CN115128749B - 具有自修复层的防水光缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自修复层的防水光缆，包括多个光纤，套设在光纤上的松套管，套设在松套管上的内护套管以及套设在内护套管上的外护套管，外护套管的管壁上设置有一层涂塑钢带，内护套管与涂塑钢带之间填充有阻水层，阻水层为高吸水树脂，外护套管的内部填充有修复层，修复层包括中空纤维以及填充在中空纤维内部的修复液，本发明提供的具有自修复层的防水光缆，可以在一定程度上缓解外护套管破损，避免水分向光缆的缆芯渗透，同时，阻水层能很快吸收大量的水分并形成凝胶，可以有效防止水分向缆芯内部渗透，从而进一步提高了光缆的防水性能，保证了光缆在潮湿环境下具有良好的传输性能，延长了光缆在潮湿环境下的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种具有自修复层的防水光缆。
背景技术
细径光缆由于省略了光缆缆芯内的加强筋，直径比普通的光缆小，更便于在特殊地形铺设，因此常在室外使用，河流、湖泊、浅海以及沿海、岛屿等地区的水下铺设环境复杂，在水下铺设的光缆需要满足良好的防潮性能和抗压性能，传统的光缆密封性能较差，光缆缆芯很容易进水，导致缆芯内的光纤受潮损坏，需要工作人员定时检查维护并更换，而现有的水下光缆大多采用钛合金等材料制成具有封闭结构的外壳体套设，外壳体通过焊接等固定联接方式与光缆连接器封闭连接，这导致铺设在水下的光缆结构笨重且成本昂贵，不利于光缆的维修更换。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有自修复层的防水光缆以解决上述存在的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有自修复层的防水光缆，包括多个光纤，套设在所述光纤上的松套管，套设在所述松套管上的内护套管以及套设在所述内护套管上的外护套管，所述外护套管的管壁上设置有一层涂塑钢带，所述内护套管与所述涂塑钢带之间填充有阻水层，所述阻水层为高吸水树脂，所述外护套管的内部填充有修复层，所述修复层包括中空纤维以及填充在所述中空纤维内部的修复液。
进一步地，所述中空纤维为聚偏二氟乙烯中空纤维，所述修复液为氯基丙烯酸酯修复剂或环氧修复剂。
进一步地，所述阻水层的高吸水树脂种类为聚丙烯酸高吸水树脂、聚丙烯腈高吸水树脂、聚丙烯胺高吸水树脂、聚乙烯醇高吸水树脂中的一种或多种。
进一步地，所述松套管的厚度为0.4-0.6mm，所述松套管的材质为聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺中的一种或多种。
进一步地，所述内护套管和所述外护套管的材质均为高密度聚乙烯复合材料，所述内护套管的厚度为0.4-0.6mm，所述外护套管的厚度为0.6-1.2mm。
进一步地，所述松套管与所述光纤之间填充有第一填充层，所述内护套管的管壁上设置有涂塑铝带，所述涂塑铝带与所述松套管之间填充有第二填充层。
进一步地，所述第一填充层和所述第二填充层均为阻水纱带。
进一步地，所述中空纤维的制备方法包括一下步骤：
(1)将聚偏二氟乙烯粉末置于一定温度下干燥以完全去除聚偏二氟乙烯粉末中的水分，将一定量干燥的聚偏二氟乙烯粉末加入N，N-二甲基乙酰胺溶剂加热搅拌使聚偏二氟乙烯粉末完全溶解，得铸膜液；
(2)将铸膜液静置消泡一段时间后倒入静电纺丝装置的纺丝罐中并保温，以修复液作为内凝固液，去离子水作为外凝固液，铸膜液在0.15MPa压力的氮气作用下从喷丝头挤出，内凝固液在0.2MPa的压力下流过转子流量计并从喷丝头的中心空腔进入铸膜液中作为支撑物，离开喷丝头后，铸膜液经内凝固液和外凝固液的冷却降温而固化成型，形成的中空纤维密封末端以避免修复液泄漏，从而得到填有修复液的中空纤维。
进一步地，所述步骤(1)中的聚偏二氟乙烯与N，N-二甲基乙酰胺的质量比为1:4。
进一步地，所述外护套管包括以下制备步骤：
(1)称取一定量的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米氧化锌粉末、纳米蒙脱土粉末、无水乙醇以及填有修复液的中空纤维，将纳米氧化锌粉末、纳米蒙脱土粉末以及填有修复液的中空纤维加入无水乙醇中，并加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，在一定温度下进行改性处理，过滤，烘干，得改性填料；
