CN111458823B - 一种抗弯折防雪光缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光缆领域，尤其涉及一种抗弯折防雪光缆。其包括：由内至外依次设置的芯线、内护套、抗变形结构层、隔温层和外护套；所述芯线设有若干根、呈纵向排列并由束管包覆固定；所述内护套包覆在束管外部，内护套和束管之间设有防冻填料；所述抗变形结构层包覆在内护套外表面，其分为上下两部分，上半部分截面呈连续的半圆形结构，半圆形结构内壁贴近内护套外壁，下半部周向设有均匀的截面为齿状的齿状突起，齿状突起的齿前端压紧内护套外壁；所述隔温层包覆在抗变形结构层外表面；所述外护套包覆在隔温层外部，其呈纺锤形，其上下两端尖细，中部宽大。本发明光缆具有良好的抗弯折性能和防雪性能，能够应对极端条件使用。

Description

一种抗弯折防雪光缆

技术领域

本发明属于光缆领域，尤其涉及一种抗弯折防雪光缆。

背景技术

光缆(optical fiber cable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。

在一些特殊环境中，光缆也产生了特殊的需求。如在低温且常年落雪的极端环境中，现有的光缆难以实现有效的防雪效果，在极端低温条件下，光缆的各层结构容易发生硬化、脆化甚至开裂，导致光缆发生故障，光信号传输性能急剧下降。

另一方面，在常年落雪的环境中，雪水在光缆上结冰形成的压迫也容易导致光缆产生弯曲，导致光缆受损。

因此，在低温且常年落雪的极端环境中，光缆的检修频率高，且存在检修难度大、检修风险大等一系列衍生问题。

因此，开发一种具有良好抗弯折性能和防雪性能的光缆对于光网络的覆盖和铺设具有极其重大的意义。

发明内容

为解决现有的光缆难以适用于长期在极端低温落雪的自然环境中覆设，非常容易产生光缆受损的问题，本发明提供了一种抗弯折防雪光缆。

本发明的目的在于：

一、提高光缆的抗弯折性能，具有一定的承重能力；

二、提高光缆的防雪性能，使其能够适应低温环境工作；

三、进一步确保光缆在低温条件下的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种抗弯折防雪光缆，包括：

由内至外依次设置的芯线、内护套、抗变形结构层、隔温层和外护套；

所述芯线设有若干根、呈纵向排列并由束管包覆固定；

所述内护套包覆在束管外部，内护套和束管之间设有防冻填料；

所述抗变形结构层包覆在内护套外表面，其分为上下两部分，上半部分截面呈连续的半圆形结构，半圆形结构内壁贴近内护套外壁，下半部周向设有均匀的截面为齿状的齿状突起，齿状突起的齿前端压紧内护套外壁；

所述隔温层包覆在抗变形结构层外表面；

所述外护套包覆在隔温层外部，其呈纺锤形，其上下两端尖细，中部宽大。

作为优选，

所述防冻填料为实心填料或多孔填料。

作为优选，

所述实心填料由工业淀粉、水、工业盐、润滑油、CH剂和抗氧化剂组成。

作为优选，

所述工业淀粉、水、工业盐和润滑油以体积比1：(0.95～1.1)：(0.3～0.35)：(0.05～0.08)的比例混合；

所述工业盐中NaCl含量≥96wt％；

所述工业润滑油为耐低温工业润滑油；

CH剂的加入量为上述物料总质量的1～1.5wt％，抗氧化剂的加入量为上述物料总质量的2～4wt％。

作为优选，

所述多孔填料为依次经过水、乙醇和叔丁醇进行溶剂置换的细菌纤维素凝胶球。

作为优选，

所述溶剂置换单次时长为4～8h。

作为优选，

所述内护套和抗变形结构层之间设有阻水层。

作为优选，

所述隔温层由GFRP材料进行制备。

作为优选，

所述外护套内还设有上下对称的加强构件。

作为优选，

所述加强构件截面呈水滴状，水滴状的加强构件尖端朝外、圆端朝向内部的轴心。

本发明的有益效果是：

1)能够承载结冰的雪水而不产生明显的弯曲，具有良好的抗折性能；

2)能够减少光缆的结冰现象；

3)具有良好的隔温能力；

4)对极端低温环境，光缆内部能够保持一定的柔软性，避免光缆内部硬化损伤光纤。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图中：1芯线，2束管，3内护套，4阻水层，5抗变形结构层，51半圆形结构，52齿状突起，6隔温层，7外护套，8加强构件，9防冻填料。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定，“若干”的含义是表示一个或者多个。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

