CN118671903B - 一种铠装蝶形光缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铠装蝶形光缆，包括防护套，防护套内设置有光纤和加强构件，所述光纤设置在防护套中间,所述加强构件在防护套的两翼，所述光纤表面设置有铠装层，所述铠装层由改性碳纤维布和聚酰亚胺膜复合而成，其卷绕包裹在所述光纤表面；所述防护套中添加有增强纤维，所述光缆具有优异机械强度和耐弯曲性能。
Description
技术领域
本发明属于通信光缆制造技术领域，具体涉及一种铠装蝶形光缆。
背景技术
随着光通信网络的迅猛发展，宽带业务的不断增加，人们对信息传输的要求越来越高、越来越多，运营商对于网络传输容量的需求不断提高，光缆具有良好的防护性能，铠装蝶形光缆的铠装层一般采用钢结构构成，从而铠装层具有导电性，如遇雷击则电流容易损坏电缆，并且容易金属疲劳，影响光缆的正常通信。
发明内容
本发明提供一种铠装蝶形光缆，其中铠装层由改性碳纤维布和聚酰亚胺膜复合而成，具有优异的绝缘性能，且具有良好的耐弯折性能，并且所述防护套中添加有增强纤维，所述光缆具有优异机械强度且低衰减的耐弯曲性能。
本发明提供了一种铠装蝶形光缆，包括防护套1，防护套1内设置有光纤2和加强构件4，所述光纤2表面设置有铠装层3，所述光纤2设置在防护套1中间,光纤2两侧设有加强构件4，所述铠装层3由改性碳纤维布和聚酰亚胺膜复合而成，其卷绕包裹在所述光纤2表面；所述防护套1中添加有增强纤维，所述光缆具有优异机械强度和耐弯曲性能。
具体的方案如下：
一种铠装蝶形光缆，包括防护套，光纤，铠装层和加强构件，防护套内设置有光纤和加强构件，所述光纤设置在防护套中间，所述加强构件在防护套的两翼，所述光纤表面设置有铠装层，所述铠装层由以下方法制备得到：
（1）将碳纤维浸入高锰酸钾溶液中，密闭水热反应，使二氧化锰沉积在碳纤维表面，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中，加入聚醚酰亚胺（PEI），混合均匀，浸渍，然后转移至冰水浴静置，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；
（2）将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液；将步骤（1）得到的预处理碳纤维浸渍于MXene溶液中，加热处理预定时间，水洗，干燥，即得改性碳纤维；
（3）将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布；
（4）将环氧树脂、聚乙二醇、3-氨丙基三甲氧基硅烷、1-烯丙基乙内酰脲、2-偶氮二异庚腈，十二烷基磺酸钠加入到N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中浸润，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；
（5）将聚酰亚胺薄膜和碳纤维布层叠，热压；得到聚酰亚胺复合碳纤维布，将其卷绕在光纤表面，得到所述铠装层。
进一步的，所述MXene材料由以下方法制备得到：
（1）向氢氟酸溶液中加入Ti3AlC2，并在40-50℃下搅拌，利用氢氟酸刻蚀掉其中的Al层，离心，水洗；
（2）加入无水乙醇，超声1-2h，离心，水洗，得到所述MXene材料。
进一步的，所述步骤1为，将碳纤维浸入质量分数为0.4-0.8%的高锰酸钾溶液中，加热至90-100℃密闭水热反应1-2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至70-80℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.1-0.4%，浸渍1-2h，然后转移至冰水浴静置12-48h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；
进一步的，所述步骤2为将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为2-4%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为0.5-2%；将步骤（1）得到的预处理碳纤维置于MXene溶液中，70-80℃下搅拌1-2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；
进一步的，所述步骤4为将40-50份环氧树脂、10-15份聚乙二醇、5-8份3-氨丙基三甲氧基硅烷、4-6份1-烯丙基乙内酰脲、0.1-0.5份2-偶氮二异庚腈，0.1-0.3份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中1-2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；
进一步的，所述防护套按照质量份数包括以下组份：聚乙烯70-80份、三元乙丙橡胶30-40份、聚酰胺20-30份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物20-25份，增强纤维20-25份、抗氧剂2-5份、增塑剂4-6份，马来酸酐接枝聚乙烯2-4份、硬脂酸3-6份、聚甲基乙烯基硅氧烷1-2份；所述增强纤维由以下方法制备得到：
将碳纳米纤维加入到硝酸水溶液中，水热反应后，过滤，洗涤，干燥得到活化碳纳米纤维；将活化碳纳米纤维加入到钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入乙酸，水热反应，过滤，洗涤，干燥，加热煅烧；将煅烧后的产物与溴化1-丁基-3-甲基咪唑和聚乙二醇加入到N，N二甲基甲酰胺溶剂中混合均匀，加入偶氮二异丁腈和异辛酸亚锡，搅拌均匀静置，水热反应，过滤、洗涤、干燥，即得。
进一步的，所述增强纤维由以下方法制备得到：
将20g直径为30-60微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2-3mol/L的硝酸水溶液中，70-80℃水热反应6-10h后，过滤，洗涤，干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为2-4wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，70-80℃水热反应5-10h，过滤，洗涤，干燥，加热至650-700℃下煅烧3-5h；取10g煅烧产物，与5-10g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、4-6g聚乙二醇加入到100ml N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1-2g偶氮二异丁腈和1-2g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置10-60min，接着于70-90℃下水热反应3-6h，经过滤、洗涤、干燥，即得。
进一步的，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯中的一种或几种的组合。
进一步的，抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1790、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂CA、抗氧剂264、抗氧剂1076中的一种或多种。
