CN115308859A - 一种水密光缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水密光缆及其制备方法，光缆包括缆芯和包覆在缆芯外的护套层，所述缆芯包括中心加强件、光单元和水密层，所述光单元绞合设置在中心加强件外周，所述水密层填充在所述中心加强件和光单元之间的间隙，并包覆在光单元外周，所述中心加强件、光单元和水密层共同形成实心圆柱状结构，所述水密层的两端突出于所述中心加强件和光单元，在中心加强件和光单元两端形成封堵端头。本发明在缆芯的结构上进行改进，改变常规的阻水油膏和阻水带配合的阻水方式，对缆芯进行封闭，实现封闭式阻水。

Description

一种水密光缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及光缆结构设计技术领域，尤其是指一种水密光缆及其制备方法。

背景技术

随着海洋资源勘探技术的不断发展，对潜水器的下潜深度也提出了更高的要求，相应的元器件的水密性也需要不断提高。水密光缆作为舰船的重要配套产品，其传输性能、水密性能直接关系到舰船的安全与可靠。应用于穿舱系统的全水密光缆，因应用空间狭小，使用长度短，故对其强度、柔软性、水密性能的要求更加严苛。

现有的水密光缆为了提高阻水性能，采用阻水油膏填充和阻水带包覆的形式在光缆的纵向和径向进行阻水保护，但是随着下潜深度的增加，光缆受到的压力也就越来越大，由于阻水油膏为油状性质，在压力不断增大的情况下，也具有一定的流动性，压力推动阻水油膏在纵向上流动，水流就有可能侵入到缆芯的光单元中，影响光单元的传输性能，并且，阻水带为无纺布结构，长期在水中潮湿的环境中浸泡，有可能腐蚀、溃烂，失去径向的阻水效果。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中水密光缆长期在深水中使用导致阻水性能失效的问题，提供一种水密光缆，在缆芯的结构上进行改进，改变常规的阻水油膏和阻水带配合的阻水方式，对缆芯进行封闭，实现封闭式阻水。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水密光缆，包括缆芯和包覆在缆芯外的护套层，所述缆芯包括中心加强件、光单元和水密层，所述光单元绞合设置在中心加强件外周，所述水密层填充在所述中心加强件和光单元之间的间隙，并包覆在光单元外周，所述中心加强件、光单元和水密层共同形成实心圆柱状结构，所述水密层的两端突出于所述中心加强件和光单元，在中心加强件和光单元两端形成封堵端头。

在本发明的一个实施例中，所述水密层由改性树脂制备而成，所述水密层在加热时能够流动，在常温下固化成型，所述水密层的剥离强度为8.0～16.5N/15mm。

在本发明的一个实施例中，在所述水密层的外周开设有至少一个剥缆槽。

在本发明的一个实施例中，所述缆芯还包括填充绳，所述填充绳和光单元共同绞合设置在中心加强件外。

在本发明的一个实施例中，所述水密层外还涂覆有防腐层。

在本发明的一个实施例中，在所述水密层和护套层之间还设置有铠装层。

在本发明的一个实施例中，所述护套层采用聚氨酯材料制备而成，所述护套层紧包在缆芯外，所述护套层与缆芯之间没有间隙。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种水密光缆的制备方法，用于制备上述水密光缆，包括如下步骤：

S1、制备光单元；

S2、制备缆芯，将多根光单元以中心加强件为轴心等节距的螺旋绞合在中心加强件外周，在螺旋绞合的同时将中心加强件和光单元引入到挤塑机中，通过挤塑机将改性树脂挤压填充到光单元和中心加强件的间隙以及光单元外周，形成水密层，并且在引入光单元和中心加强件前、及引入光单元和中心加强件后，在挤塑机中单独挤压改性树脂，在光单元和中心加强件的两端形成柱状的封堵端头；

S3、在缆芯外通过挤压包覆的方式制备护套层。

在本发明的一个实施例中，步骤S2中，所述挤塑机在光单元和中心加强件绞合前，从光单元和中心加强件的间隙向光单元外填充改性树脂，所述改性树脂从缆芯内向缆芯外流动，所述挤塑机在光单元和中心加强件绞合后，从光单元外向光单元和中心加强件的间隙填充改性树脂，所述改性树脂从缆芯外向缆芯内流动。

