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CN109003713B - 一种防火光电综合缆及其实现方法 - Google Patents

一种防火光电综合缆及其实现方法 Download PDF

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CN109003713B CN201810802140.9A CN201810802140A CN109003713B CN 109003713 B CN109003713 B CN 109003713B CN 201810802140 A CN201810802140 A CN 201810802140A CN 109003713 B CN109003713 B CN 109003713B
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Shanghai Transmission Line Research Institute No 23 Research Institute Of China Electronics Technology Group Corp
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Abstract

本发明公开了一种防火光电综合缆，包括由内而外依次设置的缆芯、加强层、外护套和防火层，所述缆芯为多根电源线和多根填芯绞合在一根光单元周围制成的绞合结构，所述光单元为多根紧套光纤和填芯绞合在一根中心元件周围同时绞合一层加强层和挤塑一层护套，防火层由内向外依次为包带绕包层、薄膜绕包层、编织纤维层、薄膜绕包层和金属编织层的五层复合结构，并公开了制备该防火光电综合缆的方法。本发明极大地降低光电综合缆的外径和重量，提高综合缆柔软弯曲性能，满足快速便捷反复收放的特殊要求，并通过合理设计复合防火层，达到光电综合缆防火保护作用，保证光电综合缆在900℃～1000℃高温条件下短暂使用特殊要求。

Description

一种防火光电综合缆及其实现方法
技术领域
本发明属于光缆技术领域，尤其涉及一种适于反复收放的防火光电综合缆。
背景技术
目前市场上常规光电综合缆由于尺寸较大、重量较重等缺点，无法满足轻型光电综合缆的特殊要求，不能在野外、车载、舰载和机载等应用环境中快速便捷反复收放使用，同时也不能满足防火使用要求，而有些用户已经对尺寸小、重量轻且可适于快速反复收放的轻型光电综合缆明确提出应用需求，故发明轻型防火光电综合缆十分必要。
目前市场上使用的常规光电综合缆，如图1所示，由电源线8、中心元件9、光纤单元10、聚酯薄膜包带11、芳纶纤维12及聚氨酯外护套13组成，电源线和光纤单元绞合在中心元件周围，在电源线和光纤单元的外部包覆有聚酯薄膜包带，在聚酯薄膜包带外部依次包覆有芳纶纤维和聚氨酯外护套。该种结构的光电综合缆虽然具有柔软弯曲的特点，但是由于外径和重量较大，不能实现快速反复收放，无法满足机动性和便捷性要求，而且常规光电综合缆在长期使用过程中会出现扭曲情况，降低综合缆使用寿命和可靠性。常规光电综合缆也不具有防火功能，无法保证光电综合缆在短暂火焰产生900～1000℃高温环境中正常使用。
为了满足尺寸小、重量轻且可适于快速反复收放的轻型光电综合缆的需求，同时要满足在短暂火焰产生900～1000℃高温环境中特殊使用要求，迫切需要从材料、结构及电缆制作方法方面着手，提供一种新型的防火光电综合缆。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的尺寸大、重量高、不能耐高温等问题，提供新型的一种光电综合缆及其制备方法，在保证具有常规光电综合缆的机械和环境等综合性能的基础上，通过光电综合缆结构设计，降低光电综合缆的尺寸和重量，便于光电连接器安装，适于快速反复收放，解决使用扭曲问题，并同时满足防火使用要求，有效实现光电传输、使用机动性和便捷性。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种防火光电综合缆，包括由内而外依次设置的缆芯、加强层5、外护套6和防火层7，其特征在于：所述缆芯为多根电源线1和多根填芯3绞合在一根光单元2周围，外包覆特殊的固化胶并绕包一层包带4制成的对称绞合结构，所述光单元2为多根紧套光纤和多根填芯绞合在一根中心元件周围同时绞合一层加强层和挤塑一层护套层，所述紧套光纤包括设置有涂覆层的光纤和紧套层，所述防火层7由内向外依次为包带绕包层、薄膜绕包层、编织纤维层、薄膜绕包层和金属编织层的五层复合结构。
