CN118091860A - 一种光缆及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光缆生产的技术领域，具体公开了一种光缆及其生产工艺。所述光缆由内至外依次包括光纤、松套管、绝缘层和护套，所述松套管包覆在光纤的外部，所述光纤和松套管之间填充有纤膏，所述绝缘层包覆在松套管的外部，所述绝缘层为芳纶，所述护套为低烟无卤阻燃聚烯烃护套且包覆在芳纶的外部；生产工艺为：将TPU和乙烯‑醋酸乙烯共聚物混合，加热，加入交联剂、增塑剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、复合防霉剂、复合物，混合均匀，得到混合料；在绝缘层外部将混合料挤出，冷却成型，得到护套，制得光缆。本申请的光缆及其生产工艺，通过原料之间的协同作用，具有提高光缆抗老化开裂性的优点。

Description

一种光缆及其生产工艺

技术领域

本申请涉及光缆生产技术领域，尤其是涉及一种光缆及其生产工艺。

背景技术

光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用位于护套内的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件，外包有护套，有的还包覆护套，用以实现光信号传输。

目前，光缆主要应用于高速通信网络、数据中心互联、广播电视传输、智能交通系统、工业自动化与控制系统、医疗健康领域和航空航天与国防等领域，而且光缆一般是直接裸露在自然环境中的，由于长时间暴露在外界环境中，容易受到氧、光和紫外线的影响，从而使得光缆表面容易造成老化开裂现象，影响使用。

发明内容

为了提高光缆的抗老化开裂性，本申请提供一种光缆及其生产工艺。

第一方面，本申请提供一种光缆，采用如下技术方案：

一种光缆，所述光缆由内至外依次包括光纤、松套管、绝缘层和护套，所述松套管包覆在光纤的外部，所述光纤和松套管之间填充有纤膏，所述绝缘层包覆在松套管的外部，所述绝缘层为芳纶，所述护套为低烟无卤阻燃聚烯烃护套且包覆在芳纶的外部。

作为优选：所述低烟无卤阻燃聚烯烃护套包括以下重量份的原料：TPU60-90份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-40份、交联剂0.5-2份、增塑剂1-3份、抗老化剂1-5份、紫外线吸收剂1-5份、阻燃剂4-7份、复合防霉剂9-12份、复合物5-10份，其中，复合物为氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉复配而成。

通过采用上述技术方案，本申请的光缆，通过各原料之间的协同作用，不仅能够使光缆保持较优的阻燃性和防霉性，还提高了抗老化开裂性，其中，老化前光缆的拉伸强度为28.8-35.6MPa，断裂伸长率为443-515%，老化后拉伸强度变化率为-2.9-（-0.8）%，老化后断裂伸长率为-5.5-（-3.5）%，180℃的热稳定时间为65-90s，阻燃等级均为V-0，防霉等级均为0级。

光缆由光纤、松套管、绝缘层和护套组成，护套主要起到保护的作用。其中，护套中的TPU和乙烯-醋酸乙烯共聚物为主要成分，交联剂能够使护套原料之间形成三维网络结构，提高稳定性和机械性能；增塑剂能够改善熔融粘度，改善加工性能，增加柔韧性；抗老化剂和紫外吸收剂能够提高护套对自然环境中的氧、光、紫外线的抵抗作用，从而减少光缆护套出现开裂现象；阻燃剂能够提高光缆的阻燃性；复合防霉剂能够提高光缆的防霉性。

复合物为氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉复配而成，氟碳改性氧化石墨烯具有出色的抵抗氧气和紫外线等的氧化作用，还具有高比表面积和优异的机械性能，可以增强护套的强度和耐磨性，减少护套在长期使用中出现老化开裂的现象。芦苇炭粉具有一定的抗氧化性能，能够抵抗氧气、光、紫外线等外界因素对护套的氧化作用，还可作为一种填充剂，增强护套材料的强度和耐磨性。将氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉进行复配，不仅能够使氟碳改性氧化石墨烯包覆在芦苇炭粉表面，形成保护层，有效弥补芦苇炭粉本身的脆性，抑制裂纹，减少开裂，还能够通过二者之间的协同作用，进一步提高对氧、光、紫外线的抵抗作用，从而提高光缆的抗老化开裂性。

作为优选：所述复合物采用以下方法制备：将芦苇炭粉过筛，干燥至恒重，备用；将氟碳改性氧化石墨烯放入无水乙醇中，超声分散，加入芦苇炭粉，混合均匀，干燥至恒重，得到复合物。