本发明具有如下有益效果：
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
1） 碳纤维表面用二氧化锰修饰，增加碳纤维的表面粗糙度，能够与MXene材料更牢固的结合，并且在修饰过程中加入了聚醚酰亚胺，其可极大的改善碳纤维拉伸、扭曲、弯曲变形方面的性能，有利于后期在制备碳纤维布时的合股和编织，于此同时，在浸润剂中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、1-烯丙基乙内酰脲、2-偶氮二异庚腈，十二烷基磺酸钠后，环氧树脂和聚乙二醇均匀的分散在碳纤维布的孔隙内部，同时，1-烯丙基乙内酰脲、2-偶氮二异庚腈成分的存在提供了其与聚酰亚胺膜良好的结合性能，使得聚酰亚胺膜在热压过程中能够进入碳纤维布的孔隙内部，从而提高了铠装层的机械强度以及耐弯折性能，相比较金属铠装层，本发明制备得到的铠装层具有更低的衰减率。
2） 碳纤维表面的二氧化钛粒子在纤维表面形成凸起，从而能够使碳纤维在护套中产生锚固作用，减缓碳纤维在护套层中的滑移现象，改性碳纤维增填料加了护套层的机械强度，在沉积二氧化钛粒子后，再通过聚离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑和聚乙二醇在碳纤维表面形成包覆层，从而将二氧化钛固化在碳纤维的表面，并且包覆层为交联结构，在碳表面包覆牢固，不易脱落，通过溴化1-丁基-3-甲基咪唑和聚乙二醇共聚交联从而实现了对碳纳米纤维和二氧化钛粒子的全包覆，且包覆比较均匀，并且离子液体的咪唑基团能够改进填料在护套中的分散度，并且聚乙二醇的包覆也能够提高了护套的抗弯折性能。
附图说明
图1为本发明的光缆的截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但是对本发明的保护范围不仅限制在以下实施例中，凡是根据以上发明内容，对本发明做出一些非本质上的调整和修改仍属于本发明的保护范围。
本发明的MXene材料由以下方法制备得到：
向2.5mol/L的氢氟酸溶液中加入Ti3AlC2，并在50℃下搅拌，利用氢氟酸刻蚀掉其中的Al层，离心，水洗；加入无水乙醇，超声2h，离心，水洗，得到少层的MXene材料。
实施例1
将碳纤维浸入质量分数为0.4%的高锰酸钾溶液中，加热至100℃密闭水热反应2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至70℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.1%，浸渍2h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为2%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为0.5%；将预处理碳纤维置于MXene溶液中，70℃下搅拌2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将40份环氧树脂、10份聚乙二醇、5份3-氨丙基三甲氧基硅烷、4份1-烯丙基乙内酰脲、0.1份2-偶氮二异庚腈，0.1份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中1h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至130℃，同时加压到8Mpa，保压0.5h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2mol/L的硝酸水溶液中，70℃水热反应10h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为2wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，70℃水热反应5h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至650℃下煅烧3h；取10g产物，与5g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、4g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1g偶氮二异丁腈和1g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置10min，接着于70℃下水热反应6h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维；
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯70份、三元乙丙橡胶30份、聚酰胺20份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物20份，增强纤维20份、抗氧剂1010 2份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯4份，马来酸酐接枝聚乙烯2份、硬脂酸3份、聚甲基乙烯基硅氧烷1份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
实施例2
将碳纤维浸入质量分数为0.8%的高锰酸钾溶液中，加热至100℃密闭水热反应1h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至80℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.4%，浸渍1h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为4%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为2%；预处理碳纤维置于MXene溶液中，70℃下搅拌1h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将50份环氧树脂、12份聚乙二醇、8份3-氨丙基三甲氧基硅烷、6份1-烯丙基乙内酰脲、0.5份2-偶氮二异庚腈， 0.3份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至150℃，同时加压到6Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为3mol/L的硝酸水溶液中， 80℃水热反应6h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为4wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸， 80℃水热反应5h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至700℃下煅烧3h；取10g产物，与10g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、6g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入2g偶氮二异丁腈和2g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置60min，接着于90℃下水热反应3h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯80份、三元乙丙橡胶40份、聚酰胺30份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物25份，增强纤维25份、抗氧剂1010 5份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯6份，马来酸酐接枝聚乙烯4份、硬脂酸6份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