进一步的，所述包带绕包层为云母带或耐火带，所述薄膜绕包层为聚酰亚胺薄膜或氟塑料薄膜，所述编织纤维层为玻璃纤维或高硅氧玻璃纤维，所述金属编织层为镀锡铜丝或不锈钢丝或裸铜丝。
进一步的，所述光单元2中紧套光纤内的光纤为设置有涂覆层的光纤，所述光单元2中紧套光纤的材料为尼龙或热塑聚酯共聚物Hytrel或阻燃聚氨酯或低烟无卤阻燃聚烯烃，所述光单元2中心元件材料为玻璃棒FRP或芳纶棒KFRP或金属丝，所述光单元2填芯为在填充材料外挤出塑料构成，所述填充材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO，所述塑料为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体或聚乙烯，所述光单元2中的加强层为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO，所述光单元2中的护套层为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体。
进一步的，所述填芯3的材料为在填充材料外挤出塑料构成，所述填充材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO，所述塑料为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体或聚乙烯。
进一步的，所述电源线1中包括导体和绝缘体，所述导体材料为铜线或铜绞线或带镀层铜线或带镀层铜绞线；所述绝缘体材料为聚乙烯或氟塑料或聚氯乙烯或橡胶。
进一步的，所述加强层5的材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO。
进一步的，所述外护套6的材料为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体。
一种制备防火光电综合缆的方法，包括以下步骤：
步骤一：制备紧套光纤
选用光纤二次被覆挤塑机，在收放线张力为0.5～1.0N的条件下，设置挤塑温度为130～250℃，在光纤外部以60～100m/min的线速度均匀包覆一层紧套层，经水槽冷却，通过挤管式模具挤出，制成紧套光纤；
步骤二：制备光单元
将步骤一中制备完成的紧套光纤与填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根中心元件周围制成光单元缆芯，继而在所述光单元缆芯外部均匀铠装加强层，并同步挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，上述绞合设备、铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置；
步骤三：制备电源线
选用高温挤塑机，在收放线张力为2.0～10.0N的条件下，设置挤塑温度为130～380℃，在导体外部以40～100m/min的线速度均匀挤塑一层绝缘层，经水槽冷却，通过挤压式模具挤出；
步骤四：制备缆芯
选用成缆机，在收放线张力为2.0～10.0N的条件下，在以2～10m/min的线速度下将步骤三中制备完成的多根电源线与多根填芯以绞合的方式绞合在步骤二中制备完成的光单元周围制成缆芯，同时包覆特殊的固化胶并绕包一层包带；
步骤五：制备加强层
选用编织机，将步骤四中制备完成的缆芯外部均匀编织一层加强层；
步骤六：制备外护套
选用挤塑机，将步骤五中制备完成的加强层编织外部均匀挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，上述铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置；
步骤七：制备复合防火层
选用高速绕包机，将步骤六中制备完成的外护套外部均匀绕包包带；选用高速绕包机，在包带外部均匀绕包薄膜；选用高速编织机，在薄膜外部均匀编织纤维；选用高速绕包机，在纤维外部均匀绕包薄膜；选用高速编织机，在薄膜外部均匀编织金属。
进一步的，所述光电综合缆芯的绞合节距为40～150mm，加强层的绞合节距为80～300mm，在收放线张力为5.0～20.0N的条件下，设置挤塑温度为120～180℃，在缆芯外部以5～15m/min的线速度均匀挤塑一层外护套，再增加5层复合防火层保护。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：