进一步的，所述复合物采用以下方法制备：将芦苇炭粉过200目筛，干燥至恒重，备用；将氟碳改性氧化石墨烯放入无水乙醇中，超声分散20-30min，加入芦苇炭粉，混合均匀，干燥至恒重，得到复合物；

其中，每1g氟碳改性氧化石墨烯中无水乙醇的添加量为4-6mL。

通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对复合物进行制备，能够使氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉更好的进行复配，便于提高光缆的抗老化开裂性。

作为优选：所述芦苇炭粉和氟碳改性氧化石墨烯的重量配比为1：（0.2-0.5）。

氟碳改性氧化石墨烯的添加量过多，会导致在芦苇炭粉表面进行过多的包覆，影响芦苇炭粉发挥作用；氟碳改性氧化石墨烯的添加量过少，不能较优的与芦苇炭粉进行复配，使得复合物不能较优的发挥作用，通过采用上述技术方案，当氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉的添加量在上述范围内时，能够进一步提高护套的抗老化性，从而能够更优的提高光缆的抗老化开裂性。

作为优选：所述芦苇炭粉采用以下方法制备：将芦苇清洗干净并晾干，进行炭化，且边炭化边通入二氧化碳，炭化完成后，取出，冷却，筛分，得到芦苇炭粉。

进一步的，所述芦苇炭粉采用以下方法制备：将芦苇清洗干净并晾干，在700-1000℃的温度下进行炭化20-40min，且边炭化边以10-20mL/min的流量通入二氧化碳，炭化完成后，取出，冷却，筛分，得到芦苇炭粉。

通过采用上述技术方案，利用上述方法对芦苇炭粉进行制备，便于更好的制得芦苇炭粉，便于芦苇炭粉在护套中更好的发挥作用。

作为优选：所述氟碳改性氧化石墨烯采用以下方法制备：将氟碳放入水中，搅拌，加入乳化剂，混合均匀，再加入引发剂，加热升温，进行反应，得到氟碳乳液；将氧化石墨烯放入水中，超声分散，加入氟碳乳液，调pH值至中性，得到氟碳改性氧化石墨烯。

进一步的，所述氟碳改性氧化石墨烯采用以下方法制备：将氟碳放入水中，搅拌，加入乳化剂，混合均匀，再加入引发剂，加热升温70-90℃，进行反应，得到氟碳乳液；将氧化石墨烯放入水中，超声分散20-40min，加入氟碳乳液，用三乙醇胺调pH值至中性，得到氟碳改性氧化石墨烯；

其中，氟碳和水的重量配比为1：（0.8-1.2），氟碳和乳化剂的重量配比为1：（0.02-0.04），氟碳和引发剂的重量配比为1：（0.001-0.002），每1g氧化石墨烯中水的添加量为5-7mL。

通过采用上述技术方案，氟碳乳液是一种含有氟碳化合物的溶液，它可以与氧化石墨烯表面发生反应，形成氟碳键。这种改性可以显著提高氧化石墨烯的抗紫外线性，因为氟碳化合物具有优异的耐候性和化学稳定性。氟碳溶液处理后的氧化石墨烯表面会变得更加疏水，有助于提高其耐久性，从而更有利于提高光缆的抗老化开裂性。

作为优选：所述氟碳和氧化石墨烯的重量配比为（2-4）：1。

氟碳的添加量过多，当对氧化石墨烯的改性达到饱和时，会造成原料的浪费；氟碳的添加量过少，不能较优的对氧化石墨烯进行改性，不能更优的提高氧化石墨烯的抗紫外性。通过采用上述技术方案，当氟碳的添加量在上述范围内时，能够更优的对氧化石墨烯进行改性，有助于提高光缆的抗老化开裂性。

作为优选：所述抗老化剂为抗氧剂B215、抗氧剂1010、抗氧剂264中的一种或多种，所述紫外线吸收剂为H61、UV-531、1130中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，对抗老化剂和紫外线吸收剂进行限定，能够进一步提高光缆对氧、紫外线的抵抗作用，有助于提高光缆的抗老化开裂性。

