CN117434671A - 一种全干式松套管光单元、其制备方法及光缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全干式松套管光单元、其制备方法及光缆。所述光单元包括光导元件和收纳所述光导元件的松套管；所述松套管具有邻接的热塑层和树脂层；所述树脂层处于所述热塑层的内侧；所述树脂层为光固化树脂，并且均匀分布有阻水粉；所述热塑层为热塑高分子材料，且对于所述光固化树脂的光引发波段其光透过率在60%以上。本发明提供的全干式松套管光单元，阻水粉均匀分布在松套管内壁，保证阻水效果的同时，避免阻水粉堆积引起的附加传输损耗增加，并可以更好的控制余长。优选方案，本发明通过添加抗静电剂、润滑剂，进一步改善光导元件由于静电吸附、摩擦导致的附加传输损耗，并使得光缆余长更加稳定。
Description
技术领域
本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种全干式松套管光单元、其制备方法及光缆。
背景技术
全干式光纤松套管具有无油膏，绿色环保的优点，近来年已逐渐被广泛应用。一般干式松套管由塑料松套管、光纤和干式阻水元件组成。但由于松套管无油膏填充，而塑料绝缘性良好，电荷不易释放产生静电，光纤易被塑料松套管静电吸附，导致光纤或阻水纱贴壁或堆积。另一方面，由于无油膏填充，光纤与松套管内壁会直接接触产生摩擦阻力，也会造成贴壁和堆积，导致光纤余长控制困难，光纤局部应力过大衰减增加，光纤密度不能进一步增加。
中国专利文献CN115793161A公开了一种全干式高阻水性能光单元的生产方法，采用光纤扭转件对进入松套管前的光纤进行扭转，阻水纱直放于光纤绞合的中心，可在一定程度上避免阻水纱和光纤在松套管内的贴壁和堆积现象，降低松套管的尺寸。但是该方法不能避免光纤与松套管的贴壁和堆积问题，且当每管光纤芯数较少时，阻水纱不能完全被光纤包覆，仍然存在阻水纱贴壁的问题。
中国专利文献CN115826166A公开了一种全干式高密度散纤松套管的生产方法，在松套管内壁吹入润滑粉减小光纤与内壁的摩擦力。该方法不能保证润滑粉在内壁上均匀粘附，无润滑粉粘附的地方仍然存在光纤与内壁摩擦力过大的问题。
目前全干式松套管光单元，无论采用阻水纱或者阻水粉作为阻水元件，都存在堆积现象，会导致与作为光导元件的光纤损耗增加，松套管单元直径难以进一步减小。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全干式松套管光单元、其制备方法及光缆，其目的在于以阻水粉作为阻水元件，通过松套管内侧的树脂层均匀负载，达到阻水效果，避免阻水粉位移导致的堆积，由此解决全干式松套管光单元附加损耗较高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种全干式松套管光单元，包括光导元件和收纳所述光导元件的松套管；
所述松套管具有邻接的热塑层和树脂层；
所述树脂层喷涂并固化成形于所述热塑层的内侧；
所述树脂层为光固化树脂，并且均匀分布有阻水粉；
所述热塑层为热塑高分子材料，且对于所述光固化树脂的光引发波段其光透过率在60%以上。
优选地，所述全干式松套管光单元，其所述光固化树脂为聚丙烯酸酯树脂，含有：
丙烯酸单体20~60wt%、预聚物20~60wt%、引发剂1~5wt%、助剂1~10wt%以及阻水粉10~20wt%。
优选地，所述全干式松套管光单元，其所述阻水粉为聚丙烯酸钠，其直径在30um~200um之间。
优选地，所述全干式松套管光单元，其所述光固化树脂含有抗静电剂1~3wt%，所述抗静电剂优选为石墨粉、石墨烯或云母粉。
优选地，所述全干式松套管光单元，其含有润滑剂1~5wt%，所述润滑剂优选为硅酮。
优选地，所述全干式松套管光单元，其所述热塑层为单层结构或多层结构，材料为非结晶塑料，优选选自PET、PC、PP和PA材质中的一种、多种的混合、或多种的复合，其320~400nm紫外波段光透过率≥60%。
优选地，所述全干式松套管光单元，其所述松套管外径为2.0mm～15mm，壁厚0.15～1.0mm；所述热塑层厚度在0.14~0.9mm之间；所述树脂层厚度在0.01~0.1mm之间。
