一种双层紧套稳相光缆及其制备方法与流程

本发明属于特种光缆技术领域，更具体地，涉及一种双层紧套稳相光缆及其制备方法。

背景技术

常规光纤光缆产品，其光程差随着温度变化会发生变化。这一变化过程主要由于光纤的热胀冷缩以及玻璃芯子的光折射率变化引起。一般常规光纤的温度漂移系数为(40ps/km/k)，该光程差变化导致光传输过程中发生相位偏移。

在一些要求精度较高的领域，例如雷达应用领域，该相位偏移对信号的精确传输有较大影响，因此目前对于稳相光缆有很多迫切的需求。常规紧套光纤存在光程差随温度变化波动较大的问题，常规紧套产品的温度漂移系数典型值在40～60ps/km/k范围，甚至处于更大的范围，而且在高低温环境中使用时附加衰减较大，光纤机械性能弱化。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双层紧套稳相光缆及其制备方法，其目的在于通过双层紧套结构并针对每一层紧套层的材料和性能做优化，由此解决现有的稳相光缆温度漂移系数较高、附加衰减较大或的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：光纤、第一紧套层和第二紧套层；所述第一紧套层与光纤剥离力在2n至9n之间，其为分子定向排列的lcp材料，厚度在0.05mm至0.3mm之间，弹性模量为10gpa至13gpa，热膨胀系数为-1～1×10^-7/k。

优选地，所述双层紧套稳相光缆，其所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数在15～35之间，优选在17～26之间。

优选地，所述双层紧套稳相光缆，其第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数在10至25之间，厚度在0.05mm至0.15mm之间，其与第一紧套层的剥离力在0.8n至6n之间。

优选地，所述双层紧套稳相光缆，其第二紧套层形变率>400％。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的双层紧套稳相光缆的制备方法，包括以下步骤：

(1)第一次挤塑成型：将光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆。

优选地，所述双层紧套稳相光缆的制备方法，其步骤(1)包括：

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料注入挤塑模，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却。

优选地，所述双层紧套稳相光缆的制备方法，其步骤(1-1)所述光纤预热温度230℃～280℃，预热时间1s至3s。

优选地，所述双层紧套稳相光缆的制备方法，其所述第一紧套层材料为亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数在15～35之间，优选在17～26之间；

步骤(1-1)所述第一紧套层材料预烘温度100℃至150℃，预烘时间6h至15h；

步骤(1-2)挤塑出模口温度为320～400℃，生产速度为150～250m/min；

步骤(1-3)空气冷却至20℃至50℃。

优选地，所述双层紧套稳相光缆的制备方法，其所述步骤(2)包括：

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料注入挤塑模，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线。

优选地，所述双层紧套稳相光缆的制备方法，其所述第二紧套层材料为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数在10至25之间；

步骤(2-1)所述第二紧套层材料预烘温度40℃至100℃，预烘时间3h至8h；

步骤(2-2)挤塑出模口温度为310～350℃，生产速度为20～60m/min；

步骤(2-3)空气冷却至20℃至50℃，0.6n至2.0n张力下收线。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的双层紧套稳相光缆，通过对第一紧套层的材料理化性质进行优化选择，尤其是对弹性模量和热膨胀系数的优化选择，同时对几何尺寸优化，所述第一紧套层与光纤剥离力进行优化，能降低光缆的温度漂移系数，温度漂移系数达5～10ps/km/k控制，较常规类紧套光纤的40～60ps/km/k左右，较宽范围内温度稳定性大幅度增加，从而提高相位偏移对信号的传输精确性，能应用于雷达等领域。

优选方案，通过对第一紧套层、第二紧套层的材料理化性能选择及几何参数优化，能在降低光缆的温度漂移系数的同时，降低光衰耗、提高机械性能，进一步满足应用要求，延长使用寿命，双层紧套材料结构耐久性增加，且外观美观；产品外径较小，使用方便。

本发明提供的双层紧套稳相光缆的制备方法，能提高第一紧套层和光纤之间、第一紧套层和第二紧套层之间的结合稳定性和材料成型的几何尺寸一致性，从而提高光纤性能和成品率。

附图说明

图1是本发明提供的双层紧套稳相光缆结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的稳相光缆的温度漂移系数与常规g652d光纤该系数对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：光纤、第一紧套层和第二紧套层。

所述第一紧套层与光纤剥离力在2n至9n之间，其为分子定向排列的lcp材料，厚度在0.05mm至0.3mm之间，弹性模量为10～13gpa，热膨胀系数为-1～1×10^-7/k。优选地，所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数在15至35之间，优选在17至26之间。

所述第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数在10至25之间，厚度在0.05mm至0.15mm之间，其与第一紧套层的剥离力在0.8n至6n之间。所述第二紧套层形变率大于或等于400％。

