一種高耐熱型柔性光纜及其製備方法與流程

2023-06-15 10:15:11

本發明涉及光學元件領域，尤其涉及一種高耐熱型柔性光纜及其製備方法。

背景技術：

光纜(optical fiber cable)是為了滿足光學、機械或環境的性能規範而製造的，它是利用置於包覆護套中的一根或多根光纖作為傳輸媒質並可以單獨或成組使用的通信線纜組件。光纜主要是由光導纖維(細如頭髮的玻璃絲)和塑料保護套管及塑料外皮構成，光纜內沒有金、銀、銅鋁等金屬，一般無回收價值。光纜是一定數量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護套，有的還包覆外護層，用以實現光信號傳輸的一種通信線路。即：由光纖(光傳輸載體)經過一定的工藝而形成的線纜。光纜的基本結構一般是由纜芯、加強鋼絲、填充物和護套等幾部分組成，另外根據需要還有防水層、緩衝層、絕緣金屬導線等構件。

技術實現要素：

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明旨在提供一種絕緣性強、屏蔽效果好、最小彎曲半徑小、耐高溫、抗老化、使用壽命長的高耐熱型柔性光纜及其製造方法。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：一種高耐熱型柔性光纜的製造方法，包括以下步驟：

1)內包層坯材的製備

①按分子數量計準備如下份數的原材料：四氟化矽85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量純度不低於99.99％的高純氧氣，足量氯氣和適量標準脫泡劑；

②準備如下設備：設置有石英管的玻璃車床、氫氧焰發生裝置、燒瓶、氣體輸送管道、熱電偶和氣體質量流量計；

③在燒瓶內盛裝四氟化矽、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，採用常規標準方化進行蒸發處理，獲得飽合蒸汽；

④以步驟①準備的高純氧氣為載氣，混合步驟③獲得的飽合蒸汽，按標準方式加入適量標準脫泡劑，通過設置有氣體質量流量計的氣體輸送管道輸送至玻璃車床的石英管內，石英管在玻璃車床上以30r/min-40r/min的轉速旋轉；

⑤點燃氫氧焰發生裝置，軸向移動石英管，使氫氧焰發生裝置可均勻加熱石英管管體，將熱電偶固定在氫氧焰發生裝置上方的石英管內加熱區域，監控該區域溫度；

⑥通過監控加熱區域溫度，當加熱至1400℃-1600℃時調整氫氧焰發生裝置的火焰輸出，保持溫度穩定在1400℃-1600℃區間內；

⑦當石英管內玻璃質沉積到5-8mm後，即獲得了所需內包層坯材；

2)心材坯材的製備

①按分子數量計準備如下份數的原材料：四氟化矽85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化鍺8-10份，足量純度不低於99.99％的高純氧氣，足量氯氣和適量標準脫泡劑；

②在燒瓶內盛裝四氟化矽、三氯氧磷、四氯化鍺，採用常規標準方化進行蒸發處理，獲得飽合蒸汽；

③以步驟①準備的高純氧氣為載氣，混合步驟③獲得的飽合蒸汽，按標準方式加入適量標準脫泡劑，通過設置有氣體質量流量計的氣體輸送管道輸送至玻璃車床的石英管內，石英管在玻璃車床上以30r/min-40r/min的轉速旋轉；

④點燃氫氧焰發生裝置，軸向移動石英管，使氫氧焰發生裝置可均勻加熱石英管管體，將熱電偶固定在氫氧焰發生裝置上方的石英管內加熱區域，監控該區域溫度；

⑤通過監控加熱區域溫度，當加熱至1400℃-1600℃時調整氫氧焰發生裝置的火焰輸出，保持溫度穩定在1400℃-1600℃區間內；

⑥當石英管內玻璃質沉積到中間孔徑不大於5mm時，即獲得所需心材坯材；

3)實心玻璃棒坯的製備

①將熱電偶移至石英管與氫氧焰發生裝置垂直對應的外表面上方；

②待石英管管壁加熱至1800℃-1900℃時調整氫氧焰發生裝置的火焰輸出，保持溫度穩定在1800℃-1900℃區間內；

③待石英管內玻璃質高溫軟化收縮至實心時，即獲得所需實心玻璃棒坯；

4)光纖的製備

①採用常規標準方式將3)獲得的實心玻璃棒坯拉製成纖維絲；

②在纖維絲表面通過物理氣相沉方法積包覆一層碳膜，該層碳膜即為屏蔽層；

③按標準方法將帶有屏蔽層纖維絲製成所需單模或多模光纖芯；

④選用ENB三元乙丙橡膠作為原材料，通過標準方法固化在帶有屏蔽層纖維絲表面，該層ENB三元乙丙橡膠即為所需中層套管；

5)石墨化碳纖維的製備

①通過標準方法將氨氣、丙烷和丙烯腈合成為聚丙烯腈樹脂；

②將步驟①獲得的聚丙烯腈樹脂溶入聚氧化乙烯與純淨水的混合劑中，該混合劑內聚氧化乙烯與純淨水的體積比為2.5-3∶7，獲得紡絲原液；

③將步驟②獲得的紡絲原液通過孔徑0.05mm-0.08mm的噴孔加壓噴入凝固浴中，壓力範圍為1.5bar-2bar，噴頭與凝固浴液面距離為10mm-15mm，獲得聚丙烯腈原絲；

