CN116626833A

CN116626833A - 防冻耐火防鼠光缆

Info

Publication number: CN116626833A
Application number: CN202310899062.XA
Authority: CN
Inventors: 徐建秋; 缪斌; 赵静; 缪小明; 谭枫; 刘玉琴; 钱慧慧
Original assignee: Jiangsu Zhongtian Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhongtian Technology Co Ltd
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2023-07-21
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2043-07-21
Also published as: CN116626833B

Abstract

本发明提供了一种防冻耐火防鼠光缆。防冻耐火防鼠光缆包括由内到外依次设置的缆芯、储能保温层、防冻层、铠装层和外护套；缆芯包括绕周向布置的多个光单元，每个光单元的外周均设有耐火层；铠装层包括绕周向设置的多根玻璃纤维增强塑料杆，并且多根玻璃纤维增强塑料杆设置在外护套的内侧；防冻层包括防冻基底和设置在防冻基底内部且绕周向设置的胶囊A和胶囊B，胶囊A和胶囊B被构造为能够发生化学反应并放热，储能保温层被构造为能够存储热能。本发明的技术方案同时具有防冻、耐火和防鼠的功能，在外部环境骤升或骤降时，能够维持光缆内部温度的温度，避免造成光信号传输不稳定的问题。

Description

防冻耐火防鼠光缆

技术领域

本发明涉及光缆技术领域，具体而言，涉及一种防冻耐火防鼠光缆。

背景技术

随着物联网、云计算、大数据等信息技术的飞速发展和应用，各行业对信息传输的需求愈发旺盛，通信网络的覆盖面也随之越来越广，重要性不断提高。同时，通信线路异常中断造成的损失也越来越大，这对光缆的结构设计提出了更高的要求。由于我国幅员辽阔，各地环境温度不尽相同，特别是海拔相对较高的内陆区域，昼夜温差远大于其他地区，最大温差可达50℃-70℃，这类应用环境下的光缆极易遭受冰冻故障，造成线路通信中断事故。

现有光缆常包括由内至外依次设置的多个光单元、耐火层、内护套、铠装层和外护套，通过在多个光单元的外周设置一层耐火层（即一层耐火层包覆在多个光单元的外周），以使光缆具有耐火、防鼠的功能。但是在遭受外界环境温度骤升或骤降等情况时，光缆内部的温度受环境温度影响而变化，导致光信号传输不稳定的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种防冻耐火防鼠光缆，以解决现有技术中的光缆内部温度随外界环境温度的变化而变化，进而影响光信号传输稳定性的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种防冻耐火防鼠光缆，包括由内到外依次设置的缆芯、储能保温层、防冻层、铠装层和外护套；缆芯包括绕周向布置的多个光单元，每个光单元的外周均设有耐火层；铠装层包括绕周向设置的多根玻璃纤维增强塑料杆，并且多根玻璃纤维增强塑料杆设置在外护套的内侧；防冻层包括防冻基底和设置在防冻基底内部且绕周向设置的胶囊A和胶囊B，胶囊A和胶囊B被构造为能够在预设条件下发生化学反应并放热，储能保温层被构造为能够存储热能。

进一步地，储能保温层包括沿周向设置的多个相变储能胶囊，相变储能胶囊内设有相变材料，以使相变储能胶囊能够在外部温度上升时收集并存储热量，以及在外部温度下降或恒定不变时释放热量。

进一步地，胶囊A和胶囊B的数量相同，胶囊A包括第一胶囊体和设置在第一胶囊体内的第一反应物，第一反应物包括聚酯多元醇、水溶性硅油和蒸馏水；胶囊B包括第二胶囊体和设置在第二胶囊体内的第二反应物，第二反应物包括二苯基甲烷二异氰酸酯、三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡，其中，聚酯多元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比范围为1.6~3.33。

进一步地，第一胶囊体和第二胶囊体中的至少一个包括第一防护层和设置在第一防护层内的第二防护层，并且第二防护层的弹性模量大于第一防护层的弹性模量。

进一步地，第二防护层内设有反应物，并且第二防护层上开设有多个渗出孔。

进一步地，第二防护层围成的腔体内以及第一防护层和第二防护层形成的间隙内均设有反应物。

进一步地，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在防冻层内部且沿周向间隔布置的至少两根玻璃纤维增强塑料杆，至少两根玻璃纤维增强塑料杆将防冻层内部分为至少两个独立的空间。

进一步地，在冰冻环境下，防冻基底能够发生弹性形变，胶囊A的胶囊体的弹性模量大于防冻基底的弹性模量，并且胶囊B的胶囊体的弹性模量大于防冻基底的弹性模量。

进一步地，防冻层被构造为能够在预设条件下具有缓冲功能，预设条件为：光缆的一侧沿径向的形变量η≥防冻层的厚度r。

进一步地，防冻层的厚度范围为：，其中，D0为光缆整体外径，为光缆外冰层的最大厚度，/>为0℃时水的密度，/>为0℃时冰的密度，/>为防冻层的形变系数。

进一步地，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在防冻层内的阻燃结构；和/或，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在防冻层内的防鼠结构。

进一步地，玻璃纤维增强塑料杆上还设有驱鼠结构。

进一步地，驱鼠结构为开设在玻璃纤维增强塑料杆上的至少一个容纳槽，以及位于容纳槽内的驱鼠药粉。

进一步地，容纳槽为一个，并且容纳槽螺旋环绕在玻璃纤维增强塑料杆的外壁；或者，容纳槽为至少两个，至少两个容纳槽绕玻璃纤维增强塑料杆的周向间隔布置，并且每个容纳槽沿玻璃纤维增强塑料杆的轴向延伸。