本发明提供的双层紧套稳相光缆，针对现有光缆光程差随温度变化波动较大的问题，采用第一紧套层，相对于光纤其热膨胀系数非常小，能稳定光纤，降低产品的温度漂移系数。为了达到这一效果，lcp紧套层与光纤之间的剥离力需要达到2n～9n的标准。因此在lcp材料中不仅要选择热膨胀系数、弹性模量满足相应要求的材料，同时还要考虑到lcp材料和光纤的结合紧密程度。

进一步的，如果使用一层lcp紧套层，由于lcp材料直接暴露在应用环境中，容易老化，使用容易折断的问题；而且由于lcp材料的机械性能欠佳，单层紧套层造成弯折性能差。本发明采用双层紧套结构，避免了lcp的微裂纹增长，最大限度地保持了光缆整体的温度漂移系数、衰耗、机械强度处于最优。

本发明提供的双层紧套稳相光缆的制备方法，包括以下步骤：

(1)第一次挤塑成型：将光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料注入挤塑模，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却。

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆；

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料注入挤塑模，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线。

以下为实施例：

本发明提供的稳相光缆所使用的光纤可以是多模或者其它特种光纤石英玻璃光纤，下面以g.652d光纤为例：

实施例1

一种双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：g.652d光纤、第一紧套层和第二紧套层。

所述第一紧套层与光纤剥离力在2n之间，其为分子定向排列的lcp材料，厚度在0.05mm之间，弹性模量为12.5gpa，热膨胀系数为-1×10^-7/k。所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为16。

所述第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为10，厚度为0.05mm之间，其与第一紧套层的剥离力在6n之间。所述第二紧套层形变率为500％。

所述双层紧套稳相光缆按照如下方法制备：

(1)第一次挤塑成型：将g.652d光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

所述光纤预热温度230℃～280℃，预热时间1s至3s

所述第一紧套层材料为亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为16；

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；预烘温度100℃,预烘时间6h；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料通过挤塑设备成型，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；挤塑出模口温度为370℃，生产速度为80m/min；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却至20℃至50℃。

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆；

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；所述第二紧套层材料为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为12；预烘温度100℃，预烘时间8h；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料通过挤塑设备挤塑成型，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；出模口温度为350℃，生产速度为20m/min；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线至20℃至50℃，1.2n张力下收线。

实施例2

一种双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：g.652d光纤、第一紧套层和第二紧套层。

所述第一紧套层与光纤剥离力在3之间，其为分子定向排列的lcp材料，厚度在0.1mm之间，弹性模量为13gpa，热膨胀系数为-0.2×10^-7/k。所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为26。

所述第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为25，厚度为0.1mm，其与第一紧套层的剥离力在0.8n之间。所述第二紧套层形变率为400％。

所述双层紧套稳相光缆按照如下方法制备：

(1)第一次挤塑成型：将g.652d光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

所述光纤预热温度230℃～280℃，预热时间1s至3s

所述第一紧套层材料为亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为26；

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；预烘温度150℃，预烘时间10h；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料注入挤塑模，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；挤塑出模口温度为350～380℃，生产速度为150m/min；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却至20℃至50℃。

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆；

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；所述第二紧套层材料为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为18；预烘温度80℃，预烘时间7h；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料注入挤塑模，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；出模口温度为350℃，生产速度为30m/min；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线至20℃至50℃，1.0n张力下收线。

实施例3

一种双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：g.652d光纤、第一紧套层和第二紧套层。

所述第一紧套层与光纤剥离力为9n，其为分子定向排列的lcp材料，厚度在0.3mm之间，弹性模量为10gpa，热膨胀系数为1×10^-7/k。所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为15。

所述第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为25，厚度为0.05mm之间，其与第一紧套层的剥离力在6n之间。所述第二紧套层形变率为450％。

所述双层紧套稳相光缆按照如下方法制备：

(1)第一次挤塑成型：将g.652d光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

所述光纤预热温度230℃～280℃，预热时间1s至3s

所述第一紧套层材料为亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为15；

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；预烘温度140℃，预烘时间15h；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料注入挤塑模，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；挤塑出模口温度为400℃，生产速度为150m/min；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却至20℃至50℃。

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆；

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；所述第二紧套层材料为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为25；预烘温度40℃，预烘时间5h；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料注入挤塑模，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；出模口温度为330℃，生产速度为60m/min；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线至20℃至50℃，2.0n张力下收线。

实施例4

一种双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：g.652d光纤、第一紧套层和第二紧套层。

所述第一紧套层与光纤剥离力为7n，其为分子定向排列的lcp材料，厚度在0.2mm之间，弹性模量为11gpa，热膨胀系数为1×10^-7/k。所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为17。

所述第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为14，厚度为0.15mm，其与第一紧套层的剥离力在5.2n之间。所述第二紧套层形变率为400％。