实施例3
将碳纤维浸入质量分数为0.5%的高锰酸钾溶液中，加热至95℃密闭水热反应1.5h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至75℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.2%，浸渍2h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为3%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为1%；预处理碳纤维置于MXene溶液中，75℃下搅拌2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将45份环氧树脂、12份聚乙二醇、6份3-氨丙基三甲氧基硅烷、5份1-烯丙基乙内酰脲、0.2份2-偶氮二异庚腈，0.2份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至140℃，同时加压到7Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2.5mol/L的硝酸水溶液中，75℃水热反应8h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为3wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，75℃水热反应6h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至670℃下煅烧4h；取10g产物，与8g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、5g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1.5g偶氮二异丁腈和1.5g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置30min，接着于80℃下水热反应4h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶35份、聚酰胺25份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，增强纤维25份、抗氧剂1010 3份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸4份、聚甲基乙烯基硅氧烷1份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
实施例4
将碳纤维浸入质量分数为0.6%的高锰酸钾溶液中，加热至90℃密闭水热反应2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至75℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.3%，浸渍1.5h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为3%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为1%；预处理碳纤维置于MXene溶液中，75℃下搅拌2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为3000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将45份环氧树脂、13份聚乙二醇、7份3-氨丙基三甲氧基硅烷、5份1-烯丙基乙内酰脲、0.3份2-偶氮二异庚腈，0.3份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至140℃，同时加压到7Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2.5mol/L的硝酸水溶液中，75℃水热反应8h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为3wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，75℃水热反应6h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至670℃下煅烧4h；取10g产物，与8g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、5g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1.5g偶氮二异丁腈和1.5g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置30min，接着于80℃下水热反应4h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯76份、三元乙丙橡胶74份、聚酰胺25份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物24份，增强纤维24份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
实施例5
将碳纤维浸入质量分数为0.7%的高锰酸钾溶液中，加热至95℃密闭水热反应2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至80℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.3%，浸渍2h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为3%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为1.5%；预处理碳纤维置于MXene溶液中，75℃下搅拌2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将48份环氧树脂、14份聚乙二醇、7份3-氨丙基三甲氧基硅烷、5份1-烯丙基乙内酰脲、0.4份2-偶氮二异庚腈，0.2份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至150℃，同时加压到8Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2.5mol/L的硝酸水溶液中，75℃水热反应8h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为3wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，75℃水热反应6h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至670℃下煅烧4h；取10g产物，与8g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、5g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1.5g偶氮二异丁腈和1.5g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置30min，接着于80℃下水热反应4h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例1
