有關(guān)光纜材料總結(jié)文檔

1、3.1 光纖材料3.2 光纖被覆材料3.3 填充阻水材料3.4 光纜用加強(qiáng)件材料3.5 護(hù)套材料3.1 光纖材料光纖材料 目前主要使用的光纖材料以石英玻璃為主，石英玻璃光纖在通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣，制造技術(shù)最成熟。另外有機(jī)玻璃、聚苯乙烯也在研究中。 在自然界中最常見的石英就是石英晶體，它是一種堅(jiān)硬、脆性、難熔的無色固體。石英晶體在1627左右熔化成黏稠液體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變成無規(guī)則狀態(tài)，冷卻時因?yàn)檎扯却蟛灰自俳Y(jié)晶，變成過冷液體，稱為石英玻璃。它膨脹系數(shù)很小，能經(jīng)受溫度劇變，它不溶于水，對各種酸包括強(qiáng)酸、氧化性酸都有抗耐性（氫氟酸除外），具有以下主要特性。3.1 光纖材料光纖材料 （1）光學(xué)性質(zhì) 石英玻璃透

2、光率極高，純石英玻璃光吸收極少，理論上只有0.16dB/m。光在石英玻璃傳導(dǎo)產(chǎn)生的損耗主要是氫氧根離子和各種過渡金屬離子造成的，它們各有自己的吸收帶。如百萬分之一的銅離子在波長為800nm附近，會造成幾百dB/m的衰減。而百萬分之一的OH離子在波長為800nm處，會造成0.1 dB/m的衰減；在波長為950nm處，會造成1dB/m的衰減；在波長為1240nm處，會造成1.7dB/m的衰減；在波長為1390nm處，會造成35dB/m的衰減。所以這些雜志的濃度在光纖中應(yīng)在百萬分之一或十億分之一。3.1 光纖材料光纖材料 （2）熱性質(zhì) 熱穩(wěn)定性和耐熱性很高，溫度高時不會發(fā)生老化或化學(xué)反應(yīng)。純石英玻璃

3、即使在赤熱狀態(tài)下直接放入水中也不開裂。但普通的玻璃受溫度劇變時，也會因?yàn)楫a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而破裂。純石英玻璃膨脹系數(shù)很小，為5.510-71/K。導(dǎo)熱系數(shù)也很小，玻璃的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)熱性越小，膨脹系數(shù)越大，越易破裂。3.1 光纖材料光纖材料 （3）力學(xué)性質(zhì) 彈性變形很小，受力后不發(fā)生殘余變形，有較高的硬度，耐壓強(qiáng)度高。玻璃是典型脆性體，在破壞之前，看不出明顯變形，耐沖擊韌性差。 （4）化學(xué)性質(zhì) 對酸的抵抗力極強(qiáng)，除氫氟酸外，其它酸對玻璃都產(chǎn)生不腐蝕。但對堿抵抗力較差，而且溫度越高，堿液對玻璃破壞作用越大。3.1 光纖材料光纖材料 （5）電性能 純石英玻璃結(jié)構(gòu)緊密，介電常數(shù)很小，只有3.5左右，tan=0

4、.0002，v=1016m，而它們與溫度和頻率關(guān)系不大。玻璃的耐電強(qiáng)度在均勻電場中很高，可達(dá)500kV/m，而在不均勻電場中由于邊緣效應(yīng)的影響，在很低的電場下即可發(fā)生放電。 光纜中的光纖玻璃是高純材料，需要特殊制造方法，主要是氣相沉淀法，是通過極易揮發(fā)的四氯化硅與氧氣的氣相反應(yīng)，沉淀出SiO2制成的。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料 光纖是脆性易斷材料，其外徑100微米到150微米，在不加被覆材料時，由于光纖在空氣中裸露，表面缺陷會擴(kuò)大并造成應(yīng)力集中，因而，光纖的強(qiáng)度極低，即使在100克左右拉力作用，光纖也會斷裂。為了保護(hù)光纖，提高其抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，在拉制光纖時要給裸光纖進(jìn)行一次涂覆。 經(jīng)一