在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，在制备水密层后，采用UV灯照射水密层，使水密层固化。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的水密光缆，对缆芯的阻水方式进行改变，采用水密层替代现有的阻水油膏和阻水带，通过水密层对中心加强件、光单元进行封闭全包覆，首先，将水密层填充在中心加强件和光单元之间的间隙，并包覆在光单元外周，使由中心加强件、光单元和水密层构成的缆芯为实心圆柱状结构，保证缆芯的内部没有间隙，其次，设置水密层的两端突出于所述中心加强件和光单元，在中心加强件和光单元两端形成封堵端头，这样就将中心加强件、光单元整体封闭在水密层中，无论在径向上、还是纵向上，都有水密层进行保护，在深水中，即使受到的压力再大，水流也不会穿过水密层流入到光单元中，从而有效的保证了光单元的传输性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的水密光缆的截面结构示意图；

图2是本发明的水密光缆的缆芯的纵向结构分布示意图；

图3是本发明的水密光缆在使用时开天窗位置的结构示意图；

图4是本发明的水密光缆制备方法的流程图。

说明书附图标记说明：1、中心加强件；2、光单元；3、水密层；4、防腐层；5、铠装层；6、护套层；7、实心圆柱状结构；8、封堵端头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如前所述，现有技术水密光缆的阻水方式，不适用于在深海中长期使用，容易出现阻水失效的情况，在深海强压力的作用下，只要存在间隙就容易出现渗水的情况，因此就需要完全消除缆芯之间的间隙，保证缆芯的密实度，这样才能起到完全阻水的效果。

根据上述分析，结合现有技术水密光缆的结构，参照图1所示，本实施例提供了一种水密光缆，包括缆芯和包覆在缆芯外的护套层6，所述缆芯包括中心加强件1、光单元2和水密层3，所述光单元2绞合设置在中心加强件1外周，由于中心加强件1和光单元2均为圆形结构，所述光单元2与中心加强件1的接触方式和相邻的两个所述光单元2之间的接触方式均为点接触，这样在光单元2与中心加强件1、光单元2与光单元2之间就会预留间隙，这样的间隙在纵向上就形成了水流通道，因此，在本实施例中设置所述水密层3填充在所述中心加强件1和光单元2之间的间隙，并包覆在光单元2外周，这样由所述中心加强件1、光单元2和水密层3共同形成的缆芯就为实心圆柱状结构7，所述水密层包覆在缆芯的径向方向的外侧、并在缆芯的纵向方向上填充，从而在径向上对光单元2进行阻隔保护，并且在纵向上保证缆芯的内部没有间隙，无论从哪个方向水流都不会进入到缆芯中；

但是，在实际的敷设过程中，水密光缆的两端头会浸入到水中，现有的水密光缆不会采用松套管包覆光纤的形式，大多数是采用紧包光纤的形式，因为松套管与光纤之间也会存在间隙，即使采用水密层3对中心加强件1和光单元2之间进行填充，水流也有可能直接从松套管进入到光单元2中，因此，为了克服这种情况，参照图2所示，设置所述水密层3的两端突出于所述中心加强件1和光单元2，在中心加强件1和光单元2两端形成封堵端头8，这样就将中心加强件1、光单元2整体封闭在水密层3中，所述水密层3对中心加强件1和光单元2全包覆，无论在径向上、还是纵向上，都有水密层3进行保护，在深水中，即使受到的压力再大，水流也不会穿过水密层3流入到光单元2中，从而有效的保证了光单元2的传输性能；

具体地，采用本实施例的水密层3对光单元2进行封闭包覆后，所述光单元2根据实际的使用需求，既可以设置松套管包覆光纤的形式，在松套管中设置散状光纤、光纤带或光纤束，也可以设置紧包光纤的形式，光单元2内部都不会纵向渗水。

具体地，所述中心加强件1起到抗拉伸的作用，将所述光单元2绞合在中心加强件1外，使所示光单元2实际的长度长于中心加强件1的长度，当光缆受到纵向的拉力时，拉力会直接作用在中心加强件1上，从而保证光单元2不受力，防止光单元2受力断裂；

