一种半干式光纤带光缆

技术领域

本发明属于通信线缆技术领域，主要涉及一种光缆，特别涉及一种半干式光纤带光缆。

背景技术

信息时代飞速发展的今天，为加快推进和光纤宽带网络发展，扩大覆盖范围，各运营商正大力发展光纤到户的解决方案，对光缆的芯数提出了更高的要求。由于接入网入户的这段光缆路由情况复杂多变，对光缆的技术指标和敷设方式提出了许多新的要求。当光缆要在居民小区中敷设时，在小区内敷设大型通信管道肯定有一定的困难，如采用架空敷设，就破坏了优美的景观环境，同时线路自身也不安全。由于市场对带宽的旺盛需求和施工效率的要求，本发明开发了一种半干式光纤带光缆，并且该光缆结构设计简单、使用无卤阻燃剂对环境友好、力学性能优异。

光缆的主要内核还是光纤，稀土掺杂石英玻璃光纤与石英光纤无源器件系统兼容性好，但传统制备工艺难以实现稀土离子的高浓度掺杂，本发明利用溶胶凝胶法和高温烧结工艺，制备了含Ce、Sc、Y的高硅氧石英光纤，并且可与商用无源光纤进行熔接，有利于更好的推广应用。

近年来，席卷全球的“无卤阻燃化”提示了环保与人类间和谐发展的重要性，无卤阻燃剂的加入缩短了聚合物的燃烧时间，也抑制了有害气体的产生。因此。本发明将磷和氮配合使用，制备出磷-氮协共掺杂的稳定阻燃剂N-SiB-P，并将其应用于光缆中，有利于光缆的推广使用。

发明内容

针对以上问题，本发明制备了一种半干式光纤带光缆，其中包含Ce、Sc、Y的高硅氧石英光纤，并在光缆中使用了稳定的阻燃剂N-SiB-P，具体合成步骤如下：

S1、制备含Ce、Sc、Y的溶胶：称取质量比为2-3％的CeO

S2、制备改性光纤：将外径为1100-1120μm，内径为110-150μm的石英毛细管的一端插入步骤S1制备的透明溶胶中，另一端与真空泵连接，进行20-50s抽滤镀膜；毛细管内壁镀膜后置于80-95℃加热板干燥20-40min，湿膜经干燥凝胶化形成透明凝胶膜；随后将样品在O

S3、制备阻燃剂：将质量比为30-40％的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)或次磷酸钠加入30-40％的四氢呋喃中，待其完全溶解后，再将5-12％的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和5-15％二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷加入其中，最后在氮气保护下反应10-50h，制备了侧基上带有DOPO的二甲氧基乙烯基硅氧烷。得到浅淡黄色均匀透明液体，经减压蒸馏后，在真空烘箱中烘干10-20h后，最后得到浅淡黄色液体；

S4、将步骤S3制备的浅淡黄色的液体和10-30％的硼酸加入四氢呋喃中，用盐酸调节PH≈1，反应10-25h后，经过减压蒸馏得到淡黄色固体，最后经过甲醇和丙酮的反复洗涤得到白色固体，然后将白色固体在NH

S5、阻燃聚乙烯：在130-160℃条件下，将聚乙烯塑炼，然后同时加入步骤S4制备的含氮磷的硼化硅阻燃剂N-SiB-P和抗氧剂混炼10-30min。

S6、将步骤S2制备的光纤套入高模量的聚酯材料做成的松套管中，套管内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，金属加强芯外还需挤上一层步骤S5制备的阻燃乙烯电缆料。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑的圆形缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带纵包后挤制聚乙烯护套成缆。

优选地：所述步骤S1选用的Ce、Sc、Y源分别为CeCl

优选地：所述步骤S1选用Si源为硅酸四乙酯。

优选地：所述步骤S2制备的石英毛细管外径为1100μm，内径为110μm。

优选地：所述步骤S3中选用的磷源为9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物。

本发明的有益效果在于：

1、本发明制备的Ce、Sc、Y掺杂石英光纤具有物化性能稳定、机械强度高、易于系统集成的优点。

2、本发明利用溶胶凝胶法和高温烧结工艺制备的高硅氧石英光纤可与商用无源光纤进行熔接，有利于更好的推广应用。

3、本发明制备的阻燃剂将磷和氮配合使用，制备出磷-氮协共掺杂的稳定阻燃剂N-SiB-P，高温下含氮磷的化合物具有发泡剂的作用与磷化物在材料表面形成膨胀性焦炭层，起到隔热阻氧的作用。

4、本发明制备的阻燃剂为无卤阻燃剂，对环境友好。

5、本发明制备的光缆应用广泛，有较好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1-4制备的半干式光纤带光缆示意图。