1、本发明通过将多根光纤设计在一个光单元，由于单根光纤强度较低易断问题，解决光纤与电源线在一起绞合光纤易断的问题，并通过对光纤紧包、绞合芳纶和挤塑护套等方法，对光纤进行进一步保护，保证光单元在反复收放使用过程中光性能可靠性和稳定性；通过将多根电源线与光纤分开单独绞合在一起，避免光纤和电源线之间相互干扰，通过小节距绞合方法，保证综合缆柔软弯曲性，通过在包覆特殊的固化胶防止电源线在使用过程中出现窜动问题，并使缆芯结构也更紧实，在反复收放使用过程中电性能更加稳定可靠；采用5层复合防火结构，根据光电综合缆反复收放要求，结合防火层中每层材料不同特点，设计合成云母带、聚酰亚胺薄膜，编织高硅氧玻璃纤维、聚酰亚胺薄膜和镀锡铜丝五层材料组合结构，并采用合适的工艺参数，保证防火层使用可靠性和稳定性。
2、本发明采用加强层编织铠装方法，既保证综合缆抗拉性能等机械性能，又通过芳纶编织方式将缆芯锁紧在综合缆中，避免缆芯在使用过程中窜动，导致综合缆出现扭曲等情况，提高综合缆长期使用可靠性和稳定性。
附图说明
图1本发明提供的一种防火光电综合缆结构图
图2为现有技术的常规光电综合缆结构图
图3为防火光电综合缆制作工艺流程图
图中所示：
1：电源线2：光单元3：填芯4：包带5：加强层6：外护套7：防火层8：光单元9：中心元件10：电源线11：包带12：加强层13：外护套
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种光电综合缆包括由内而外依次设置的缆芯、加强层和外护套，缆芯为外径相同的两根紧套光纤和两根电源线绞合在一根中心元件周围制成的四芯对称相间绞合结构，紧套光纤包括设置有涂覆层的光纤和紧套层。
实施例一
选用光纤二次被覆挤塑机，在收放线张力为0.5N以及挤塑温度为180～240℃，在光纤外部以60m/min的线速度均匀包覆一层紧套层。紧套层的材料优先选取尼龙，继而经水槽冷却，水槽冷却温度为30～40℃之间，模具采用挤管式，制成外径为0.4mm的紧套光纤；将制备完成的两根紧套光纤和两根填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根中心元件周围制成光单元缆芯，继而在所述光单元缆芯外部均匀铠装加强层，并同步挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，制成外径为2.0mm，上述绞合设备、铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置。
再选用高温挤塑机，在收放线张力为8.0N、挤塑温度为160～200℃的条件下，在导体外部以40m/min的线速度均匀挤塑一层绝缘层，经水槽冷却，水槽冷却温度为40～60℃，通过挤压式模具，制成外径为1.2mm的电源线；电源线中包括导体和绝缘体，导体材料为铜绞线，导体外径为0.6mm；绝缘体材料为聚乙烯。
将上述制备完成的六根电源线和两根填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根光单元周围制成光电综合缆芯，光电综合缆芯的绞合节距60mm，缆芯的外径为4.4mm；选用编织机，在收放线张力10N、线速度0.8m/min条件下，在缆芯周围均匀编织一层加强层，加强层材料为芳纶纤维，加强层的绞合节距为100mm，制成外径为4.9mm；选用挤塑机，在加强层周围挤塑一层阻燃聚氨酯外护套，外护套的壁厚为1.05mm，经水槽冷却，水槽冷却温度在30～50℃之间，采用半挤管式的挤出模具，制成外径为7.0mm。
在外护套周围增加防火层保护，通过绕包云母带、绕包聚酰亚胺薄膜、编织玻璃纤维、绕包氟塑料薄膜和编织镀锡铜丝方法，制成外径为9.5mm防火光电综合缆。
实施例二
选用光纤二次被覆挤塑机，在收放线张力为0.5N以及挤塑温度为140～180℃，在光纤外部以60m/min的线速度均匀包覆一层紧套层，紧套层的材料优先选取低烟无卤阻燃聚烯烃，继而经水槽冷却，水槽冷却温度为30～40℃之间，模具采用挤压式，制成外径为0.6mm的紧套光纤；将制备完成的两根紧套光纤和两根填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根中心元件周围制成光单元缆芯，继而在所述光单元缆芯外部均匀铠装加强层，并同步挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，制成外径为2.5mm，上述绞合设备、铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置。
