率差指的是：

其中，n_i和n₀分别为对应部分和相邻外侧包层在1300nm波长的折射率。

进一步地，芯层半径为20～40μm，氟掺杂石英包层半径为22～58μm，吸收杂质石英包层的半径为25～59微米。

进一步地，芯层半径为25μm，分布幂指数α为1.98，且芯层与石英包层的相对折射率差Δ1％_max为0.90％；氟掺杂石英包层的半径为56μm，且与石英包层的相对折射率差Δ2％为-0.91％；吸收杂质石英包层的半径为58μm，且与石英包层的相对折射率差Δ3％为0.05％。

本实施例中，由于光纤子单元2不掺杂金属元素，也即芯层中不掺杂Ge元素，保证了光纤在850nm与1300nm窗口具有较低的衰减系数，同时由于光纤中梯度掺杂了F元素的同时不掺杂Ge元素，因此可以保证光纤具备较高带宽的情况下显著提高光纤的高低温循环过程中造成的衰减变化以及辐照环境中造成的衰减系数变化，氟掺杂石英包层外的吸收杂质石英包层能够吸收部分辐射剂量，进一步降低了光纤芯层的辐射损伤。

实施例3：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于每个耐辐照光纤21上还设有紧套二次被覆层。在设置紧套二次被覆层后耐辐照光纤21便成为紧包光纤，紧包光纤具有弯曲半径小、机械及环境性能优良的特点，很够很好的满足需求。

实施例4：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例1的差别在于外护套3的材料为辐照交联低烟无卤材料。

低烟无卤材料的优点是低烟无卤、无毒，即使被明火燃烧时，释放出来的是二氧化碳气体和水蒸汽。低烟无卤材料是以聚乙烯为基体，将被EVA(乙烯-醋酸乙烯酯关聚物)活化了的大量氢氧化镁或氢氧化铝捏合在聚乙烯基体中，利用氢氧化物被燃烧受热时，分解成金属氧化物和水，该反应为吸热反应。阻燃原理如下：氢氧化物被燃烧时是分解反应，该反应是吸热反应，吸收周围空气中的大量热量，降低了燃烧现场的温度，此为阻燃机理之一；生成的水分子，也吸收大量热量，此为阻燃机理之二；产生的金属氧化物结壳，阻止了氧气与有机物的再一次接触，此为阻燃机理之三。故外护套3采用低烟无卤材料能够具有很好的阻燃性能。

低烟无卤材料主要是采用氢氧化物作为阻燃剂。氢氧化物又称为碱，其特性是容易吸收空气中的水分，即称为潮解。潮解会使绝缘层的体积电阻系数大幅度下降，为了阻止潮解的发生，只有将聚烯烃的分子结构予以改变，形成致密层以阻止空气中的水分子与阻燃剂氢氧化物相结合从而形成潮解现象，本实施例中采用辐照的方式交联，辐照交联又称物理交联，是利用电子加速成器产生的高能量电子束流，轰击绝缘层及护套，将高分子链打断，被打断的每一个断点称为自由基。自由基不稳定，相互之间要重新组合，重新组合后由原来的链状分子结构变为三维网状的分子结构而形成交联，此交联方式既无高温又无水，既能使聚烯烃交联，又不影响阻燃性能和电气性能。

综上所述，外护套3的材料采用辐照交联低烟无卤材料后，既能保证良好的阻燃性能，又避免了低烟无卤材料发生潮解，从而能够让耐辐射光缆长久稳定的工作。

本发明实施例5提供一种耐辐射光缆的制造方法，该方法包括以下步骤：

制作中心加强件1；

制作多个耐辐照光纤21，在每个耐辐照光纤21上包裹一层芳纶纱22，并在芳纶纱22外挤出一层单元护套23，得到多个光纤子单元2；

将多个光纤子单元2周向分布在中心加强件1外侧，然后挤出外护套3，得到耐辐射光缆；

其中，中心加强件1、光纤子单元2和外护套3均不掺杂金属元素。

制造过程中，由于中心加强件1、光纤子单元2和外护套3均不掺杂金属元素，从而可以避免光缆在核电厂中使用后，被中子辐射活化，而产生新的放射源。避免了给环境带来污染，保障了核电厂员工的安全。

此外，耐辐射光缆采用了耐辐照光纤21，耐辐照光纤21能在核电厂高辐射环境中保持光信号传输，和普通光纤相比，能避免因辐射而造成结构缺陷，保证光纤能正常使用并稳定工作。