图2为本发明实施例1制备的光纤所得元素分布图。

图3为本发明实施例1制备光纤所用玻璃的发射光谱。

图4为实施例2、对比例1-3制备的光纤进行激光效率测试斜率效率图。

具体实施方式

为了使本发明专利所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明内容，并不用于限定本发明专利。

实施例1：

S1、制备含Ce、Sc、Y的溶胶：称取质量比为3％的CeCl

S2、制备改性光纤：将外径为1100μm，内径为110μm的石英毛细管的一端插入步骤S1制备的透明溶胶中，另一端与真空泵连接，进行20s抽滤镀膜；毛细管内壁镀膜后置于80℃加热板干燥20min，湿膜经干燥凝胶化形成透明凝胶膜；随后将样品在O

S3、制备阻燃剂：将质量比为33％的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入40％的四氢呋喃中，待其完全溶解后，再将12％的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和15％二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷加入其中，最后在氮气保护下反应10h，制备了侧基上带有DOPO的二甲氧基乙烯基硅氧烷。得到浅淡黄色均匀透明液体，经减压蒸馏后，在真空烘箱中烘干10h后，最后得到浅淡黄色液体；

S4、将步骤S3制备的浅淡黄色的液体和10％的硼酸加入四氢呋喃中，用盐酸调节PH≈1，反应10h后，经过减压蒸馏得到淡黄色固体，最后经过甲醇和丙酮的反复洗涤得到白色固体，然后将白色固体在NH

S5、阻燃聚乙烯：在130℃条件下，将聚乙烯塑炼，然后同时加入步骤S4制备的含氮磷的硼化硅阻燃剂N-SiB-P和抗氧剂混炼10min。

S6、将步骤S2制备的光纤套入高模量的聚酯材料做成的松套管中，套管内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，金属加强芯外还需挤上一层步骤S5制备的阻燃乙烯电缆料。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑的圆形缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带纵包后挤制聚乙烯护套成缆。

本发明采用型号EPMA，JXA8230设备对石英光纤的端面进行电子探针扫描(EPMA)，实施例1制备的光纤所得元素分布如图2所示，Al、Y、Ce、Sc三种元素分布一致，浓度从纤芯向包层均匀递减，这是由石英毛细管经热处理以及熔融拉锥过程中掺杂元素向包层发生热扩散导致的。为表征步骤S1制备光纤所用纤芯玻璃的光谱性能，采用同种原料和组分，利用溶胶凝胶法和高温烧结工艺制备相应成分块体玻璃。最后将玻璃样品两面研磨抛光成厚度为2mm的玻璃片，用于光谱测试。图3为本发明实施例1制备光纤所用玻璃的发射光谱，由Edinburgh Instruments公司FLS920型时间分辨光谱仪测得，采用808nm光泵浦玻璃样品时荧光主峰位于1902nm，荧光半高宽为289nm，1400 -1500nm范围内存在荧光小峰，峰值位于1478nm，对应能级跃迁为3H4→

实施例2：

S1、制备含Ce、Sc、Y的溶胶：称取质量比为2％的CeO

S2、制备改性光纤：将外径为1120μm，内径为150μm的石英毛细管的一端插入步骤S1制备的透明溶胶中，另一端与真空泵连接，进行50s抽滤镀膜；毛细管内壁镀膜后置于95℃加热板干燥40min，湿膜经干燥凝胶化形成透明凝胶膜；随后将样品在O

S3、制备阻燃剂：将质量比为40％的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入40％的四氢呋喃中，待其完全溶解后，再将9％的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和11％二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷加入其中，最后在氮气保护下反应50h，制备了侧基上带有DOPO的二甲氧基乙烯基硅氧烷。得到浅淡黄色均匀透明液体，经减压蒸馏后，在真空烘箱中烘干20h后，最后得到浅淡黄色液体；

S4、将步骤S3制备的浅淡黄色的液体和30％的硼酸加入四氢呋喃中，用盐酸调节PH≈1，反应25h后，经过减压蒸馏得到淡黄色固体，最后经过甲醇和丙酮的反复洗涤得到白色固体，然后将白色固体在NH

S5、阻燃聚乙烯：在160℃条件下，将聚乙烯塑炼，然后同时加入步骤S4制备的含氮磷的硼化硅阻燃剂N-SiB-P和抗氧剂混炼30min。

S6、将步骤S2制备的光纤套入高模量的聚酯材料做成的松套管中，套管内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，金属加强芯外还需挤上一层步骤S5制备的阻燃乙烯电缆料。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑的圆形缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带纵包后挤制聚乙烯护套成缆。

对比例1：除步骤S1中不加入CeO

对比例2：除步骤S1中不加入Sc

对比例3：除步骤S1中不加入Y

泵浦光经793/1950nm波分复用器(WDM1)的泵浦端输出至谐振腔，利用WDM2分离1947nm信号激光与残余泵浦光。对实施例2、对比例1-3制备的光纤进行激光效率测试，将吸收泵浦功率、输出激光功率进行线性拟合，斜率效率如图4所示。掺杂可以改变光纤的斜率效率，实施例1制备的光纤激光增益效果最佳。结果表明Ce、Sc、Y在石英光纤中具有一定的协同作用，对光的传播或信号的传输具有有益效果。