进一步地，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在缆芯和储能保温层之间的第一阻水层，以及设置在铠装层和外护套之间的第二阻水层；和/或，耐火层采用陶瓷化阻燃聚烯烃制成。

应用本发明的技术方案，设置胶囊A和胶囊B，在冰冻环境下（即外界温度小于0℃时），光缆外壁上凝结的冰层对光缆施加沿径向方向的压力，胶囊A和胶囊B破裂并发生聚加成反应，反应产生的热能能够提高光缆内部温度，避免光缆内部温度随外界温度下降产生较大波动，这样，能够维持光缆内部相对稳定的温度环境，起到温度缓降的作用，从而避免因温度降低导致光信号传输损耗增大的问题。同时，通过设置储能保温层，储能保温层能够吸收热能并存储在储能保温层的内部，这样，一方面，在外部环境温度骤降时，储能保温层能够吸收化学反应释放的热能并存储，避免光缆内部随外界温度骤降；另一方面，在外部环境温度骤升时，储能保温层还能够存储外部环境传递的热能，避免光缆内部温度过高。这样，储能保温层能够起到热量缓冲以及内部温度调节的作用，保证光缆内部温度的稳定性，避免因光缆内部温度骤升或骤降导致光信号传输不稳定的问题。耐火层、储能保温层、防冻层、铠装层共同作用、相互协作，使得光缆具有保温、防冻、耐火和防鼠的功能，在发生冰冻、火灾或者鼠咬时，能够保护内部光纤不受损坏，从而确保光缆的正常运行，提升光缆运行的可靠性和稳定性，延长光缆的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的防冻耐火防鼠光缆的一个实施例的结构示意图；

图2示出了图1的防冻耐火防鼠光缆的防冻层的结构示意图；

图3示出了图2的防冻层的胶囊A或胶囊B的一个实施例的结构示意图；

图4示出了图2的防冻层的胶囊A或胶囊B的另一个实施例的结构示意图；

图5示出了图1的防冻耐火防鼠光缆的另一个实施例的结构示意图；

图6示出了图1的防冻耐火防鼠光缆的铠装层的非金属玻璃纤维增强塑料杆的一个实施例的结构示意图；

图7示出了图1的防冻耐火防鼠光缆的铠装层的非金属玻璃纤维增强塑料杆的另一个实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、光纤；2、松套管；3、耐火层；4、阻水材料；5、中心加强件；9、铠装层；91、容纳槽；10、外护套；61、第一阻水层；62、第二阻水层；63、储能保温层；64、防冻层；65、防冻基底；661、第一防护层；662、第二防护层；663、渗出孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种防冻耐火防鼠光缆。防冻耐火防鼠光缆包括：由内到外依次设置的缆芯、储能保温层63、防冻层64、铠装层9和外护套10；缆芯包括绕周向布置的多个光单元，每个光单元的外周均设有耐火层3，铠装层9包括绕周向设置的多根玻璃纤维增强塑料杆，并且多根非金属玻璃纤维增强塑料杆采用树脂固化的方式设置在外护套10的内侧；防冻层64包括防冻基底65和设置在防冻基底65内部且绕周向设置的胶囊A和胶囊B，胶囊A和胶囊B被构造为能够在预设条件下发生化学反应并放热，储能保温层63被构造为能够存储热能。

需要说明的是，上述预设条件指的是外界对光缆施加足以使胶囊A和胶囊B破裂的压力。

在上述技术方案中，在每个光单元的外周均设置耐火层3，可以起耐火阻燃的作用，保护光单元内部的光纤不受损伤；相比于现有技术中在多个光单元外设置一层耐火层3的方案，本发明的耐火层3为内部光单元形成稳定的空间，一方面，光缆燃烧结束后，能够避免因光单元内部空间冷却收缩发生塌陷造成光纤断裂的问题，另一方面，当其中一个耐火层3失效时，仅该耐火层3内的光单元中断，可以避免全部光单元受到影响的问题，从而确保光纤传输稳定性。通过设置多根玻璃纤维增强塑料杆，在增加光缆强度的同时，还极大的提升了光缆的防鼠性能。由于玻璃纤维极细且脆，在鼠类噬咬过程中，粉碎状态下的玻璃纤维将刺伤鼠类口腔，带来的疼痛感迫使鼠类停止啃咬，从而起到防鼠的效果。另外，非金属玻璃纤维室温下的导热系数仅为1.25 KJ/（m•h•K）~1.67KJ/（m•h•K），只有金属材料的1/100~1/1000，在瞬时超高温情况下，可以有效的阻隔热量传导，是一种理想的热防护和耐烧蚀材料，可在一定程度上增强光缆的耐火性能。

