一种耐极寒自发热除冰光电复合缆

技术领域

本发明涉及光电复合缆技术领域，具体涉及一种耐极寒自发热除冰光电复合缆。

背景技术

近年来，光电复合缆应用的场合越来越复杂多变，且要求对应的适用温度各不相同。尤其是耐寒光电复合缆产品，应用越来越广泛；但传统的耐寒光电复合缆仅耐温到-40～-60℃，在温度更低的使用环境中，此时复合缆失去柔韧性，所用的绝缘及护套等非金属材料会出现低温脆化，导致绝缘及护套在低温环境下开裂失效。且光缆中所用的光纤涂层材料在超低温环境下会收缩，光纤径向受到侧压等影响，产生极小的弯曲，造成信号辐射泄露，从而引起光纤传输损耗增大。此外，航空飞行器在潮湿低温环境中，大气云层中的液态水附着于飞行器表面，易凝结成冰，尤其是旋翼和尾桨，一旦结冰会对航空飞行器操作运行产生严重不良影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种耐极寒自发热除冰光电复合缆，可在高空为飞行器机翼下使用，在高空低温环境中可出去除电缆表面凝冰，保障飞行器正常运行。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种耐极寒自发热除冰光电复合缆，包括护套层，所述护套层包覆于编织屏蔽层，所述编织屏蔽层包覆于聚酰亚胺绕包层，所述聚酰亚胺绕包层包括外绕包层和内绕包层，所述外绕包层和内绕包层之间包裹有保温纤维层，所述内绕包层包覆于碳纤维加热丝，所述碳纤维加热丝的内侧为铜箔绕包层，所述铜箔绕包层的内侧设有若干保温纤维填充芯和若干绝缘芯线，所述绝缘芯线包括绝缘层和镀银铜导体，且所述绝缘层包覆于镀银铜导体；若干所述绝缘芯线的内侧包覆于铠装光单元；

所述铠装光单元包括铠装绕包层、包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层、不锈钢铠管、聚酰亚胺涂覆层和石英纤芯；且从外至内的顺序依次为所述铠装绕包层包覆于包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层，所述包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层包覆于不锈钢铠管，所述不锈钢铠管的内侧包覆若干聚酰亚胺涂覆层，所述聚酰亚胺涂覆层的内侧包覆于石英纤芯。

作为本发明的一种优选技术方案，所述聚酰亚胺涂覆层为聚酰亚胺涂层特种光纤的涂覆层；所述不锈钢铠管为螺旋不锈钢管的铠装。

作为本发明的一种优选技术方案，所述铠装光单元中，包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层贴合在铠装光缆布置，且外层通过光缆绕包层固定防护。

作为本发明的一种优选技术方案，所述铠装光单元、绝缘芯线、保温纤维填充芯以统一节距绞合形成光电复合缆缆芯，所述光电复合缆缆芯外部统一节距绕裹铜箔绕包层，所述铜箔绕包层外部统一节距缠绕所述碳纤维加热丝。

作为本发明的一种优选技术方案，所述铜箔绕包层与所述碳纤维加热丝的外部编织一层保温纤维层，且包裹覆盖率达到90％及以上，外部再用聚酰亚胺绕包层进行保温及固定防护。

作为本发明的一种优选技术方案，所述保温纤维填充芯采用多股对位芳纶纤维及聚酰亚胺纤维丝束合而成，所述保温纤维层采用多股束合的纤维丝编织而成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述绝缘层和护套层，均采用四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物挤出而成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述编织屏蔽层为采用镀银圆铜线编织而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、通过光纤外采用螺旋不锈钢铠装层，在低温环境中不仅增加其可弯折性和柔软度，还可增加其抗压能力；碳纤维加热丝紧贴螺旋不锈钢铠装层，当碳纤维加热丝通电发热时，不锈钢铠装层由于其导热率高，可以迅速导热升温，使光纤所在的铠管内部空间温度升高，保障光纤传输信号的稳定性。

2、通过在光电复合缆缆芯外绕包铜箔，铜箔外层缠绕碳纤维加热丝，通电时可使光电复合缆缆芯内部空间温度升高，保障内部光单元与电单元的稳定工作；缆芯内部的保温纤维填充和外部保温纤维层由于其导热率低，不仅可有效防止热量散失，可起到隔热、保温和防护作用。

