CN115877529B - 一种纤维增强光缆及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光缆技术领域，提供了一种纤维增强光缆及制造方法，包括至少两个纤维增强光单元，每个纤维增强单元括裸光纤、纤维单元和内层树脂，相比与只有一芯的裸光纤传输信号，提高了信号的传输能力，可以适应现代设备大信息量传输的需要；同时包括纤维单元包覆在所述裸光纤的圆周大大提高了所述光缆的抗拉强度和破断强度；同时该种光缆采用内外层树脂涂覆的工艺，可以使所制造光缆的直径细小化，适应一些小型设备和应用场景对光缆的小型化和轻质化要求。

Description

一种纤维增强光缆及制造方法

技术领域

本申请涉及光缆领域，尤其涉及一种纤维增强光缆及制造方法。

背景技术

在水下机器人、室内综合布线，设备间互联以及对尺寸小型化、轻质化、高抗拉等特种要求的应用场景，不仅需要光纤的芯数为多芯，来满足传输的需求，并且需要光纤满足较高的断裂强度和较细的直径。传统的细径光缆为了追求尺寸的细微，例如外径可以做到0.5mm以下，但是只能有一芯，不能满足现代设备信息传输量大的需求。现有的常规光缆可以做到多芯，但是尺寸又太大，重量又太重，不能满足小型设备之间互联以及信息传输的要求。市场上亟需一种尺寸小型化、轻质化、高抗拉、信号传输能力强等特种要求的光缆。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供了一种纤维增强光缆及制造方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种纤维增强光缆，包括至少两个纤维增强光单元，相邻的两个纤维增强光单元之间由外层树脂固化连接，外层树脂不完全包覆纤维增强光单元，每个纤维增强光单元包括裸光纤、纤维单元和内层树脂，所述裸光纤位于所述纤维增强光单元中部，所述纤维单元沿周向设置在所述裸光纤外，纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆内层树脂，定型固化而成；内层树脂包覆所述纤维单元和裸光纤，并填充在裸光纤、纤维单元以及两者之间的所有缝隙内并固化；所述内层树脂采用第一树脂，所述外层树脂采用第二树脂，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；所述内层树脂在制备纤维单元时和形成纤维增强光单元时进行两次固化，所述外层树脂在光缆的制造工艺中进行一次固化。

在一些实施例中，所述纤维增强光缆的外周设置一层塑料护层。

在一些实施例中，所述纤维增强光单元之间设置增强元件。

在一些实施例中，所述外层树脂在所述增强元件和纤维增强光单元之间固化连接，相邻的两个纤维增强光单元之间留存有间隙。

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，所述纤维增强光单元呈单层线性排列、多层叠加排列或星型排列。

在一些实施例中，所述内层树脂可以含有颜料，使所述纤维增强光单元着色。

第二方面，本申请中提供了上述任一实施例中所述的一种纤维增强光缆的制造方法，包括如下步骤：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裸光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间、裸光纤之间以及纤维单元与裸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，形成纤维增强光单元；涂覆外层树脂和固化：将所述纤维增强光单元之间的缝隙填充第二树脂，然后进行第二次固化；成型收线：待外层树脂固化成型后收线。

本申请所能达到的有益效果。

本申请所提供的一种纤维增强光缆，包括至少两个纤维增强光单元，每个纤维增强单元括裸光纤、纤维单元和内层树脂，裸光纤的数量可以大于一根，根据信号传输的需要设定，这相比与只有一芯的裸光纤传输信号，提高了信号的传输能力，可以适应现代设备大信息量传输的需要；同时，包括纤维单元，包覆在所述裸光纤的圆周大大提高了所述光缆的抗拉强度和破断强度；同时该种光缆采用内外层树脂涂覆的工艺，可以使所制造光缆的直径细小化，适应一些小型设备和应用场景对光缆的小型化和轻质化要求。此外，外层树脂不用完全包覆，只需在相邻纤维增强光单元之间的缝隙进行填充固化，起到连接固定的目的即可，该种光缆的每个纤维增强光单元可以单独剥开使用，方便了该种光缆的制造、携带和不同场景的使用。