通过上述设置，设置胶囊A和胶囊B，在冰冻环境下（即外界温度小于0℃时），光缆外壁上凝结的冰层对光缆施加沿径向方向的压力，胶囊A和胶囊B破裂并发生聚加成反应，反应产生的热能能够提高光缆内部温度，避免光缆内部温度随外界温度下降产生较大波动，这样，能够维持光缆内部相对稳定的温度环境，起到温度缓降的作用，从而避免因温度降低导致光信号传输损耗增大的问题。同时，通过设置储能保温层63，储能保温层63能够吸收热能并存储在储能保温层63的内部，这样，一方面，在外部环境温度骤降时，储能保温层63能够吸收化学反应释放的热能并存储，避免光缆内部随外界温度骤降；另一方面，在外部环境温度骤升时，储能保温层63还能够存储外部环境传递的热能，避免光缆内部温度过高。这样，储能保温层63能够起到热量缓冲以及内部温度调节的作用，保证光缆内部温度的稳定性，避免因光缆内部温度骤升或骤降导致光信号传输不稳定的问题。耐火层、储能保温层、防冻层、铠装层共同作用、相互协作，使得光缆具有保温、防冻、耐火和防鼠的功能，在发生冰冻、火灾或者鼠咬时，能够保护内部光纤不受损坏，从而确保光缆的正常运行，提升光缆运行的可靠性和稳定性，延长光缆的使用寿命。

在本发明的实施例中，储能保温层63包括沿周向设置的多个相变储能胶囊，相变储能胶囊内设有相变材料，以使相变储能胶囊能够在外部温度上升时收集并存储热量，以及在外部温度下降或恒定不变时释放热量。

在上述技术方案中，储能保温层63还包括储能保温基底，相变储能胶囊设置在储能保温基底中，其中，储能保温基底采用高性能低烟无卤阻燃聚烯烃材料，高性能低烟无卤阻燃聚烯烃材料并且典型指标如下：密度1.52±0.02g/cm³，抗张强度≥13.0MPa，断裂伸长率≥180%，氧指数不低于36%，有焰燃烧时最大比光密度不大于60，邵氏硬度HA≥80，光缆护套壁厚在0.5mm~2.5mm范围内。

需要说明的是，热能储存是一种收集和保存过剩能量以及在最需要的时间和地方进行释放的措施，可通过多种技术来实现，其中，相变储热是热能储存中一种非常高效的技术，因为相变材料可在恒定的温度范围内储存或释放大量的潜热，因此被广泛使用于储热领域。其中固-液相变材料不但成本低，还具有相对较高的相变潜热，是一种较为理想的相变材料。因此，在本发明的实施例中，相变储能胶囊是以相变材料为核心材料，利用有机或无机材料将其包覆形成高机械强度、高热稳定性和高抗渗透能力的外壳，最终形成几纳米到几微米不等的胶囊粒子。其中胶囊结构外形并不唯一，外形有椭圆形、球形和管形等，核心也可以是单个和多个，通常制备的相变储能胶囊为球形且遵循核-壳结构。

在本发明的一个实施例中，相变材料选择有机低共熔混合物，具体为油酸、癸酸和十六烷形成的低共熔混合物（OA-CA-HD），上述三种材料均为常规相变材料，三种材料的质量比或体积比取决于相变温度范围，在本发明的一个可选的实施例中，三种材料的体积比为：油酸为70%至90%，癸酸为10%至30%，十六烷为10%至30%。以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为壳材进行微胶囊化（即本发明的相变储能胶囊为微胶囊），相变温度范围为14.1℃-24.0℃，熔化潜热为127.3J/g，这样，在光缆正常运行温度下，储能保温层可以有效的进行热能存储，保证低温运行状态下光缆内部温度的相对稳定性。

在本发明的另一个实施例中，相变储能胶囊的相变材料还可以选择石蜡/硬脂酸丁酯、正二十烷/十九烷。

通过上述设置，储能保温层在温度骤降或者骤升的环境中，可以在一定时间内维持光缆内部温度的相对稳定。而通过相变储能胶囊存储的热量可在一定程度上调节光缆内部的温度，起到一定的保温作用，防止由于气温骤降引起的光信号损耗增加的情况出现；同时，当外部温度上升时，相变保温层可以进行热能存储，防止光缆内部温度过热，起到热量缓冲以及内部温度调节的作用。由于防冻层64发生的聚加成反应为放热反应，相变储能胶囊可以进行热量存储，收集、利用加聚反应中产生的热能，并在聚加成反应结束后缓慢释放热量，完成反应放热-相变储能胶囊储热-相变储能胶囊放热的调节、保温功能，保证光缆内部温度的稳定性，不出现较大的温度波动，确保内部光纤传输性能的稳定性。

在本发明的一个实施例中，相变储能胶囊在储能保温层的放置比例和数量按照试用环境、光缆尺寸需求进行设定。

如图1所示，在本发明的实施例中，缆芯还包括中心加强件5，多个光单元设置在中心加强件5的外周，中心加强件5和多个光单元之间的间隙处还设有阻水材料4，每个光单元包括松套管2和设置在松套管2内的多根光纤1，多根光纤1之间填充有纤膏。

如图2所示，在本发明的实施例中，胶囊A和胶囊B的数量相同，胶囊A包括第一胶囊体和设置在第一胶囊体内的第一反应物，第一反应物包括聚酯多元醇、水溶性硅油和蒸馏水；胶囊B包括第二胶囊体和设置在第二胶囊体内的第二反应物，第二反应物包括二苯基甲烷二异氰酸酯、三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡，其中，聚酯多元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比范围为1.6~3.33。