所述双层紧套稳相光缆按照如下方法制备：

(1)第一次挤塑成型：将g.652d光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

所述光纤预热温度230℃～280℃，预热时间1s至3s

所述第一紧套层材料为亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为17；

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；预烘温度100℃，预烘时间10h；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料注入挤塑模，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；挤塑出模口温度为320℃，生产速度为150m/min；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却至20℃至50℃。

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆；

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；所述第二紧套层材料为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为14；预烘温度80℃，预烘时间3h；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料注入挤塑模，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；出模口温度为310，生产速度为20m/min；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线至20℃至50℃，0.6n张力下收线。

实施例5

一种双层紧套稳相光缆，由内至外依次包括：g.652d光纤、第一紧套层和第二紧套层。

所述第一紧套层与光纤剥离力在9n，其为分子定向排列的lcp材料，厚度为0.1mm，弹性模量为13gpa，热膨胀系数为0.1×10^-7/k。所述第一紧套层为聚对亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为20。

所述第二紧套层为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为21，厚度为0.15mm之间，其与第一紧套层的剥离力为4n。所述第二紧套层形变率为500％。

所述双层紧套稳相光缆按照如下方法制备：

(1)第一次挤塑成型：将g.652d光纤和第一紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得一次挤塑稳相光缆；

所述光纤预热温度230℃～280℃，预热时间1s至3s

所述第一紧套层材料为亚苯基对苯二甲酰胺，熔流指数为20；

(1-1)将所述第一紧套层材料进行预烘处理，将光纤预热；预烘温度120℃，预烘时间6h；

(1-2)将步骤(1-1)中获得的经预烘处理的第一紧套层材料注入挤塑模，与预热的光纤一同通过挤塑机进行挤塑；挤塑出模口温度为400℃，生产速度为180m/min；

(1-3)将步骤(1-2)中挤塑得到的带有第一紧套层的光纤空气冷却至20℃至50℃。

(2)第二次挤塑成型，将步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆和第二紧套层材料通过挤塑机挤塑成型，获得所述双层紧套稳相光缆；

(2-1)将所述第二紧套层材料进行预烘处理；所述第二紧套层材料为乙烯四氟乙烯共聚物，熔流指数为21；预烘温度40℃，预烘时间8h；

(2-2)将步骤(2-1)中获得的经预烘处理的第二紧套层材料注入挤塑模，与步骤(1)中获得的一次挤塑稳相光缆一同通过挤塑机进行挤塑；出模口温度为350℃，生产速度为20m/min；

(2-3)将步骤(2-2)中挤塑得到的带有双层紧套层的光纤空气冷却收线至20℃至50℃，0.6n张力下收线。

为了提高第一紧套层和光纤、第一紧套层和第二紧套层之间的结合紧密程度从而进一步降低光缆的温度漂移系数，第一紧套层、第二紧套层的材料选择及挤塑成型的工艺选择非常关键。理论上达到本发明所要求的理化性能的材料即能使得光缆的温度漂移系数在一定程度上的降低。而实施例采用的第一紧套层材料和第二紧套层材料，能使得光缆的温度漂移系数降低到理想程度的同时，在机械性能和几何尺寸上更加优化。同时，实施例提供的方法针对第一紧套层材料和第二紧套层材料，对二次挤塑工艺参数做了优化，使得光纤和第一紧套层之间、第一紧套层和第二紧套层之间紧密结合，从而提高剥离力，主要针对挤塑成型的出模口温度、生产速度；特别增加预烘环节，使得一次挤塑成型和二次挤塑成型时，光纤和第一紧套层之间、第一紧套层和第二紧套层之间分子活化，可能形成一定程度的分子间作用力，从而大幅提高剥离力，使得温度漂移系数进一步降低。其中对于第二次挤塑成型，要控制最终收线是的温度和张力才能使得光纤和第一紧套层之间由于第一次挤塑成型形成的结合不受严重影响，同时第一紧套层和第二紧套层之间的结合紧密程度达到要求。

实施例6

实施例1至5中制得的稳相光缆，性能评价如表1所示：

温度漂移系数，通过cd400以及温循箱测试产品不同温度下的光程差，并通过计算得到该产品-55～125℃的平均温度漂移系数；

1310nm和1550nm的衰耗，通过pk8000测试；

实施例1制备的双层紧套层的稳相光缆通过cd400以及温循箱测试产品不同温度段下的光程长度，并通过计算以及数据拟合，得到-55～125℃范围内，产品温度敏感系数随温度变化曲线，与常规g652d裸光纤的比较曲线见图2。该稳相光缆抗张强度可以达到30至60n，具备有优异的机械性能，可以作为光缆单独使用，也可以用于用作其它用途的光缆子单元。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。