将钢带卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，实施例5相同的增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例2
将多根碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将两张聚酰亚胺薄膜夹持碳纤维布，加热至150℃，同时加压到8Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，实施例5相同的增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例3
将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为3%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为1.5%；将碳纤维置于MXene溶液中，75℃下搅拌2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将48份环氧树脂、14份聚乙二醇、7份3-氨丙基三甲氧基硅烷、5份1-烯丙基乙内酰脲、0.4份2-偶氮二异庚腈，0.2份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至150℃，同时加压到8Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，实施例5相同的增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例4
将碳纤维浸入质量分数为0.7%的高锰酸钾溶液中，加热至95℃密闭水热反应2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至80℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.3%，浸渍2h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将多根所述预处理碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将48份环氧树脂、14份聚乙二醇、7份3-氨丙基三甲氧基硅烷、5份1-烯丙基乙内酰脲、0.4份2-偶氮二异庚腈，0.2份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；将两张聚酰亚胺薄膜夹持预处理碳纤维布，加热至150℃，同时加压到8Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，实施例5相同的增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例5
将碳纤维浸入质量分数为0.7%的高锰酸钾溶液中，加热至95℃密闭水热反应2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至80℃，加入聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.3%，浸渍2h，然后转移至冰水浴静置24h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为3%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为1.5%；将预处理碳纤维置于MXene溶液中，75℃下搅拌2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布，其中所述粗砂的线密度为4000tex，所述纤维布的克重为400g•m-2；将两张聚酰亚胺薄膜夹持碳纤维布，加热至150℃，同时加压到8Mpa，保压1h；得到聚酰亚胺复合碳纤维布；
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，实施例5相同的增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例6
使用与实施例5相同的聚酰亚胺复合碳纤维布；
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例7
将使用与实施例5相同的聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2.5mol/L的硝酸水溶液中，75℃水热反应8h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；取10g产物，与8g溴化1-丁基-3-甲基咪唑、5g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1.5g偶氮二异丁腈和1.5g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置30min，接着于80℃下水热反应4h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例8
使用与实施例5相同的聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2.5mol/L的硝酸水溶液中，75℃水热反应8h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为3wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，75℃水热反应6h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至670℃下煅烧4h，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
对比例9
使用与实施例5相同的聚酰亚胺复合碳纤维布；
将20g直径40微米的碳纳米纤维加入到500ml浓度为2.5mol/L的硝酸水溶液中，75℃水热反应8h后，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥得到活化碳纳米纤维；将20g活化碳纳米纤维加入到500ml浓度为3wt%的钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入10g乙酸，75℃水热反应6h，过滤，去离子水洗涤，80℃干燥，放入管式炉中加热至670℃下煅烧4h；取10g产物，与5g聚乙二醇加入到100ml的N，N二甲基甲酰胺中混合均匀，加入1.5g偶氮二异丁腈和1.5g异辛酸亚锡，搅拌均匀静置30min，接着于80℃下水热反应4h，经过滤、去离子水洗涤，80℃干燥，得到增强纤维。