作为优选：所述复合防霉剂为纳米氧化锌、正辛基异噻唑啉酮防霉剂、聚六亚甲基胍的混合物，且纳米氧化锌、正辛基异噻唑啉酮防霉剂、聚六亚甲基胍的重量配比为1:1:1。

通过采用上述技术方案，纳米氧化锌由于其小尺寸效应和大的比表面积，具有很强的抗菌和防霉能力。它可以通过破坏霉菌细胞的细胞壁和细胞膜，从而达到杀死霉菌和抑制霉菌生长的目的；正辛基异噻唑啉酮是一种广谱、高效的防霉剂，对多种霉菌具有很好的抑制和杀灭作用。它可以通过破坏霉菌的细胞结构和代谢过程，从而达到防霉的目的；聚六亚甲基胍是一种环保型的防霉剂，对多种霉菌和细菌具有很好的抑制和杀灭作用。它可以通过破坏霉菌的细胞壁和细胞膜，从而达到杀死霉菌和抑制霉菌生长的目的。利用三者共同作为复合防霉剂，能更优的提高光缆的防霉性。

第二方面，本申请提供一种光缆的生产工艺，采用如下技术方案：

一种光缆的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将TPU和乙烯-醋酸乙烯共聚物混合，加热，加入交联剂、增塑剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、复合防霉剂、复合物，混合均匀，得到混合料；

S2：在芳纶外部将混合料挤出，冷却成型，得到低烟无卤阻燃聚烯烃护套，制得光缆。

进一步的，一种光缆的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将TPU和乙烯-醋酸乙烯共聚物混合，加热至70-80℃，加入交联剂、增塑剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、复合防霉剂、复合物，混合均匀，得到混合料；

S2：在芳纶外部将混合料挤出，冷却成型，得到低烟无卤阻燃聚烯烃护套，制得光缆。

通过采用上述技术方案，先对护套进行制备，便于护套的各原料混合的更加均匀，便于提高护套的抗老化性，从而有助于提高光缆的抗老化开裂性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、由于本申请中采用氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉进行复配，不仅能够使氟碳改性氧化石墨烯包覆在芦苇炭粉表面，形成保护层，有效弥补芦苇炭粉本身的脆性，抑制裂纹，减少开裂，还能够通过二者之间的协同作用，进一步提高对氧、光、紫外线的抵抗作用，从而提高光缆的抗老化开裂性，可使老化前光缆的拉伸强度达到35.6MPa，断裂伸长率达到515%，老化后拉伸强度变化率减小为-0.8%，老化后断裂伸长率减小为-3.5%，180℃的热稳定时间达到90s，阻燃等级达到V-0，防霉等级达到0级。

2、本申请中优选采用氟碳对氧化石墨烯进行改性，这种改性可以显著提高氧化石墨烯的抗紫外线性，因为氟碳化合物具有优异的耐候性和化学稳定性。氟碳溶液处理后的氧化石墨烯表面会变得更加疏水，有助于提高其耐久性，从而更有利于提高光缆的抗老化开裂性。

附图说明

图1是光缆的结构示意图。

附图标记说明：1、光纤；2、松套管；3、绝缘层；4、护套；5、纤膏。

具体实施方式

以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。

本申请的所有原料均可通过市售获得。

交联剂为过氧化苯甲酰；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；抗老化剂为抗氧剂B215；紫外线吸收剂为UV-531；阻燃剂为氢氧化铝；乳化剂为硬脂酸镁；引发剂为过硫酸钠；聚六亚甲基胍分子量为533；氟碳为氟碳漆，购于浙江蓝天环保高科技股份有限公司。

制备例1

一种芦苇炭粉，其采用以下方法制备：

将10kg芦苇清洗干净并晾干，在750℃的温度下进行炭化30min，且边炭化边以15mL/min的流量通入二氧化碳，炭化完成后，取出，冷却，筛分，得到芦苇炭粉。

制备例2

一种氟碳改性氧化石墨烯，其采用以下方法制备：

将4kg氟碳放入水中，搅拌，加入乳化剂，混合均匀，再加入引发剂，加热升温至80℃，进行反应，得到氟碳乳液；将2kg氧化石墨烯放入12L水中，超声分散30min，加入氟碳乳液，用三乙醇胺调pH值至中性，得到氟碳改性氧化石墨烯；