一种如图1所示的抗弯折防雪光缆，其包括：

由内至外依次设置的芯线1、束管2、内护套3、阻水层4、抗变形结构层5、隔温层6和外护套7；

所述芯线1为单模光纤或多模光纤经包带包覆成束构成，其设置有若干根，优选设置至少两根，并且呈纵向排列设置；

束管2如图1所示呈纵向设置的长圆形，束管2包覆在若干芯线1外部对芯线1进行收束，且束管2的上端和下端端部分别与内护套3内壁相切；

内护套3包覆在束管2外部，且内护套3内部的空隙中填充有防冻填料9；

防冻填料9选用特制的实心填料或特制的多孔填料；

所述特制的实心填料由以下工艺进行制备：

首先以体积比进行配料，每一体积份的松装工业淀粉配料0.95～1.1体积份的60～80℃热水、0.3～0.35体积份的松装工业盐和0.05～0.08倍体积份的工业润滑油，并以上述物料总质量计，加入上述物料总质量1～1.5wt％的CH剂和2～4wt％的抗氧化剂，抗氧化剂起到抗氧化作用，市售任意品类抗氧化剂均能够满足使用，本实施例采用抗氧化剂1010，配料完成后搅拌成泥，即为特制的实心填料；

其中淀粉为工业淀粉，工业盐采用符合GBT 5462-2003标准、氯化钠含量96wt％以上的工业盐，工业润滑油采用常见的耐低温工业润滑油即可，润滑油的作用主要起到提高实心填料的造粒性，而本发明技术方案更适合于耐低温工业润滑油，进一步提高实心填料在低温条件下的表现，避免其产生脆性，而本实施例从常见的耐低温工业润滑油中特选采用RENISO ULTRACOOL 68/雷尼索尔润滑油；

CH剂为木素磺酸盐系物质，主要成分为木素磺酸钠，通常以稻麦草碱法制浆黑液为主要原料进行制备，是一种阴离子型表面活性剂；

除CH剂以外的物料经过搅拌后便已经能够形成泥状的填充物，泥状的填充物在5～80℃环境温度条件下均能够保持良好的柔性和缓冲性能，能够起到保护芯线1和束管2的作用，实现对光纤的保护，而泥状填充物在低温条件下会产生硬化和脆化，并且在冻融循环中材料力学性能不断改变，直至形成硬脆的填充物，难以实现保护和缓冲效果，甚至容易对芯线1和束管2造成损伤，而CH剂在建筑领域中有所使用，本发明研发人员研究发现将其加入泥状填充物中后首先能够提高泥状填充物的冻融性能，经试验在经过500次冻融循环(-40℃～80℃，在最低温和最高温条件下分别保持20min)后，相对动态弹性模量能够保持在92％以上，并且具有良好的阻水防潮效果，进行单层涂膜试验，涂膜形成厚度为2mm的薄膜后，48h测试结果表明对水蒸气的阻隔率约为99％，此外，对于本发明而言，CH剂的加入还能够显著提升泥状填充物在低温下的柔性、保持泥状填充物的缓冲性能，泥状填充物涂膜试验表明，其在未添加CH剂前于-25℃静置即产生明显的硬化开裂现象，在-5℃条件下尚能保持一定的柔性，但内部已产生硬质感、即出现内部结晶问题，而添加CH剂后，泥状填充物整体在低温条件下不会产生明显的内部结晶，而是更加均匀的硬化呈现类似胶棒的质感，不会对束管2和芯线1产生明显的挤压效果更不会产生结晶戳刺束管2的现象；

在通常条件下，光缆在低温下损坏的很大一部分原因即是其内部层结构低温产生明显的硬脆化对光纤施加应力，导致光纤受损损坏，而采用上述特制的实心防冻填料9后能够确保层结构硬化基本不对束管2和光纤产生明显的影响，并缓冲外层结构硬化所产生的应力作用，实现对光纤的保护；