(2)将高密度聚乙烯、抗氧剂1010和改性填料按照一定的比例和添加顺序加入转矩流变仪中在140-160℃的温度下以30-40r/min的转速共混20-30min，将混合好的复合材料放在平板硫化机上，在模压温度140-150℃、压力8-10MPa的条件下压成薄片，卷制，得外护套管。
本发明的有益效果是：
本发明提供的具有自修复层的防水光缆，外护套管的内部填充有用于修复外护套管的修复层，当修复层的中空纤维随着外护套管的开裂而破损时，中空纤维内部的修复液会流出对外护套管的开裂处进行修补，一定程度上缓解了外护套管继续破损，避免水分向光缆的缆芯渗透，从而提高了光缆样品的防水性能；同时，内护套管与护套管的涂塑钢带之间还填充有用于吸收水分的阻水层，阻水层的高吸水树脂能够很快吸收大量的水分并形成凝胶，由于高吸水树脂具有一定的交联度，因此高吸水树脂形成的凝胶在一定压力下仍能保持住水分不分离出来，可以有效防止水分向缆芯内部渗透，从而进一步提高了光缆的防水性能，保证了光缆在潮湿环境下具有良好的传输性能，延长了光缆在潮湿环境下的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的具有自修复层的防水光缆的剖视图；
图2为本发明的具有自修复层的防水光缆中载有修复液的中空纤维的立体结构示意图；
图中：100、具有自修复层的防水光缆，1、光纤，2、松套管，21、第一填充层，3、内护套管，31、涂塑铝带，32、第二填充层，4、外护套管，41、涂塑钢带，42、阻水层，43、修复层，431、中空纤维，432、修复液。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明提供了一种具有自修复层的防水光缆100，本发明的具有自修复层的防水光缆100可自动修补表面产生的裂纹，提高具有自修复层的防水光缆100的防水性能，具有自修复层的防水光缆100包括多个均匀分布的光纤1，套设在光纤1上的松套管2，套设在松套管2上的内护套管3以及套设在内护套管3上的外护套管4；本发明的具有自修复层的防水光缆100中，光纤1为单模光纤或多模光纤，光纤1的数量为12-24个，松套管2的材质为聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺中的一种或多种，松套管2的厚度为0.4-0.6mm，内护套管3和外护套管4的材质均为高密度聚乙烯复合材料，内护套管3的厚度为0.4-0.6mm，外护套管4的厚度为0.6-1.2mm。
如图1和图2所示，松套管2与光纤1之间填充有用于防水的第一填充层21，内护套管3的管壁上设置有一层用于支撑内护套管3的涂塑铝带31，涂塑铝带31与松套管2之间填充有用于防水的第二填充层32，外护套管4的管壁上设置有一层用于支撑外护套管4的涂塑钢带41，内护套管3与涂塑钢带41之间填充有用于吸收水分的阻水层42，外护套管4的内部填充有用于修复外护套管4的修复层43，修复层43包括中空纤维431以及填充在中空纤维431内部的修复液432；本发明的具有自修复层的防水光缆100中，第一填充层21和第二填充层32均为阻水纱带，涂塑铝带31的厚度为0.16-0.24mm，涂塑钢带41的厚度为1-3mm，阻水层42的材质为聚丙烯酸高吸水树脂、聚丙烯腈高吸水树脂、聚丙烯胺高吸水树脂、聚乙烯醇高吸水树脂中的一种或多种，修复层43的中空纤维431为聚偏二氟乙烯中空纤维，修复液432为氯基丙烯酸酯修复剂或环氧修复剂。
本发明的具有自修复层的防水光缆100中，修复层43的中空纤维431包括以下制备步骤：
(1)将聚偏二氟乙烯粉末置于一定温度下干燥以完全去除聚偏二氟乙烯粉末中的水分，将一定量干燥的聚偏二氟乙烯粉末加入N，N-二甲基乙酰胺溶剂加热搅拌使聚偏二氟乙烯粉末完全溶解，得铸膜液，其中聚偏二氟乙烯与N，N-二甲基乙酰胺的质量比为1:4。
(2)将铸膜液静置消泡一段时间后倒入静电纺丝装置的纺丝罐中并保温，以修复液432作为内凝固液，去离子水作为外凝固液，铸膜液在0.15MPa压力的氮气作用下从喷丝头挤出，内凝固液在0.2MPa的压力下流过转子流量计并从喷丝头的中心空腔进入铸膜液中作为支撑物，离开喷丝头后，铸膜液经内凝固液和外凝固液的冷却降温而固化成型，形成的中空纤维密封末端以避免修复液432泄漏，从而填有修复液432的中空纤维431。
本发明的具有自修复层的防水光缆100，外护套管4采用的高密度聚乙烯复合材料包括以下制备步骤：
