CN115657242A - 一种细径纤维增强光缆及制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光缆技术领域，提供了一种细径纤维增强光缆及制造工艺，将纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化制成纤维单元，利用纤维单元包覆在光纤圆周，从而不需要第一树脂再渗透到纤维纱束内部进行涂覆，从而可以快速的实现纤维纱层对光纤的包覆，并且可对纤维纱起到保护作用，有利于后续纤维单元与光纤进行组合后的成型，减少了生产过程中易出现断纱、堵塞的问题，提高生产效率，制得的光缆外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N，并且成型后的光缆表面圆整、光滑、耐磨，可连续生产长度超过50km。
Description
技术领域
本申请涉及光缆技术领域，尤其涉及一种细径纤维增强光缆及制造工艺。
背景技术
在一些特殊的应用场景下，例如水下机器人、光纤制导等，对采用的光缆有特殊的要求，不仅要求光缆的外径细小，并且还要能具有较高的抗拉强度、较大的破断力。现有特种光缆一般采用编织工艺，光缆的制造速度低，制造的光缆的长度一般十几公里，并且受编织和挤塑工艺的限制难以制作细小直径的光缆，例如0.4mm以下的光缆，制作光缆的直径较细时，难以保证光缆的破断力满足要求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供了一种细径纤维增强光缆及其制造工艺。
第一方面，本申请实施例提供了一种细径纤维增强光缆，包括从内至外依次设置的光纤、纤维纱层、内树脂层、外树脂层，所述纤维纱层包括沿周向设置在所述光纤外的纤维单元，所述纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成；所述内树脂层包覆所述纤维纱层，并填充在光纤与纤维纱层之间的所有缝隙，所述外树脂层包覆所述内树脂层；所述内树脂层采用第一树脂，所述外树脂层采用第二树脂，所述第一树脂的粘度大于所述第二树脂，所述第一树脂固化后的抗张强度、断裂伸长率、弹性模量均小于第二树脂。
在一些实施例中，所述纤维单元为圆形的纤维纱束、扁平纤维带或者扇形纤维单元。
在一些实施例中，所述纤维单元为一根扁平纤维带。
在一些实施例中，所述第二树脂中包含颜料，使所述外树脂层着色。
在一些实施例中，所述纤维单元为圆形的纤维纱束，并且所述纤维纱层中纤维纱束的个数与纤维纱束细度的乘积范围在109D～184D。
在一些实施例中，所述第一树脂的25℃时粘度为3000～4000mPa.s，固化后的25℃时抗张强度在10 MPa ～18MPa，25℃时伸长率在5%～15%，25℃时弹性模量在200 MPa ～300MPa，硬度（HD）在35～55；所述第二树脂的25℃时粘度为2000Pa.s～2700mPa.s，固化后的25℃时抗张强度在20MPa～45MPa，25℃时伸长率≥45%，25℃时弹性模量在700 MPa ～850MPa，硬度（HD）在45～75。
在一些实施例中，所述第一树脂主要由30～45质量份的可交联聚合的第一低聚物、15～35质量份的第一活性稀释剂、5～15质量份第一光引发剂、0～5质量份第一助剂组成；所述第一低聚物为柔性改性的环氧丙烯酸酯；第一活性稀释剂以乙氧基化或丙氧基化的多官能团单体为主；第一光引发剂为α-羟烷基苯酮类聚合物或α-胺烷基苯酮中的任一种；第一助剂为流平剂、消泡剂中的至少一种。
在一些实施例中，所述第二树脂主要由30～40质量份的可交联聚合的第二低聚物、20～35质量份的第二活性稀释剂、10～15质量份的第二光引发剂、0～5质量份的第二助剂、0～5质量份颜料组成；所述第二低聚物为聚酯丙烯酸酯；所述第二活性稀释剂为含甲氧端基的丙烯酸酯单体类的聚合物；所述第二光引发剂为酰基氧化膦类聚合物；所述第二助剂为流平剂、消泡剂、润湿分散剂中的至少一种；所述颜料为有机颜料。