5、次涂覆后的光纖，其機(jī)械強(qiáng)度仍較低，如不經(jīng)進(jìn)一步的增強(qiáng)仍是無法使用的。光纖二次被覆就是加在光纖一次被覆層或緩沖層上的保護(hù)層，它可以保持或提高光纖抗縱向和徑向應(yīng)力的能力，方便后面加工。二次被覆又稱為套塑，二次被覆后形成套塑管。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料 3.2.1光纖一次涂覆材料 目前已廣泛使用一次涂覆材料是有機(jī)涂料，它在高溫或光作用下，溶劑逐漸揮發(fā)，高聚物分子的剩余官能團(tuán)之間進(jìn)行反應(yīng)，最后形成高度交聯(lián)的熱固性漆膜。主要有熱固化型和光固化型的有機(jī)硅，聚氨酯，環(huán)氧樹脂等。 對涂料基本要求：流平性能好，熱膨脹系數(shù)小，而且隨溫度變化小，耐環(huán)境性能好，有適合強(qiáng)度和模量，在使用條件下不析氫，固化收縮小，

6、吸潮小等。同時還必須考慮涂層與光纖的粘結(jié)強(qiáng)度和涂層的可剝離性。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料 （1）有機(jī)硅涂料 具有耐高溫，柔軟，彈性好、楊氏模量小且隨溫度變化小，高低溫性能穩(wěn)定，耐紫外光，耐臭氧，耐輻射，無毒無味，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。是特別適合軍用和高可靠的民用光纖一次涂覆層。即可采用熱固化也可采用紫外光固化。 （2）聚氨酯丙烯酸涂料 聚氨酯丙烯酸涂料耐磨性強(qiáng)、耐水、耐化學(xué)腐蝕、耐熱、絕緣性好，它比有機(jī)硅涂層更薄，固化速度更快。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料 2.2.2光纖二次被覆（套塑）材料 光纖套塑要求套塑材料熱膨脹系數(shù)小，短期及長期收縮小，被覆工藝易于控制，被覆管內(nèi)外光滑，化學(xué)及熱穩(wěn)定性好

7、，有適當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度和楊氏模量。為適應(yīng)大芯數(shù)光纜用的大松套管還要求被覆材料具有良好的抗彎折性、抗扭性和易開剝性。 二次被覆材料主要有聚丙烯，尼龍12 ，聚酯彈性體 ，PBT， 氟-46 ，纖維增塑料，定向拉伸材料（如聚甲醛）以及液晶材料。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料（1）聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT） PBT材料的分子量足夠大時，材料的抗張強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、楊氏模量就高，PBT松套管就有優(yōu)良的耐軸向拉力、耐徑向側(cè)壓力和耐沖擊力、對光纖提供最好的保護(hù)。 PBT材料為酯類高聚物，有良好的耐溶劑、耐油、耐化學(xué)腐蝕特性，與光纖填充油膏和光纜填充油膏有很好的相容性，得到廣泛應(yīng)用。其主要特性： 收

8、縮性小； 耐水解性強(qiáng)； 線性熱膨脹系數(shù)??； 拉伸強(qiáng)度 55MPa 彎曲彈性模量為2.2GPa ，易于加工； 有良好的耐溶劑、耐油、耐化學(xué)腐蝕特性，與纖膏和纜膏有很好的相容性，結(jié)晶度高； 由于PBT材料的熔體流動性好，結(jié)晶速度快，成形周期短。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料 （2）尼龍-12 它密度小，摩擦系數(shù)小。耐熱沖擊性好，使用溫度寬廣，成型溫度較寬，可用普通螺桿加工被覆層。 （3）聚丙烯 優(yōu)點(diǎn)：加工性能好，吸濕小，密度小，價廉，原料來源豐實(shí)。近年來國外開發(fā)的具有耐彎折、耐扭結(jié)、抗?jié)駸?、易開剝及低成本的改性PP，特別適用于未來的大芯輸高密度型光纜。3.2光纖被覆材料光纖被覆材料 （4）光纖用液