所述特制的多孔填料为经过多重溶剂置换处理的细菌纤维素凝胶球；

细菌纤维素凝胶球的置换处理工艺为：

选取粒径为0.3～2mm的细菌纤维素水凝胶球，依次置于水、乙醇和叔丁醇中进行4～8h的溶剂置换，最后取出冷冻干燥至原细菌纤维素水凝胶球的30～40wt％，即得到细菌纤维素凝胶球；

细菌纤维素凝胶本身具有良好的柔弹性等力学性能，但是其在干燥条件下体积会急剧收缩更甚者会脆化粉化，因此用以作为防冻填料9的效果十分有限，但是经过溶剂置换和上述冷冻干燥后，所得的细菌纤维素凝胶球仍能够保持良好的柔弹性和较高的孔隙率，并且初次在-25℃条件下基本保持95％以上的动态弹性模量，并且经过-15℃～60℃的冻融循环300次后，仍能够保持85％以上的动态弹性模量；

此外，由于细菌纤维素凝胶球具有较高的孔隙率，其空隙内充满空气，能够进一步起到保温、防止束管2和芯线1热量外溢的功能；

特制的实心填料和特制的多孔填料两者相较而言，实心填料的制备成本更高，但对极端低温的适应性更优，而多孔填料的成本较低，于非长期低温地区的使用效果更加，性价比更高；

所述阻水层4包覆在内护套3外表面，阻水层4由常见的阻水材料进行制备；

所述抗变形结构层5包覆在阻水层4外部，其如图2所示，分为上下两部分，上半部分截面呈连续的半圆形结构51，半圆形结构51内壁贴近阻水层4外壁，下半部周向设有均匀的截面为齿状的齿状突起52，齿状突起52的齿前端压紧阻水层4外壁，且相邻的齿状突起52齿根处互相分离、互不接触；

防雪光缆在风雪天中使用时，通常雪积压在光缆上端并不断地形成冰，对光缆产生较大的纵向压力，而光缆上端是受压的主要部分，大量的光缆在长时间上端积雪后容易产生上半部分不圆度大幅度上升、整体上端呈现一定塌陷状等问题，而本发明中通过改进形成抗变形结构层5后，使得形成上下两半部分呈不同的结构，下半部分产生一定的收缩和缓冲的余量，形成不同的受力环境，在光缆上端积压冰雪受力后，抗变形结构层5的上半部分半圆形结构51向下产生压力，下半部分齿状突起52受到上半部分半圆形结构51给予的压力后，齿状突起52齿前端被压缩收紧，在整个收紧的过程中由其变形产生缓冲并积蓄弹性，待冰雪融化后齿状突起52被压缩的部分相较于常规的圆形结构光缆被压缩后受力更加均匀，并且所产生的弹性力更容易促进整体形状的复原，此外，齿状突起52的均匀压缩和收紧使得其变形程度会显著低于常规的圆形结构光缆的变形程度，减少变形量同样更有利于整体结构的复原；

所述隔温层6由GFRP材料进行制备，GFRP材料具有成本低廉、强度高、质轻、耐化学品腐蚀、耐候性良好且隔热性能好等大量的优点，在用于本发明技术方案中时，其作为高隔温层6能够阻挡在大雪天中内部热量被外界大量吸收，导致内部结构的低温硬化，从而降低抗变形结构层5的缓冲抗变形效果；

所述外护套7包覆在隔温层6外部，其呈纺锤形，其上下两端尖细，中部宽大；

纺锤形的外护套7用于防雪光缆时，由于光缆纵向受压更大，因此纵向两端尖细的纺锤形能够进一步提高光缆的纵向受力能力，另一方面，纺锤形的外护套7使得冰雪更不容易在外护套7上端积压，雪落在光缆上端后由于纺锤形的外护套7结构，使得雪容易从侧面滑落，在该过程中外护套7的上半部分侧面斜外壁在结薄冰后使得雪更容易滑落，不容易产生积压，而下半部的纺锤形尖细结构主要起到抗弯折的作用，由于防雪光缆在使用过程中受到冰雪积压所带来的压力时，光缆的上半部容易产生坍缩变形、而光缆的下半部则容易被过度拉开并且受低温影响产生硬化开裂，因此将外护套7设置外纺锤形后能够同时实现减少整体光缆的纵向受力和减少下半部变形的效果；