在上述技术方案中，胶囊A由聚酯多元醇、水溶性硅油和蒸馏水按照100:1:2.5的质量比制成；胶囊B由二苯基甲烷二异氰酸酯、三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡按照35:1:0.1的质量比制成。胶囊A中的水溶性硅油为发泡稳定剂，蒸馏水为发泡剂，胶囊B中的三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡均为催化剂。胶囊A、胶囊B数量按照1:1的比例使用树脂固化在储能保温层63的外周。胶囊体采用聚脲醛树脂制备，在本发明的一个实施例中，胶囊体的典型尺寸为外径2.0mm*体长4.0mm。

通过上述设置，在光缆受到外力挤压的情况下，防冻基底65首先产生形变进行缓冲，当防冻基底65的形变不足以抵消外力时，再触发胶囊A和胶囊B反应，进行二次缓冲；具体地，当光缆所受外力达到防冻基底65的缓冲极限值时，胶囊A和胶囊B开始受力破裂，此时胶囊A和胶囊B中的有效成分在接触后发生聚加成反应，并迅速生成发泡聚氨酯。由于聚加成反应生成的发泡聚氨酯体积要大于原反应物体积总和（一般，反应生成的发泡聚氨酯的体积膨胀为原反应物体积的5倍-30倍），所以发泡聚氨酯会填充进铠装层9以及光缆各层结构之间的间隙，从而扩大缓冲范围。另外，当光缆外护套10遭受鼠咬而破损时，胶囊A和胶囊B受力破损发生聚加成反应产生的发泡聚氨酯还可以对外护套10起到一定的修补作用，可以一定程度上防止水汽、外力对光缆内部结构的侵蚀。

需要说明的是，由于胶囊A和胶囊B反应生成的发泡聚氨酯为缓冲材料，发泡聚氨酯具备的多孔结构对能量的吸收率高，抗压缓冲效果好，压缩后回弹率高，长期反复使用不易产生塑性变形，可以有效的保护光缆内部的光纤。另外，发泡聚氨酯还具有密度低、隔冷、隔热、热传导系数低且稳定等优点。发泡聚氨酯密度低、强度高、抗压性能优良、吸湿性低、使用寿命长，导热系数低、耐温性好，可在-50℃~150℃的环境中使用，在配方中添加阻燃材料，还可以达到良好的自阻燃、耐火性能。此外，发泡聚氨酯可以根据使用环境的不同，通过调整配方其弹性模量可以在10MPa~700MPa的范围内进行选择，应用场景广泛。

相比于直接使用发泡聚氨酯，本发明采用两种具有不同成分的胶囊受力后发生反应的方案具有以下效果：本发明的外界压力未达到防冻基底65的缓冲极限值时，胶囊A和胶囊B保持在胶囊体形态（即胶囊未发生破裂），不会影响光缆的机械（抗弯曲）性能；胶囊体受力破裂后，胶囊A和胶囊B内的混合物为液态，由于液体流动的特性，混合物可以填充进光缆内部结构的缝隙，从而扩大缓冲范围。

在本发明的另一个实施例中，胶囊A和胶囊B的成分以及比例可以根据使用要求进行调整，以满足使用过程中对防冻层64的弹性模量、硬度、发泡速度、反应时间的要求。

比如，在本发明的一个实施例中，胶囊A中的发泡剂可以选择液态二氧化碳、氟氯烷烃、氢氟酸、戊烷及环戊烷等，泡沫稳定剂可以选择水溶性聚醚硅氧烷等。胶囊B中的催化剂可以选择胺类和锡类，如三乙烯二胺、N-烷基***啉、二月桂酸二丁锡等中的一种或者两种混合使用。

在本发明的实施例中，在冰冻环境下，防冻基底65能够发生弹性形变，胶囊A的胶囊体的弹性模量大于防冻基底65的弹性模量，并且胶囊B的胶囊体的弹性模量大于防冻基底65的弹性模量。

在上述技术方案中，在光缆外部受到横向挤压的情况下，防冻基底65提供一定的缓冲空间，防止内部的光单元受到挤压出现光纤传输损耗增加或者是光单元断裂的情况。由于弹性模量不同，在受到外力挤压时，弹性模量较小的防冻基底65首先产生弹性形变，当防冻基底65的形变不足以抵消外力时（即光缆所受外力达到防冻基底65的缓冲极限值时），胶囊A和胶囊B开始破裂，内部的反应物发生化学反应，进行二次缓冲。

通过上述设置，胶囊A和胶囊B与防冻基底65可以应对不同程度的冰冻挤压，使得光缆防冻性能可以针对性的发挥出来，即光缆能够对外力呈阶梯性缓冲，从而使得光缆可以满足在多种环境条件下的防冻冻需求。

在本发明的一个实施例中，防冻基底65采用柔性树脂制成，胶囊A和胶囊B通过柔性树脂固化在储能保温层63的外侧。其具备的多孔结构对能量的吸收率高，抗压缓冲效果好，压缩后回弹率高，长期反复使用不易产生塑性变形，可以有效的保护光缆内部的传输单元。另外，柔性树脂还具有密度低、隔冷、隔热、热传导系数低且稳定等优点，其主要性能指标：表观密度80 kg/m³-110kg/m³，压缩反弹率≥85%，断裂伸长率≥80%，撕裂强度≥85KN/m。

在本发明的一个实施例中，胶囊A和弹性模量与胶囊B的弹性模量相同，并且胶囊A的弹性模量β与防冻基底65的弹性模量α具有以下关系：β≥10*ɑ。

在本发明的另一个实施例中，防冻基底65还可以选择硅橡胶发泡管、丁腈橡胶发泡管、三元乙丙橡胶发泡管或者天然橡胶发泡管等性能优良的多孔结构材料。

在本发明的一个实施例中，防冻基底65采用的柔性树脂的弹性模量为4MPa。

在本发明的实施例中，防冻层64的厚度范围为：，其中，D₀为光缆整体外径，/>为光缆外冰层的最大厚度，/>为0℃时水的密度，/>为0℃时冰的密度，/>为防冻层64的形变系数。