9、晶聚酯 它是目前最新開發(fā)的一種高性能光纖二次被覆蓋材料，它的特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模量、低線膨脹系數(shù)。作用光纖用液晶聚酯必須保證在適當(dāng)高強(qiáng)度、高模量的同時，保證低的線膨脹系數(shù)和較好的柔軟性，并且易于被覆在光纖上。因而必須對常規(guī)液晶聚酯進(jìn)行改性。 目前國外只有少數(shù)公司開發(fā)了這種新型光纖被覆材料，國內(nèi)已研制成功用于光纖的以滌綸樹脂PET為原料之一的液晶聚酯。3.3填充阻水材料填充阻水材料 在采用各種材料制造光纖的過程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生一些空隙，這些空隙在光纜破損時會成為水和潮氣的通路，對光纜造成危害。光纜行業(yè)為了消除此類空隙帶來的潛在影響，采取了多種方法。目前較為常見的方法是采用填充油膏和膨脹材料。

10、3.3填充阻水材料填充阻水材料 2.3.1 填充油膏 光纜用填充膏主要分兩大類：1）填充于直接與光纖接觸的場合，例如松套管（松包緩沖管和骨架槽）內(nèi)，稱為纖膏。2）填充在不直接與光纖接觸的場合，如纜芯、絞合鋼絲空隙間，稱為纜膏。纖膏要求更柔軟，收縮更小、線膨脹系數(shù)更小和清潔。 3.3填充阻水材料填充阻水材料 油膏的要求：膏體穩(wěn)定，高度憎水；與光纖及光纜的其它材料相容性要好，無化學(xué)腐蝕，不影響光學(xué)和力學(xué)性質(zhì)；在使用溫度范圍內(nèi)柔軟，線膨脹系數(shù)小，熱收縮小，有較高的滴點(diǎn)，使用溫度下不滴流；材料本身不析氫（或微析氫），在使用條件下不影響光纖衰減；充填容易，控制方便，無毒，使用安全，貯存時間長；易于清潔、

11、便于使用，價格低。這些要求不可能一一滿足，應(yīng)根據(jù)具體的使用環(huán)境有所側(cè)重。3.3填充阻水材料填充阻水材料 1. 光纖油膏 光纖油膏是將一種（或幾種）膠凝劑分散到一種（或幾種）基礎(chǔ)油中，從而形成一種稠粘性的半固體物質(zhì)，為了改善有關(guān)性能，而需加入少量的抗氧劑或其它添加劑（如防腐劑、表面活性劑、氫氣清除劑等）。3.3填充阻水材料填充阻水材料 （）纖膏與其他材料間應(yīng)具有極好的相容性。 纖膏是填充在松套管中的，纖膏與松套管材料直接接觸，纖膏同其它化學(xué)品一樣會對松套管材料進(jìn)行吸收，使材料質(zhì)量變化，同時松套管材料也對油膏進(jìn)行吸收，產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。由于油膏與松套管材料之間的相互吸收或滲透，使松套管材料中產(chǎn)生化學(xué)侵

12、蝕，造成松套管材料性能下降，影響光纜使用壽命。同樣，光纖浸泡在纖膏中，也存在著相容性問題，一旦相容性差會使光纖顏色不能區(qū)分，給維護(hù)帶來不便，嚴(yán)重時會使光纖衰減增加，影響通信質(zhì)量。3.3填充阻水材料填充阻水材料 （）纖膏應(yīng)具有良好的觸變性。 所謂觸變性就是當(dāng)油膏受外力剪切時，其粘度會降低；當(dāng)外力撤除后，其粘度又能恢復(fù)的現(xiàn)象。光纜在制造過程中，油膏是通過齒輪泵填充在套管中，此時要求油膏粘度要小，便于填充，當(dāng)油膏填充入套管后，就要求油膏處于相對穩(wěn)定的膠體狀態(tài)，很好地將光纖保護(hù)起來。3.3填充阻水材料填充阻水材料 （）纖膏應(yīng)具有極低的析氫。 纖膏是由各種不同的物質(zhì)所組成的混合物，纖膏本身會產(chǎn)生微量的氫