本申请中所述细径纤维增强光缆的外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N。
第二方面，本申请实施例中还提供了上述任一实施例中所述的一种细径纤维增强光缆的制造工艺，包括步骤：制备纤维单元：将纤维纱丝放线，汇聚，浸渍涂覆第一树脂，定型，固化，形成纤维单元；纤维纱层预涂覆成型：将所述纤维单元聚合包覆在光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间以及纤维单元与光纤之间都包覆树脂；然后去除纤维单元表面多余的第一树脂，并加热，加热温度在30℃～85℃之间，初步形成一个光纤单元；内层树脂固化：将上述光纤单元进行第一次固化，形成内树脂层；涂覆外层树脂和固化：将第一次固化的光纤单元外周涂覆第二树脂，形成外树脂层，然后进行第二次固化；成型收线：待外树脂层固化成型后收线。
本申请所能达到的有益效果。
本申请所提供一种细径纤维增强光缆，包括从内至外依次设置的光纤、纤维纱层、内树脂层、外树脂层，所述纤维纱层包括包覆在所述光纤圆周的纤维单元，所述纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成，本申请中先将纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成纤维单元，在光缆制造的过程中纤维单元与光纤同步放线，第一树脂可以在很短的时间内涂覆到光纤表面和纤维单元表面，不需要第一树脂再渗透到纤维单元内部进行涂覆，从而可以快速的实现纤维纱层对光纤的包覆，并保证包覆效果和产品的性能，进而可以实现该种细径纤维增强光缆的高速生产。同时，本申请中采用树脂先将纤维纱丝固化成纤维单元，可对纤维纱起到保护作用，有利于后续纤维单元与光纤进行组合后的成型，减少了生产过程中易出现断纱、堵塞的问题，提高生产效率；同时，通过减少纤维纱丝磨损，也最大限度的保留纤维纱丝的抗拉强度，提高纤维增强单元的断裂强度。
此外，所述内树脂层包覆所述纤维纱层，并填充在光纤与纤维纱层之间的所有缝隙，所述外树脂层包覆所述内树脂层，并且内树脂层采用第一树脂，所述外树脂层采用第二树脂，第一树脂粘度大，抗张强度和断裂伸长率小，弹性模量小，材料更柔软，适合纤维单元和内树脂层的固化，固化后的单元柔软，可形变，可保证纤维单元更好的包覆在光纤四周，减少形变时的内应力；第二树脂具有更低的粘度，适合小尺寸、薄壁厚的外护层涂覆，更高的抗张强度、断裂伸长率以及弹性模量，保证了外树脂层固化后的机械强度。
本申请中采用纤维单元与光纤复合后涂覆内外层树脂固化形成光缆，通过增强纤维纱材料来弥补光缆破断力值的不足，同时采用树脂涂覆固化工艺更容易控制光缆尺寸，本实施例中制得的一种细径纤维增强光缆外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N，并且采用上述的两次涂覆和固化制造工艺能够实现高速的生产，成型后的光缆表面圆整、光滑、耐磨，并且可连续生产长度超过50km。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请一种细径纤维增强光缆的结构示意图；
图2示出了本申请一种细径纤维增强光缆的制造工艺示意图；
图3示出了本申请一种细径纤维增强光缆中采用扁平纤维带增强结构的结构示意图；
图4示出了本申请一种细径纤维增强光缆中采用一个扁平纤维带增强结构的结构示意图；
图5示出了本申请一种细径纤维增强光缆中采用扇形纤维单元增强结构的结构示意图。
其中：1-光纤、2-纤维纱束、3-内层树脂、4-外层树脂、5-第一模具、6-第一固化装置、7-第二模具、8-第三模具、9-第二固化装置、10-第四模具、11-第三固化装置、12-扁平纤维带、13-扇形纤维单元。
具体实施方式
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于”同义，并且是包括端点在内或是开放式的，并且不排除额外的未叙述的要素或方法步骤。“包含”是权利要求语言中使用的技术术语，意思指存在所述要素，但也可以增加其它要素并且仍形成在所述权利要求范围内的构造或方法。
