一种高性能柔软型拖令光缆及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高性能柔软型拖令光缆，芳纶加强芯外设有聚氨酯保护层，聚氨酯保护层和聚氨酯内护层之间包含多个光纤单元，每个光纤单元外设有聚氨酯外被层，聚氨酯内护层外依次套有涤纶丝编织层和聚氨酯外护套，光纤单元从外到内依次由松套管、芳纶丝填充层和光纤组成。其制备方法包括如下步骤：预制棒→拉丝→二次涂覆→光纤芳纶丝绞合→松套管挤出→成缆→内护套挤出→编织加强层→外护套挤出→成品检验→包装入库。本发明通过设计合理的结构和制定合理的加工工艺，不仅保证了光信号传输的性良性，还能保证了电缆的弯曲性能、抗拉性能、耐扭转性能，提高了电缆的使用寿命。
【专利说明】一种高性能柔软型拖令光缆及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于港口机械领域，具体涉及一种高性能柔软型拖令光缆及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高性能柔软型拖令光缆是户外敷设，常常会在恶劣环境条件下使用，如:长期日晒雨淋、日暴夜寒、霜雪冰冻、紫外线、臭氧等自然条件的侵蚀，性能下降比较快，使用寿命比较短。
[0003]高性能柔软型拖令光缆电缆使用期间，在保证传输光信号良好的情况下，电缆必须承受抗拉力、扭转和曲饶疲劳，致使绝缘和护套材料性能下降较快，光信号传输使用寿命比较短。
[0004]高性能柔软型拖令光缆对护套材料要求比较高，无论电缆的抗张强度、耐低温性能、耐老化性能、耐紫外线等等性能相对都比较差。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种高性能柔软型拖令光缆及其制备方法。
[0006]技术方案:一种高性能柔软型拖令光缆，包括芳纶加强芯、聚氨酯保护层、聚氨酯外被层、光纤单元、聚氨酯内护层、涤纶丝编织层、聚氨酯外护套、松套管、芳纶丝填充层和光纤，芳纶加强芯外设有聚氨酯保护层，聚氨酯保护层和聚氨酯内护层之间包含多个光纤单元，每个光纤单元外设有聚氨酯外被层，聚氨酯内护层外依次套有涤纶丝编织层和聚氨酯外护套，所述光纤单元从外到内依次由松套管、芳纶丝填充层和光纤组成。
[0007]作为优化:所述松套管为高性能聚氨酯。
[0008]作为优化:所述光纤单元为有涂覆层的多模二氧化硅。
[0009]一种高性能柔软型拖令光缆的制备方法，包括如下步骤:预制棒一拉丝一二次涂覆一光纤芳纶丝绞合一松套管挤出一成缆一内护套挤出一编织加强层一外护套挤出一成品检验一包装入库。
[0010]作为优化:所述预制棒通过高速拉丝机，将光棒拉制成需要尺寸的光纤。
[0011]作为优化:所述成型的光纤表面挤出低烟无卤聚烯烃做为包覆层，挤出这层低烟无卤聚烯烃采用的螺杆压缩比为1.5:1，长径比25:1。
[0012]作为优化:所述挤出的松套管材料为PBT，即聚对苯二甲酸丁二醇酯，在使用前，要在120°C的烘干料斗中处理l?2h，防止在加工过程造挤出包面有气泡情况产生，之后，冷却水槽采用三段冷却，一段水温为60°C，二段水温为55°C，三段为30°C。
[0013]作为优化:所述编织加强层，要注意编织角度的控制，通过力学分析在保证编织密度的情况下，调整节距来改变编织角度，一般调整编织角度为4(Γ50度，可以很好提高抗拉伸能力；采用主动张力控制器，张力控制在160Ν，使高强度涤纶丝在编织时不容易断线；采用4根并线根数，使高强度涤纶丝的密度合适，从而保证了内护和外护之间的粘连性，起到了增强作用。
[0014]有益效果:本发明适用于有高机械应力的应用场合，主要应用岸边集装箱起重机或轨道式集装箱龙门式起重机的拖令系统中。通过选用特种聚氨酯护套材料作为高性能拖令光缆护套，合理设计拖令光缆结构及制定合适的加工工艺，解决了拖令光缆在正常工作环境下的各项信号传输问题(环境温度_40°C -80°C)，解决了拖令光缆长期移动状态下寿命下降的问题，通过设计内外护套编织加强层结构，提高了电缆在使用过程中的抗拉伸、抗扭转能力，延长电缆的使用寿命，理论计算此电缆设计使用寿命可以达到10年。成为国内领先水平；具有很好的实用价值和推广价值。