(1)称取一定量的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米氧化锌粉末、纳米蒙脱土粉末、无水乙醇以及填有修复液432的中空纤维431，将纳米氧化锌粉末、纳米蒙脱土粉末以及填有修复液432的中空纤维431加入无水乙醇中，并加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，在一定温度下进行改性处理，过滤，烘干，得改性填料
(2)将高密度聚乙烯、抗氧剂1010和改性填料按照一定的比例和添加顺序加入转矩流变仪中在140-160℃的温度下以30-40r/min的转速共混20-30min，将混合好的复合材料放在平板硫化机上，在模压温度140-150℃、压力8-10MPa的条件下压成薄片，卷制，得外护套管4。
实施例1
本实施例的具有自修复层的防水光缆100中，光纤1的数量为12个，松套管2的材质为聚四氟乙烯，松套管2的厚度为0.4mm，内护套管3和外护套管4的材质均为高密度聚乙烯复合材料，内护套管3的厚度为0.4mm，外护套管4的厚度为0.6mm。涂塑铝带31的厚度为0.16mm，涂塑钢带41的厚度为1mm，阻水层42的材质为聚丙烯酸高吸水树脂。
实施例2
本实施例的具有自修复层的防水光缆100中，光纤1的数量为12个，松套管2的材质为聚酰胺，松套管2的厚度为0.6mm，内护套管3和外护套管4的材质均为高密度聚乙烯复合材料，内护套管3的厚度为0.6mm，外护套管4的厚度为1.2mm。涂塑铝带31的厚度为0.24mm，涂塑钢带41的厚度为3mm，阻水层42的材质为聚乙烯醇高吸水树脂。
实施例3
本实施例的具有自修复层的防水光缆100中，光纤1的数量为24个，松套管2的材质为聚酰胺，松套管2的厚度为0.4mm，内护套管3和外护套管4的材质均为高密度聚乙烯复合材料，内护套管3的厚度为0.4mm，外护套管4的厚度为0.6mm。涂塑铝带31的厚度为0.16mm，涂塑钢带41的厚度为1mm，阻水层42的材质为为聚丙烯腈高吸水树脂。
实施例4
本实施例的具有自修复层的防水光缆100中，光纤1的数量为24个，松套管2的材质为聚丙烯，松套管2的厚度为0.6mm，内护套管3和外护套管4的材质均为高密度聚乙烯复合材料，内护套管3的厚度为0.6mm，外护套管4的厚度为1.2mm。涂塑铝带31的厚度为0.24mm，涂塑钢带41的厚度为3mm，阻水层42的材质为为聚丙烯胺高吸水树脂。
对比例1
本对比例的光缆与实施例1的光缆结构大致相同，其区别在于，本对比例的光缆中没有填充阻水层42，第一填充层21和第二填充层32均为防水油膏，且外护套管4的内部没有填充修复层43。
对比例2
本对比例的光缆与实施例1的光缆结构大致相同，其区别在于，本对比例的光缆中没有填充第二填充层32和阻水层42，第一填充层21为防水油膏，且外护套管4的内部没有填充修复层43。
对比例3
本对比例的光缆与实施例3的光缆结构大致相同，其区别在于，本对比例的光缆中没有填充阻水层42，第一填充层21和第二填充层32均为防水油膏，且外护套管4的内部没有填充修复层43。
对比例4
本对比例的光缆与实施例3的光缆结构大致相同，其区别在于，本对比例的光缆中没有填充第二填充层32和阻水层42，第一填充层21为防水油膏，且外护套管4的内部没有填充修复层43。
实验例
分别取实施例1-4以及对比例1-4的光缆样品各20m，将八个光缆样品的两端密封后置于零下40℃冰冻48h，冷冻完成后采用80PSI压力的自来水水柱对八个光缆样品的中间段进行冲击，一段时间后将光缆剥开观察缆芯的渗水长度，具体检测结果如表1：
表1：实施例1-4以及对比例1-4的光缆样品渗水长度统计表
| 持续时间 | 渗水长度 | |
| 实施例1 | 12h | 0m |
| 实施例2 | 12h | 0m |
| 实施例3 | 7d | 1.2m |
| 实施例4 | 7d | 1.5m |
| 对比例1 | 12h | 0.4m |
| 对比例2 | 12h | 0.6m |
| 对比例3 | 7d | 3.5m |
| 对比例4 | 7d | 5.7m |
通过对比表1中实施例1、实施例2、对比例1和对比例2的数据可知，实施例1和实施例2的光缆样品防水性能大于对比例1和对比例2的光缆样品，这是由于对比例1和对比例2中的光缆样品没有填充修复层43，当自来水将冷冻后的对比例1和对比例2光缆样品外防护管冲出裂纹时，光缆样品局部破损处的防水油膏在水压的冲击下部分流失，水分沿着光缆样品内部的缝隙流向缆芯，而实施例1和实施例2的光缆样品中外护套管4的内部填充有用于修复外护套管4的修复层43，当修复层43的中空纤维431随着外护套管4的开裂而破损时，中空纤维431内部的修复液432会流出对外护套管4的开裂处进行修补，一定程度上缓解了外护套管4继续破损，避免水分向实施例1和实施例2光缆样品的缆芯继续渗透，提高了光缆样品的防水性能。
