CN115826166A - 高纤密度散纤全干式光单元及其制备方法、产品及光缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高纤密度散纤全干式光单元及其制备方法、产品及光缆，该方法包括以下步骤：1)放线：各光纤分别通过光纤放线架放出，一起进入喷粉模具的内腔并从喷粉模具的内腔出来后进入挤出机；2)挤制套管：空气先进入空气干燥器，干燥的空气经过等离子化发生器处理后进入恒压控制器，从恒压控制器流出的气流将阻水粉和润滑粉分别从喷粉模具的第一注入孔和第二注入孔吹入喷粉模具的内腔，在喷粉模具的内腔中让阻水粉的外围分布一层润滑粉；3)冷却：套管冷却成型后包裹润滑粉和光纤，即得到光单元。本发明在套管内壁与光纤之间含有起到润滑作用的润滑粉，余长一致性好，套管内、外径可以做的更小，光纤密度更大，材料更节约。

Description

高纤密度散纤全干式光单元及其制备方法、产品及光缆

技术领域

本发明属于光单元制备工艺领域，更具体地，涉及一种高纤密度散纤全干式光单元的其制备方法、产品及光缆。

背景技术

随着5G网络建设及绿色制造全面推进，大量光网络建设对低碳环保、资源节约提出了更高的要求。面对管网资源日趋紧张、传统光缆资源消耗量大的行业难题，

全干式光缆取消了传统光缆中油膏的使用，通过干式阻水材料在光纤套管中吸水膨胀阻水，同时在施工中无需对油膏进行清洁处理，绿色环保，节省了光缆接续时间，降低对石油类衍生物的依赖。

套管生产过程中，通过将阻水纱或阻水粉来取代纤膏，通过阻水物质遇水膨大来达到阻水的目的。套管再生产过程中高分子塑料材料在挤出加工成型时会存在冷却、结晶、收缩定型等过程，根据材料不一，定型后的套管后收缩程度不一，有大有小，这种收缩是形成光纤余长的主要因素，通过调节光纤的放纤张力、加工速度、挤出温度、收线张力以及差式牵引等辅助技术来实现光纤余长的在一定的合适范围，来确保光纤中衰减合格。而且光纤怕弯，在较大余长状况下，光纤衰耗会比较大。

在含有纤膏填充的普通套管中，由于纤膏具有极好的触应变及润滑效果，光纤受到套管收缩产生余长时，在光纤可以承受的放纤张力后拉的作用下，可以形成较小的且余长范围和余长一致性能很好控制。

而套管在生产过程中，由于目前行业内用于套管加工的材料均为PBT或PP，套管内壁的摩擦系数均比较大，光纤与套管内壁存在非常大的摩擦力，当套管冷却成型、结晶收缩时，套管中光纤与内壁不能形成一个良好的滑动，会造成余长过大。在此情况下光纤弯曲受力，传输损耗增加。再加上材料的后收缩效应的存在，套管直径进一步减小的情况下，光纤衰减将大到无法使用的地步。

其次是多根光纤在套管内时，总会有些光纤与套管接触，有些接触不到套管壁，这是形成余长不一致(纤差过大)的主要原因。特别是采用阻水纱阻水的套管，由于光纤和阻水纱刚性不一，表面摩擦系数不一致，会在套管收缩时产生串扰，使各光纤余长不一致情况更甚。

多根光纤之间的摩擦由于没有常规套管中纤膏作为润滑剂，光纤表面的静电吸附产生的摩擦力也是造成纤差不一致的原因之一。

因此，目前都是将套管内空尽可能放大一点，以此来缓解余长过大带来的衰耗增加的问题，这使得套管内空难以做到很小，光纤密度难以大幅度提高。

综上所述，全干式光缆目前存在的问题：1)套管内、外径降低幅度有限。它不能像有纤膏的套管一样，在内外径较小的情况下，维持光纤较低的传输损耗；现有的12芯250um光纤全干式松套管外径在2.35mm±0.1mm，内径在1.8mm±0.05mm，松套管尺寸进一步减小则光纤衰减会急剧上升。2)松套管内光纤余长一致性差且不可控，很难通过调整么一个具体光纤的参数来达到或保持良好的余长的一致性，这种一致性差会造成有的光纤衰减好有的光纤衰减差，同时也会造成机械性能指标出现问题，特别是余长小的光纤，光缆受到敷设拉力时会优先受力，容易出现故障。