将聚酰亚胺复合碳纤维布卷绕在光纤表面，即铠装层，将聚乙烯75份、三元乙丙橡胶38份、聚酰胺26份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物22份，增强纤维25份、抗氧剂1010 4份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份，马来酸酐接枝聚乙烯3份、硬脂酸5份、聚甲基乙烯基硅氧烷2份加入共混机，加热混合均匀，混合完毕后，挤出、冷却、切粒，得到共混物料，将共混物料通过螺杆挤出机包覆挤压在包覆有铠装层的光纤2和加强构件3表面，其中光纤2在所述蝶形护套1中心位置，所述加强构件3在蝶形护套1的两翼，得到所述蝶形光缆。
实验和数据
按照国家标准GB/T2951检测护套材料的拉伸强度。
按照YD/T1997.1-2022《通信用引入光缆第1部分：蝶形光缆》对光缆进行性能检测，得到反复弯曲：残余附加衰减。
结果见表1。
表1
测试与结果
由表1可见，对比例1-5采用了和实施例5相同的护套材料，不同之处仅在于铠装层的制备工艺，因此，拉伸强度没有被测量，只测量弯曲衰减性能。与对比例1相比可知，本发明的铠装层相比较钢带制备的铠装层具有更高抗弯性能，而对比例2可知，未经处理的碳纤维和聚酰亚胺膜复合后，能够起到一定的抗弯性能，但是相比较传统的钢带铠装层来看，由于碳纤维未经过预处理，其衰减率较高，而由对比例3-4可见，不同的对于碳纤维的预处理工艺对于耐弯折性能的影响，对比例5可见浸渍液对于碳纤维布耐玩性能的影响；而对比例6-9是在铠装层和实施例5相同的情况下，对于护套层中增强纤维对于光缆性能的研究，由对比例6能够明显看出，添加增强纤维对于护套的机械强度和耐弯折性的影响，而对比例7-9能够看出对于增强纤维处理工艺的不同对于最终性能的影响，经过实施例和对比例可见，铠装层中，由于碳纤维表面用二氧化锰修饰，增加碳纤维的表面粗糙度，能够与MXene材料更牢固的结合，并且在修饰过程中加入了聚醚酰亚胺，其可极大的改善碳纤维拉伸、扭曲、弯曲变形方面的性能，有利于后期在制备碳纤维布时的合股和编织，于此同时，在浸润剂中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、1-烯丙基乙内酰脲、2-偶氮二异庚腈，十二烷基磺酸钠后，环氧树脂和聚乙二醇均匀的分散在碳纤维布的孔隙内部，同时，1-烯丙基乙内酰脲、2-偶氮二异庚腈成分的存在提供了其与聚酰亚胺膜良好的结合性能，使得聚酰亚胺膜在热压过程中能够进入碳纤维布的孔隙内部，从而提高了铠装层的机械强度以及耐弯折性能，相比较金属铠装层，本发明制备得到的铠装层具有更低的衰减率。而在护套层中，增强纤维由于使用的碳纤维表面的二氧化钛粒子在纤维表面形成凸起，从而能够使碳纤维在护套中产生锚固作用，减缓碳纤维在护套层中的滑移现象，改性碳纤维增填料加了护套层的机械强度，在沉积二氧化钛粒子后，再通过聚离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑和聚乙二醇在碳纤维表面形成包覆层，从而将二氧化钛固化在碳纤维的表面，并且包覆层为交联结构，在碳表面包覆牢固，不易脱落，通过溴化1-丁基-3-甲基咪唑和聚乙二醇共聚交联从而实现了对碳纳米纤维和二氧化钛粒子的全包覆，且包覆比较均匀，并且离子液体的咪唑基团能够改进填料在护套中的分散度，并且聚乙二醇的包覆也能够提高了护套的抗弯折性能。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铠装蝶形光缆，包括防护套，光纤，铠装层和加强构件，防护套内设置有光纤和加强构件，所述光纤设置在防护套中间，所述加强构件在防护套的两翼，所述光纤表面设置有铠装层，所述铠装层由以下方法制备得到：
（1）将碳纤维浸入质量分数为0.4-0.8%的高锰酸钾溶液中，加热至90-100℃密闭水热反应1-2h，水洗，干燥，放入N-甲基吡咯烷酮中加热至70-80℃，加入聚醚酰亚胺PEI，所述聚醚酰亚胺在N-甲基吡咯烷酮中的质量分数为0.1-0.4%，浸渍1-2h，然后转移至冰水浴静置12-48h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维；
（2）将MXene材料分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀得到MXene溶液，其中MXene材料的质量分数为2-4%，3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为0.5-2%；将步骤1得到的预处理碳纤维置于MXene溶液中，70-80℃下搅拌1-2h，水洗，干燥，即得改性碳纤维；
（3）将多根所述改性碳纤维制成粗纱后纺织成碳纤维布；
（4）将40-50份环氧树脂、10-15份聚乙二醇、5-8份3-氨丙基三甲氧基硅烷、4-6份1-烯丙基乙内酰脲、0.1-0.5份2-偶氮二异庚腈，0.1-0.3份十二烷基磺酸钠加入到1000份 N,N-二甲基甲酰胺中，调节Ph值为中性，得到浸润液，将碳纤维布浸入浸润液中1-2h，水洗，干燥，得到预处理碳纤维布；
（5）将聚酰亚胺薄膜和碳纤维布层叠，热压；得到聚酰亚胺复合碳纤维布，将其卷绕在光纤表面，得到所述铠装层。
2.如权利要求1所述的铠装蝶形光缆，其特征在于：
所述MXene材料由以下方法制备得到：
（1）向氢氟酸溶液中加入Ti3AlC2，并在40-50℃下搅拌，利用氢氟酸刻蚀掉其中的Al层，离心，水洗；
（2）加入无水乙醇，超声1-2h，离心，水洗，得到所述MXene材料。
3.如权利要求1所述的铠装蝶形光缆，其特征在于：所述防护套按照质量份数包括以下组份：聚乙烯70-80份、三元乙丙橡胶30-40份、聚酰胺20-30份、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物20-25份，增强纤维20-25份、抗氧剂2-5份、增塑剂4-6份，马来酸酐接枝聚乙烯2-4份、硬脂酸3-6份、聚甲基乙烯基硅氧烷1-2份；所述增强纤维由以下方法制备得到：
将碳纳米纤维加入到硝酸水溶液中，水热反应后，过滤，洗涤，干燥得到活化碳纳米纤维；将活化碳纳米纤维加入到钛酸丁酯的乙醇溶液中，加入乙酸，水热反应，过滤，洗涤，干燥，加热煅烧；将煅烧后的产物与溴化1-丁基-3-甲基咪唑和聚乙二醇加入到N，N二甲基甲酰胺溶剂中混合均匀，加入偶氮二异丁腈和异辛酸亚锡，搅拌均匀静置，水热反应，过滤、洗涤、干燥，即得。
4.如权利要求3所述的铠装蝶形光缆，其特征在于：所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯中的一种或几种的组合。
5.如权利要求3所述的铠装蝶形光缆，其特征在于：抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1790、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂CA、抗氧剂264、抗氧剂1076中的一种或多种。
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