[0015]现有拖令光缆一般使用寿命比较短；本发明技术通过设计合理的结构和制定合理的加工工艺，不仅保证了光信号传输的性良性，还能保证了电缆的弯曲性能、抗拉性能、耐扭转性能，提高了电缆的使用寿命；这些改进包括将光纤和芳纶丝通过平行绞合在一起，将受力部分转移到芳纶丝，保护光纤在使用过程中不受力，将成缆设备更改为主动放线设计，所有光纤松套管结构以不大于8倍的节径比绞合在填充条周围，保证整体成缆结构有良好的柔软性，选择护套结构为内护层+涤纶丝+外护层，多层保护结构相结合的形式，提高光纤在使用过程中抗各种外力风险的能力，即使光缆在经常拖动，弯曲的场合，还能保证光纤有良好的裳减性能。
[0016]通过选用高性能聚氨酯护套材料，使电缆具备了良好的耐紫外线、耐油、耐低温、耐磨等性能，提高了电缆的使用性能，提高了电缆的寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部结构示意图；
图3为本发明的制备方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
[0019]如图1所示，一种高性能柔软型拖令光缆，包括芳纶加强芯1、聚氨酯保护层2、聚氨酯外被层3、光纤单元4、聚氨酯内护层5、涤纶丝编织层6、聚氨酯外护套7、松套管8、芳纶丝填充层9和光纤10，芳纶加强芯I外设有聚氨酯保护层2，聚氨酯保护层2和聚氨酯内护层5之间包含多个光纤单元4，每个光纤单元4外设有聚氨酯外被层3，聚氨酯内护层5外依次套有涤纶丝编织层6和聚氨酯外护套7，所述光纤单元4从外到内依次由松套管8、芳纶丝填充层9和光纤10组成。松套管8为高性能聚氨酯。光纤单元4为有涂覆层的多模二氧化硅。
[0020]一种高性能柔软型拖令光缆的制备方法，包括如下步骤:预制棒一拉丝一二次涂覆一光纤芳纶丝绞合一松套管挤出一成缆一内护套挤出一编织加强层一外护套挤出一成品检验一包装入库。
[0021]所述预制棒通过高速拉丝机，将光棒拉制成需要尺寸的光纤，光纤参数值设置见表I。
[0022]表I光纤参数值
光纤参数单位Μ.|(Κ]/125μη)Alb (62.5/125 μ m)
芯苴径mm50,0±2.562.5±2.5
包昼宜径mi?125±2125±2
芯/包层同心度误差mm<1.5<1.5
包层不画度 %<2'<2
芯不圆度 %<6<6
其中芯/包层同心度误差、包层不圆度、芯不圆度是影响光纤衰减的主要因素，因此在实际生产过程中，要密切关注预制棒在拉丝设备中的放置位置，不能出现倾斜，选择合适的拉丝模则是保证光纤外径满足光信号折射传输的关键。
[0023]成型的光纤表面挤出一层低烟无卤聚烯烃做为包覆层，保护光纤不受外界损伤，挤出这层低烟无卤聚烯烃采用的螺杆压缩比为1.5:1，长径比25:1，可以保证材料在机筒塑化过程中受到较小的剪切力，防止因温度过高造成材料烧焦进而影响抗拉强度和断裂伸长率。
[0024]挤出的松套管材料为PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)，PBT材料具有一定的吸水性能，在使用前，要在120°C的烘干料斗中处理l?2h，防止在加工过程造挤出包面有气泡情况产生。PBT材料也是结晶型材料，一般加工温度控制在20(T245°C之间，通过控制水槽的温度，来控制结晶，减少成品后套管收缩，降低光纤余长。我们经过多次验证，冷却水槽采用三段冷却，一段水温为60°C，二段水温为55°C，三段为30°C，可以很好的降低材料的回缩，保证套管后的光纤余长。
[0025]为了保证光缆具有更好的弯曲性能，我们将松套管和芳纶加强芯与不小于8倍的节径比正规绞合在一起，可以使缆芯整体上有更小弯曲半径，更适于在港口来回拖动的场合使用。