其中，氟碳和水的重量配比为1：1，氟碳和乳化剂的重量配比为1：0.03，氟碳和引发剂的重量配比为1：0.0015。

制备例3

一种氟碳改性氧化石墨烯，其和制备例2的区别之处在于，氟碳的添加量不同，制备例中氟碳的添加量为6kg。

制备例4

一种氟碳改性氧化石墨烯，其和制备例2的区别之处在于，氟碳的添加量不同，制备例中氟碳的添加量为8kg。

制备例5

一种复合物，其采用以下方法制备：

将2kg采用制备例1制备得到的芦苇炭粉过200目筛，干燥至恒重，备用；将0.4kg采用制备例2制备得到的氟碳改性氧化石墨烯放入无水乙醇中，超声分散25min，加入芦苇炭粉，混合均匀，干燥至恒重，得到复合物；每1g氟碳改性氧化石墨烯中无水乙醇的添加量为5mL。

制备例6

一种复合物，其和制备例5的区别之处在于，氟碳改性氧化石墨烯的添加量不同，制备例6中的氟碳改性氧化石墨烯的添加量为0.7kg。

制备例7

一种复合物，其和制备例5的区别之处在于，氟碳改性氧化石墨烯的添加量不同，制备例6中的氟碳改性氧化石墨烯的添加量为1kg。

制备例8-9

一种复合物，其和制备例6的区别之处在于，氟碳改性氧化石墨烯的来源不同，制备例8-9中的氟碳改性氧化石墨烯分别采用制备例3-4制备得到。

实施例1

一种光缆，如图1所示，由内至外依次包括光纤1、松套管2、绝缘层3和护套4，松套管2包覆在光纤1的外部，光纤1和松套管2之间填充有纤膏5，绝缘层3包覆在松套管2的外部，绝缘层3为芳纶，护套4为低烟无卤阻燃聚烯烃护套且包覆在芳纶的外部，且低烟无卤阻燃聚烯烃护套的原料配比见表1所示。

一种光缆的生产工艺，包括如下步骤：

S1：将TPU和乙烯-醋酸乙烯共聚物混合，加热至75℃，加入交联剂、增塑剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、复合防霉剂、采用制备例5制备得到的复合物，混合均匀，得到混合料；

S2：在芳纶外部将混合料挤出，冷却成型，得到低烟无卤阻燃聚烯烃护套，制得光缆。

实施例2-5

实施例2-5的光缆与光缆的生产工艺均以实施例1为基准，实施例2-5中护套中各项原料配比见表1。

表1 实施例1-5护套中各原料掺量（单位：kg）

实施例6-9

一种光缆，其和实施例4的区别之处在于，护套原料中的复合物的来源不同，实施例6-9中的复合物分别采用制备例6-9制备得到。

对比例1

一种光缆，其和实施例1的区别之处在于，护套中未添加复合物。

对比例2

一种光缆，其和实施例1的区别之处在于，护套中的氟碳改性氧化石墨烯等量替换为氧化石墨烯。

对比例3

一种光缆，其和实施例1的区别之处在于，护套中的氟碳改性氧化石墨烯等量替换为芦苇炭粉。

对比例4

一种光缆，其和实施例1的区别之处在于，护套中的芦苇炭粉等量替换为氟碳改性氧化石墨烯。

对实施例1-9和制备例1-4中的光缆进行下述性能检测：

拉伸强度：依据GB/T1040-1992《塑料拉伸性能试验方法》对光缆的拉伸强度进行测定，检测结果如表2所示。

断裂伸长率：依据依据GB/T1040-1992《塑料拉伸性能试验方法》对光缆的断裂伸长率进行测定，检测结果如表2所示。

老化试验：依据GB/T2951.2-1997《电缆绝缘和护套材料通用试验方法 第1部分：通用试验方法 第2节：热老化试验方法》与《GBT 2951.12-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第12部分：通用试验方法—热老化试验方法》对光缆进行老化与热稳定试验，控制烘箱温度为180℃，老化时间为24h，检测结果如表2所示。

阻燃性：依据GB/T 2408—2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》对光缆的阻燃性进行测定，检测结果如表3所示。

防霉性：依据GJB 150 .10A-2009《霉菌试验产品长霉测试试验》对光缆的防霉性进行测定，检测结果如表3所示。

表2 检测结果

表3 检测结果

从表2和表3中可以看出，本申请的光缆，通过各原料之间的协同作用，不仅能够使光缆保持较优的阻燃性和防霉性，还提高了抗老化开裂性，其中，老化前光缆的拉伸强度为28.8-35.6MPa，断裂伸长率为443-515%，老化后拉伸强度变化率为-2.9-（-0.8）%，老化后断裂伸长率为-5.5-（-3.5）%，180℃的热稳定时间为65-90s，阻燃等级均为V-0，防霉等级均为0级。