13、，氫是一種分子最小的物質(zhì)，隨著濃度的增大，氫原子極易滲透進(jìn)入光纖中，與光纖二氧化硅中氧健結(jié)合形成氫損，纖膏析氫多，可直接造成光纖的衰減增大，因此纖膏析氫必須控制在一定的范圍之內(nèi)，才不至于影響光纖的損耗特性。3.3填充阻水材料填充阻水材料 （）必須具有良好的溫度特性。由于光纜是架設(shè)在室外，受地域及環(huán)境的影響，要求光纜使用溫度范圍廣，為了保證光纖在較寬的溫度范圍內(nèi)有良好的傳輸特性，就要求纖膏在高溫下不易產(chǎn)生油分離，保證松套管內(nèi)纖膏在高溫下不滴流，低溫下不凝固。3.3填充阻水材料填充阻水材料 纜膏 纜膏是填充在光纜纜芯空隙中的油膏，它是由礦物油，偶聯(lián)劑，增粘劑，抗氧劑等材料在一定的工藝條件下制成，一

14、般是淡黃色半透明的膏狀物。光纜填充纜膏一般可分為普通纜膏及膨脹阻水纜膏，膨脹阻水纜膏主要在配方中加入一種高分子吸水膨脹樹脂，遇水后膨脹，即使在光纜填充不是很飽滿的狀態(tài)下，亦能有效地起到阻水作用。3.3填充阻水材料填充阻水材料 由于纜膏直接與多種材料相接觸，相容性是光纜填充油膏的一個重要指標(biāo)。光纜油膏直接與金屬加強(qiáng)件接觸，會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生相對較高濃度的氫，造成氫損，嚴(yán)重威脅著光纖的損耗特性，氫的濃度隨材料間不匹配程度的增加而增加。在選擇油膏時，油膏與各材料的相容性要進(jìn)行檢測，檢測方法可采用重量分析法和強(qiáng)度分析法，就是將油膏與相關(guān)材料一起在一定的高溫下老化，經(jīng)過一段時間后再檢測其重量及機(jī)械強(qiáng)

15、度的變化，來判斷該油膏與材料相容性的優(yōu)劣。同時油膏酸值必須控制在一定范圍內(nèi)，酸值過大，對各類材料的腐蝕性就大，影響各類材料的化學(xué)穩(wěn)定性。3.3填充阻水材料填充阻水材料 2.3.2 吸水膨脹材料 吸水膨脹材料有膨脹油膏、阻水帶、阻水繩、阻水紗。其阻水作用是遇水膨脹來實(shí)現(xiàn)的?？梢詫⒏呶牧霞拥接透嗷蛘吃跓o紡布上。阻水帶是用粘接劑將吸水樹脂附在兩層聚酯纖維無紡布上構(gòu)成的帶狀材料。當(dāng)滲入光纜中的水與阻水帶中的吸水樹脂相接觸時，吸水樹脂就迅速吸收滲入水，其自身體積迅速膨脹數(shù)百倍甚至上千倍，膨脹體積充滿光纜間隙，從而阻止水進(jìn)一步在光纜縱向和徑向流動，達(dá)到阻水目的。還可以制成干式光纜，在很大程度上改善光纜