中国专利文献CN105589155A提供了一种全干式松套管光单元的制造方法，通过在松套管中增加细钢丝来控制套管收缩，解决余长过大的问题，同时在松套管中掺入滑石粉来减少光纤与光纤、光纤与阻水纱之间、阻水纱以及套管之间的摩擦啊，从而解决余长不一致、不可控的问题。然而细钢丝或其他加强件设置在松套管中，会导致松套管的弯曲性能各向不均匀，光单元成缆时绞合控制困难，过多的加强件甚至会导致无法绞合成缆。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高纤密度散纤全干式光单元的其制备方法、产品及光缆，在套管内壁与光纤之间含有起到润滑作用的润滑粉，余长一致性好，套管内、外径可以做的更小，光纤密度更大，材料更节约。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)放线：各光纤分别通过光纤放线架放出，经导轮导向形成线束进入喷粉模具的内腔并从喷粉模具的内腔出来后进入挤出机，从挤出机出来后采用牵引组件牵引；

2)挤制套管：吹入的空气先进入空气干燥器，以让吹入的空气的湿度保持在设定范围内，干燥的空气经过等离子化发生器处理形成等离子气流后进入恒压控制器，恒压控制器作用在于使等离子气流保持恒定压力，从恒压控制器流出的等离子气流将阻水粉和润滑粉分别从喷粉模具的第一注入孔和第二注入孔吹入喷粉模具的内腔，并且在喷粉模具的内腔中使阻水粉的外围分布一层润滑粉，实现气流携带阻水粉、润滑粉一起进入挤出机的机头挤出的套管内，润滑粉与套管内壁接触，从而提升套管的结晶速度以及使套管与光纤之间具有一层润滑粉来减小套管与光纤的摩擦力；

3)冷却：套管冷却成型后包裹所述润滑粉、阻水粉和光纤，即得到所述光单元。

优选地，所述喷粉模具包括沿光纤的移动方向依次连接的导引模和注射模，所述第一注入孔和第二注入孔均设置在所述注射模上，所述注射模插入所述挤出机的机头。

优选地，所述注射模包括模架和注射针头，所述模架套装在所述注射针头的外侧，所述导引模和注射针头沿光纤的移动方向依次连接，所述第一注入孔贯穿所述模架和注射针头，所述第二注入孔贯穿所述模架和注射针头。

优选地，所述光单元具有12根光纤，所述光单元的套管的外径在2mm及以下。

优选地，所述润滑粉的平均粒径为4um～6um。

优选地，所述润滑粉与阻水粉的质量比不大于1:4。

优选地，每米套管内施用质量在0.25mg至1mg之间的润滑粉。

按照本发明的另一个方面，还提供了高纤密度散纤全干式光单元，其采用所述的制备方法制备而成。

优选地，所述光单元为12芯光单元，套管外径在2.0mm以下。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种光缆，其采用所述的高纤密度散纤全干式光单元绞合为缆芯。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)由于润滑粉(滑石粉、石墨粉)的结晶构造是呈层状的，所以具有易分裂成鳞片的趋向和特殊的滑润性，当挤出机挤出的高分子材料在遇水冷却收缩和结晶成型的过程中，光纤在套管内滑动阻力小，各光纤之间的相对粘附力也相对小，可解决余长一致性控制的难题，余长一致性好，也更好控制。

2)润滑粉具有润滑性、抗黏、助流、熔点高、化学性不活泼、遮盖力良好、与熔融的套管高分子材料PBT和PP相接触时，不仅具有吸附力强等优良的物理，而且润滑粉能够形成微晶核的化学特性，分散结晶且提高了形成套管的材料结晶度，降低了套管的后收缩，不仅能控制余长在合适范围之内避免余长过长，同时使套管余长稳定性更强，套管存放时间更长，使生产调控安排的周期更宽，更利于生产。

3)套管直径可以做的更小，光纤密度更大，材料更节约，可使单个套管光单元光纤密度提高至32％。

4)光单元和光缆产品的生产控制更加容易，极大降低了光缆整体制造成本，使低碳环保的套管光缆推广更加有利。

附图说明

图1是本发明的制备方法的设备系统图；

图2是本发明的制备方法的喷粉流程图；

图3是本发明中喷粉模具的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图3，高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，包括以下步骤：

1)放线：各光纤1.1分别通过光纤1.1放线架1放出，经导轮导向形成线束进入喷粉模具2的内腔并从喷粉模具2的内腔出来后进入挤出机3，从挤出机3出来后采用牵引组件牵引；每根光纤1.1可分别采用一个导轮导向，导轮可让光纤1.1尽可能集中一点形成光纤1.1束，牵引组件优选包括湿牵引装置4以及收线轮5，可实现很好的牵引，后续光单元成型后从挤出机3出来，也是依然牵引装置牵引，然后绕线到收线轮5上。

