一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜及其制作方法
【專利摘要】一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜及其制作方法，該光纜由內往外依次包括光纖、松套繞包緩沖層、加固緩沖層、增強纖維層和外護層，光纖與松套繞包緩沖層之間有一個供光纖伸縮的自由活動空間，制作方法采用獨創的光纖松套繞包技術，使得光纖可以在繞包層內自由滑動，然后在松套繞包緩沖層外采用特種硬質固化涂層或薄壁擠塑的方式形成硬質復合加固緩沖層，接著在加固緩沖層外采用較少股數的高強芳綸纖維增強后，最后擠制氟外護套。本發明能有效降低彎曲、高低溫、機械等應力對光纖的影響，保證光纖與緩沖層間結構易分離，后續接頭加工時光纖不易受緩沖層剝離影響，且可靠性高，外徑細，重量輕，柔性好，熱誘導衰減變化小，抗輻照，耐寬溫。
【專利說明】
一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜及其制作方法
技術領域
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[0001]本發明屬于光纖通信技術領域，具體講是一種可滿足低損耗、細徑(S1.2mm)、耐輻照、耐高低溫等宇航適應性要求，應用于航天飛行器光纖通信設備內部點對點信號及組網傳輸的松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜及其制作方法。
【背景技術】
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[0002]目前，抗輻照光纜已廣泛和深入用于宇航領域，受航天器光纖通信設備體積、尺寸和重量的限制，對作為實現關鍵傳輸通道的光纜的綜合特性提出較高要求。盡可能在保證機械強度、高低溫適應性、抗輻照等宇航適應性的前提下，一是降低尺寸和重量;二是提升光纖在后續組件制作中的剝離、耦合等應用可靠性;三是同時提高光纜的柔性，便于實現更小安裝空間或彎曲半徑下的布線；四是采用特殊結構適應更寬溫度范圍下的應用場合。此夕卜，采用小尺寸的光纜可進一步降低配套連接頭的尺寸和重量。
[0003]大家知道，電纜一般直接采用四氟乙烯帶或聚酰亞胺帶通過緊包的方式纏繞在電線芯上，電線受纏繞張力范圍較寬，傳輸性能影響較小，后續直接通過高溫燒結固化成型，成型溫度至少在300?400多度。而宇航用光纜所用抗輻照光纖與電線差異較大，光纜設計時光纖應盡可能少受到繞包張力或材料高低溫收縮變形等綜合應力的影響，且光纜不能經受如此高的燒結溫度，極易破壞光纖涂層，會使光纖涂層老化或焦化失效。目前宇航用光纜有兩種結構，一是采用細徑緊包緩沖技術，即直接在光纖外擠塑一層薄壁緩沖層，實現較小緩沖層尺寸，這種技術途徑對工藝控制精度要求很高，一般適用于宇航條件下采用的薄壁緩沖材料多為氟塑料;二是采用涂覆緩沖型，即在光纖外涂覆一層光或熱固化的薄壁涂層，降低緩沖層和光纜整體尺寸。
[0004]前述細徑緊包緩沖技術，工藝速度較快，連續長度制作時極易產生露纖、脫料等缺陷。另外，光纖與緊包層之間結合較為緊密，剝離工藝難度大，剝離時光纖會受到一定剝離應力，操作不好光纖易受到機械損傷，引起表面裂痕或引起特種抗輻照光纖直接斷裂等，宇航應用中可靠性會相對降低。此外，由于緊包緩沖層較薄，伸長率較大，后續受到拉伸等應力時光纖保護不好易受到變形，抗壓等條件下光纖受到的保護較標準緊包光纖可靠性低，在高低溫下材料收縮同樣易引起變形。
[0005]前述涂覆緩沖技術途徑，是在0.25mm光纖外經至少二次涂覆固化形成厚涂層，對于耐高溫光纖而言，多次耐高溫涂層涂覆固化會引起光纖損耗增加，多層涂覆后會存在層間應力，固化后光纖整體變硬變脆。此外，工序制作復雜，成本較高。對于宇航應用而言，多次涂覆會帶來涂層真空持續釋氣問題，釋放出小分子材料，將直接引起端面污染，影響光學器件精度和艙內環境安全性。
【發明內容】
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[0006]本發明要解決的技術問題是，提供一種能夠有效降低彎曲、高低溫、機械等應力對光纖的影響，保證光纖與緩沖層間結構易分離，后續接頭加工時光纖不易受緩沖層剝離影響，可靠性高，外徑細，重量輕，柔性好，熱誘導衰減變化小，抗輻照，耐寬溫的松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜及其制作方法。
[0007]本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，該光纜由內往外依次包括光纖、增強纖維層和外護層，其中，光纖與增強纖維層之間還設置有松套繞包緩沖層和硬質復合加固緩沖層，光纖與松套繞包緩沖層之間有一個供光纖伸縮的伸縮的自由活動空間。