所述外护套7内还设有上下对称的加强构件8，所述加强构件8如图1所示其截面呈水滴状，水滴状的加强构件8尖端朝外、圆端朝向内部的轴心；

相较于常规的拱形或圆形等形状的构件，本发明采用特制的水滴形截面加强构件8，与本发明整体结构和目的具有更优的适配性，综合性能协调更优，能够有效提高防雪光缆纵向受力后的抗变形能力，提高光缆的防雪、抗压和抗变形性能，并且相较于效果更优的拱形的构建，采用水滴形的加强构件8还具有节省物料等优点。

分别制备实心填料的抗弯折防雪光缆和多孔填料的抗弯折防雪光缆进行架设试验，其中填充实心填料的编号为SX，填充多孔填料的编号为DK，分别制备两种防雪光缆各十段，每段长度为3m，在两端封口的情况下于-15℃环境中空架31d，并且每天保持30min的人造雪降雪，试验结束后观察其弯曲角度、截面变形、顶部结冰情况，并测试信号传输性能；

信号传输性能测试结果表明其信号传输性能基本不产生下降，保持率为98％以上；

弯曲角度采用一端压紧、测另一端翘起角度的方式进行测量，其中SX编号的光缆弯曲角度约为2～3°，DK编号的光缆弯曲角度约为3～4°；

截面变形程度SX和DK编号光缆基本持平，变形率均小于1.5％；

顶部结冰较少，平均结冰量为1.67kg/m。

对比例1

其余部分与实施例SX编号相同，不同之处仅在于：将抗弯折结构层替换为常规全包覆结构层，即截面为完整的环形，不设置齿状突起。

进行与实施例相同的测试，测试结果表明其弯曲角度相较于实施例的SX编号光缆试验，增大约230％；

信号传输性能下降约6％；

截面变形率约为12～14％；

其余方面性能基本持平。

对比例2

其余部分与实施例SX编号相同，不同之处仅在于：外护套设置为圆形圆形外护套，加强构件替换为常规的拱形加强构件；

进行与实施例相同的测试，测试结果表明其顶部的平均结冰量提高约260％，弯曲角度相较于实施例的SX编号光缆试验，增大约60％；

信号传输性能下降约4％；

截面变形率约为9～10％。

对比例3

其余部分与实施例SX编号相同，不同之处仅在于：将防冻填料替换为填充绳。

进行与实施例相同的测试；

与编号SX的光缆相比，弯曲角度相较于实施例的SX编号光缆试验，增大约15％；

信号传输性能下降约11％；

其余性能基本持平。

Claims (7)

1.一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，包括：

由内至外依次设置的芯线、内护套、抗变形结构层、隔温层和外护套；

所述芯线设有若干根、呈纵向排列并由束管包覆固定；

所述内护套包覆在束管外部，内护套和束管之间设有防冻填料；

所述抗变形结构层包覆在内护套外表面，其分为上下两部分，上半部分截面呈连续的半圆形结构，半圆形结构内壁贴近内护套外壁，下半部周向设有均匀的截面为齿状的齿状突起，齿状突起的齿前端压紧内护套外壁；

所述隔温层包覆在抗变形结构层外表面；

所述外护套包覆在隔温层外部，其呈纺锤形，其上下两端尖细，中部宽大；

所述防冻填料为实心填料或多孔填料；

所述实心填料由工业淀粉、水、工业盐、润滑油、CH剂和抗氧化剂组成；

所述多孔填料为依次经过水、乙醇和叔丁醇进行溶剂置换的细菌纤维素凝胶球。

2.根据权利要求1所述的一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，

所述工业淀粉、水、工业盐和润滑油以体积比1：(0.95～1.1)：(0.3～0.35)：(0.05～0.08)的比例混合；

所述工业盐中NaCl含量≥96wt％；

所述润滑油为耐低温工业润滑油；

CH剂的加入量为上述物料总质量的1～1.5wt％，抗氧化剂的加入量为上述物料总质量的2～4wt％。

3.根据权利要求1所述的一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，

所述溶剂置换单次时长为4～8h。

4.根据权利要求1所述的一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，

所述内护套和抗变形结构层之间设有阻水层。

5.根据权利要求1所述的一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，

所述隔温层由GFRP材料进行制备。

6.根据权利要求1所述的一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，

所述外护套内还设有上下对称的加强构件。

7.根据权利要求6所述的一种抗弯折防雪光缆，其特征在于，

所述加强构件截面呈水滴状，水滴状的加强构件尖端朝外、圆端朝向内部的轴心。

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