在本实施例中，由于中心加强件1完全封闭在水密层3中，所以中心加强件1不会因为长时间浸泡在水中生锈或腐蚀的情况，因此，所述中心加强件1可以采用金属加强件、也可以采用非金属加强件，在选取中心加强件1时只需考虑中心加强件1的机械性能即可。

具体地，本实施例中，由于全封闭式的缆芯结构与现有技术缆芯结构都不相同，因此，在敷设时，本实施例的水密光缆与其它光缆的敷设方式也略有不同，常规的光缆的敷设方式是将光缆的两端头与设备对接，但是本实施例的水密光缆的两端头通过水密层3进行封闭，在端头处不方便与设备对接，因此，在敷设和连接时，为了不破坏缆芯的水密性，参照图3所示，在光单元2需要与外部设备连接时，避开所述封堵端头8，在光缆中部的实心圆柱状结构7位置进行开天窗处理，开天窗后将光单元2引出，并在水密连接器中实现光单元2与其它设备的密封连接，连接的位置位于水密连接器中，因此不会从连接的位置纵向渗水，并且两侧的封堵端头8也依然处于封闭状态，从而不会破坏缆芯内部的水密性。

具体地，根据上述结构要求和施工需要，需要所述水密层3具备两点特性，一方面，需要所述水密层3能够固化形成固体状，从而才能够对光单元2进行密封保护，另一方面需要水密层3易剥离，方便开天窗时把水密层3撕开将光单元2引出，为此，在本实施例中，还对水密层3的材料进行了研究和限定，需要制备材料既能够封闭固化，又容易剥离，不与光单元2粘连。

为此，本实施例中，分别使用了密封胶、pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚丙烯树脂、聚氯乙烯分别制备水密层3，其中，采用密封胶和pbt制备的水密层3与光单元2和中心加强件1之间的粘结性不好，由于密封胶和pbt材料流动性较差，且容易快速固化，因此在制备的时候，还没有充分流入到光单元2和中心加强件1之间的空隙中就已经固化成型了，因此固化后的水密层3无法完全与光单元2和中心加强件1贴合，在光单元2和中心加强件1之间会留有空隙，从而不满足全封闭的阻水特性；采用聚丙烯树脂和聚氯乙烯制备的水密层3粘结性较好，能够完全填充到光单元2和中心加强件1中后固化，从而满足了密封的需求，水密层3固化后，能够与中心加强件1和光单元2形成密实结构，但是，采用聚丙烯树脂制备的水密层3与光单元1和中心加强件之间2的粘结性太强，在剥离水密层时容易与光单元2粘黏，在光单元2的表面会粘附有未剥离的水密层3，采用聚氯乙烯制备的水密层3固化后太硬，剥离强度达到80N/15mm以上，无法手撕剥离，需要预埋填充绳或使用剥离刀进行剥离，因此，采用现有的材料制备的水密层都无法满足其使用需求。

综上所述，需要对现有的材料进行改性处理，要求所述水密层3在加热时能够流动，在常温下固化成型，并且，要求水密层3的剥缆强度控制在易手撕的范围，即小于20N/15mm；根据上述试验测试结果，发现采用聚丙烯树脂制备的水密层3最能够满足实际的需求，只需要改变剥离时的粘黏情况即可，因此，在本实施例中制备改性的聚丙烯树脂，在现有制备聚丙烯树脂的材料中，再加入改性剂，具体地，所述改性剂中包括酰胺化改性蛭石粉，所述酰胺化改性蛭石粉能够在水密层与中心加强件1和光单元2的接触表面形成均匀分布的微粒结构，使得接触表面粗糙化，在对水密层3进行剥离时，凸起的固体颗粒使得空气很容易流入薄膜各层之间，从而起到了良好的抗粘连作用。

在其他实施例中，可以采用其他的改性材料制备水密层，例如：通过改性材料改变pbt的流动性和固化性，或通过改性材料改变聚氯乙烯的硬度，只需要使水密层3能够粘结固化在光单元2外，并且，控制剥离强度为8.0～16.5N/15mm，满足易剥离的需求。