按照本发明的另一个方面，提供了所述全干式松套管光单元的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将热塑性高分子松套管形成料在成束的光导元件外侧挤出，形成松套管热塑层基材；
（2）使步骤（1）所述松套管热塑层基材在空气中冷却后，进入热水槽预冷却，所述热塑性高分子松套管形成料冷却定型为热塑层，获得半固化松套管；
（3）在所述半固化松套管内壁喷涂光固化树脂前体溶液，用紫外灯照射步骤（2）获得的半固化松套管，使得所述半固化松套管内侧的光固化树脂前体溶液固化为树脂层，形成所述全干式松套管光单元。
优选地，所述全干式松套管光单元的制备方法，应用如下装置：
所述装置包括环状的挤出模、以及管状的集束喷涂复合模；所述挤出模以管状的集束喷涂复合模为中心嵌套共中轴设置；
所述挤出模具有模芯和模盖，形成环形挤出口；
所述集束喷涂复合模，具有处于外侧的喷涂腔、以及处于中心的集束管道；所述喷涂腔具有斜向外侧的倾角，所述倾角为喷涂腔与中轴的交角；
沿光纤放线方向，依次为挤出口、喷涂腔出口、以及集束管道末端；
所述喷涂腔倾角在5~30°，所述挤出口与所述喷涂腔末端之间相距20mm~100mm，所述喷涂腔与所述集束管道末端之间相距5mm~20mm。
按照本发明的另一个方面，提供了一种光缆，其特征在于，包括外护套和收纳于其中的缆芯，所述缆芯包括本发明提供的全干式松套管光单元。
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：
本发明提供的全干式松套管光单元，结构紧凑，阻水粉均匀分布在松套管内壁，保证阻水效果的同时，避免阻水粉堆积引起的附加传输损耗增加，并可以更好的控制余长。优选方案，本发明通过添加抗静电剂、润滑剂，进一步改善光导元件由于静电吸附、摩擦导致的附加传输损耗，并使得光缆余长更加稳定。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的全干式松套管光单元的制备装置剖面示意图；
图2是本发明实施例1提供的全干式松套管光单元的制备装置的喷涂腔末端局部放大图；
图3是本发明实施例1提供的全干式松套管光单元的制备装置的集束喷涂复合模末端端面结构示意图；
图4是本发明实施例2和4采用的全干式松套管光单元横截面结构示意图；
图5是本发明实施例3采用的全干式松套管光单元横截面结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为挤出模，1.1为模芯，1.2为模盖，2为集束喷涂复合模，2.1为喷涂腔，2.2为集束管道，3为热水槽，4为全干式松套管光单元，4.1为热塑层，4.2为树脂层，4.3为光导元件。
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。
本发明提供的全干式松套管光单元，包括光导元件和收纳所述光导元件的松套管；
所述松套管具有邻接的热塑层和树脂层；所述树脂层处于所述热塑层内侧；松套管外径为2.0mm～15mm，壁厚0.15～1.0mm；
所述热塑层为热塑高分子材料，且对于光固化树脂的光引发波段其光透过率在60%以上。典型地，其紫外光波段UVA光透过率在60%以上，以利于紫外光透射从而引发树脂层固化；所述热塑层收缩率在0.4%~2.0%之间。在制备工艺中热塑层首先制作，并在收缩的过程中涂覆光固化树脂，随后形成树脂层，因此热塑层的固化收缩率低于2.0%时，能避免树脂层固化过程受到热塑层收缩影响导致的褶皱或龟裂。所述热塑层可以为单层结构或多层结构，材料为非结晶塑料，非结晶塑料对于光引发波段具有良好的光透过率，优选选自PET、PC、PP和PA材质中的一种或多种，多种材料可以混合形成单层结构的热塑层，同时也可以复合形成多层结构的热塑层，其外径2.0mm～15mm，壁厚0.15～1.0mm；
所述树脂层为光固化树脂，所述光固化树脂为聚丙烯酸酯树脂，含有：丙烯酸单体20~60wt%、预聚物20~60%、引发剂1~5wt%、以及阻水粉10~20%。其中，阻水粉为聚丙烯酸钠，其直径在30um~200um之间，所述树脂层厚度在0.01~0.1mm之间。光固化树脂的前体具有良好的流动，可以形成较薄的树脂，在不明显增加松套管外径的前提下负载均匀分布的阻水粉，彻底解决阻水粉堆积、阻水纱扭结、贴壁等分布不均的问题，从而改善光缆的传输性能。阻水粉分布于树脂层的内表面而不是封埋于树脂层内部，才能有效的起到阻水作用。而阻水粉在树脂层中分布相对均匀，因此阻水粉的粒径配合树脂层的厚度在恰当的范围内能提高阻水效果，满足光缆阻水性能需求，同时亦可通过粒径规格和厚度的选择，调整松套管与光导元件接触的内表面的表面性能，控制二者之间的摩擦系数，从而改善光纤衰减性能。