[0008]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，光纖可為抗輻照單/多模光纖。
[0009]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，松套繞包緩沖層可采用柔性、低密度、低膨脹系數四氟乙烯薄膜。
[0010]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，加固緩沖層可為薄壁加固層或硬質固化涂層。
[0011]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，薄壁加固層可為一層薄壁的氟塑料。
[0012]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，硬質固化涂層可為一層模數高、耐高低溫性能寬的硬質紫外光或熱固化薄壁涂層。
[0013]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，增強纖維層可由高強高模非金屬連續增強纖維編織成均勻致密的網狀結構。
[0014]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其中，松套繞包緩沖層的壁厚可為50um?75um，加固緩沖層的壁厚可為50um?75um。
[0015]本發明還提供了一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的制作方法，該制作方法包括以下步驟:
[0016]①、首先在光纖外，在光纖軸向牽引的同時，將具有一定自粘性的柔性低密度低膨脹系數薄膜繞包，通過主動釋放和精確的張力和速度控制，實現薄膜繞包后在光纖外直接形成類似松套結構的松套繞包緩沖層，使光纖在薄膜繞包套管內具有供光纖伸縮的自由活動空間；
[0017]②、繞包緩沖后，接著在松套繞包緩沖層外擠塑一層薄壁加固層或涂覆一層光或熱固化的硬質固化涂層作為加固緩沖層；
[0018]③、然后在加固緩沖層外編織多股具有耐輻照、耐高低溫特性的高強高模非金屬連續增強纖維形成均勻致密的網狀結構的增強纖維層；
[0019]④、最后在增強纖維層擠制一層薄壁耐高低溫的氟外護層，形成成品光纜。
[0020]優選地，本發明所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的制作方法，其中，步驟①中，在放線、繞包處采用光纖防抖動裝置，保證光纖繞包時不發生抖動。
[0021 ]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0022]1、本發明通過采用柔性松套繞包、加固的方式，實現光纜細徑、柔性、輕便的特性，用于航天器光纖通信設備，有效降低整體重量，柔性結構便于布放施工。
[0023]2、本發明光纜除尺寸小、重量輕外，光纖因與緩沖層之間為松套繞包結構，通過二次加固后，后續成纜工序中可保證光纖所受應力極小，松套繞包及加固層對光纖有效緩沖外界的彎曲、高低溫、機械等應力，實現寬溫度范圍應用。
[0024]3、本發明中的光纖在薄膜繞包套管內具有一定的伸縮空間，后續成纜工序中繞包緩沖層會起到高溫隔絕作用，在熱脹冷縮時有較好的緩沖，光纖受到應力極小，避免光纖在寬溫范圍下損耗劇增。同時光纖在后續接頭制作時極易與緩沖層剝離，后續接頭加工時光纖不易受緩沖層剝離影響，可靠性較高，最終外徑可控制在I.2_以內。
【附圖說明】
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[0025]圖1為本發明一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的截面圖；
[0026]圖2為本發明一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的結構示意圖；
[0027]圖3為本發明一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的制作工藝流程圖。
【具體實施方式】
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[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜及其制作方法作進一步詳細說明:
[0029]如圖1和2所示，本發明一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，該光纜由內往外依次包括光纖1、松套繞包緩沖層2、硬質復合加固緩沖層3、增強纖維層4和外護層5，光纖I與松套繞包緩沖層2之間有一個供光纖I伸縮的伸縮空間6。本發明中的光纖I為抗輻照單/多模光纖。本發明中的松套繞包緩沖層2采用柔性、低密度、低膨脹系數四氟乙烯薄膜，如LLDPTFE.ePTFE,unsintered PTFE。本發明中的加固緩沖層3為薄壁加固層或硬質固化涂層，其中，薄壁加固層為一層薄壁的氟塑料，如PFA、ETFE、FEP，硬質固化涂層為一層模數高、耐高低溫性能寬的硬質紫外光或熱固化薄壁涂層，如P1、TP1、有機-無機雜化涂層。本發明中的增強纖維層4由高強高模非金屬連續增強纖維編織成均勻致密的網狀結構，這種高強高模非金屬連續增強纖維為芳綸纖維、玻璃纖維、聚酰亞胺纖維。本發明中的外護層5為一層薄壁耐高低溫的氟外護層，如PFA、FEP、ETFE。在本發明中，松套繞包緩沖層2的壁厚為5011111、5511111、6011111、6511111、70111]1或7511111，加固緩沖層3的壁厚為5011111、5511111、6011111、6511111、70111]1或75um0
[0030]如圖3所示，本發明一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的制作方法包括以下步驟:
[0031]步驟1、首先在光纖I外，在光纖I軸向牽引的同時，將具有一定自粘性的柔性低密度低膨脹系數薄膜繞包，通過主動釋放和精確的張力和速度控制，實現薄膜繞包后在光纖I外直接形成類似松套結構的干式松套繞包緩沖層2，使光纖I在薄膜繞包套管內具有供光纖I伸縮的自由活動空間6。
[0032]在松套繞包緩沖層2制作過程中，光纖I作為松套繞包的“中心軸線”，應以合適的放線張力和防抖動裝置，保證繞包時光纖I不發生抖動，保持在中心線位置，避免偏移引起松套繞包緩沖層2變形、褶皺或松垮。因薄膜繞包時是靠自身主動恒速放線并依托薄膜自身粘附特性形成松套管，光纖有一定的余長，薄膜放線時的張力、速度、繞包轉速、繞包節距必須和光纖尺寸、放線張力、牽引速度相匹配，選用高低溫下穩定性好的薄膜材料，才能保證松套層的結構圓整、外徑均勻、合適的光纖余長和高低溫下結構穩定。
[0033]松套繞包緩沖層2制作中的關鍵包括三點:一是采用利于成型的柔性低密度、低膨脹系數薄膜;二是采取光纖防抖動裝置、薄膜主動牽引釋放裝置、恒張力磁質控制裝置;三是合適匹配的光纖及薄膜放線張力、繞包節距、繞包轉速、薄膜牽引速度等。
[0034]采用低膨脹系數、低收縮繞包薄膜材料，降低松結構高低溫下的熱脹冷縮效應，同時松結構允許光纖移動從而減輕后續連接器制作處向后方的壓力。這種壓力能對光纖I產生明顯的應力引起信號損失和機械損傷。在繞包過程中，膜強度過大，材料順應性不好，會導致產生較大扭力。因此所用薄膜的強度和拉伸特性有特殊要求。
[0035]為了防止光纖I抖動對松套繞包層的擾動，在放線、繞包等處采用防抖動夾持裝置，保證光纖I沿著軸向牽引穩定，波動較小。通過薄膜主動牽引并以合適的速度釋放，繞包節距優化調節，保證緩沖層成型外徑均勻一致，結構穩定。通過張力、速度和節距匹配，有效避免松套緩沖層松散、變形、扭曲等問題，實現既確保纜芯整體結構的穩定性，又能降低高低溫下對光傳輸性能的影響。
[0036]步驟2、繞包緩沖后，接著在松套繞包緩沖層2外擠塑一層薄壁加固層或涂覆一層光或熱固化的硬質固化涂層作為硬質復合加固緩沖層3。
[0037]松套繞包后的薄膜易受到變形，且直接用于后續增強工序，會導致在纖維增強層內變形和松散。同時松套繞包緩沖層僅僅依靠自身薄膜分子間作用力實現粘附成型，不適合采取電線等高溫燒結的方式，會破壞光纖的涂覆層。因此，不進行固化處理會引起薄膜松散。為固化松套繞包結構，需在松套柔性層外加固。加固的方式可采取兩種:一是可在繞包后，采用小放線張力在保證松套層不變形的前提下，擠塑一層薄壁(單邊50um?75um)的氟塑料，通過氟塑料的合理工藝參數控制、牽引和冷卻方式，實現加固緩沖層制作;二是可在繞包后直接采取涂覆一層模量相對較高，耐高低溫性能較寬的硬質紫外光或熱固化薄壁涂層，通過合適的涂覆材料、涂覆固化溫度等因素的控制，實現加固。
[0038]對于二次涂覆加固而言，關鍵點就是耐寬溫涂覆材料的選擇，需采用模量相對較高或具有類似有機一無機雜化特性的光或熱固化涂層。對于薄壁擠塑而言，需采取小型擠塑設備，采用空氣結合均勻水冷的特殊冷卻方式，降低后收縮，提升成型結構的尺寸穩定性。
[0039]步驟3、然后在加固緩沖層3外編織多股具有耐輻照、耐高低溫特性的高強高模非金屬連續增強纖維形成均勻致密的網狀結構的增強纖維層4;
[0040]步驟4、最后在增強纖維層4擠制一層薄壁耐高低溫的氟外護層5，形成成品光纜。