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，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本申请中术语“约”意味着包含由所述值的微小变化（至多+/-10%）。
在一些特殊的应用场景下，例如水下机器人、光纤制导等，对采用的光缆有特殊的要求，不仅要求光缆的外径细小，并且还要能具有较高的抗拉强度、较大的破断力。现有特种光缆一般采用编织工艺，光缆的制造速度低，制造的光缆的长度一般十几公里，并且受编织和挤塑工艺的限制难以制作细小直径的光缆，例如0.4mm以下的光缆，制作光缆的直径较细时，难以保证光缆的破断力满足要求。
本发明中还发现由于纤维纱与光纤有着本质的不同，涂覆树脂的过程中存在树脂渗透的过程，纱与光纤同步放线，树脂可以在很短的时间内涂覆到光纤表面，但是很难在很短的时间内涂覆到每一丝纱的表面，从而影响纱对光纤的包覆效果，继而影响产品的性能。
基于此，本申请实施例中提供了一种细径纤维增强光缆，包括从内至外依次设置的光纤、纤维纱层、内树脂层、外树脂层，所述纤维纱层包括包覆在所述光纤圆周的纤维单元，所述纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成；所述内树脂层包覆所述纤维纱层，并填充在光纤与纤维纱层之间的所有缝隙，所述外树脂层包覆所述内树脂层；所述内树脂层采用第一树脂，所述外树脂层采用第二树脂，所述第一树脂的粘度大于所述第二树脂，所述第一树脂固化后的抗张强度、断裂伸长率、弹性模量均小于第二树脂。
本申请实施例中先将纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成纤维纱束，在光缆制造的过程中纤维纱束与光纤同步放线，第一树脂可以在很短的时间内涂覆到光纤表面和纤维纱束表面，不需要第一树脂再渗透到纤维纱束内部进行涂覆，从而可以快速的实现纤维纱层对光纤的包覆，并保证包覆效果和产品的性能，进而可以实现该种细径纤维增强光缆的高速生产。同时，本申请中采用树脂先将纤维纱丝固化成纤维单元，可对纤维纱起到保护作用，有利于后续纤维单元与光纤进行组合后的成型，减少了生产过程中易出现断纱、堵塞的问题，提高生产效率；同时，通过减少纤维纱丝磨损，也最大限度的保留纤维纱丝的抗拉强度，提高纤维增强单元的断裂强度。本申请实施例中制得的一种细径纤维增强光缆外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N，并且采用上述的两次涂覆和固化制造工艺能够实现高速的生产，成型后的光缆表面圆整、光滑、耐磨，可连续生产超过50km。
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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
实施例1：
本实施例1中提供了一种细径纤维增强光缆，可以直接用于水下机器人、光纤制导等应用场景，如图1中所示，该光缆包括从内至外依次设置的光纤1、纤维纱层、内树脂层3、外树脂层4。光纤1包括纤芯和包层，二者构成光信号传输的通道。本实施例中多根纤维纱束2组成纤维纱层，包覆在所述光纤1的四周。纤维纱束2的环绕方式，例如以光纤1为中心，在外围均匀间隔直放或者连续均匀间隔缠绕。
本申请中纤维纱层选用超高分子量聚乙烯纤维，简称UHMWPE纤维，又叫高强PE纤维,其分子量在150万-800万之间,是普通纤维的数十倍，具有超强的拉力、超低的延伸率，强力是同等模量钢丝的15倍，比芳纶高出40%，纤维密度在0.97～0.98g/cm3。每一根纤维纱束2为n（n≥2）股纤维纱丝组成细度为d（单位D）的纤维纱束，每股纤维纱丝的断裂强度不小于0.33N/dtex。现将细度单位D（旦尼尔）换成分特克斯，即1dtex=1g/10000m, 1D=1g/9000m，换算纤维纱束的断裂强度：dD*0. 33N/dtex=0.33d*10/9(N)；因此，每根纤维纱束的破断力应不小于11*d /30（N）。