[0026]护套层采用聚氨酯材料，具有良好的耐磨，抗拉性能。聚氨酯同样易吸潮，在使用要在干燥除湿器重加热85°C，烘干3h，可以很好保证挤出性能。聚氨酯在熔融后，粘度大，会呈现出像流水状，温度过高，材料会过早分解，挤出外观有小气泡，温度过低，塑化不完全，表面不光亮，可能强度会达不到指标要求。控制好挤出机的各区温度是关键，我们经过多次论证，各区最佳的温度控制见表2
表2挤出机最佳温控表温区I螺杆一区I螺杆二区I螺杆三区I螺杆四区I法兰I机头|模~￥
温度(°C) |l60|l701180|l80|l90 |l85 |l80
编织加强层工序，要注意编织角度的控制，通过力学分析在保证编织密度的情况下，调整节距来改变编织角度，一般调整编织角度为4(Γ50度，可以很好提高抗拉伸能力。采用主动张力控制器，张力控制在160Ν，使高强度涤纶丝在编织时不容易断线；采用4根并线根数，使高强度涤纶丝的密度合适，从而保证了内护和外护之间的粘连性，起到了增强作用。
[0027]光纤单元宜用由同类有涂覆层的二氧化硅光纤组成。为了保证光纤的几何尺寸:芯/包层同心度误差、包层不圆度、芯不圆度等最相似，同批产品应使用同一设计、相同材料和相同工艺制造出来的光纤；光纤是易折品，为了确保电缆的使用寿命，不仅要保证光纤在使用过程中的安全性，还要提高电缆整体柔软性和弯曲性，光单元结构设计很大程度决定了这样性能；我们选择光纤与芳纶丝平行绞合一起，一方面芳纶丝的抗拉强度很大，可以保证在有牵引拉力时，有芳纶承受外来拉力，另一方面芳纶包括在光纤周围，可以保证光单元受到外界撞击是不受损伤。
[0028]松套管、光纤单元外被层采用绝缘材料:高性能聚氨酯，性能要求为:耐温等级必须在-40°C?90°C之间，这样能承受昼夜温差的变化，同时也能够在酷暑的夏天和严寒的冬天使用；
良好的电气性能和优异的机械物理性能；与一般的橡胶材料比，密度更小，重量更轻，弯曲性能更好。
[0029]关于缆芯绞合，对电缆的弯曲性能有着重要的作用，一般要求成缆节径比不大8倍，采用正规绞合，以保证电缆整体弯曲性能和内应力作用均匀。
[0030]线芯中间采用芳纶丝外挤包聚氨酯进行填充；芳纶丝抗拉强度大，挤包聚氨酯后可以作为拖令光缆主要受力芯，提高拖令光缆的抗拉强度。
[0031]护套的材料:选用高性能聚氨酯护套材料，性能要求为:耐温等级必须在-40°C?90°C之间，这样能承受昼夜温差的变化，同时也能够在酷暑的夏天和严寒的冬天使用；具有良好的耐紫外线和抗臭氧性能，这样能保证在长期日晒环境下，护套不会快速老化，提高电缆的使用寿命；具备良好耐湿热性能；具备优良的耐磨性能和很好的机械物理性能。
[0032]编织加强层的材料为:高强度涤纶丝，为提高整个电缆的抗张强度，我们在内护与外护间设计一层涤纶丝编织加强层，涤纶丝的抗拉强度比较大，根据理论计算和产品实际使用情况，选择编织密度为30%，既可以不增加外径，又可以保证需要的牵引力，可以消除或减小电缆在移动或扭转状态时的应力，提高电缆的使用寿命。
[0033]线芯成缆工艺制定:为了保证电缆整体的弯曲性能，我们进行了试验，最终将节经比定在不大于8倍。为了保证光纤在整体上受力均匀，所有的光纤松套管结构都围绕在内填充条周围，以节经比定不大于8倍绞合在一起。
[0034]高性能柔软型拖令光缆护套加工工艺制定为提高内护套、编织层和外护套的一体性，选择挤管式模具挤出内护，这样不仅可以提高生产效率，还可以使成缆后线芯之间有一定的间隙，提高受力时各个光纤松套管回复原来位置能力，特高弯曲性能，通过涤纶丝编织及外护套相结合形式，提高整体抗拉性能。
[0035]编织加强工序为提高护套的抗张强度，在内护与外护间设计一层编织加强层，材料采用高强度涤纶丝，此材料在编织时没有多大的弹性，而且此材料编织到线上时会有压扁趋势，给我们实际生产过程中带来了不少麻烦；通过我们的跟踪观察，采用合适的张力控制，使高强度涤纶丝在编织时不容易断线；采用合适的并线根数，使高强度涤纶丝的密度合适，从而保证了内护和外护之间的粘连性，起到了增强作用。