再选用高温挤塑机，在收放线张力为9.0N、挤塑温度为160～200℃的条件下，在导体外部以18m/min的线速度均匀挤塑一层绝缘层，经水槽冷却，水槽冷却温度为40～60℃，通过挤压式模具，制成外径为1.5mm的电源线；电源线中包括导体和绝缘体，导体材料为铜绞线，导体外径为0.8mm；绝缘体材料为聚乙烯。
将上述制备完成的六根电源线和两根填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根光单元周围制成光电综合缆芯，光电综合缆芯的绞合节距80mm，缆芯的外径为5.5mm；选用编织机，在收放线张力10N、线速度0.8m/min条件下，在缆芯周围均匀编织一层加强层，加强层材料为芳纶纤维，加强层的绞合节距为150mm，制成外径为6.0m；选用挤塑机，在加强层周围挤塑一层阻燃聚氨酯外护套，外护套的壁厚为1.25mm，经水槽冷却，水槽冷却温度在30～50℃之间，采用半挤管式的挤出模具，制成外径为8.5mm。
在外护套周围增加防火层保护，通过绕包云母带、绕包聚酰亚胺薄膜、编织玻璃纤维、绕包氟塑料薄膜和编织镀锡铜丝方法，制成外径为11mm防火光电综合缆。
实施例三
选用光纤二次被覆挤塑机，在收放线张力为0.7N以及挤塑温度为190～260℃，在光纤外部以60m/min的线速度均匀包覆一层紧套层，紧套层的材料优先选取热塑聚酯共聚物Hytrel，继而经水槽冷却，水槽冷却温度为30～40℃之间，模具采用挤压式，制成外径为0.6mm的紧套光纤；将制备完成的两根紧套光纤和两根填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根中心元件周围制成光单元缆芯，继而在所述光单元缆芯外部均匀铠装加强层，并同步挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，制成外径为2.8mm，上述绞合设备、铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置。
再选用高温挤塑机，在收放线张力为9.0N、挤塑温度为160～200℃的条件下，在导体外部以18m/min的线速度均匀挤塑一层绝缘层，经水槽冷却，水槽冷却温度为40～60℃，通过挤压式模具，制成外径为1.7mm的电源线；电源线中包括导体和绝缘体，导体材料为铜绞线，导体外径为1.0mm；绝缘体材料为氟塑料；
将上述制备完成的六根电源线和两根填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根光单元周围制成光电综合缆芯，光电综合缆芯的绞合节距120mm，缆芯的外径为6.2mm；选用编织机，在收放线张力10N、线速度0.6m/min条件下，在缆芯周围均匀编织一层加强层，加强层材料为芳纶纤维，加强层的绞合节距为150mm，制成外径为6.7mm；选用挤塑机，在加强层周围挤塑一层阻燃聚氨酯外护套，外护套的壁厚为1.4mm，经水槽冷却，水槽冷却温度在30～50℃之间，采用半挤管式的挤出模具，制成外径为9.5mm。
本发明在外护套周围增加防火层保护，通过绕包云母带、绕包聚酰亚胺薄膜、编织玻璃纤维、绕包氟塑料薄膜和编织镀锡铜丝方法，制成外径为12.5mm防火光电综合缆。根据上述技术方案研制的轻型防火光电综合缆与现有常规光电综合缆相比，具有尺寸小、重量轻和弯曲性能优异等优点，能真正满足快速便捷反复收放的特殊要求，并具有防火和抗扭功能，有效实现光电传输、使用机动性和便捷性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防火光电综合缆，包括由内而外依次设置的缆芯、加强层(5)、外护套(6)和防火层(7)，其特征在于：所述缆芯为多根电源线(1)和多根填芯(3)绞合在一根光单元(2)周围，外包覆固化胶并绕包一层包带(4)制成的对称绞合结构，所述光单元(2)为多根紧套光纤和多根填芯绞合在一根中心元件周围同时绞合一层加强层和挤塑一层护套层，所述紧套光纤包括设置有涂覆层的光纤和紧套层，所述防火层(7)由内向外依次为包带绕包层、薄膜绕包层、编织纤维层、薄膜绕包层和金属编织层的五层复合结构。