在其它一些实施例中，纤维纱层纤维纱材质也可以为芳纶纤维、PBO纤维（聚对苯撑苯并二噁唑纤维）等高强高模纤维纱。
为了得到一种细径（外径≤0.28mm）、高强（破断力≥80N）的纤维增强光纤单元：
（1）本申请采用了一根细径光纤，尺寸在0.18mm～0.20mm，光纤断裂强度在50N±5N；为了保证纤维增强光纤单元破断力≥80N，则纤维至少提供40N的力值；
（2）至少需要的纤维纱束根数与其细度的关系：11/30*d*M≥40，M为纤维纱束的根数，d为每根纤维纱束的细度；即d*M≥109；
（3）按照超高分子量聚乙烯纤维纱密度在0.97～0.98g/cm3计算，则一根细度d的纤维纱束面积为S：d/（0.9*0.97）*0.0001=d/8730 mm2；由于纤维纱具有一定的松散度，则定义纤维纱松散系数K，在 1.2～1.3左右；即一根细度d的纤维纱束面积S=K*d/8730 mm2；
（4）理论计算1根光纤与M根细度d的纤维纱束等效外径为:
综合上述分析，当采用一根细径在0.18mm光纤及一种每股纤维纱丝的断裂强度不小于0.33N/dtex的超高分子量聚乙烯纤维纱时：
（1）满足d*M≥109，可以制备出高强（破断力≥80N）的纤维增强光纤单元；
（2）满足M*d≤184，可以制备出细径（外径≤0.28mm）的纤维增强光纤单元；
（3）满足109≤M*d≤184时，可以制备出细径（外径≤0.28mm）、高强（破断力≥80N）的纤维增强光纤单元。上述计算中细度单位是D。
综上，所述纤维纱层中纤维纱束的根数与纤维纱束细度的乘积范围在109～184（细度单位为D）。
内树脂层3完全包覆在纤维纱层四周，并填充在光纤1与纤维纱层之间的所有缝隙。外树脂层4包覆在内树脂层四周，形成一个完整的纤维增强光缆。本申请中采用两种树脂用于内外层固化，分别为内树脂层的第一树脂和外树脂层的第二树脂。
第一树脂：保证纤维纱与纤维纱之间、以及纤维纱与光纤之间有较好粘附力，固化后形成的内树脂层、纤维单元，具有很有的柔韧性，弯曲性能好。第一树脂材料的典型特点：粘度(25℃)3000～4000mPa.s；固化后：抗张强度（25℃）在10 MPa ～18MPa，伸长率（25℃）在5%～15%，弹性模量（25℃）在200 MPa ～300MPa，硬度（HD）在35～55。
第二树脂：与第一树脂具有较好的相容性，固化后形成外树脂层，不会出现分层，同时具有较高的硬度，耐磨性能好。第二树脂材料性能典型特点：粘度(25℃)2000Pa.s～2700mPa.s；固化后：抗张强度（25℃）在20MPa～45MPa，伸长率（25℃）≥45%，弹性模量（25℃）在700 MPa ～850MPa，硬度（HD）在45～75。
第一树脂的粘度大，抗张强度和断裂伸长率小，弹性模量小，材料更柔软，适合纤维单元和内树脂层的固化。固化后的单元柔软，可形变，可保证纤维单元更好的包覆在光纤四周，减少形变时的内应力。
第二树脂具有更低的粘度，适合小尺寸、薄壁厚的外护层涂覆；更高的抗张强度、断裂伸长率以及弹性模量，保证了外树脂层固化后的机械强度。
第一树脂主要由30～45质量份的可交联聚合的第一低聚物、15～35质量份的第一活性稀释剂、5～15质量份第一光引发剂、0～5质量份第一助剂组成。
其中：第一低聚物，例如为柔性改性的环氧丙烯酸酯，特点是聚合速率快，黏附力强，固化后具有一定的柔韧性，抗弯折冲击。常见的第一低聚物为胺改性环氧丙烯酸树酯、磷酸改性环氧丙烯酸酯、多元酸酐改性环氧丙烯酸酯、长链脂肪酸改性环氧丙烯酸树酯其中的一种或多种。
第一活性稀释剂，例如为以乙氧基化或丙氧基化的多官能团单体为主，特点高反应活性和高转化率，聚合固化效率快，固化后柔顺性提高。例如1,6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化双酚A双甲基丙烯酸酯、聚乙二醇双甲基丙烯酸酯其中的一种或多种。