16、施工時接續(xù)及維護(hù)工作條件，提高工作效率。3.3填充阻水材料填充阻水材料 膨脹物質(zhì)是吸水樹脂，有天然的，也有合成的。主要有三類：以纖維素為基的衍生物、丙烯酰胺、聚丙烯酸酯。主要是聚丙烯酸鹽。 對它們主要要求是耐熱，遇水迅速膨脹，高粘性凝膠且在高溫下亦有長期的凝膠穩(wěn)定性，沒有粉末問題，無生物降解，不產(chǎn)生腐蝕等。阻水帶除應(yīng)具有良好的阻水性能和化學(xué)穩(wěn)定性外，我們最關(guān)注的是阻水帶在一定的時間內(nèi)的吸水速率，另外阻水帶還必須有良好的熱穩(wěn)定性，能承受成纜時瞬時高溫，還應(yīng)有良好的機(jī)械強(qiáng)度。3.3填充阻水材料填充阻水材料2.3.3 熱溶膠 為了防止光纜鎧裝層徑向和縱向滲水，需用熱熔膠對光纜鎧裝復(fù)合帶的搭接縫進(jìn)行粘

17、接，或者用熱熔膠做光纜阻水環(huán)，代替纜用填充油膏和干性阻水帶，來阻止水對光纜的滲入。光纜用熱熔膠必須具有粘接力強(qiáng)、粘接應(yīng)力分布均勻、固化速度快、熱穩(wěn)定性好、老化性能好，以及和其它纜用材料相容性好的特點(diǎn)，還應(yīng)有良好的韌性和低溫柔性，以保證光纜在較寬溫度范圍內(nèi)能緩沖外來的沖擊力。熱溶膠作用：1.增強(qiáng)剝離強(qiáng)度，對光纜鎧裝復(fù)合帶的搭接進(jìn)行粘結(jié)； 2.用于束管光纜還可以減少套塑管的收縮； 3.阻水作用。3.4 光纜用加強(qiáng)件材料光纜用加強(qiáng)件材料 光纜加強(qiáng)件置于光纜中心（或外層），是用于承受光纖可能受到的機(jī)械應(yīng)力的部件，抵御光纜敷設(shè)和應(yīng)用中可能產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，保證光纖和光纜在較大的張力作用下有較小的應(yīng)變。要求

18、有較大的抗張強(qiáng)度和小的延伸率，放線張力180N，加強(qiáng)芯的伸長量應(yīng)與松套管的伸長一致。常用的加強(qiáng)件主要有以下幾種。3.4 光纜用加強(qiáng)件材料光纜用加強(qiáng)件材料 1.磷化鋼絲 光纜中心金屬加強(qiáng)件多用磷化鋼絲而不用鍍鋅鋼絲。因?yàn)楣饫|用阻水油膏呈酸性，鋅元素屬于活潑金屬會置換出氫，氫的擴(kuò)散和滲透使光纖產(chǎn)生氫損。選用磷化鋼絲可防止光纖的氫損。磷化鋼絲是在高碳鋼絲表面鍍上一層均勻、連續(xù)、牢固的磷化層。磷化層的重量應(yīng)大于3g/m 。3.4 光纜用加強(qiáng)件材料光纜用加強(qiáng)件材料 2.玻璃鋼圓棒FRP 玻璃鋼中心加強(qiáng)件為非金屬加強(qiáng)件，其主要特點(diǎn)是重量輕、機(jī)械性能和抗電磁干擾能力強(qiáng)。 當(dāng)光纜需要用于雷電頻繁區(qū)和防強(qiáng)電場作

