CN106483614B - 一种高耐热型柔性光缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐热型柔性光缆及其制备方法，该高耐热型柔性光缆包括表面层、热防护加强层、中层套管、屏蔽层、内包层、芯材六层，表面层由固化有阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶制成，热防护加强层采用石墨化碳纤维编织而成，中层套管为ENB三元乙丙橡胶制成，屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85‑92份、二氧化硫2‑3份、二氧化碳2‑3份、氧化硼6‑8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85‑92份、五氧化二磷3‑4份、氧化锗8‑10份。本发明绝缘性强、屏蔽效果好、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件领域，尤其涉及一种高耐热型柔性光缆及其制备方法。
背景技术
光缆(optical fiber cable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中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。光缆主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆。光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种绝缘性强、屏蔽效果好、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长的高耐热型柔性光缆及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高耐热型柔性光缆的制造方法，包括以下步骤：
1)内包层坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量纯度不低于99.99％的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②准备如下设备：设置有石英管的玻璃车床、氢氧焰发生装置、烧瓶、气体输送管道、热电偶和气体质量流量计；
③在烧瓶内盛装四氟化硅、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
④以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
⑤点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑥通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑦当石英管内玻璃质沉积到5-8mm后，即获得了所需内包层坯材；
2)芯材坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化锗8-10份，足量纯度不低于99.99％的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②在烧瓶内盛装四氟化硅、三氯氧磷、四氯化锗，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
③以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
④点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑤通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑥当石英管内玻璃质沉积到中间孔径不大于5mm时，即获得所需芯材坯材；
3)实心玻璃棒坯的制备
①将热电偶移至石英管与氢氧焰发生装置垂直对应的外表面上方；
②待石英管管壁加热至1800℃-1900℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1800℃-1900℃区间内；
③待石英管内玻璃质高温软化收缩至实心时，即获得所需实心玻璃棒坯；
4)光纤的制备
①采用常规标准方式将3)获得的实心玻璃棒坯拉制成纤维丝；
②在纤维丝表面通过物理气相沉积方法包覆一层碳膜，该层碳膜即为屏蔽层；
③按标准方法将带有屏蔽层的纤维丝制成所需单模或多模光纤芯；
④选用ENB三元乙丙橡胶作为原材料，通过标准方法固化在带有屏蔽层的纤维丝表面，该层ENB三元乙丙橡胶即为所需中层套管；
5)石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3∶7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min-10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min-8min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃-2500℃环境下，保温8s-12s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
6)光缆的制备
①选用5)获得的石墨化碳纤维编织成网套套装在中层套管表面，该层为热防护加强层；
②表层封装材料选用固化有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于甲基乙基型硅橡胶的原材料在制备过程中会有一定的烧损，最终获得的成品甲基乙烯基硅橡胶内氢氧化镁阻燃剂的含量可达5-8wt％；将该材料以标准方式固化在热防护加强层表面，形成表面层，即获得所需高耐热型柔性光缆。
根据上述方法制造出的高耐热型柔性光缆，包括表面层、热防护加强层、中层套管、屏蔽层、内包层、芯材六层，其中表面层由固化有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶制成，热防护加强层采用石墨化碳纤维编织而成，中层套管为ENB三元乙丙橡胶制成，屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化锗8-10份。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：额外在表层材料选用时固化了适量的氢氧化镁阻燃剂，氢氧化镁是一种新型无卤无毒阻燃剂，通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用，明显提高了本发明的耐高温性能；ENB三元乙丙橡胶也具有非常好的耐高温的抗老化性能，相较于常规的环氧树脂而言，ENB三元乙丙橡胶更加柔软、有弹性，还具有一定的强度，使得光纤更不易弯折；石墨化纤维具有高强度高柔韧性，还是最佳的光信号屏蔽材料；本发明还采用了特定的MCVD光纤制造方法，MCVD是一种常规的高质量光纤制作方法，本发明在其基础上改良了芯材和内包层的玻璃成份，相较于常规配方，其内的氧化物更多、更复杂，使得芯材的折射率更高、内包层的拆射率更低，也使制成的玻璃纤维具有了更高的柔韧性，可以以更小的弯曲半径进行弯折而不会生茬或断裂，同时对高温的耐受能力更强，也更不易受到外来光源或其它信号的干扰，信号传输质量更稳定；碳是已知常规光纤屏蔽材料中最好的屏蔽材料，而本发明采用物理气相沉积的方法获得的碳膜与基体结合力强、相较于常规碳膜也更加致密、光洁，因此本发明的屏蔽效果也同样优秀。
具体实施方式
实施例1：
一种高耐热型柔性光缆，包括表面层、热防护加强层、中层套管、屏蔽层、内包层、芯材六层，其中表面层由固化有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶制成，热防护加强层采用石墨化碳纤维编织而成，中层套管为ENB三元乙丙橡胶制成，屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化锗8-10份。
上述高耐热型柔性光缆的制造方法，包括以下步骤：
1)内包层坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量纯度不低于99.99％的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②准备如下设备：设置有石英管的玻璃车床、氢氧焰发生装置、烧瓶、气体输送管道、热电偶和气体质量流量计；