2.按照权利要求1所述的一种防火光电综合缆，其特征在于：所述包带绕包层为云母带或耐火带，所述薄膜绕包层为聚酰亚胺薄膜或氟塑料薄膜，所述编织纤维层为玻璃纤维或高硅氧玻璃纤维，所述金属编织层为镀锡铜丝或不锈钢丝或裸铜丝。
3.按照权利要求1或2所述的一种防火光电综合缆，其特征在于：所述光单元(2)中紧套光纤内的光纤为设置有涂覆层的光纤，所述光单元(2)中紧套光纤的材料为尼龙或热塑聚酯共聚物Hytrel或阻燃聚氨酯或低烟无卤阻燃聚烯烃，所述光单元(2)中心元件材料为玻璃棒或芳纶棒或金属丝，所述光单元(2)填芯为在填充材料外挤出塑料构成，所述填充材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO，所述塑料为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体或聚乙烯，所述光单元(2)中的加强层为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO，所述光单元(2)中的护套层为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体。
4.按照权利要求1或2所述的一种防火光电综合缆，其特征在于：所述填芯(3)的材料为在填充材料外挤出塑料构成，所述填充材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO，所述塑料为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体或聚乙烯。
5.按照权利要求1或2所述的一种防火光电综合缆，其特征在于：所述电源线(1)中包括导体和绝缘体，所述导体的材料为铜线或铜绞线或带镀层铜线或带镀层铜绞线；所述绝缘体材料为聚乙烯或氟塑料或聚氯乙烯或橡胶。
6.按照权利要求1或2所述的一种防火光电综合缆，其特征在于：所述加强层(5)的材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或PBO。
7.按照权利要求1或2所述的一种防火光电综合缆，其特征在于：所述外护套(6)的材料为阻燃聚氨酯或阻燃弹性体。
8.一种制备防火光电综合缆的方法，包括以下步骤：
步骤一：制备紧套光纤
选用光纤二次被覆挤塑机，在收放线张力为0.5～1.0N的条件下，设置挤塑温度为130～250℃，在光纤外部以60～100m/min的线速度均匀包覆一层紧套层，经水槽冷却，通过挤管式模具挤出，制成紧套光纤；
步骤二：制备光单元
将步骤一中制备完成的紧套光纤与填芯以对称相间绞合的方式绞合在一根中心元件周围制成光单元缆芯，继而在所述光单元缆芯外部均匀铠装加强层，并同步挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，绞合设备、铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置；
步骤三：制备电源线
选用高温挤塑机，在收放线张力为2.0～10.0N的条件下，设置挤塑温度为130～380℃，在导体外部以40～100m/min的线速度均匀挤塑一层绝缘层，经水槽冷却，通过挤压式模具挤出；
步骤四：制备缆芯
选用成缆机，在收放线张力为2.0～10.0N的条件下，在以2～10m/min的线速度下将步骤三中制备完成的多根电源线与多根填芯以绞合的方式绞合在步骤二中制备完成的光单元周围制成缆芯，同时包覆固化胶并绕包一层包带；
步骤五：制备加强层
选用编织机，将步骤四中制备完成的缆芯外部均匀编织一层加强层；
步骤六：制备外护套
选用挤塑机，将步骤五中制备完成的加强层编织外部均匀挤塑一层外护套，经水槽冷却，采用半挤管式的挤出模具，上述铠装设备和挤出设备串联成一次成型装置；
步骤七：制备复合防火层
选用高速绕包机，将步骤六中制备完成的外护套外部均匀绕包包带；选用高速绕包机，在包带外部均匀绕包薄膜；选用高速编织机，在薄膜外部均匀编织纤维；选用高速绕包机，在纤维外部均匀绕包薄膜；选用高速编织机，在薄膜外部均匀编织金属。
9.如权利要求8所述的一种制备防火光电综合缆的方法，其特征在于：
所述光电综合缆芯的绞合节距为40～150mm，加强层的绞合节距为80～300mm，在收放线张力为5.0～20.0N的条件下，设置挤塑温度为120～180℃，在缆芯外部以5～15m/min的线速度均匀挤塑一层外护套，再增加5层复合防火层保护。
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