需要说明的是，防冻基底65与防冻层64的厚度大小相同。

需要说明的是，在实际敷设过程中，光缆外周会套设有保护管，光缆外壁与保护管内壁之间产生冰层，冰层会挤压光缆造成光缆内部光纤损坏。因此，光缆外冰层的最大厚度也可以根据D₁-D₀计算得出，其中，D₁为保护管的内径，上述防冻层64的厚度r的范围可以表示为：/>。

在上述技术方案中，防冻基底65的缓冲极限值与光缆整体的外径以及冰冻层的厚度有关，即当光缆一侧（即以光缆的任一条直径为中心轴线，中心轴线的两侧中的任一侧）沿径向形变量η≥防冻层64的厚度r时，外界压力达到防冻基底65的缓冲极限值，胶囊A和胶囊B开始破裂并反应生成发泡聚氨酯。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一胶囊体和第二胶囊体中均包括第一防护层661和设置在第一防护层661内的第二防护层662，并且第二防护层662的弹性模量大于第一防护层661的弹性模量。

在上述技术方案中，第二防护层662内设有反应物（即上述的第一反应物或第二反应物），并且第二防护层662上开设有多个渗出孔663。

通过上述设置，当胶囊A和胶囊B受到外力挤压时，第一防护层661破裂，反应物从渗出孔663渗出后发生聚加成反应并生产聚氨酯，当生成的聚氨酯足够多时能够堵住渗出孔663，反应物不再继续渗出；待下次受到挤压时反应物再次渗出，这样能够提高反应物的利用率，防止一次挤压后全部反应物渗出导致防冻层64失效的问题，从而能够使得防冻层64多次抵抗外界压力。通过设置第二防护层662，一方面，确保在外界压力未达到防冻基底65的缓冲极限值时，胶囊A和胶囊B不发生破裂；另一方面，在第一反应物和第二反应物的反应结束后，第二防护层662可以一定程度上恢复原形态，并容纳剩余反应液，防止反应物流失。

在本发明的一个实施例中，渗出孔663的数量≥4个，第一胶囊体和/或第二胶囊体的典型尺寸为小于或等于1/2 r_min*r_min，其中，r_min为防冻层64的厚度r的最小值，即。这样设置，胶囊A和胶囊B在防冻基底65中可以沿径向方向设置两层，当胶囊A和胶囊B破裂后，第一反应物和第二反应物触发的聚加成反应更快速、彻底。

在本发明的另一个实施例中，胶囊A和胶囊B在防冻基底65中沿径向方向设置至少一层。

在本发明的一个实施例中，第一防护层661可以选用易破碎且性质稳定的材料制成，如聚脲醛树脂，第二防护层662由强度和弹性模量均大于第一防护层661的材料喷涂而成，如氯丁橡胶。

在本发明的另一个实施例中，也可以仅将第一胶囊体和第二胶囊体中的一个设置为上述结构，将第一胶囊体和第二胶囊体中的另一个设置为仅包括一个防护外壳。

如图4所示，在本发明的另一个实施例中，第一胶囊体和第二胶囊体中，第二防护层662围成的腔体内以及第一防护层661和第二防护层662形成的间隙内均设有反应物。即第一胶囊体和第二胶囊体均为嵌套结构，第一防护层661和第二防护层662在不同外力下破裂，对外力呈阶梯性破裂。第一防护层661破裂时，第一防护层661和第二防护层662间隙内的反应物溢出，第二防护层662破裂时，第二防护层662围成的腔体内的反应物溢出。

如图1所示，在本发明的实施例中，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在防冻层64内部且沿周向间隔布置的至少两根玻璃纤维增强塑料杆，至少两根玻璃纤维增强塑料杆将防冻层64内部分为至少两个独立的空间。

在上述技术方案中，玻璃纤维增强塑料杆为三根，相邻两根玻璃纤维增强塑料杆在周向上间隔120°，以将防冻层64分为三个独立空间。上述的玻璃纤维增强塑料杆与铠装层9内部的玻璃纤维增强塑料杆相同，将铠装层9内的部分玻璃纤维增强塑料杆沿径向向内移动至防冻层64内部即可，相当于铠装层9与防冻层64交替设置。

通过上述设置，这样当胶囊A和胶囊B破裂时，第一反应物和第二反应物不会因为重力的作用下全部汇集到光缆的下部，避免光缆的上部出现发泡聚氨酯缺失的问题，从而确保每个独立空间内均有足量的第一反应物和第二反应物参与反应，保证反应物在光缆内部均匀性，确保反应产生的聚氨酯可以充分填充整个防冻层内部。同时，防冻层64内设置玻璃纤维增强塑料杆的位置对应铠装层9的位置可以填充胶囊A和胶囊B，这样一方面能够避免铠装层9结构的缺失，保证光缆的圆整度，不会影响到光缆的防鼠性能；另一方面，能够确保胶囊A和胶囊B的数量足够，从而反应生成足量的聚氨酯。