实施例6：

作为一个较好的可选方式，本实施例与实施例5的差别在于挤出外护套3后，还将耐辐射光缆进行电子加速器辐照处理。

进一步地，电子加速器辐照处理的步骤具体包括：

将耐辐射光缆匀速的通过电子加速器，根据耐辐射光缆的外径和外护套3厚度，调整电子加速器的辐照的电子加速器电流和电子加速器电压，其中电子加速器电流为0至10mA，电子加速器电压为1.0MeV至2.0MeV。

采用电子加速器辐照处理后，利用电子加速器产生的高能电子，辐射到耐辐射光缆表面或内部，使耐辐射光缆发生物理或化学反应，从而使耐辐射光缆具有优异的机械物理性能，耐环境应力开裂性能好，有优良的耐磨性，比PVC和PE更能承受集中的机械应力。

而且采用电子加速器辐照处理后的产品重量小，更便于安装运输，降低劳动强度，降低运输费用。且燃烧时不释放腐蚀性气体及有毒气体，不会产生二次危害，十分环保。并耐各种化学溶剂，在周围各种腐蚀性媒质中比较稳定，也能够在高温环境下正常工作，基于上述优点使得耐辐射光缆能够满足60年的使用寿命。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种耐辐射光缆，其特征在于，包括：

中心加强件(1)；

多个光纤子单元(2)，其周向分布在所述中心加强件(1)外侧，每个所述光纤子单元(2)均包括一根耐辐照光纤(21)、包裹在所述耐辐照光纤(21)上的芳纶纱(22)和设置在所述芳纶纱(22)外的单元护套(23)；以及

外护套(3)，其用于包裹全部所述光纤子单元(2)；

其中，所述中心加强件(1)、光纤子单元(2)和外护套(3)均不掺杂金属元素。

2.如权利要求1所述的耐辐射光缆，其特征在于，所述耐辐照光纤(21)包括：

芯层，其折射率呈梯度渐变型分布，且分布幂指数α为1.7～2.3；

氟掺杂石英包层，其与所述芯层的相对折射率差最大值Δ1％_max为0.6％～1.2％；

吸收杂质石英包层，其折射率低于所述氟掺杂石英包层的折射率；

石英包层，其折射率不大于所述吸收杂质石英包层的折射率，所述氟掺杂石英包层与石英包层相对折射率差Δ2％为-1.2％～-0.6％，所述吸收杂质石英包层与石英包层相对折射率差Δ3％为0.01％～0.2％。

3.如权利要求1所述的耐辐射光缆，其特征在于：所述单元护套(23)挤出设置在所述芳纶纱(22)外。

4.如权利要求1所述的耐辐射光缆，其特征在于：所述外护套(3)挤出设置在全部所述光纤子单元(2)外。

5.如权利要求1所述的耐辐射光缆，其特征在于：每个所述耐辐照光纤(21)上还设有紧套二次被覆层。

6.如权利要求1所述的耐辐射光缆，其特征在于：所述外护套(3)的材料为辐照交联低烟无卤材料。

7.如权利要求1所述的耐辐射光缆，其特征在于：所述耐辐射光缆包括6个所述光纤子单元(2)。

8.一种耐辐射光缆的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

制作中心加强件(1)；

制作多个耐辐照光纤(21)，在每个耐辐照光纤(21)上包裹一层芳纶纱(22)，并在芳纶纱(22)外挤出一层单元护套(23)，得到多个光纤子单元(2)；

将多个光纤子单元(2)周向分布在中心加强件(1)外侧，然后挤出外护套(3)，得到耐辐射光缆；

其中，所述中心加强件(1)、光纤子单元(2)和外护套(3)均不掺杂金属元素。

9.如权利要求8所述的耐辐射光缆的制造方法，其特征在于：挤出外护套(3)后，再将耐辐射光缆进行电子加速器辐照处理。

10.如权利要求9所述的耐辐射光缆的制造方法，其特征在于，所述电子加速器辐照处理的步骤具体包括：

将耐辐射光缆匀速的通过电子加速器，根据耐辐射光缆的外径和外护套(3)厚度，调整电子加速器的辐照的电子加速器电流和电子加速器电压，其中电子加速器电流为0至10mA，电子加速器电压为1.0MeV至2.0MeV。