3、特种光纤涂层采用聚酰亚胺，在不同温度点下均具有优良的抗蠕变和抗收缩性能；设置的铜箔、镀银铜丝屏蔽层的复合屏蔽，防止电单元在电流通过时产生的磁场对外界造成信号干扰等不良影响；铠装光单元、保温纤维填充及编织防护层中均含有对位芳纶，其抗拉弹性模量可达到126GPa，且碳纤维加热丝本身柔韧性良好，相比金属加热丝没有弯折疲劳等缺点。

4、上述技术手段均可保证产品在极限耐低温环境下的应用，可在高空为飞行器机翼下使用，在高空低温环境中可出去除电缆表面凝冰，保障飞行器正常运行。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是平面结构示意图；

图2是立体结构示意图；

图3是铠装光单元的立体结构示意图；

图中：1、铠装光单元；101、石英纤芯；102、聚酰亚胺涂覆层；103、不锈钢铠管；104、包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层；105、铠装绕包层；2、镀银铜导体；3、绝缘层；4、绝缘芯线；5、保温纤维填充芯；6、碳纤维加热丝；7、铜箔绕包层；8、保温纤维层；9、聚酰亚胺绕包层；901、外绕包层；902、内绕包层；10、编织屏蔽层；11、护套层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供一种耐极寒自发热除冰光电复合缆，包括护套层11，护套层11包覆于编织屏蔽层10，编织屏蔽层10包覆于聚酰亚胺绕包层9，聚酰亚胺绕包层9包括外绕包层901和内绕包层902，外绕包层901和内绕包层902之间包裹有保温纤维层8，内绕包层902包覆于碳纤维加热丝6，碳纤维加热丝6的内侧为铜箔绕包层7，铜箔绕包层7采用双面铜箔，具有一定的屏蔽效能、防护作用以及散热升温作用；铜箔绕包层7通过绕包工艺包覆在缆芯(即：铠装光单元1、绝缘芯线4、保温纤维填充芯5以统一节距绞合形成光电复合缆缆芯)上；

铜箔绕包层7的内侧设有若干保温纤维填充芯5和若干绝缘芯线4，绝缘芯线4包括绝缘层3和镀银铜导体2，镀银层使导体具有较低的电阻和更高的电导率，提高电流或电信号传输质量，并且镀银层具有良好的高温抗氧化、耐腐蚀等性能；且绝缘层3包覆于镀银铜导体2；若干绝缘芯线4的内侧包覆于铠装光单元1；绝缘层3通过挤出工艺包覆于镀银铜导体2形成绝缘芯线4，多根绝缘芯线4与铠装光单元1以及保温纤维填充芯5成缆绞合成缆芯(即：铠装光单元1、绝缘芯线4、保温纤维填充芯5以统一节距绞合形成光电复合缆缆芯)；

铠装光单元1包括铠装绕包层105、包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层104、不锈钢铠管103、聚酰亚胺涂覆层102和石英纤芯101；且从外至内的顺序依次为铠装绕包层105包覆于包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层104，包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层104包覆于不锈钢铠管103，起到发热升温保温的作用；不锈钢铠管103的内侧包覆若干聚酰亚胺涂覆层102，聚酰亚胺涂覆层102的内侧包覆于石英纤芯101，聚酰亚胺涂覆层120包覆于石英纤芯110形成聚酰亚胺涂覆光纤。

聚酰亚胺涂覆层102为聚酰亚胺涂层特种光纤的涂覆层；采用聚酰亚胺，在不同温度点下均具有优良的抗蠕变和抗收缩性能，其在-269℃液态氦下仍不脆裂，保障光纤在极限低温下使用；不锈钢铠管103为螺旋不锈钢管的铠装，采用螺旋不锈钢管，具有耐腐蚀、耐弯折等作用，抗压性强，可以有效防护内部涂覆光纤。