2)挤制套管3.4：优选采用高压空气供气，吹入的空气先进入空气干燥器9，以让吹入的空气的湿度保持在设定范围内，干燥的空气经过等离子化发生器处理形成等离子气流后进入恒压控制器7，恒压控制器7用于让使等离子气流保持恒定压力，从恒压控制器7流出的等离子气流将阻水粉和润滑粉分别从喷粉模具2的第一注入孔6.1和第二注入孔6.2吹入喷粉模具2的内腔，即等离子气流带着阻水粉和润滑粉从第一注入孔6.1和第二注入孔6.2进入喷粉模具2的内腔，并且在喷粉模具2的内腔中让阻水粉的外围分布一层润滑粉，即阻水粉可被一层润滑粉包裹，实现气流携带光纤1.1、阻水粉、润滑粉一起进入挤出机3的机头挤出的套管3.4内，其中，所述润滑粉为滑石粉或石墨粉，润滑粉可与刚挤压出的熔融状态的套管3.4内壁接触，润滑粉作为微晶核，从而提升套管3.4的结晶速度以及使套管3.4与光纤1.1之间具有一层润滑粉来减小套管3.4与光纤1.1的摩擦力；挤出机3的机头采用常规结构，具有模盖3.2和设置在模盖3.2内的模芯3.3，模盖3.2上有套管料注入口3.1，模盖3.2与模芯3.3之间形成套管料挤出流道，套管料挤出流道流出的套管料包裹润滑粉、阻水粉和光纤1.1。进一步，所述润滑粉的平均粒径为4um～6um，优选5um，可减小光纤的微弯损耗，并且更容易成为微晶核提升套管3.4的结晶速度。此外，所述润滑粉与阻水粉的质量比不大于1:4，每米套管内施用质量在0.25mg至1mg之间的润滑粉，使得加入的粉末的成本适中，不改变阻水粉的主要占比，而且也不会降低光单元的防水效果。

套管3.4材料接触润滑粉，以润滑粉作为晶核结晶。理想状态下，润滑粉均匀附着于套管3.4内壁，使得套管3.4材料结晶迅速且均匀，使得套管3.4的后收缩较小，避免余长过大。同时，润滑粉减小了光纤与光纤之间、光纤与套管3.4之间的摩擦力，从而改善余长不一致且一致性不可控的问题。因此润滑粉的附着是否均匀，至关重要。普通情况下依靠润滑粉本身与光纤的吸附带入松套管3.4，难以保证均匀性，套管仍然收缩不均匀，需要采用穿入钢丝等手段控制套管收缩。本发明采用等离子气流携带润滑粉与阻水粉的混合粉末，一方面等离子气流能携带更大量的粉末，另一方面润滑粉更多的包裹在阻水粉末表面，使得润滑粉更加充分且均匀的与套管3.4内壁接触。

上述的空气干燥器9对空气干燥可以避免加入的阻水粉受潮，恒压控制器7可确保套管3.4内收缩压力与外界保持基本平衡，既不使阻水粉回流到喷粉模具2的内腔，也不因欠压造成套管3.4直径波动过大；恒压控制器7吹出的恒压的气流将阻水粉吹入喷粉模具2的内腔后，不仅可以消除阻水粉和润滑粉在通过路径及模具管壁粘附堆积，也可消除喷粉模具2内的光纤1.1之间因摩擦产生的静电吸附引起的衰减变化。

3)冷却：套管3.4冷却成型后包裹所述润滑粉、阻水粉和光纤1.1，即得到所述光单元。所述光单元优选具有12根光纤1.1，所述光单元的套管3.4的外径在2mm以下。

后续再通过差式牵引，收放线张力控制，水温冷却调节等一系列常规的辅助工艺，从而形成余长较小且合理、稳定可控的光单元。

进一步，所述喷粉模具2包括沿光纤1.1的移动方向依次连接的导引模2.1和注射模，所述第一注入孔6.1和第二注入孔6.2均设置在所述注射模上，第一注入孔6.1和第二注入孔6.2沿光纤1.1前进的方向依次布置，总之要让阻水粉先与光纤1.1接触混合，然后再让润滑粉在阻水粉的外围包裹住阻水粉和光纤1.1。所述注射模插入所述挤出机3的机头。所述注射模包括模架2.2和注射针头2.3，所述模架2.2套装在所述注射针头2.3的外侧，所述导引模2.1和注射针头2.3沿光纤1.1的移动方向依次连接，所述第一注入孔6.1贯穿所述模架2.2和注射针头2.3，第二注入孔6.2贯穿所述模架2.2和注射针头2.3。