具体地，为了方便通过手撕的方式将水密层3剥离，参照图1所示，在所述水密层3的外周开设有至少一个剥缆槽，所述剥缆槽为V型口，沿所述V型口方便将水密层3剥离撕开。

具体地，根据实际的使用需求，光单元2的数量是不定的，根据使用环境光单元的设置数量为2～8个，但是如果想要保证缆芯的圆整性，至少要设置3个光单元2绞合在中心加强件1外，因此，在不需要光单2元的情况下，避免光单元2的浪费，可以采用填充绳替代光单元2，通过所述填充绳和光单元2共同绞合设置在中心加强件1外，例如设计一个缆芯为6单元结构，但是仅需要4个光单元2，其他单元就可以用填充绳代替。

具体地，在本实施例中，水密层3与护套层6之间没有进行防水处理，在高压的作用下，水流是有可能流入到水密层3与护套层6之间的，因此，在本实施例的水密层外还涂覆有防腐层4，所述防腐层4具有耐碱、耐盐、耐水解的特性，保证水密层3能够长期稳定的使用。

在本实施例中，由于所述水密层3采用易剥离的改性树脂材料制成，其自身的强度较软，因此，缆芯的自身抗侧压能力较弱，并且，敷设在水下，有可能会被鱼、虾等生物破坏，为了进一步提高光缆的抗侧压性能及防破坏性能，在所述水密层3和护套层6之间还设置有铠装层5，所述铠装层5可以采用钢丝螺旋铠装的形式、也可以采用钢带包覆的形式，这样光缆侧面即使受到较大的压力，也不会将力传递到水密层3上，防止水密层3被破坏，并且鱼、虾等生物也很难破坏钢丝或钢带。

在本实施例中，所述护套层6采用聚氨酯材料制备而成，所述聚氨酯材料耐水解、耐油，能够长期在水下保持稳定，并且设置所述护套层6挤压包覆在缆芯外，使护套层6和缆芯之间构成密封的整体，所述护套层6起到紧束缆芯的作用，尽量避免水流入到护套层6与缆芯之间。

实施例2

参照图4所示，本实施例提供了一种水密光缆的制备方法，用于制备上述实施例1公开的水密光缆，包括以下步骤：

S1、制备光单元；由于光纤比较脆弱，容易折断，需要先将裸光纤制备成光纤单元，对光纤进行保护，因此，所述光单元包括能够传输信号的光纤结构和包覆在光纤外的套管，根据实际需求，所述光纤结构包括但不限于散状光纤、光纤束、光纤带等形式，所述套管包括但不限于松套管和紧套管等形式；

S2、制备缆芯，将多根光单元以中心加强件为轴心等节距的螺旋绞合在中心加强件外周，根据余长的需求控制绞合节距，绞合节距越小，光单元的实际长度相对于中心加强件的长度就越长，这样缆芯的抗拉能力就越强，但是绞合节距过小，也会造成光单元的浪费，因此，在满足抗拉强度需求的情况下，尽量加大绞合节距，一般情况下，控制所述绞合节距在65～70mm；在螺旋绞合的同时将中心加强件和光单元引入到挤塑机中，通过挤塑机将改性树脂挤压填充到光单元和中心加强件的间隙以及光单元外周，形成水密层，并且在引入光单元和中心加强件前、及引入光单元和中心加强件后，在挤塑机中单独挤压改性树脂，在光单元和中心加强件的两端形成柱状的封堵端头；

S3、在缆芯外通过挤压包覆的方式制备护套层，在制备护套层时，先将缆芯引入到油膏机和油膏模具中，所述油膏机通过油膏模具在缆芯外涂覆防腐层，在将涂覆防腐层的缆芯引入到笼绞机或轧钢机中，在缆芯外螺旋铠装钢丝或包覆钢带，最后在把缆芯引入到护套注塑机中，采用挤压模具，在缆芯外紧压包覆护套层。