第一光引发剂，例如为α-羟烷基苯酮类聚合物或α-胺烷基苯酮中的一种，如Darocure 1173（HMPP）、Darocure 2959（HHMP）、Darocure 184（HCPK）、Irgacure907（MMMP）、Irgacure369（BDMB）其中的一种。
第一助剂，例如为流平剂、消泡剂中的一种或组合使用，如流平剂为聚硅氧烷聚醚共聚物、消泡剂为有机改性聚硅氧烷。
第二树脂主要由30～40质量份的可交联聚合的第二低聚物、20～35质量份的第二活性稀释剂、10～15质量份第二光引发剂、0～5质量份第二助剂、0～5质量份颜料组成。
第二低聚物，例如为聚酯丙烯酸酯，特点是固化后具有合适的硬度，有较好的柔韧性和抗张强度，在防潮、隔氧、抗侵蚀、耐老化、耐磨等方面有突出的性能。如聚酯二醇丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、邻苯二甲酸丙烯酸酯、已二酸丙烯酸酯、丁二酸酐对苯二甲酸丙烯酸酯等其中一种。也可为芳香族聚氨酯丙烯酸酯；或氯化聚己内酯丙烯酸酯，还具有一定的阻燃性能。
第二活性稀释剂，例如以含甲氧端基的丙烯酸酯单体类的聚合物，特点是在保证高反应活性和高转化率的同时具有低收缩性，如甲氧基聚乙二醇（350）单甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇（550）单甲基丙烯酸酯其中的一种或者组合。
第二光引发剂，例如为酰基氧化膦类聚合物，如聚硅氧烷基双酰基苯基氧化膦、（2,4,6-三甲基-3-苯甲酰基)苯甲酰基二苯基氧化膦中的一种。适合有颜色的着色体系。
第二助剂，例如为流平剂、消泡剂、润湿分散剂中的一种或多种组合使用，如流平剂为聚硅氧烷聚醚共聚物、消泡剂为有机改性聚硅氧烷。其中增加润湿分散剂，提高颜料的分散性及稳定性，如乙氧基醚硫酸铵盐、十三烷基醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。
颜料，例如为有机颜料，如苯并咪唑酮红、汉沙黄G、酞菁蓝、酞菁绿、吡唑酮橙、喹吖啶酮紫的一种，或多种颜色按不同比列调兑的其他色系。在外层树脂中添加颜料，提供着色、标识功能外，还可以对内层树脂起到良好的遮蔽作用，同时还具有防腐功能，耐光性能较强，并且可以使得纤维增强光纤单元单独使用，而无需被覆塑料护层。
本实施例1中的细径纤维增强光缆，外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，断裂强度≥80N。如图2中所示的制造工艺示意图，本实施例1中的一种细径纤维增强光缆，制造工艺如下。
第一步：制备纤维纱束：将n（n≥2）股纤维纱丝同时放线通过第一模具5汇聚，并在第一模具5中浸润涂覆第一树脂，再进入到第一固化装置6中定型、固化，形成一根圆形的纤维纱束。其中，每根纤维纱束中的n股纤维纱丝通过第一模具均匀分散排列，第一模具用于每根纤维纱束中的n股纤维纱丝的分散定位，便于浸润涂覆第一树脂，使第一树脂涂覆更充分。第一树脂与内树脂层用树脂相同，目的是提高树脂间相容性，避免固化后出现分层。
进一步的，每根纤维纱束中的纤维纱丝可根据股数的多少，按照单层或多层排列。
第二步：纤维纱层预涂覆成型：将m（m≥2）根纤维纱束，进行聚合，通过第二模具7；其中，第二模具中心有第一圆形芯孔，用于光纤和m根纤维纱束穿行；m根纤维纱束2以光纤1为中心，沿四周呈环形均匀排列，形成纤维纱层；每根纤维纱束2对应中心的排列弧度为2π/m；
在通过第一圆形芯孔的过程中，在第二模具7中采用第一树脂进行预浸渍涂覆，保证m根纤维纱束之间，以及纤维纱束与光纤之间都包覆树脂；
预浸渍涂覆后通过第三模具8，第三模具8中间有第二圆形芯孔；目的是将纤维纱层紧密的粘黏在光纤表面，通过尺寸限制去除表面多余的第一树脂；第三模具8可具备加热功能，让第一树脂遇热后，降低粘度，并完全包覆纤维纱层与光纤1，初步形成一个光纤单元。一般的，加热温度在30℃～85℃之间。
第三步：内层树脂固化：将上述光纤单元在第二固化装置9中进行第一次固化，形成内树脂层。
