當(dāng)今的光通信光纜中室內(nèi)光纜已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點。早期的室內(nèi)光纜比較多的運(yùn)用于通訊設(shè)備間互聯(lián)跳接及室內(nèi)綜合布線,結(jié)構(gòu)也比較單一,現(xiàn)今的室內(nèi)光纜已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這些范疇,廣泛的應(yīng)用于光纖到戶、通訊基站射頻拉遠(yuǎn)、安防監(jiān)控、感溫感測、軍用野戰(zhàn)、應(yīng)急搶修等諸多領(lǐng)域,其應(yīng)用環(huán)境也經(jīng)早已超出了純粹意義上“室內(nèi)”的概念,在機(jī)械性能、環(huán)境性能、阻燃環(huán)保性能上提出了更高的要求。正是諸多錯綜復(fù)雜的要求使得室內(nèi)光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、工藝制定和試驗方法也花樣繁多。
在室內(nèi)光纜設(shè)計過程中,光纖和加強(qiáng)構(gòu)件的選用和設(shè)計相對比較簡單,作為保護(hù)單元的各類護(hù)套材料則性能各異,首先要確定性能的符合性,其次要考慮成本的合理性,同時也要滿足易于加工的可行性,所以選用合適的護(hù)套材料成為了最為關(guān)鍵的步驟。
室內(nèi)光纜的一般要求
早期作為設(shè)備跳線和室內(nèi)綜合布線使用的室內(nèi)光纜,通常都采用緊套光纖作為最基本的單元,放置在中心位置,用芳綸均勻分布在周圍,然后松包一層或多層護(hù)套材料作成型保護(hù)。其中光纖緊套層主要起緩沖作用,減免外力對光纖的側(cè)向彎折或沖擊受力,緊套層通常采用PVC或LSZH;芳綸是主要的抗拉元件,首先承受和抵消光纜受到的縱向拉力;外護(hù)套通常也采用PVC或LSZH材質(zhì),能有效減緩或防止光纖受力,最主要的作用是減緩環(huán)境溫度變化對光纖的影響,考慮到室內(nèi)安裝布線的要求,通常外護(hù)套具有一定的阻燃性,并且符合相關(guān)的環(huán)保要求。
當(dāng)室內(nèi)光纜的用途越來越廣泛的時候,其性能指標(biāo)要求也越來越多,原有條件指標(biāo)也越來越高,尤其是環(huán)境性能上比如耐高低溫、耐油、耐磨、耐腐蝕、超柔等性能,這些特殊的要求是常規(guī)意義上的PVC和LSZH聚烯烴所達(dá)不到的,本文結(jié)合光纜的性能要求介紹幾種特殊用途的材料,同時分析一下各自的優(yōu)缺點。
尼龍緊套料PA12
PA12的學(xué)名為聚十二內(nèi)酰胺,又稱尼龍12。其聚合的基本原料是丁二烯,可依賴于石油化工,是半結(jié)晶熱塑性材料。
性能特點
PA12吸水率很低,其性能隨濕度改變產(chǎn)生的變化小,尤其是模具成型中變化極小。在室溫或零下的低溫狀態(tài)下,PA12具有優(yōu)異的抗沖擊力和抗缺口沖擊力。PA12具有良好的抗脂、油、燃料、液壓機(jī)液體、溶劑和鹽溶液等性能,化學(xué)穩(wěn)定性比較優(yōu)越。PA12具有杰出的抗應(yīng)力斷裂能力,包括拉伸和壓縮,在高頻循環(huán)負(fù)載下有杰出的耐老化性。它的流動性很好,收縮率在0.2%到1.0%之間,加入了添加劑(穩(wěn)定劑、增塑劑、增強(qiáng)劑、填充料等)經(jīng)過改性后的PA12能適合光纖緊包薄壁高速擠出。根據(jù)產(chǎn)品需要,可選擇達(dá)到UL94V-0級別的阻燃PA12。
擠出設(shè)備及工藝
螺桿:推薦采用螺桿長徑比:≥25:1;壓縮比:2.5:1~3.0:1,為得到良好的熔融塑化效果,建議使用45mm以上擠塑機(jī)。
尼龍緊套光纖結(jié)構(gòu)性能及典型應(yīng)用
尼龍屬于半結(jié)晶材料,所以在常溫及高低溫下都具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,其耐溫范圍可達(dá)到-45℃~105℃,在此范圍內(nèi)都只有極小的變化,在溫度循環(huán)試驗條件相對比較苛刻的條件下,采用尼龍作為緊套保護(hù)層肯定是首選。
阻燃熱塑性護(hù)套料(TPU)
低煙無鹵阻燃熱塑性聚氨酯彈性體護(hù)套料具有極好的韌性、耐磨性、耐油性、低溫柔韌性、彈性以及熱穩(wěn)定性,可廣泛應(yīng)用于要求柔軟、耐磨、耐油等的通訊野戰(zhàn)光纜、風(fēng)力發(fā)電控制纜、船用電纜、動力電纜、機(jī)車電纜、汽車電纜、勘探電纜等具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐化學(xué)品性能。它具有良好的加工性能,擠出后表面非常細(xì)膩,同時具有杰出的耐油性、耐磨性及耐霉性,廣泛應(yīng)用在通訊野戰(zhàn)光纜、電線電纜、鐵道、汽車等領(lǐng)域。材料符合ROHS指令要求。