一般情况下，通过挤塑机挤塑形成套管和护套时，都只有一个挤塑头，在挤塑头处设置挤塑模具，将光单元或缆芯引入到挤塑模具中，在缆芯外挤塑成型套管或者护套，在本实施例中，挤塑制备水密层时，需要改性材料能够充分填充在光单元和中心加强件之间的间隙，采用现有技术外部挤塑包覆的形式，改性材料很难在短时间内填充到光单元和中心加强件之间的间隙中，从而没办法形成密实的缆芯结构，这样就有渗水的风险；

因此，想要制备实施例1的缆芯结构，在本实施例的方法中必须对现有的挤塑方法进行改进，为此，在本实施例中设置了两个挤塑机完成在两个位置的挤塑动作，其中一个挤塑机设置在光单元和中心加强件绞合前，从光单元和中心加强件的间隙向光单元外填充改性树脂，采用挤塑针管沿光单元和中心加强件引入移动的方向设置在绞缆机前，在进行绞缆的时候，将改性树脂挤塑到光单元和中心加强件的间隙中，使所述改性树脂从缆芯内向缆芯外流动；另一个挤塑机设置在光单元和中心加强件绞合后，采用挤塑模具，将绞合后的光单元和中心加强件进入到挤塑模具中，从光单元外向光单元和中心加强件的间隙填充改性树脂，所述改性树脂从缆芯外向缆芯内流动，并且，通过挤塑模具使水密层外部挤塑成型为圆整的结构。

具体地，在制备水密层后，采用UV灯照射水密层，使水密层迅速固化成型，防止水密层流动。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种水密光缆，包括缆芯和包覆在缆芯外的护套层，其特征在于，所述缆芯包括中心加强件、光单元和水密层，所述光单元绞合设置在中心加强件外周，所述水密层填充在所述中心加强件和光单元之间的间隙，并包覆在光单元外周，所述中心加强件、光单元和水密层共同形成实心圆柱状结构，所述水密层的两端突出于所述中心加强件和光单元，在中心加强件和光单元两端形成封堵端头。

2.根据权利要求1所述的水密光缆，其特征在于：所述水密层由改性树脂制备而成，所述水密层在加热时能够流动，在常温下固化成型，所述水密层的剥离强度为8.0～16.5N/15mm。

3.根据权利要求1所述的水密光缆，其特征在于：在所述水密层的外周开设有至少一个剥缆槽。

4.根据权利要求1所述的水密光缆，其特征在于：所述缆芯还包括填充绳，所述填充绳和光单元共同绞合设置在中心加强件外。

5.根据权利要求1所述的水密光缆，其特征在于：所述水密层外还涂覆有防腐层。

6.根据权利要求1所述的水密光缆，其特征在于：在所述水密层和护套层之间还设置有铠装层。

7.根据权利要求1所述的水密光缆，其特征在于：所述护套层采用聚氨酯材料制备而成，所述护套层紧包在缆芯外，所述护套层与缆芯之间没有间隙。

8.一种水密光缆的制备方法，用于制备上述权利要求1～7任意一项所述的水密光缆，其特征在于：

S1、制备光单元；

S2、制备缆芯，将多根光单元以中心加强件为轴心等节距的螺旋绞合在中心加强件外周，在螺旋绞合的同时将中心加强件和光单元引入到挤塑机中，通过挤塑机将改性树脂挤压填充到光单元和中心加强件的间隙以及光单元外周，形成水密层，并且在引入光单元和中心加强件前、及引入光单元和中心加强件后，在挤塑机中单独挤压改性树脂，在光单元和中心加强件的两端形成柱状的封堵端头；

S3、在缆芯外通过挤压包覆的方式制备护套层。

9.根据权利要求1所述的水密光缆制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述挤塑机在光单元和中心加强件绞合前，从光单元和中心加强件的间隙向光单元外填充改性树脂，所述改性树脂从缆芯内向缆芯外流动，所述挤塑机在光单元和中心加强件绞合后，从光单元外向光单元和中心加强件的间隙填充改性树脂，所述改性树脂从缆芯外向缆芯内流动。

10.根据权利要求1所述的水密光缆制备方法，其特征在于：在步骤S2中，在制备水密层后，采用UV灯照射水密层，使水密层固化。

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