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示出了本申请一种纤维增强光缆的结构示意图一；

图2示出了本申请一种纤维增强光缆的结构示意图二；

图3示出了本申请一种纤维增强光缆的结构示意图三；

其中：1-裸光纤、2-内层树脂、3-纤维单元、4-外层树脂、5-塑料护层、6-加强元件。

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%）。

在水下机器人、室内综合布线，设备间互联以及对尺寸小型化、轻质化、高抗拉等特种要求的应用场景，不仅需要光纤的芯数为多芯，来满足传输的需求，并且需要光纤满足较高的断裂强度和较细的直径。传统的细径光缆为了追求尺寸的细微，例如外径可以做到0.5mm以下，但是只能有一芯，不能满足现代设备信息传输量大的需求。现有的常规光缆可以做到多芯，但是尺寸又太大，重量又太重，不能满足小型设备之间互联以及信息传输的要求。市场上亟需一种尺寸小型化、轻质化、高抗拉、信号传输能力强等特种要求的光缆。

基于此，本申请中提供了一种纤维增强光缆，包括至少两个纤维增强光单元，相邻的两个纤维增强光单元之间由外层树脂固化连接，每个纤维增强光单元包括裸光纤、纤维单元和内层树脂，所述裸光纤位于所述纤维增强光单元中部，所述纤维单元包覆在所述裸光纤圆周，纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆内层树脂，定型固化而成；内层树脂包覆所述纤维单元和裸光纤，并填充在裸光纤和纤维单元以及两者之间的所有缝隙内并固化。

在本实施例中该种纤维增强光缆，包括至少两个纤维增强光单元，每个纤维增强单元括裸光纤、纤维单元和内层树脂，裸光纤的数量可以大于一根，相比与只有一芯的裸光纤传输信号，提高了信号的传输能力，可以适应现代设备大信息量传输的需要；同时，包括纤维单元，包覆在所述裸光纤的圆周大大提高了所述光缆的抗拉强度和破断强度；同时该种光缆采用内外层树脂涂覆的工艺，可以使所制造光缆的直径细小化，适应一些小型设备和应用场景对光缆的小型化和轻质化要求。此外，外层树脂不用完全包覆，只需在相邻纤维增强光单元之间的缝隙进行填充固化，起到连接固定的目的即可，该种光缆的每个纤维增强光单元可以单独剥开使用，方便了该种光缆的制造、携带和不同场景的使用。

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：

本实施例中提供了一种纤维增强光缆，如图1中所示，包括两个纤维增强光单元，所述纤维增强光单元经一定排列形式，例如本实施例子中所述纤维增强光单元单层线性排列。每个纤维增强光单元包括裸光纤1、纤维单元3和内层树脂2。所述裸光纤1位于所述纤维增强光单元的中部，裸光纤的芯数≥1芯。所述裸光纤包括纤芯和包层，二者形成光信号的传导的通道。所述纤维单元3包覆在所述裸光纤1圆周，内层树脂2包覆所述纤维单元3和裸光纤1，并填充在裸光纤1和纤维单元3以及两者之间的所有缝隙内并固化。相邻的两个纤维增强光单元之间的缝隙填充外层树脂4并固化，外层树脂4不用完全包覆，只需在相邻纤维增强光单元之间的缝隙进行填充固化，起到连接固定的目的。

在本实施例中，内层树脂可以含有颜料，在内层树脂中添加颜料，提供着色、标识功能外，方便了每根纤维增强光单元单独使用。

本实施例中所述内层树脂2采用第一树脂，所述外层树脂采用第二树脂。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，固化后形成的内层树脂、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。

本实施例中所述纤维单元3由多股纤维纱丝聚合并涂覆第一树脂，定型固化而成，所述纤维单元为圆形的纤维纱束。

在其它一些实施例子中，所述纤维单元可以为扁平纤维带或者扇形纤维单元，所述纤维单元包覆在所述裸光纤的圆周大大提高了所述光缆的抗拉强度和破断强度。

所述纤维单元的材质选用高强高模纤维纱，例如芳纶、超高分量PE纤维、PBO等。纤维纱丝的规格，例如在30D-100D之间，破断强度在2.5～5.0N/tex。

裸光纤的外径可以为180～300µm，例如光纤直径是180±5µm、 245± 10µm、250±15µm外径的着色纤。

本实施例中一种纤维增强光缆的制造方法，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裸光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间、裸光纤之间以及纤维单元与裸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，形成纤维增强光单元；