第四步：外层树脂固化：将第一次固化的光纤单元进入到第四模具10中，并第四模具10中涂覆第二树脂，形成外树脂层，经第三固化装置11固化后形成细径纤维增强光缆。
第五步：成型收线：待外树脂层固化成型后收线。
本发明提供的一种细径纤维增强光缆，采用了多种模具成型和双层树脂固化工艺，保证了纤维纱层呈环形排布均匀包覆在光单元表面，并通过树脂黏合成一个紧密的整体，固化后光缆具有较高的机械强度。
在其它一些实施例中，可以通过选择不同的纤维纱丝股数和纤维纱束根数、以及合适的模具尺寸，可得到不同规格尺寸、满足不同断裂强度的纤维增强光纤单元。
本实施例1中借鉴了光纤涂覆工艺的思路，采用纤维纱束与光纤复合后涂覆内外层树脂固化形成光缆，通过增强纤维纱材料来弥补光缆破断力值的不足，同时采用树脂涂覆固化工艺更容易控制光缆尺寸，本实施例中制得的一种细径纤维增强光缆外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N，并且采用上述的两次涂覆和固化制造工艺能够实现高速的生产，成型后的光缆表面圆整、光滑、耐磨，并且可连续生产长度超过50km。
本实施例中先将纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成纤维纱束，在光纤制造的过程中纤维纱束与光纤同步放线，第一树脂可以在很短的时间内涂覆到光纤表面和纤维纱束表面，不需要第一树脂再渗透到纤维纱束内部进行涂覆，从而可以快速的实现纤维纱层对光纤的包覆，并保证包覆效果和产品的性能，进而可以实现该种细径纤维增强光缆的高速生产。
本发明还发现在实际生产制造工艺中未进行固化成纤维单元的纤维纱丝，在通过第二模具时，很容易经磨损导致表面起毛或者部分纤维纱出现断裂，导致在预涂覆成型时出现纤维纱丝堵塞模具、断纱，或光纤偏心，使得内层树脂固化后外观不圆整、表面不光滑。本实施例中采用树脂先将纤维纱丝固化成纤维单元，可对纤维纱起到保护作用，有利于后续纤维单元与光纤进行组合后的成型，减少了生产过程中易出现断纱、堵塞的问题，提高生产效率；同时，通过减少纤维纱丝磨损，也最大限度的保留纤维纱丝的抗拉强度，提高纤维增强单元的断裂强度。
实施例2：
实施例2中提供了另一种结构的一种细径纤维增强光缆，其与实施例1中的不同之处在于：纤维纱丝以扁平纤维带12的纤维单元的形式，被覆在光纤的外围。
具体地，如图3中所示，本实施例中纤维单元为n（n≥2）股纤维纱丝经放线汇聚，并经树脂固化形成的一根扁平纤维带12。纤维纱丝在纤维带中均匀排列分布，可以为单层或多层。纤维带具有柔性性，可通过特定模具沿纵向呈0°～360°卷绕。若干个纤维单元环绕在光纤四周。内树脂层3包覆多根纤维单元及光纤，外树脂层4包覆内树脂层3。
本实施例中一种细径纤维增强光缆，制造工艺为：
第一步：制备纤维单元：将n股纤维纱丝平行放线，汇聚到第一模具中，在第一模具中浸润涂覆第一树脂，再进入到固化装置中定型、固化，形成一根扁平的纤维带。第一树脂与内层固化用树脂相同，目的是提高树脂间相容性，避免固化后出现分层；同时，第一树脂的特点可以保证纤维单元具有优异的柔韧性，适合弯曲。可以通过模具实现纤维带沿纵向呈0°～360°的卷绕。
第二步：预涂覆成型：将m根纤维单元，进行聚合，进入到第二模具中；通过模具上的定位装置，保证光纤和m（m≥1）根纤维单元穿行，同时使得m根纤维单元以光纤为中心，沿四周呈环形均匀排列；每根纤维单元呈弧形弯曲，对应中心的弯曲弧度为2π/m。同时，在第二模具中涂覆第一树脂，保证纤维单元与纤维单元之间、纤维单元与光纤之间都包覆树脂。其中，m根纤维单元以连续螺旋缠绕、或连续直放的形式沿光纤呈环形排列。
在一些实施例中为了提到光缆的抗侧压、抗冲击性能，m根纤维单元也可以用编织形式沿光纤呈环形排列。
预浸涂覆后进入第三模具；第三模具具备加热功能，使得第一树脂遇热后，降低粘度，进行预成型；同时通过第三模具的尺寸限制，将纤维单元紧密的粘黏在光纤表面，并去除表面多余的第一树脂。通过第三模具，初步形成了一个光纤单元。