实施例3：

S1、制备含Ce、Sc、Y的溶胶：称取质量比为2.8％的CeCl

S2、制备改性光纤：将外径为1110μm，内径为130μm的石英毛细管的一端插入步骤S1制备的透明溶胶中，另一端与真空泵连接，进行35s抽滤镀膜；毛细管内壁镀膜后置于90℃加热板干燥30min，湿膜经干燥凝胶化形成透明凝胶膜；随后将样品在O

S3、制备阻燃剂：将质量比为38％的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入39％的四氢呋喃中，待其完全溶解后，再将10％的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和13％二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷加入其中，最后在氮气保护下反应42h，制备了侧基上带有DOPO的二甲氧基乙烯基硅氧烷。得到浅淡黄色均匀透明液体，经减压蒸馏后，在真空烘箱中烘干18h后，最后得到浅淡黄色液体；

S4、将步骤S3制备的浅淡黄色的液体和28％的硼酸加入四氢呋喃中，用盐酸调节PH≈1，反应22h后，经过减压蒸馏得到淡黄色固体，最后经过甲醇和丙酮的反复洗涤得到白色固体，然后将白色固体在NH

S5、阻燃聚乙烯：在150℃条件下，将聚乙烯塑炼，然后同时加入步骤S4制备的含氮磷的硼化硅阻燃剂N-SiB-P和抗氧剂混炼25min。

S6、将步骤S2制备的光纤套入高模量的聚酯材料做成的松套管中，套管内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，金属加强芯外还需挤上一层步骤S5制备的阻燃乙烯电缆料。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑的圆形缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带纵包后挤制聚乙烯护套成缆。

对比例4：除步骤S3中不加DOPO外，其余均与实施例3相同。

对比例5：除步骤S4中用Ar气替换NH

对比例6：除步骤S5中不加N-SiB-P外，其余均与实施例3相同。

表1、阻燃聚乙烯燃烧性能

表1为本发明实施例3和对比例4-6制备的阻燃聚乙烯电缆料燃烧性能表，从表中多次实验结果可知对比例6中不加N-SiB-P的聚乙烯垂直燃烧试验超出了等级范围，只是发生了燃烧现象。对比例5、6垂直燃烧等级仅为V-1，阻燃效果一般。实施例3的垂直燃烧等级可达到V-2，说明其阻燃性能最好。氮磷共掺具有协同作用，推测机理含氮磷的化合物具有发泡剂的作用，在材料表面形成膨胀性焦炭层，起到隔热阻氧的作用。表明本发明制备的电缆阻燃性较好。

实施例4：

S1、制备含Ce、Sc、Y的溶胶：称取质量比为2.2％的CeO

S2、制备改性光纤：将外径为1100μm，内径为150μm的石英毛细管的一端插入步骤S1制备的透明溶胶中，另一端与真空泵连接，进行40s抽滤镀膜；毛细管内壁镀膜后置于87℃加热板干燥30min，湿膜经干燥凝胶化形成透明凝胶膜；随后将样品在O

S3、制备阻燃剂：将质量比为37％的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入40％的四氢呋喃中，待其完全溶解后，再将8％的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和15％二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷加入其中，最后在氮气保护下反应44h，制备了侧基上带有DOPO的二甲氧基乙烯基硅氧烷。得到浅淡黄色均匀透明液体，经减压蒸馏后，在真空烘箱中烘干18h后，最后得到浅淡黄色液体；

S4、将步骤S3制备的浅淡黄色的液体和20％的硼酸加入四氢呋喃中，用盐酸调节PH≈1，反应22h后，经过减压蒸馏得到淡黄色固体，最后经过甲醇和丙酮的反复洗涤得到白色固体，然后将白色固体在NH

S5、阻燃聚乙烯：在140℃条件下，将聚乙烯塑炼，然后同时加入步骤S4制备的含氮磷的硼化硅阻燃剂N-SiB-P和抗氧剂混炼20min。

S6、将步骤S2制备的光纤套入高模量的聚酯材料做成的松套管中，套管内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，金属加强芯外还需挤上一层步骤S5制备的阻燃乙烯电缆料。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑的圆形缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带纵包后挤制聚乙烯护套成缆。

对比例7：除步骤S5中不加N-SiB-P外，其余均与实施例4相同。

对比例8：除步骤S5中不加抗氧化剂外，其余均与实施例4相同

表2、阻燃聚乙烯的力学性能统计

表2为本发明制备实施例4和对比例7、8制备的聚乙烯的抗拉强度和断裂伸长率统计表。从变种可以看出加入N-SiB-P和抗氧化后会略微影响材料的力学性能，但是影响并不大。因此，侧面证明本发明制备的N-SiB-P可以作为阻燃剂很好的应用到光缆中。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。