19、用的電場，例如，高壓電力輸電線路上的全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）光纜中心加強(qiáng)件應(yīng)選用玻璃鋼加強(qiáng)件，以達(dá)到免遭雷電和電場作用的目的。3.4 光纜用加強(qiáng)件材料光纜用加強(qiáng)件材料 3.芳綸紗 架設(shè)在高壓電力輸電線路上的全介質(zhì)自承式光纜（ADSS光纜），其重量不是靠懸掛鋼索支承，而是靠光纜自身配置的抗拉元件玻璃鋼圓棒和芳綸紗來支承自重和抗拉。芳綸紗的優(yōu)點(diǎn)的重量輕、抗拉強(qiáng)度大。通常，芳綸紗被放置在光纜的內(nèi)外護(hù)套之間，以賦予光纜大的縱向抗拉強(qiáng)度。一般，用芳綸紗作為標(biāo)準(zhǔn)元件的ADSS光纜的跨度范圍為751000m 。3.5 護(hù)套材料護(hù)套材料 護(hù)套或外護(hù)層是光纜結(jié)構(gòu)中最外層的保護(hù)層，主要用PE護(hù)套料和PVC護(hù)套

20、料，特殊場合下用無鹵阻燃護(hù)套料和耐電痕護(hù)套料。 1.PE護(hù)套料護(hù)套料 PE是聚乙烯的簡稱，是由乙烯聚合而成的高分子化合物，黑色聚乙烯護(hù)套料是由聚乙烯樹脂與穩(wěn)定劑、碳黑、抗氧劑、增塑劑以一定比例均勻混煉造粒制成。光纜護(hù)套用聚乙烯護(hù)套料按密度可分為低密度聚乙烯(LDPE)，線性低密度聚乙烯(LLDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)。由于它們的密度、分子結(jié)構(gòu)不同，所以它們具有不同的性能。3.5 護(hù)套材料護(hù)套材料 低密度聚乙烯亦稱高壓聚乙烯，是由乙烯在高壓(1500大氣壓以上)200300溫度，氧為催化劑的作用下共聚反應(yīng)聚合而成，因此，低密度聚乙烯分子鏈中含有多個長短不同的支鏈

21、，鏈支化程度較高，結(jié)構(gòu)不夠規(guī)整，結(jié)晶度低，具有良好的柔順性和延伸性。高密度聚乙烯也稱低壓聚乙烯，是由乙烯在低壓(15個大氣壓)，6080溫度，在鋁、鈦催化劑作用下聚合而成，由于高密度聚乙烯的分子量分布窄，分子排列整齊有序，因而具有較好的機(jī)械性能、耐化學(xué)性好及較寬的溫度使用范圍。3.5 護(hù)套材料護(hù)套材料 中密度聚乙烯護(hù)套料是由高密度聚乙烯和低密度聚乙烯以適當(dāng)?shù)谋壤不熘频?，或由乙烯單體與丙烯(或1-丁烯的第二單體)聚合而成。因而中密度聚乙烯的性能介于高密度聚乙烯與低密度聚乙烯之間，兼有低密度聚乙烯的柔韌性，高密度聚乙烯的優(yōu)良的抗耐磨性和抗張強(qiáng)度。3.5 護(hù)套材料護(hù)套材料 線性低密度聚乙烯是由乙烯

22、單體與2-烯烴由低壓氣相法或溶液法聚合而成，線性低密度聚乙烯支鏈度介于低密度與高密度之間，因此具有優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂。3.5 護(hù)套材料護(hù)套材料 耐環(huán)境應(yīng)力開裂是鑒定PE材料優(yōu)劣的一個極為重要的指標(biāo)。它是指受到彎曲應(yīng)力的材料試片，在表面活性劑的環(huán)境中，出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。影響材料應(yīng)力開裂的因素有：分子量、分子量分布、結(jié)晶度、分子鏈的微觀結(jié)構(gòu)。分子量越大，分子量分布窄，晶片與晶片間連接得較多，材料的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能好，材料的使用壽命就長；同時材料的結(jié)晶也對該指標(biāo)有影響，結(jié)晶度低，材料的耐環(huán)境應(yīng)力開裂就好。3.5 護(hù)套材料護(hù)套材料 2.PVC護(hù)套料護(hù)套料 PVC阻燃料含有氯原子，在火焰上會燃燒，燃燒時分解放出大量有腐蝕和有毒的HCL氣體，會造成二次危害，但是離開