第三步：内树脂层固化：将上述光纤单元在固化装置中第二次固化，形成内树脂层。通过内树脂层，将纤维单元和光纤包覆成一个整体，保证内部结构密实，各组成单元无串动，并给光纤提供一定的机械强度。
第四步：外树脂层固化：将第二次固化的光纤单元进入到第四模具中，第四模具涂覆第二树脂，形成外树脂层，经固化后形成细径纤维增强光缆。通过外层树脂的固化，光纤单元具有较高的机械强度和耐磨性能，可作为独立单元在室内外多种场景单独使用。
第五步：成型收线：待外树脂层固化成型后收线。
在一些实施例中，当纤维单元m=1时，即光纤外只有一个纤维单元，可呈360°环形包覆，如图4所示。当采用一根纤维带包覆时，整个内层包覆的结构会更加紧密，减少了多个纤维单元在排列过程中易产生的内应力，外观更圆整。
在其它一些实施例中所述纤维单元还可以为由多股纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成的扇形纤维单元13，所述扇形纤维单元13围绕光纤环形排列形成一个圆周，如图5中所示。纤维单元为n股纤维纱丝经放线汇聚成的纤维纱束，经树脂固化形成的扇形纤维单元。扇形纤维单元中上下表面呈弧形，对应弧度为α，左右两侧呈平面，扇形纤维单元中纤维纱丝的排列可根据扇形结构的大小，呈单层或多层、或横向、或纵向排列。m个扇形纤维单元环形排列形成一个圆周，其中每个纤维单元大小一致，保证上下弧面经排列形成一个完整的圆周，即满足m*α=2π，光纤位于内圆周中。
本实施例中先将纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成扁平的纤维带，在光纤制造的过程中纤维带与光纤同步放线，第一树脂也可以在很短的时间内涂覆到光纤表面和纤维带表面，不需要第一树脂再渗透到纤维带内部进行涂覆，从而可以快速的实现纤维纱层对光纤的包覆，并保证包覆效果和产品的性能，进而可以实现该种细径纤维增强光缆的高速生产。本实施例中制得的一种细径纤维增强光缆外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N，并且采用上述的两次涂覆和固化制造工艺能够实现高速的生产，成型后的光缆表面圆整、光滑、耐磨，并且可连续生产长度超过50km。
本发明还发现在实际生产制造工艺中未进行固化成纤维单元的纤维纱丝，在通过第二模具时，很容易经磨损导致表面起毛或者部分纤维纱出现断裂，导致在预涂覆成型时出现纤维纱丝堵塞模具、断纱，或光纤偏心，使得内层树脂固化后外观不圆整、表面不光滑。本实施例中采用树脂先将纤维纱丝固化成纤维单元，可对纤维纱起到保护作用，有利于后续纤维单元与光纤进行组合后的成型，减少了生产过程中易出现断纱、堵塞的问题，提高生产效率；同时，通过减少纤维纱丝磨损，也最大限度的保留纤维纱丝的抗拉强度，提高纤维增强单元的断裂强度。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种细径纤维增强光缆，其特征在于，包括从内至外依次设置的光纤、纤维纱层、内树脂层、外树脂层，所述纤维纱层包括沿周向设置在所述光纤外的纤维单元，所述纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成；所述内树脂层包覆所述纤维纱层，并填充在光纤与纤维纱层之间的所有缝隙，所述外树脂层包覆所述内树脂层；
所述内树脂层采用第一树脂，所述外树脂层采用第二树脂，所述第一树脂的粘度大于所述第二树脂，所述第一树脂固化后的抗张强度、断裂伸长率、弹性模量均小于第二树脂。
2.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述纤维单元为圆形的纤维纱束、扁平纤维带或者扇形纤维单元。
3.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述纤维单元为一根扁平纤维带。
4.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述第二树脂中包含颜料，使所述外树脂层着色。