在本发明的一个实施例中，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在防冻层64内的阻燃结构。

在上述技术方案中，阻燃结构为填充有阻燃剂的胶囊C（图中未示出），阻燃剂成分可以为卤代磷酸酯类与磷酸酯类，如三（2-氯乙基）磷酸酯、三（2-氯丙基）磷酸酯、甲基磷酸二甲酯等。

在本发明的另一个实施例中，阻燃结构还可以为嵌入防冻层64内部的阻燃层，阻燃层可以采用阻燃布或上述的阻燃剂制成。

在本发明的一个实施例中，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在防冻层64内的防鼠结构。

在上述技术方案中，防鼠结构为填充有防鼠剂的胶囊D（图中未示出），防鼠剂成分为辣味素或者亚胺环己酮乙醇溶液等。

在本发明的另一个实施例中，防鼠结构还可以为嵌入防冻层64内部的防鼠层，防鼠层采用上述的防鼠剂制成。

在本发明的实施例中，非金属玻璃纤维增强塑料杆采用树脂固化的方式设置在防冻层64外，相比于绞合的方式，一方面，树脂固化的方式能够增强非金属纤维杆铠装层的强度，减少在绞合过程中因产生横向挤压力造成的防冻层64变形以及光缆截面不圆整等问题；另一方面，采用树脂固化的方式，非金属玻璃纤维杆对防冻层64的挤压力较小，可以避免在生产铠装层9的过程中，因挤压力过大导致触发防冻层64的聚加成反应的问题，从而保证防冻层64的整体性能。

在本发明的一个实施例中，非金属玻璃纤维增强塑料杆的拉伸强度不小于1450MPa，弹性模量不小于55GPa，弯曲强度不小于1100MPa，直径偏差±0.02mm，密度范围2.05 g/cm³～2.15g/cm³，颜色均匀一致，表面应无裂纹、无毛刺、手感光滑，外径根据敷设环境所需力值以及防鼠等级进行选择。

在本发明的另一个实施例中，铠装层9还可以选用非金属玻璃纤维编织带、非金属玻璃纤维纱等可以刺激啮齿类动物口腔的材料。

如图6所示，在本发明的实施例中，非金属玻璃纤维增强塑料杆上还设有驱鼠结构，驱鼠结构为开设在非金属玻璃纤维增强塑料杆上的至少一个容纳槽91，以及位于容纳槽91内的驱鼠药粉。

在上述技术方案中，容纳槽91为一个，并且容纳槽91螺旋环绕在非金属玻璃纤维增强塑料杆的外壁。容纳槽91的节距为≥10mm，容纳槽91横向截面为弧形或方形，容纳槽91的最大深度H和最大宽度W均大于或等于非金属玻璃纤维增强塑料杆直径的十分之一。驱鼠药粉为双香豆素类抗凝剂，其主要作用是抑制体内维生素K的代谢，导致鼠类抗凝血功能出现障碍以达到防鼠目的，同时添加辣味素达到更强的驱鼠作用。容纳槽91内还设有粘合剂涂层，从而增大容纳槽91内的载药量。

通过上述设置，在不增加光缆的结构和外径的情况下，铠装层9同时具有物理防鼠和化学防鼠两种防鼠功能，从而提高防鼠和驱鼠效果。

如图7所示，在本发明的另一个实施例中，容纳槽91为至少两个，至少两个容纳槽91绕非金属玻璃纤维增强塑料杆的周向间隔布置，并且每个容纳槽91沿非金属玻璃纤维增强塑料杆的轴向延伸。

如图5所示，在本发明的另一个实施例中，铠装层9也可以复合进防冻层64的内部，比如，当铠装层9采用非金属玻璃纤维纱时，可以将非金属玻璃纤维纱与发泡聚氨酯胶囊进行复合，从而进一步减小光缆外径，同时防冻层对外力反应更加灵敏。

在本发明的实施例中，耐火层3采用陶瓷化阻燃聚烯烃制成。

在上述技术方案中，耐火层3优选陶瓷化高分子复合材料，陶瓷化高分子复合材料是一类新的防火耐火材料，是以聚合物为基材，加入成瓷填料、助熔剂、阻燃剂及其他助剂，经加工制成的特种复合材料。相比于传统高分子材料，可以避免耐火层3在火焰或高温环境中焚化脱落，这种材料在常温下可保持一般高分子材料的机械性能和加工性能，在火焰或高温环境中能迅速形成紧致坚硬的陶瓷体，从而起到阻燃、耐火、耐烧蚀的作用。耐火层3采用与松套管双层共挤的方式设置，或者耐火层3单独挤塑在光单元的松套管外周。

通过在每个光单元外挤塑陶瓷化阻燃聚烯烃，能够构成多个小尺寸耐火单元，为光单元内部光纤提供一个稳定的燃烧环境和空间，这样可以保证在光缆停火阶段，单元内部空间不会因冷却收缩发生塌陷，从而有效减低光纤断裂的风险。

在本发明的另一个实施例中，耐火层3还可以采用非金属耐火带，非金属耐火带可以选择陶瓷化耐火带、聚酰亚胺薄膜、云母带等耐火性能优良的非金属耐火材料。

如图1所示，在本发明的实施例中，防冻耐火防鼠光缆还包括设置在缆芯和储能保温层63之间的第一阻水层61，以及设置在铠装层9和外护套10之间的第二阻水层62。

在上述技术方案中，第一阻水层61和第二阻水层62采用性能优异的阻水带，阻水带由聚丙烯酸钠与无纺布基带复合而成，具有膨胀速度快、凝胶稳定性好、热稳定性好、与光缆其他材料有良好的相容性、耐氧化等优点。其典型指标有：抗张强度≥40N/cm，断裂伸长率≥12%，膨胀速率≥10mm/min，膨胀高度≥12mm，设置方式可以选择绕包或者纵包。在铠装层9外还设有第二阻水层62，形成封闭的内部空间，能够避免驱鼠药粉从容纳槽91内散落，延长驱鼠药粉的使用时长，也可以避免水汽进入导致驱鼠药粉失效的问题。