• 擠出設(shè)備及工藝
螺桿:推薦采用螺桿長徑比:25:1;壓縮比:2.0:1,為得到良好的熔融塑化效果,建議使用45mm以上擠塑機(jī)。
低煙無鹵阻燃熱塑性聚氨酯彈性體具有良好的加工工藝性能,采用普通的擠出機(jī)和工藝即可獲得優(yōu)良的擠出效果。
阻燃彈性體護(hù)套料(TPEE)
TPEE(熱塑性聚酯彈性體)是含有聚酯硬段和聚醚軟段的嵌段共聚物。其中聚醚軟段和未結(jié)晶的聚酯形成無定形相聚酯硬段部分結(jié)晶形成結(jié)晶微區(qū),起物理交聯(lián)點的作用。TPEE具有橡膠的彈性和工程塑料的強(qiáng)度;軟段賦予它彈性,使它象橡膠;硬段賦予它加工性能,使它象塑料;與橡膠相比,它具有更好的加工性能和更長的使用壽命;與工程料相比,同樣具有強(qiáng)度高的特點,而柔韌性和動態(tài)力學(xué)性能更好。TPEE具有極佳的耐油性、耐高低溫性能、硬度范圍寬等他點。
產(chǎn)品性能特點
優(yōu)異的阻燃性和出色的耐高低溫性(-60℃-+150℃)、高度耐油性、耐候性、優(yōu)異的抗蠕變性和耐疲勞性、極好的低溫柔韌性和低的摩擦表面、良好的耐水解性等。
應(yīng)用領(lǐng)域
主要用于軟管護(hù)套、電線、通信光纜、電纜護(hù)套、薄壁絕緣電子線、機(jī)車線、地鐵、艦船等要求安全性要求更高的應(yīng)用領(lǐng)域。
FEP耐高溫阻燃護(hù)套材料
室內(nèi)光纜中會遇到各種各樣耐高低溫的使用條件,尤其是在耐高溫超過125℃的時候,通常首先必須考慮使用耐高溫光纖,其次就是解決光纜外護(hù)套在高溫條件下的穩(wěn)定性。
在眾多耐高溫護(hù)套材料中,具有較高性能的含氟塑料是首選的材料,其中以FEP(聚全氟乙丙烯)和PVDF(聚偏氟乙烯)為代表,因為這兩款材料具有比較好的加工性能。下面主要介紹一下FEP材料。
FEP結(jié)晶熔化點為580F,密度為2.15g/CC(克/立方厘米),它是一種軟性塑料,其拉伸強(qiáng)度、耐磨性、抗蠕變性低于許多工程塑料。它是化學(xué)惰性的,在很寬的溫度和頻率范圍內(nèi)具有較低的介電常數(shù)(2.1)。該材料不引燃,可阻止火焰的擴(kuò)散。它具有優(yōu)良的耐候性,摩擦系數(shù)較低,從低溫到392F均可使用。
FEP性能特點
聚全氟乙丙烯FEP又叫F-46,是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,六氟丙烯的含量約15%左右,是聚四氟乙烯的改性材料。F-46樹脂的耐熱性能僅次于聚四氟乙烯,能在-85-+200℃的溫度范圍內(nèi)連續(xù)使用。即使在-200℃和+260℃的極限情況下,其性能也不惡化,可以短時間使用。 F-46樹脂的熱分解溫度高于熔點溫度,在400℃以上才發(fā)生顯著的熱分解。
FEP加工要點
F-46具有較好的加工工藝性能。可采用通常的擠出法包覆電線電纜的絕緣層。為了正確設(shè)計擠出機(jī)和模具,控制和掌握F-46樹脂的加工條件,首先應(yīng)了解F-46的流變性能。F-46在390℃溫度下剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系。其粘度μA隨剪切速率加而下降。F-46的臨界剪切速率,如果剪切速率超過此數(shù)值,就會引起塑料流動的下均勻,結(jié)果使制品表面粗糙,無光澤和起層。
擠出螺桿參數(shù)
F-46的擠出機(jī),一般采用單頭全螺紋、等距、突變壓縮型螺桿。為保證F-46樹脂的充分塑化,螺桿的均化區(qū)長度,通常占螺桿全長的25%左右;螺桿頂端呈圓錐形,以防止樹脂的停滯和分解。
長徑比L/D:20:1;螺距:1D;壓縮比:h1/h2 3:1
聚全氟乙丙烯FEP在電線電纜中的應(yīng)用
聚全氟乙丙烯樹脂具有與聚四氟乙烯相似的特性,又有熱塑塑料的良好加工工藝,因而使之成為代替聚四氟乙烯的重要材料。F-46在電線電纜生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用于高溫高頻下使用的電子設(shè)備傳輸線,電子計算機(jī)內(nèi)部的連接線,航空宇宙用電線,及其他特種用途安裝線、油礦測井電纜、潛油電機(jī)繞組線、微電機(jī)引出線等等。
以上幾種新型材料逐漸在室內(nèi)光纜中得到應(yīng)用,除尼龍緊套料外,其他幾種護(hù)套料具有共同特點:環(huán)保阻燃、耐高低溫;具有良好的柔韌性、易加工性,同時具有良好的機(jī)械性能和耐溫性能,而且不需要經(jīng)過輻照交聯(lián),所以這些材料在室內(nèi)光纜的行業(yè)中具有明顯的競爭優(yōu)勢,應(yīng)用也會越來越廣泛。