所述树脂层也可以通过成分调整，来调整松套管内表面性能，如：添加抗静电剂1~3wt%，从而减小光纤与松套管内表面静电吸附使光纤贴壁导致的衰减增大，所述抗静电剂优选为石墨粉、石墨烯或云母粉；添加润滑剂1~5wt%，从而减少光纤与松套管内壁的摩擦力，降低附加衰减，所述润滑剂优选为硅酮。
本发明提供的全干式松套管光单元的制备方法，包括以下步骤：
（1）将热塑性高分子松套管形成料在成束的光导元件外侧挤出，形成松套管热塑层基材；
（2）使步骤（1）所述松套管热塑层基材在空气中冷却后，进入热水槽预冷却，所述热塑性高分子松套管形成料冷却定型为热塑层，获得半固化松套管；
热塑性高分子松套管的挤出工作温度通常在100℃以上，一般挤出加工温度在180~280℃，该温度下光固化树脂前体溶液的成分不稳定，可能造成固化性能或固化后树脂层性能不如预期。然而热塑层基材降温过快，则一方面导致收缩率较大，内侧喷涂光固化树脂后出现褶皱或龟裂，另一方面可能造成热塑层和树脂层界面结合不紧密，容易分层脱离。因此采用热水槽预冷却，维持热水槽温度在40~80℃。
（3）在所述半固化松套管内壁喷涂光固化树脂前体溶液，用紫外灯照射步骤（2）获得的半固化松套管，使得所述半固化松套管内侧的光固化树脂前体溶液固化为树脂层，形成所述全干式松套管光单元。所述光固化树脂前体溶液粘度为2000~10000mPa.s，避免光固化树脂前体溶液滴落于光导元件上或者涂布不均匀。
本发明提供的全干式松套管光单元的制备装置，如图1所示，包括环状的挤出模、以及管状的集束喷涂复合模；所述挤出模以管状的集束喷涂复合模为中心嵌套共中轴设置；
所述挤出模具有模芯和模盖，形成环形挤出口；
所述集束喷涂复合模，具有处于外侧的喷涂腔、以及处于中心的集束管道；所述喷涂腔末端具有斜向外侧的倾角，所述倾角为喷涂腔末端与中轴的交角，所述喷涂腔倾角在5~30°，以保证光固化树脂前体溶液均匀喷洒于半固化松套管内侧；所述喷涂腔具有环形截面，或者所述喷涂腔具有多个独立的管状腔体，所述腔体末端横截面优选为扇环形。当需要形光单元周向上不连续的树脂层时，多个独立的腔体末端分布于树脂层覆盖部分，更优选地，采用多个独立的腔体，其末端周向均匀分布，其末端处于树脂层覆盖部分的腔体进行喷涂工作。当需要形在光单元轴向上不连续的树脂层时，使喷涂腔按照时隙工作，形成脉冲式的间歇喷涂。
沿光导元件放线方向，依次为挤出口、喷涂腔末端、以及集束管道末端。所述挤出口与所述喷涂腔末端之间相距20~100mm，所述喷涂腔与所述集束管道末端之间相距5mm~20mm。
优选所述全干式松套管光单元的制备装置还包括热水槽，所述热水槽设置与所述挤出口距离20~100mm处。
以下为实施例：
实施例1
实施例1为全干式松套管光单元的制备装置，如图1所示，包括环状的挤出模1、以及管状的集束喷涂复合模2；所述挤出模1以管状的集束喷涂复合模2为中心嵌套共中轴设置；
所述挤出模具1有模芯1.1和模盖1.2，形成环形挤出口；
所述集束喷涂复合模2，具有处于外侧的喷涂腔2.1、以及处于中心的集束管道2.2；所述喷涂腔2.1具有斜向外侧的倾角，所述倾角为喷涂腔末端与中轴的交角即所述喷涂腔倾角A为15°，局部放大图如图2所示；所述喷涂腔2.1具有环形截面，如图3所示。
沿光导元件放线方向，依次为挤出口、喷涂腔末端、以及集束管道末端。所述挤出口与所述喷涂腔末端之间距离L1为50mm，所述喷涂腔与所述集束管道末端之间距离L2为10mm。
所述全干式松套管光单元的制备装置还包括热水槽3，所述热水槽设置与挤出口距离L3为55mm。
实施例2-4
应用实施例1提供的全干式松套管光单元的制备装置，制备光单元，所述光单元的结构如图4或5，其中实施例2、4采用图4的结构，光导元件4.3为着色光纤，实施例3采用图5的结构，光导元件4.3采用光纤带，收纳于松套管4中，所述松套管4具有邻接的热塑层4.1和树脂层4.2；树脂层4.2处于热塑层4.1的内侧并全面覆盖；材质选择见表1。对比例1、2、3、4、6光单元结构采用图4的结构，对比例5采用图5的结构。