5.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述纤维单元为圆形的纤维纱束，并且所述纤维纱层中纤维纱束的根数与纤维纱束细度的乘积范围在109D～184D。
6.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述第一树脂的25℃时粘度为3000～4000mPa.s，固化后的25℃时抗张强度在10 MPa ～18MPa，25℃时伸长率在5%～15%，25℃时弹性模量在200 MPa ～300MPa，硬度（HD）在35～55；
所述第二树脂的25℃时粘度为2000Pa.s～2700mPa.s，固化后的25℃时抗张强度在20MPa～45MPa，25℃时伸长率≥45%，25℃时弹性模量在700 MPa ～850MPa，硬度（HD）在45～75。
7.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述第一树脂主要由30～45质量份的可交联聚合的第一低聚物、15～35质量份的第一活性稀释剂、5～15质量份第一光引发剂、0～5质量份第一助剂组成；
所述第一低聚物为柔性改性的环氧丙烯酸酯；第一活性稀释剂以乙氧基化或丙氧基化的多官能团单体为主；第一光引发剂为α-羟烷基苯酮类聚合物或α-胺烷基苯酮中的任一种；第一助剂为流平剂、消泡剂中的至少一种。
8.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述第二树脂主要由30～40质量份的可交联聚合的第二低聚物、20～35质量份的第二活性稀释剂、10～15质量份的第二光引发剂、0～5质量份的第二助剂、0～5质量份颜料组成；
所述第二低聚物为聚酯丙烯酸酯；所述第二活性稀释剂为含甲氧端基的丙烯酸酯单体类的聚合物；所述第二光引发剂为酰基氧化膦类聚合物；所述第二助剂为流平剂、消泡剂、润湿分散剂中的至少一种；所述颜料为有机颜料。
9.根据权利要求1中所述的一种细径纤维增强光缆，其特征在于，所述细径纤维增强光缆的外径尺寸≤0.28mm，外观不圆度≤4%，破断力≥80N。
10.如权利要求1-9任一项中所述的一种细径纤维增强光缆的制造工艺，其特征在于，包括步骤：
制备纤维单元：将纤维纱丝放线，汇聚，浸渍涂覆第一树脂，定型，固化，形成纤维单元；
纤维纱层预涂覆成型：将所述纤维单元聚合包覆在光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间以及纤维单元与光纤之间都包覆树脂；然后去除纤维单元表面多余的第一树脂，并加热，加热温度在30℃～85℃之间，初步形成一个光纤单元；
内层树脂固化：将上述光纤单元进行第一次固化，形成内树脂层；
涂覆外层树脂和固化：将第一次固化的光纤单元外周涂覆第二树脂，形成外树脂层，然后进行第二次固化；
成型收线：待外树脂层固化成型后收线。
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| CN (1) | CN115657242B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117148523A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-12-01 | 长飞光纤光缆(上海)有限公司 | 一种自由组合式多用途光缆 |
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-
2022
- 2022-12-14 CN CN202211602173.1A patent/CN115657242B/zh active Active
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| CN115657242B (zh) | 2023-03-14 |
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