涂覆外层树脂和固化：将所述纤维增强光单元之间的缝隙填充第二树脂，然后进行第二次固化；

成型收线：待外层树脂固化成型后收线。

在其它一些实施例中所述纤维增强单元的排列方式可能有所改变，例如多层叠加排列、星型排列等。

实施例2：

实施例2中提供了另一种纤维增强光缆，实施例2和实施例1中光缆结构的不同之处在于：如图2中所示，包括四个纤维增强光单元，所述纤维增强光单元呈星型分布，并且在本实施例2中在多芯结构组成的纤维增强光缆外围，增加一层塑料护层，进一步起到耐磨、耐腐蚀等保护作用，拓展光缆的应用场景。例如，所述塑料护层可为聚烯烃类、热塑性弹性体、聚酰胺中的一种。

本实施例中一种纤维增强光缆的制造方法，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裸光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间、裸光纤之间以及纤维单元与裸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，形成纤维增强光单元；

涂覆外层树脂和固化：将所述纤维增强光单元之间的缝隙填充第二树脂，然后进行第二次固化；

包覆和收线：待外层树脂固化成型后包覆塑料护层，收线。

其余纤维增强光单元、纤维单元、裸光纤、内层树脂和外层树脂的特性和实施例1中相同，这里不再详细描述。

实施例3

实施例3中提供了另一种纤维增强光缆，实施例3和实施例1中光缆结构的不同之处在于：如图3中所示，包括五个纤维增强光单元，所述纤维增强光单元呈星型分布，并且在本实施例3中在多芯结构组成的光缆单元内部增加增强元件，增强元件可位于中心，也可位于周侧。设置增强元件可增加光缆的刚性和拉伸强度，适合多场景敷设。

本实施例中一种纤维增强光缆的制造方法，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裸光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间、裸光纤之间以及纤维单元与裸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，形成纤维增强光单元；

涂覆外层树脂和固化：将所述纤维增强光单元围绕增强元件聚合，并在纤维增强光单元之间以及纤维增强光单元和增强元件之间的缝隙填充第二树脂，然后进行第二次固化；

成型收线：待外层树脂固化成型后，收线。

其余纤维增强光单元、纤维单元、裸光纤、内层树脂和外层树脂的特性和实施例1中相同，这里不再详细描述。

当然，也可以在本实施例3中在多芯结构组成的纤维增强光缆外围，增加一层塑料护层，进一步起到耐磨、耐腐蚀等保护作用，拓展光缆的应用场景。这里不再详细说明。

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 (9)

1.一种纤维增强光缆，包括至少两个纤维增强光单元，相邻的两个纤维增强光单元之间由外层树脂固化连接，外层树脂不完全包覆纤维增强光单元，只在相邻纤维增强光单元之间的缝隙进行填充固化；每个纤维增强光单元包括裸光纤、纤维单元和内层树脂，所述裸光纤位于所述纤维增强光单元中部，所述纤维单元沿周向设置在所述裸光纤外，纤维单元由多股纤维纱丝聚合并涂覆内层树脂，定型固化而成；内层树脂包覆所述纤维单元和裸光纤，并填充在裸光纤、纤维单元以及两者之间的所有缝隙内并固化；所述内层树脂采用第一树脂，所述外层树脂采用第二树脂，所述第一树脂和所述第二树脂不同，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；所述内层树脂在制备纤维单元时和形成纤维增强光单元时进行两次固化，所述外层树脂在光缆的制造工艺中进行一次固化。

2.根据权利要求1中所述的一种纤维增强光缆，其特征在于，所述纤维增强光缆的外周设置一层塑料护层。

3.根据权利要求1中所述的一种纤维增强光缆，其特征在于，所述纤维增强光单元之间设置增强元件。

4.根据权利要求3中所述的一种纤维增强光缆，其特征在于，所述外层树脂在所述增强元件和纤维增强光单元之间固化连接，相邻的两个纤维增强光单元之间留存有间隙。

5.根据权利要求1中所述的一种纤维增强光缆，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。

6.根据权利要求1中所述的一种纤维增强光缆，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中所述的一种纤维增强光缆，其特征在于，所述纤维增强光单元呈单层线性排列、多层叠加排列或星型排列。

8.根据权利要求1中所述的一种纤维增强光缆，其特征在于，所述内层树脂含有颜料，使所述纤维增强光单元着色。

9.如权利要求1-8中任一项中所述的一种纤维增强光缆的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

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裸光纤上，并采用第一树脂进行预浸渍涂覆，并保证纤维单元之间、裸光纤之间以及纤维单元与裸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，形成纤维增强光单元；

涂覆外层树脂和固化：将所述纤维增强光单元之间的缝隙填充第二树脂，然后进行第二次固化；

成型收线：待外层树脂固化成型后收线。

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