实施例2-4和对比例1-3中全干式松套管光单元的其制造方法所采用的参数如表1所示。其制备方法包括以下步骤：
（1）将热塑性高分子松套管形成料在成束的光导元件4.3的外侧挤出，形成松套管热塑层基材；
（2）使步骤（1）所述松套管热塑层基材在空气中冷却后，进入热水槽预冷却，所述热塑性高分子松套管形成料冷却定型为热塑层4.1，获得半固化松套管；
（3）在所述半固化松套管内壁喷涂光固化树脂前体溶液，用紫外灯照射步骤（2）获得的半固化松套管，使得所述半固化松套管内侧的光固化树脂前体溶液固化为树脂层4.2，形成所述全干式松套管光单元4。所述光固化树脂前体溶液粘度为2000~10000mPa.s。
表1 全干式松套管光单元制备参数
其中树脂层成分：15wt%聚丙烯酸钠阻水粉，粒径分布在50um~150um之间，2wt%石墨粉，3wt%硅酮润滑剂与丙烯酸单体20~60wt%、预聚物20~60wt%、引发剂1~5wt%，助剂1~10wt%，按粘度需求调配。
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)
1.一种全干式松套管光单元，其特征在于，包括光导元件和收纳所述光导元件的松套管；
所述松套管具有邻接的热塑层和树脂层；
所述树脂层喷涂并固化成形于所述热塑层的内侧；
所述树脂层为光固化树脂，并且均匀分布有阻水粉；
所述热塑层为热塑高分子材料，且对于所述光固化树脂的光引发波段其光透过率在60%以上。
2.如权利要求1所述的全干式松套管光单元，其特征在于，所述光固化树脂为聚丙烯酸酯树脂，含有：
丙烯酸单体20~60wt%、预聚物20~60wt%、引发剂1~5wt%、助剂1~10wt%以及阻水粉10~20wt%。
3.如权利要求2所述的全干式松套管光单元，其特征在于，所述阻水粉为聚丙烯酸钠，其直径在30um~200um之间。
4.如权利要求2所述的全干式松套管光单元，其特征在于，所述光固化树脂含有抗静电剂1~3wt%，所述抗静电剂优选为石墨粉、石墨烯或云母粉。
5.如权利要求2所述的全干式松套管光单元，其特征在于，含有润滑剂1~5wt%，所述润滑剂优选为硅酮。
6.如权利要求1所述的全干式松套管光单元，其特征在于，所述热塑层为单层结构或多层结构，材料为非结晶塑料，优选选自PET、PC、PP和PA材质中的一种、多种的混合、或多种的复合，其320~400nm紫外波段光透过率≥60%。
7.如权利要求1所述的全干式松套管光单元，其特征在于，所述松套管外径为2.0mm～15mm，壁厚0.15～1.0mm；所述热塑层厚度在0.14~0.9mm之间；所述树脂层厚度在0.01~0.1mm之间。
8.如权利要求1至7任意一项所述的全干式松套管光单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将热塑性高分子松套管形成料在成束的光导元件外侧挤出，形成松套管热塑层基材；
（2）使步骤（1）所述松套管热塑层基材在空气中冷却后，进入热水槽预冷却，所述热塑性高分子松套管形成料冷却定型为热塑层，获得半固化松套管；
（3）在所述半固化松套管内壁喷涂光固化树脂前体溶液，用紫外灯照射步骤（2）获得的半固化松套管，使得所述半固化松套管内侧的光固化树脂前体溶液固化为树脂层，形成所述全干式松套管光单元。
9.如权利要求8所述的全干式松套管光单元的制备方法，其特征在于，应用如下装置：
所述装置包括环状的挤出模、以及管状的集束喷涂复合模；所述挤出模以管状的集束喷涂复合模为中心嵌套共中轴设置；
所述挤出模具有模芯和模盖，形成环形挤出口；
所述集束喷涂复合模，具有处于外侧的喷涂腔、以及处于中心的集束管道；所述喷涂腔具有斜向外侧的倾角，所述倾角为喷涂腔与中轴的交角；
沿光纤放线方向，依次为挤出口、喷涂腔出口、以及集束管道末端；
所述喷涂腔倾角在5~30°，所述挤出口与所述喷涂腔末端之间相距20mm ~100mm，所述喷涂腔与所述集束管道末端之间相距5mm~20mm。
10.一种光缆，其特征在于，包括外护套和收纳于其中的缆芯，所述缆芯包括如权利要求1至7任意一项所述的全干式松套管光单元。
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