在本发明的实施例中，光单元的松套管采用聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）挤塑而成，密度范围1.25 g/cm³～1.35g/cm³，邵氏硬度HD不小于70，拉伸弹性模量不小于2100MPa，弯曲弹性模量不小于2200MPa，轴向收缩率≤±0.5%。光单元内含一定数量的着色光纤和阻水物质，其中光纤类型为G.652D光纤，涂覆层直径范围为245μm~255μm，光纤数量为2芯~24芯，光纤颜色包括但不局限于蓝、橙、绿、综、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿，超出12芯的光纤可用不同颜色的纱线绕扎或者着色环进行辨识区分；不同色环光纤可以用单双色环单元或色环间距进行辨识区分。

在本发明的另一个实施例中，光纤类型可采用G.652、G.655、G657A1、G657A2、G654E；光纤可采用涂覆层直径在（180μm~200μm）±10μm的小尺寸光纤；松套管2也可以为紧套光纤，光单元芯数可以为4芯、6芯、12芯、24芯、36芯；松套管壁厚可以为（0.30-0.40）mm±0.05mm。

在本发明的实施例中，中心加强件5为非金属纤维增强塑料杆，拉伸强度不小于1450MPa，弹性模量不小于55GPa，弯曲强度不小于1100MPa，直径偏差±0.02mm，密度范围2.05～2.15g/cm³，颜色均匀一致，表面应无裂纹、无毛刺及手感光滑。

在本发明的另一个实施例中，中心加强件5选择非金属纤维增强塑料杆，如玻璃纤维增强塑料杆、芳纶纤维增强塑料杆、碳纤维增强塑料杆等。在本发明的实施例中，阻水材料4选择阻水纱，阻水纱用吸水膨胀材料亦采用交联聚丙烯酸脂类膨胀粉复合而成或合适的吸水材料。阻水纱规格及根数可以根据光缆使用要求进行选择，可以采用直放或绕放等方式放置，本发明涉及的阻水纱典型指标：抗张强度不小于250N，断裂伸长率不小于15%，膨胀速率不小于60ml/g/min，膨胀率不小于65ml/g，含水量不大于9%。

在本发明的另一个实施例中，阻水材料4可以选用阻水油膏等高性能阻水材料替代。

在本发明的实施例中，外护套10采用高性能低烟无卤阻燃聚烯烃材料，护套料典型指标如下：密度1.52±0.02g/cm³，抗张强度≥13.0MPa，断裂伸长率≥180%，氧指数不低于36%，有焰燃烧时最大比光密度不大于60，邵氏硬度HA≥80，光缆护套壁厚范围为1.5mm~2.5mm。

在本发明的另一个实施例中，外护套10的材料还可以选择聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、陶瓷化阻燃聚烯烃等高性能护套材料，内护套7和外护套10的壁厚可以根据光缆敷设环境进行调整，典型值为0.5mm-2.5mm。

在本发明的实施例中，光缆的整体外径为26.8±0.04mm，重量为480kg/km。光缆整体采用层绞填充式结构，满足缆芯纵向阻水（即对光缆进行渗水试验，在水柱高度为1m、光缆试样长度为3m、试验时间为24h的试验条件下，缆芯的渗水长度小于或等于1.5m，即为缆芯能够满足纵向阻水）。

在本发明的一个实施例中，缆芯包括6个光单元，每个光单元内包括12根光纤，其中松套管外径1.6mm±0.05mm，厚度为0.35mm±0.05mm；光单元外挤塑一层壁厚为0.2±0.05mm的陶瓷化阻燃聚烯烃构成耐火层3，其外径为2.0±0.05mm；中心加强件的外径为2.0±0.05mm，多个光单元在中心加强件5的外周绞合形成缆芯。缆芯外包覆一层规格为厚度0.2mm*宽度20mm的阻水带，在第一阻水层61外挤塑一层壁厚为0.6±0.05mm的储能保温层63；储能保温层63外设置有防冻层64，防冻层64由防冻基底65与胶囊A和胶囊B复合而成，其中，防冻层的厚度为4.0±0.5mm，防冻层外径为15.6±0.4mm；防冻层外设置非金属玻璃纤维杆形成铠装层9，由46根外径为1.4±0.05mm的FRP（非金属玻璃纤维增强塑料杆）均匀且密集的包覆在防冻层64外周，FRP（非金属玻璃纤维增强塑料杆）以直放方式选用树脂固化在防冻层表面；铠装层9外绕包一层规格为厚度0.2mm*宽度52mm的阻水带，最后挤塑一层壁厚为2.0±0.05mm的低烟无卤阻燃聚烯烃形成外护套10。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：设置胶囊A和胶囊B，在冰冻环境下（即外界温度小于0℃时），光缆外壁上凝结的冰层对光缆施加沿径向方向的压力，胶囊A和胶囊B破裂并发生聚加成反应，反应产生的热能能够提高光缆内部温度，避免光缆内部温度随外界温度下降而下降，这样，能够维持光缆内部相对稳定的温度环境，起到温度缓降的作用，从而避免因温度降低导致光信号传输损耗增大的问题。同时，通过设置储能保温层，储能保温层能够吸收热能并存储在储能保温层的内部，这样，一方面，在外部环境温度骤降时，储能保温层能够吸收化学反应释放的热能并存储，避免光缆内部随外界温度骤降；另一方面，在外部环境温度骤升时，储能保温层还能够存储外部环境传递的热能，避免光缆内部温度过高。这样，储能保温层能够起到热量缓冲以及内部温度调节的作用，保证光缆内部温度的稳定性，避免因光缆内部温度骤升或骤降导致光信号传输不稳定的问题。耐火层、储能保温层、防冻层、铠装层共同作用，光缆具有防冻、耐火和防鼠的功能，在发生冰冻、火灾或者鼠咬时，能够保护内部光纤不受损坏，从而确保光缆的正常运行，提升光缆运行的可靠性和稳定性，延长光缆的使用寿命。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，包括由内到外依次设置的缆芯、储能保温层（63）、防冻层（64）、铠装层（9）和外护套（10）；