[0036]对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0037]本发明适用于有高机械应力的应用场合，主要应用岸边集装箱起重机或轨道式集装箱龙门式起重机的拖令系统中。通过选用特种聚氨酯护套材料作为高性能拖令光缆护套，合理设计拖令光缆结构及制定合适的加工工艺，解决了拖令光缆在正常工作环境下的各项信号传输问题(环境温度_40°C -80°C)，解决了拖令光缆长期移动状态下寿命下降的问题，通过设计内外护套编织加强层结构，提高了电缆在使用过程中的抗拉伸、抗扭转能力，延长电缆的使用寿命，理论计算此电缆设计使用寿命可以达到10年。成为国内领先水平；具有很好的实用价值和推广价值。
[0038]现有拖令光缆一般使用寿命比较短；本发明技术通过设计合理的结构和制定合理的加工工艺，不仅保证了光信号传输的性良性，还能保证了电缆的弯曲性能、抗拉性能、耐扭转性能，提高了电缆的使用寿命；这些改进包括将光纤和芳纶丝通过平行绞合在一起，将受力部分转移到芳纶丝，保护光纤在使用过程中不受力，将成缆设备更改为主动放线设计，所有光纤松套管结构以不大于8倍的节径比绞合在填充条周围，保证整体成缆结构有良好的柔软性，选择护套结构为内护层+涤纶丝+外护层，多层保护结构相结合的形式，提高光纤在使用过程中抗各种外力风险的能力，即使光缆在经常拖动，弯曲的场合，还能保证光纤有良好的裳减性能。
[0039]通过选用高性能聚氨酯护套材料，使电缆具备了良好的耐紫外线、耐油、耐低温、耐磨等性能，提高了电缆的使用性能，提高了电缆的寿命。
【权利要求】
1.一种高性能柔软型拖令光缆，其特征在于:包括芳纶加强芯(I)、聚氨酯保护层(2)、聚氨酯外被层(3)、光纤单元(4)、聚氨酯内护层(5)、涤纶丝编织层(6)、聚氨酯外护套(7)、松套管(8)、芳纶丝填充层(9)和光纤(10)，所述芳纶加强芯(I)外设有聚氨酯保护层(2)，所述聚氨酯保护层(2)和聚氨酯内护层(5)之间包含多个光纤单元(4)，每个光纤单元(4)外设有聚氨酯外被层(3 )，所述聚氨酯内护层(5 )外依次套有涤纶丝编织层(6 )和聚氨酯外护套(7)，所述光纤单元(4)从外到内依次由松套管(8)、芳纶丝填充层(9)和光纤(10)组成。
2.根据权利要求1所述的高性能柔软型拖令光缆，其特征在于:所述松套管(8)为高性能聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的高性能柔软型拖令光缆，其特征在于:所述光纤单元(4)为有涂覆层的多模二氧化硅。
4.一种高性能柔软型拖令光缆的制备方法，其特征在于:包括如下步骤:预制棒一拉丝一二次涂覆一光纤芳纶丝绞合一松套管挤出一成缆一内护套挤出一编织加强层一外护套挤出一成品检验一包装入库。
5.根据权利要求4所述的高性能柔软型拖令光缆的制备方法，其特征在于:所述预制棒通过高速拉丝机，将光棒拉制成需要尺寸的光纤。
6.根据权利要求4所述的高性能柔软型拖令光缆的制备方法，其特征在于:所述成型的光纤表面挤出低烟无卤聚烯烃做为包覆层，挤出这层低烟无卤聚烯烃采用的螺杆压缩比为1.5:1，长径比25:1。
7.根据权利要求4所述的高性能柔软型拖令光缆的制备方法，其特征在于:所述挤出的松套管材料为PBT，即聚对苯二甲酸丁二醇酯，在使用前，要在120°C的烘干料斗中处理f2h，防止在加工过程造挤出包面有气泡情况产生，之后，冷却水槽采用三段冷却，一段水温为60°C，二段水温为55°C，三段为30°C。
8.根据权利要求4所述的高性能柔软型拖令光缆的制备方法，其特征在于:所述编织加强层，要注意编织角度的控制，通过力学分析在保证编织密度的情况下，调整节距来改变编织角度，一般调整编织角度为4(Γ50度，可以很好提高抗拉伸能力；采用主动张力控制器，张力控制在160Ν，使高强度涤纶丝在编织时不容易断线；采用4根并线根数，使高强度涤纶丝的密度合适，从而保证了内护和外护之间的粘连性，起到了增强作用。
【文档编号】G02B6/44GK104166202SQ201410442167
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】解向前, 梁斌, 陈宇坤, 马赟, 周佳龙, 葛永新 申请人:中天科技装备电缆有限公司