④將步驟③獲得的聚丙烯腈原絲按標準方法進行預氧化，獲得預氧化纖維；

⑤將步驟④獲得的預氧化纖維進行炭化處理，所述炭化處理分為前炭化處理和後炭化處理，前炭化處理溫度750℃-800℃，處理時間5min-10min，後炭化處理溫度1500℃-1600℃，處理時間5min-8min獲得炭化纖維；

⑥將步驟⑤獲得的炭化纖維置進行石墨化處理，即將之放置於2400℃-2500℃環境下，保溫8s-12s；

⑦收絲，獲得所需石墨化碳纖維；

6)光纜的製備

①選用5)獲得的石墨化碳纖維編織成網套套裝在中層套管表面，該層為熱防護加強層；

②表層封裝材料選用固化有5-8wt％氫氧化鎂阻燃劑的甲基乙烯基矽橡膠，固化方法為在按標準方法製備甲基乙基型矽橡膠時，在其原材料中直接加入3-5wt％氫氧化鎂粉末並與其它原材料混合均勻，由於甲基乙基型矽橡膠的原材料在製備過程中會有一定的燒損，最終獲得的成品甲基乙烯基矽橡膠內氫氧化鎂阻燃劑的含量可達5-8wt％；將該材料以標準方式固化在熱防護加強層表面，形成表面層，即獲得所需高耐熱型柔性光纜。

根據上述方法製造出的高耐熱型柔性光纜，包括表面層、熱防護加強層、中層套管、屏蔽層、內包層、芯材六層，其中表面層由固化有5-8wt％氫氧化鎂阻燃劑的甲基乙烯基矽橡膠製成，熱防護加強層採用石墨化碳纖維編織而成，中層套管為ENB三元乙丙橡膠製成，屏蔽層為碳膜，內包層為二氧化矽基低折射率玻璃，芯材為二氧化矽基高折射率玻璃；其中二氧化矽基低折射率玻璃按分子數量包括二氧化矽85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化矽基高折射率玻璃按分子數量包括二氧化矽85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化鍺8-10份。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：額外在表層材料選用時固化了適量的氫氧化鎂阻燃劑，氫氧化鎂是一種新型無滷無毒阻燃劑，通過受熱分解時釋放出結合水，吸收大量的潛熱，來降低它所填充的合成材料在火焰中的表面溫度，具有抑制聚合物分解和對所產生的可燃氣體進行冷卻的作用，明顯提高了本發明的耐高溫性能；ENB三元乙丙橡膠也具有非常好的耐高溫的抗老化性能，相較於常規的環氧樹脂而言，ENB三元乙丙橡膠更加柔軟、有彈性，還具有一定的強度，使得光纖更不易彎折；石墨化纖維具有高強度高柔韌性，還是最佳的光信號屏蔽材料；本發明還採用了特定的MCVD光纖製造方法，MCVD是一種常規的高質量光纖製作方法，本發明在其基礎上改良了芯材和內包層的玻璃成份，相較於常規配方，其內的氧化物更多、更複雜，使得芯材的折射率更高、內包層的拆射率更低，也使製成的玻璃纖維具有了更高的柔韌性，可以以更小的彎曲半徑進行彎折而不會生茬或斷裂，同時對高溫的耐受能力更強，也更不易受到外來光源或其它信號的幹擾，信號傳輸質量更穩定；碳是已知常規光纖屏蔽材料中最好的屏蔽材料，而本發明採用物理氣相沉積的方法獲得的碳膜與基體結合力強、相較於常規碳膜也更加緻密、光潔，因此本發明的屏蔽效果也同樣優秀。

具體實施方式

實施例1：

一種高耐熱型柔性光纜，包括表面層、熱防護加強層、中層套管、屏蔽層、內包層、芯材六層，其中表面層由固化有5-8wt％氫氧化鎂阻燃劑的甲基乙烯基矽橡膠製成，熱防護加強層採用石墨化碳纖維編織而成，中層套管為ENB三元乙丙橡膠製成，屏蔽層為碳膜，內包層為二氧化矽基低折射率玻璃，芯材為二氧化矽基高折射率玻璃；其中二氧化矽基低折射率玻璃按分子數量包括二氧化矽85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化矽基高折射率玻璃按分子數量包括二氧化矽85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化鍺8-10份。

上述高耐熱型柔性光纜的製造方法，包括以下步驟：