[0041]在本發明中，光纜耐寬溫一是優選合適的耐溫成纜材料，二是通過光纖余長控制保證高低溫下光纖狀態的穩定。
[0042]收線光纜的各種材料工作溫度范圍均滿足設計要求。其次在光纖上包覆關鍵的具有高低溫隔絕和外作用力吸收等的功能性繞包緩沖材料。這種材料在長期溫度下，其收縮率小于萬分之五，因此可確保緩沖層結構的穩定性。
[0043]結構余長的控制通過光纖放線張力、牽引速度和薄膜釋放張力和速度來實現。薄膜釋放速度恒定時，光纖放線張力過小，易在繞包層內形成彎曲狀態，引起余長增加。余長過大會引起成纜損耗和高低溫下光纜護層等材料收縮造成的微彎損耗增加。因所選用的薄膜材料膨脹系數與光纖匹配，具有低收縮的特性，因此必須通過張力和速度的控制降低成纜損耗和結構余長。
[0044]本發明通過獨特的柔性松套繞包緩沖的方式，優化選用低膨脹系數、低收縮光纖繞包緩沖薄膜，通過特殊的二次成型加固等技術途徑，繞包節距、工藝速度等多參數優化控制，使得光纜成纜損耗低，高低溫下衰減穩定性得到有效控制。本發明能有效降低彎曲、熱應力對光纖的影響，為細徑、柔性宇航用光纜的研制開辟了一條獨特的技術途徑，有效避免傳統緊包緩沖、涂覆緩沖類耐輻照光纜存在的缺陷，具有外徑細(S1.2mm)、柔性好、重量輕、熱誘導衰減變化小、抗輻照(彡200Krad( Si))和耐寬溫(-65 °C?150 °C)等優點。
[0045]以上所述的實施方式僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，該光纜由內往外依次包括光纖(I)、增強纖維層(4)和外護層(5)，其特征在于:所述光纖(I)與增強纖維層(4)之間還設置有松套繞包緩沖層(2)和硬質復合加固緩沖層(3)，所述光纖(I)與松套繞包緩沖層(2)之間有一個供光纖(I)伸縮的自由活動空間(6)。2.根據權利要求1所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:所述光纖(I)為抗輻照單/多模光纖。3.根據權利要求1所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:松套繞包緩沖層(2)采用柔性、低密度、低膨脹系數四氟乙烯薄膜。4.根據權利要求1所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:所述加固緩沖層(3)為薄壁加固層或硬質固化涂層。5.根據權利要求4所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:所述薄壁加固層為一層薄壁的氟塑料。6.根據權利要求4所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:所述硬質固化涂層為一層模數高、耐高低溫性能寬的硬質紫外光或熱固化薄壁涂層。7.根據權利要求1所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:所述增強纖維層(4)由高強高模非金屬連續增強纖維編織成均勻致密的網狀結構。8.根據權利要求1所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜，其特征在于:所述松套繞包緩沖層(2)的壁厚為50um?75um，所述加固緩沖層(3)的壁厚為50um?75um。9.一種如權利要求1-8中所述的任一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的制作方法，其特征在于:該制作方法包括以下步驟: ①、首先在光纖(I)外，在光纖(I)軸向牽引的同時，將具有一定自粘性的柔性低密度低膨脹系數薄膜繞包，通過主動釋放和精確的張力和速度控制，實現薄膜繞包后在光纖(I)夕卜直接形成類似松套結構的松套繞包緩沖層(2)，使光纖(I)在薄膜繞包套管內具有一個供光纖(I)伸縮的自由活動空間(6); ②、繞包緩沖后，接著在松套繞包緩沖層(2)外擠塑一層薄壁加固層或涂覆一層光或熱固化的硬質固化涂層作為加固緩沖層(3); ③、然后在加固緩沖層(3)外編織多股具有耐輻照、耐高低溫特性的高強高模非金屬連續增強纖維形成均勻致密的網狀結構的增強纖維層(4); ④、最后在增強纖維層(4)擠制一層薄壁耐高低溫的氟外護層(5)，形成成品光纜。10.根據權利要求9所述的一種松套繞包加固緩沖型柔性耐輻照光纜的制作方法，其特征在于:步驟①中，在放線、繞包處采用光纖防抖動裝置，保證光纖(I)繞包時不發生抖動。
【文檔編號】G02B6/44GK105929503SQ201610417960
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】周海峰
【申請人】中國電子科技集團公司第八研究所