通过对比表1中实施例3、实施例4、对比例3和对比例4的数据可知，实施例3和实施例4的光缆样品防水性能大于对比例3和对比例4的光缆样品，这是由于对比例3和对比例4中的光缆样品没有填充阻水层42，当自来水将冷冻后的对比例3和对比例4光缆样品外防护管完全冲破时，光缆样品内部的防水油膏在水压的冲击下全部流失，导致水分沿着光缆样品内部的缝隙迅速流向缆芯，而实施例1和实施例2的光缆样品中外护套管4的内部填充有用于吸收水分的阻水层42，当水分流动至阻水层42时，阻水层42中的高吸水树脂能够很快吸收大量的水分并形成凝胶，由于高吸水树脂具有一定的交联度，因此高吸水树脂形成的凝胶在一定压力下仍能保持住水分不分离出来，可以有效防止水分向缆芯内部渗透，从而进一步提高了光缆样品的防水性能，从而进一步提高了光缆的防水性能，保证了光缆在潮湿环境下具有良好的传输性能，延长了光缆在潮湿环境下的使用寿命。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种具有自修复层的防水光缆，其特征在于：包括多个光纤，套设在所述光纤上的松套管，套设在所述松套管上的内护套管以及套设在所述内护套管上的外护套管，所述外护套管的管壁上设置有一层涂塑钢带，所述内护套管与所述涂塑钢带之间填充有阻水层，所述阻水层为高吸水树脂，所述外护套管的内部填充有修复层，所述修复层包括中空纤维以及填充在所述中空纤维内部的修复液，所述松套管与所述光纤之间填充有第一填充层，所述内护套管的管壁上设置有涂塑铝带，所述涂塑铝带与所述松套管之间填充有第二填充层，所述第一填充层和所述第二填充层均为阻水纱带，
所述中空纤维的制备方法包括以下步骤，
（1）将聚偏二氟乙烯粉末置于一定温度下干燥以完全去除聚偏二氟乙烯粉末中的水分，将一定量干燥的聚偏二氟乙烯粉末加入N，N-二甲基乙酰胺溶剂加热搅拌使聚偏二氟乙烯粉末完全溶解，得铸膜液；
（2）将铸膜液静置消泡一段时间后倒入静电纺丝装置的纺丝罐中并保温，以修复液作为内凝固液，所述修复液为氯基丙烯酸酯修复剂或环氧修复剂，去离子水作为外凝固液，铸膜液在0.15 MPa压力的氮气作用下从喷丝头挤出，内凝固液在0.2MPa的压力下流过转子流量计并从喷丝头的中心空腔进入铸膜液中作为支撑物，离开喷丝头后，铸膜液经内凝固液和外凝固液的冷却降温而固化成型，形成的中空纤维密封末端以避免修复液泄漏，从而得到填有修复液的中空纤维；
所述外护套管包括以下制备步骤，
（1）称取一定量的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米氧化锌粉末、纳米蒙脱土粉末、无水乙醇以及填有修复液的中空纤维，将纳米氧化锌粉末、纳米蒙脱土粉末以及填有修复液的中空纤维加入无水乙醇中，并加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，在一定温度下进行改性处理，过滤，烘干，得改性填料；
（2）将高密度聚乙烯、抗氧剂1010和改性填料按照一定的比例和添加顺序加入转矩流变仪中在140-160℃的温度下以30-40r/min的转速共混20-30min，将混合好的复合材料放在平板硫化机上，在模压温度140-150℃、压力8-10MPa的条件下压成薄片，卷制，得外护套管。
2.根据权利要求1所述的具有自修复层的防水光缆，其特征在于：所述阻水层的高吸水树脂种类为聚丙烯酸高吸水树脂、聚丙烯腈高吸水树脂、聚丙烯胺高吸水树脂、聚乙烯醇高吸水树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有自修复层的防水光缆，其特征在于：所述松套管的厚度为0.4-0.6mm，所述松套管的材质为聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有自修复层的防水光缆，其特征在于：所述内护套管的材质均为高密度聚乙烯复合材料，所述内护套管的厚度为0.4-0.6mm，所述外护套管的厚度为0.6-1.2mm。
5.根据权利要求1所述的具有自修复层的防水光缆，其特征在于：所述聚偏二氟乙烯与N，N-二甲基乙酰胺的质量比为1:4。
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