所述缆芯包括绕周向布置的多个光单元，每个所述光单元的外周均设有耐火层（3）；所述铠装层（9）包括绕周向设置的多根玻璃纤维增强塑料杆，并且多根所述玻璃纤维增强塑料杆设置在所述外护套（10）的内侧；

所述防冻层（64）包括防冻基底（65）和设置在所述防冻基底（65）内部且绕周向设置的胶囊A和胶囊B，所述胶囊A和所述胶囊B被构造为在预设条件下能够发生化学反应并放热，所述储能保温层（63）被构造为能够存储热能。

2.根据权利要求1所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述储能保温层（63）包括沿周向设置的多个相变储能胶囊，所述相变储能胶囊内设有相变材料，以使所述相变储能胶囊能够在外部温度上升时收集并存储热量，以及在外部温度下降或恒定不变时释放热量。

3.根据权利要求1所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述胶囊A和所述胶囊B的数量相同，所述胶囊A包括第一胶囊体和设置在所述第一胶囊体内的第一反应物，所述第一反应物包括聚酯多元醇、水溶性硅油和蒸馏水；

所述胶囊B包括第二胶囊体和设置在所述第二胶囊体内的第二反应物，所述第二反应物包括二苯基甲烷二异氰酸酯、三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡，其中，所述聚酯多元醇与所述二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比范围为1.6~3.33。

4.根据权利要求3所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述第一胶囊体和所述第二胶囊体中的至少一个包括第一防护层（661）和设置在所述第一防护层（661）内的第二防护层（662），并且所述第二防护层（662）的弹性模量大于所述第一防护层（661）的弹性模量。

5.根据权利要求4所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述第二防护层（662）内设有反应物，并且所述第二防护层（662）上开设有多个渗出孔（663）。

6.根据权利要求4所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述第二防护层（662）围成的腔体内以及所述第一防护层（661）和所述第二防护层（662）形成的间隙内均设有反应物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述防冻耐火防鼠光缆还包括设置在所述防冻层（64）内部且沿周向间隔布置的至少两根玻璃纤维增强塑料杆，至少两根所述玻璃纤维增强塑料杆将所述防冻层（64）内部分为至少两个独立的空间。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，在冰冻环境下，所述防冻基底（65）能够发生弹性形变，所述胶囊A的胶囊体的弹性模量大于所述防冻基底（65）的弹性模量，并且所述胶囊B的胶囊体的弹性模量大于所述防冻基底（65）的弹性模量。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述防冻层（64）被构造为能够在所述预设条件下具有缓冲功能，所述预设条件为：所述光缆的一侧沿径向的形变量η≥所述防冻层（64）的厚度r。

10.根据权利要求9所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述防冻层（64）的厚度范围为：，其中，D₀为光缆整体外径，/>为光缆外冰层的最大厚度，/>为0℃时水的密度，/>为0℃时冰的密度，/>为防冻层（64）的形变系数。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述防冻耐火防鼠光缆还包括设置在所述防冻层（64）内的阻燃结构；和/或，

所述防冻耐火防鼠光缆还包括设置在所述防冻层（64）内的防鼠结构。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述玻璃纤维增强塑料杆上还设有驱鼠结构。

13.根据权利要求12所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述驱鼠结构为开设在所述玻璃纤维增强塑料杆上的至少一个容纳槽（91），以及位于所述容纳槽（91）内的驱鼠药粉。

14.根据权利要求13所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述容纳槽（91）为一个，并且所述容纳槽（91）螺旋环绕在所述玻璃纤维增强塑料杆的外壁；或者，所述容纳槽（91）为至少两个，至少两个所述容纳槽（91）绕所述玻璃纤维增强塑料杆的周向间隔布置，并且每个所述容纳槽（91）沿所述玻璃纤维增强塑料杆的轴向延伸。

15.根据权利要求1至6中任一项所述的防冻耐火防鼠光缆，其特征在于，所述防冻耐火防鼠光缆还包括设置在所述缆芯和所述储能保温层（63）之间的第一阻水层（61），以及设置在所述铠装层（9）和所述外护套（10）之间的第二阻水层（62）；和/或，

所述耐火层（3）采用陶瓷化阻燃聚烯烃制成。