③在烧瓶内盛装四氟化硅、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
④以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
⑤点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑥通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑦当石英管内玻璃质沉积到5-8mm后，即获得了所需内包层坯材；
2)芯材坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化锗8-10份，足量纯度不低于99.99％的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②在烧瓶内盛装四氟化硅、三氯氧磷、四氯化锗，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
③以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
④点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑤通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑥当石英管内玻璃质沉积到中间孔径不大于5mm时，即获得所需芯材坯材；
3)实心玻璃棒坯的制备
①将热电偶移至石英管与氢氧焰发生装置垂直对应的外表面上方；
②待石英管管壁加热至1800℃-1900℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1800℃-1900℃区间内；
③待石英管内玻璃质高温软化收缩至实心时，即获得所需实心玻璃棒坯；
4)光纤的制备
①采用常规标准方式将3)获得的实心玻璃棒坯拉制成纤维丝；
②在纤维丝表面通过物理气相沉积方法包覆一层碳膜，该层碳膜即为屏蔽层；
③按标准方法将带有屏蔽层的纤维丝制成所需单模或多模光纤芯；
④选用ENB三元乙丙橡胶作为原材料，通过标准方法固化在带有屏蔽层的纤维丝表面，该层ENB三元乙丙橡胶即为所需中层套管；
5)石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3∶7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min-10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min-8min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃-2500℃环境下，保温8s-12s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
6)光缆的制备
①选用5)获得的石墨化碳纤维编织成网套套装在中层套管表面，该层为热防护加强层；
②表层封装材料选用固化有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀，由于甲基乙基型硅橡胶的原材料在制备过程中会有一定的烧损，最终获得的成品甲基乙烯基硅橡胶内氢氧化镁阻燃剂的含量可达5-8wt％；将该材料以标准方式固化在热防护加强层表面，形成表面层，即获得所需高耐热型柔性光缆。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种高耐热型柔性光缆的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)内包层坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量纯度不低于99.99％的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②准备如下设备：设置有石英管的玻璃车床、氢氧焰发生装置、烧瓶、气体输送管道、热电偶和气体质量流量计；
③在烧瓶内盛装四氟化硅、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
④以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
⑤点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑥通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑦当石英管内玻璃质沉积到5-8mm后，即获得了所需内包层坯材；
2)芯材坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化锗8-10份，足量纯度不低于99.99％的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②在烧瓶内盛装四氟化硅、三氯氧磷、四氯化锗，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
③以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
④点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑤通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑥当石英管内玻璃质沉积到中间孔径不大于5mm时，即获得所需芯材坯材；
3)实心玻璃棒坯的制备
①将热电偶移至石英管与氢氧焰发生装置垂直对应的外表面上方；
②待石英管管壁加热至1800℃-1900℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1800℃-1900℃区间内；
③待石英管内玻璃质高温软化收缩至实心时，即获得所需实心玻璃棒坯；
4)光纤的制备
①采用常规标准方式将3)获得的实心玻璃棒坯拉制成纤维丝；
②在纤维丝表面通过物理气相沉积方法包覆一层碳膜，该层碳膜即为屏蔽层；
③按标准方法将带有屏蔽层的纤维丝制成所需单模或多模光纤芯；
④选用ENB三元乙丙橡胶作为原材料，通过标准方法固化在带有屏蔽层的纤维丝表面，该层ENB三元乙丙橡胶即为所需中层套管；
5)石墨化碳纤维的制备
①通过标准方法将氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3∶7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝按标准方法进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min-10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min-8min获得炭化纤维；
⑥将步骤⑤获得的炭化纤维置进行石墨化处理，即将之放置于2400℃-2500℃环境下，保温8s-12s；
⑦收丝，获得所需石墨化碳纤维；
6)光缆的制备
①选用5)获得的石墨化碳纤维编织成网套套装在中层套管表面，该层为热防护加强层；
②表层封装材料选用固化有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶，固化方法为在按标准方法制备甲基乙基型硅橡胶时，在其原材料中直接加入3-5wt％氢氧化镁粉末并与其它原材料混合均匀；将该材料以标准方式固化在热防护加强层表面，形成表面层，即获得所需高耐热型柔性光缆。
2.根据权利要求1所述方法制造出的高耐热型柔性光缆，其特征在于：该高耐热型柔性光缆包括表面层、热防护加强层、中层套管、屏蔽层、内包层、芯材六层，其中表面层由固化有5-8wt％氢氧化镁阻燃剂的甲基乙烯基硅橡胶制成，热防护加强层采用石墨化碳纤维编织而成，中层套管为ENB三元乙丙橡胶制成，屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化锗8-1O份。
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