结合实施例1和对比例1-4可以看出，实施例1中的老化前光缆的拉伸强度为28.8MPa，断裂伸长率为443%，老化后拉伸强度变化率为-2.9%，老化后断裂伸长率为-5.5%，180℃的热稳定时间为65s，老化性能优于对比例1-4，阻燃等级为V-0，防霉等级为0级，表明护套原料中采用氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉复配作为复合物更为合适，能够提高光缆的抗老化开裂性。

结合实施例1-5可以看出，实施例4中的老化前光缆的拉伸强度为32.6MPa，断裂伸长率为487%，老化后拉伸强度变化率为-1.7%，老化后断裂伸长率为-4.5%，180℃的热稳定时间为78s，阻燃等级为V-0，防霉等级为0级，优于其他实施例，表明实施例4中的光缆护套各原料的添加量更为合适，更能够提高光缆的抗老化开裂性。

结合实施例4、实施例6-9可以看出，实施例8中的老化前光缆的拉伸强度为35.6MPa，断裂伸长率为515%，老化后拉伸强度变化率为-0.8%，老化后断裂伸长率为-3.5%，180℃的热稳定时间为90s，阻燃等级为V-0，防霉等级为0级，优于其他实施例，表明复合物采用制备例8制备得到更为合适，更能够提高光缆的抗老化开裂性。

上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光缆，其特征在于：所述光缆由内至外依次包括光纤、松套管、绝缘层和护套，所述松套管包覆在光纤的外部，所述光纤和松套管之间填充有纤膏，所述绝缘层包覆在松套管的外部，所述绝缘层为芳纶，所述护套为低烟无卤阻燃聚烯烃护套且包覆在芳纶的外部；所述低烟无卤阻燃聚烯烃护套包括以下重量份的原料：TPU60-90份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-40份、交联剂0.5-2份、增塑剂1-3份、抗老化剂1-5份、紫外线吸收剂1-5份、阻燃剂4-7份、复合防霉剂9-12份、复合物5-10份，其中，复合物为氟碳改性氧化石墨烯和芦苇炭粉复配而成；所述复合物采用以下方法制备：将芦苇炭粉过筛，干燥至恒重，备用；将氟碳改性氧化石墨烯放入无水乙醇中，超声分散，加入芦苇炭粉，混合均匀，干燥至恒重，得到复合物。

2.根据权利要求1所述的一种光缆，其特征在于：所述芦苇炭粉和氟碳改性氧化石墨烯的重量配比为1：（0.2-0.5）。

3.根据权利要求1所述的一种光缆，其特征在于：所述芦苇炭粉采用以下方法制备：将芦苇清洗干净并晾干，进行炭化，且边炭化边通入二氧化碳，炭化完成后，取出，冷却，筛分，得到芦苇炭粉。

4.根据权利要求1所述的一种光缆，其特征在于：所述氟碳改性氧化石墨烯采用以下方法制备：将氟碳放入水中，搅拌，加入乳化剂，混合均匀，再加入引发剂，加热升温，进行反应，得到氟碳乳液；将氧化石墨烯放入水中，超声分散，加入氟碳乳液，调pH值至中性，得到氟碳改性氧化石墨烯。

5.根据权利要求4所述的一种光缆，其特征在于：所述氟碳和氧化石墨烯的重量配比为（2-4）：1。

6.根据权利要求1所述的一种光缆，其特征在于：所述抗老化剂为抗氧剂B215、抗氧剂1010、抗氧剂264中的一种或多种，所述紫外线吸收剂为H61、UV-531、1130中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种光缆，其特征在于：所述复合防霉剂为纳米氧化锌、正辛基异噻唑啉酮防霉剂、聚六亚甲基胍的混合物，且纳米氧化锌、正辛基异噻唑啉酮防霉剂、聚六亚甲基胍的重量配比为1:1:1。

8.一种如权利要求1-7任一所述的光缆的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将TPU和乙烯-醋酸乙烯共聚物混合，加热，加入交联剂、增塑剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、复合防霉剂、复合物，混合均匀，得到混合料；

S2：在芳纶外部将混合料挤出，冷却成型，得到低烟无卤阻燃聚烯烃护套，制得光缆。