喷粉模具2的内腔可采用内、外双层流道喷洒设计，内层流道6.1.1在外层流道6.2.1内，内层流道6.1.1中流动的是阻水粉而外层流道6.2.1中流动的是润滑粉，这样可以让让润滑粉分布在阻水粉的外围；或者，让第一注入孔6.1在喷粉模具2内壁上的孔口相对于第二注入孔6.2在喷粉模具2内壁上的孔口更靠近喷粉模具2内腔的中心线，即离中心线的距离更近，这样可以让光纤1.1先经过阻水粉充分均匀混合后再在润滑粉的包裹下进入挤出机3的机头。

机头前的喷粉模具2将阻水粉和润滑粉通过气吹方式喷洒到光纤1.1上并与光纤1.1一起进入挤出机3的机头，提高光单元的阻水性能及减小套管3.4与光纤1.1之间的摩擦力。在使用阻水粉时，在阻水粉喷洒的气流中，也可以添加少许滑石粉，使套管3.4中光纤1.1间的摩擦力更小。

本发明在套管3.4生产挤出加工过程中，优选采用高压等离子发生器8产生等离子气流，通过恒压控制装置，将等离子使用喷粉模具2导入套管3.4内，使套管3.4内径保持希望的阈值，不会因为升降速等原因造成内径大的波动，同时等离子气流可以消除多根光纤1.1之间的静电吸附问题，也可同时将阻水粉和润滑粉吹入套管3.4内。

套管3.4冷却成型后，将所生产的光单元再进行正常的成缆绞和外面包裹外护套挤出形成全干式光缆。

无论采用阻水纱还是阻水粉阻水技术，常规的纤差一般在8mm以上(相对10m长度的套管3.4而言)，采用本发明加入润滑粉的技术后，余长一致性可以控制在3mm以内(相对10m长度的套管3.4而言)。本发明的套管3.4的内空可以生产更小，光纤密度可以提高很多，特别是光纤1.1之间阻水粉还不间断的夹杂有润滑粉的存在，光纤1.1和套管3.4相互之间的滑动性更灵活，各纤长一致性更优。

如果原有的常规带12根250um的套管3.4，通过各种辅助控制手段，套管3.4外径只能做到2.3mm以上，衰减才可以正常保证，平均光纤密度约为2.89芯/mm²，而采用此方式的带12根250um的套管3.4，套管3.4外径可以做2.0mm以下，平均光纤密度约为3.82芯/mm²，光单元的套管3.4的光纤密度可提高约32％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)放线：各光纤分别通过光纤放线架放出，经导轮导向形成线束进入喷粉模具的内腔并从喷粉模具的内腔出来后进入挤出机，从挤出机出来后采用牵引组件牵引；

2)挤制套管：吹入的空气先进入空气干燥器，以让吹入的空气的湿度保持在设定范围内，干燥的空气经过等离子化发生器处理形成等离子气流后进入恒压控制器，恒压控制器作用在于使等离子气流保持恒定压力，从恒压控制器流出的等离子气流将阻水粉和润滑粉分别从喷粉模具的第一注入孔和第二注入孔吹入喷粉模具的内腔，并且在喷粉模具的内腔中使阻水粉的外围分布一层润滑粉，实现气流携带阻水粉、润滑粉一起进入挤出机的机头挤出的套管内，润滑粉与套管内壁接触，从而提升套管的结晶速度以及使套管与光纤之间具有一层润滑粉来减小套管与光纤的摩擦力；

3)冷却：套管冷却成型后包裹所述润滑粉、阻水粉和光纤，即得到所述光单元。

2.根据权利要求1所述的高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，所述喷粉模具包括沿光纤的移动方向依次连接的导引模和注射模，所述第一注入孔和第二注入孔均设置在所述注射模上，所述第一注入孔和第二注入孔沿光纤前进的方向依次布置，所述注射模插入所述挤出机的机头。

3.根据权利要求2所述的高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，所述注射模包括模架和注射针头，所述模架套装在所述注射针头的外侧，所述导引模和注射针头沿光纤的移动方向依次连接，所述第一注入孔贯穿所述模架和注射针头，所述第二注入孔贯穿所述模架和注射针头。

4.根据权利要求1所述的高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，所述光单元具有12根光纤，所述光单元的套管的外径在2mm及以下。

5.根据权利要求1所述的高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，所述润滑粉的平均粒径为4um～6um。

6.根据权利要求1所述的高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，所述润滑粉与阻水粉的质量比不大于1:4。

7.根据权利要求1所述的高纤密度散纤全干式光单元的制备方法，其特征在于，每米套管内施用质量在0.25mg至1mg之间的润滑粉。

8.高纤密度散纤全干式光单元，其特征在于，采用权利要求1～4中任一权利要求所述的制备方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的高纤密度散纤全干式光单元，其特征在于，其为12芯光单元，套管外径在2.0mm以下。

10.一种光缆，其特征在于，采用如权利要求8或9所述的高纤密度散纤全干式光单元绞合为缆芯。

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