铠装光单元1中，包裹有炭纤维加热丝的芳纶加强层104贴合在铠装光缆布置，且外层通过光缆绕包层固定防护。

铠装光单元1、绝缘芯线4、保温纤维填充芯5以统一节距绞合形成光电复合缆缆芯，光电复合缆缆芯外部统一节距绕裹铜箔绕包层7，铜箔绕包层7外部统一节距缠绕碳纤维加热丝6，碳纤维加热丝6起到通电时加热作用，具有耐高低温、机械强度韧性高等优点，其低温收缩率极小，甚至可以忽略不计，在-180℃左右仍能保持良好的柔软性。拉伸强度约为2-7GPa，拉伸模量约为200-700GPa；此外碳纤维加热丝6还具有耐弯折疲劳和抗冲击性能。

铜箔绕包层7与碳纤维加热丝6的外部编织一层保温纤维层8，且包裹覆盖率达到90％及以上，外部再用聚酰亚胺绕包层9进行保温及固定防护，起到防护、固定结构以及保温作用。

保温纤维填充芯5采用多股对位芳纶纤维及聚酰亚胺纤维丝束合而成，对位芳纶纤维具有超高强度、高模量和耐高低温、耐酸耐碱、耐辐照、重量轻等诸多优点；所述保温纤维层8采用多股束合的纤维丝编织而成，股成束后采用编织工艺包覆于聚酰亚胺绕包层9上，具有抗拉、保温的作用。

绝缘层3和护套层11，均采用四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物挤出而成；具有卓越的耐化学腐蚀性，机械性能，耐辐照性能，在极限耐低温中仍能保持良好的介电常数和绝缘性能，护套层11均匀挤包在编织屏蔽层10上。

编织屏蔽层10为采用镀银圆铜线编织而成；镀银层使导体具有较低的电阻和更高的电导率，提高电流或电信号传输质量，并且镀银层具有良好的高温抗氧化、耐腐蚀等性能，其编织密度达到90％以上，具有良好的屏蔽效能。

具体的，若干镀银铜导体2挤出绝缘层3形成若干绝缘芯线4，与铠装光单元1、若干保温纤维填充芯5成缆绞合成缆芯，铜箔绕包层7包覆于铠装光单元1、绝缘芯线4和保温纤维填充芯5，并绞合而成的缆芯，碳纤维加热丝6以统一的节距均匀缠绕在铜箔绕包层7上，聚酰亚胺绕包层9包覆于碳纤维加热丝6和铜箔绕包层7，保温纤维层8包覆于内绕包层902，另一层外绕包层901包覆于保温纤维层8，编织屏蔽层10包覆于聚酰亚胺绕包层9，护套层11包覆于编织屏蔽层10。

该耐极寒自发热除冰光电复合缆主要应用可在高空下为飞行器机翼下使用，在高空低温环境中可去除电缆表面凝冰，保障飞行器正常运行。

产品的结构尺寸、电气性能、光传输性能等技术指标等均符合用户使用需求。

该产品采用碳纤维加热丝6与铠装光缆或铜箔以及保温层的复合结构，当碳纤维加热丝6通电发热时，不锈钢铠装层或铜箔由于其导热率高，可以迅速导热升温，使复合缆内部空间温度升高，保温层可以防止电缆散热过快失温。

一方面，可以保障光电信号的正常传输，另一方面，电缆升温到10℃以上，可迅速融化去除电缆表面因高空低温环境产生的凝冰。此外，保温填充、保温层以及碳纤维丝均具有较强的机械强度，可大幅度增强复合缆的抗拉性。

光纤外采用螺旋不锈钢铠装层，在低温环境中不仅增加其可弯折性和柔软度，还可增加其抗压能力；碳纤维加热丝紧贴螺旋不锈钢铠装层，当碳纤维加热丝通电发热时，不锈钢铠装层由于其导热率高，可以迅速导热升温，使光纤所在的铠管内部空间温度升高，保障光纤传输信号的稳定性。

同理，光电复合缆缆芯外绕包铜箔，铜箔外层缠绕碳纤维加热丝，通电时可使光电复合缆缆芯内部空间温度升高，保障内部光单元与电单元的稳定工作；缆芯内部的保温纤维填充和外部保温纤维层由于其导热率低，不仅可有效防止热量散失，可起到隔热、保温和一定的防护作用。

产品本身所用的绝缘及护套材料均采用PFA材料，其在-200℃左右时仍具有良好的绝缘性能。特种光纤涂层采用聚酰亚胺，在不同温度点下均具有优良的抗蠕变和抗收缩性能。

设置了铜箔、镀锡铜丝屏蔽层的复合屏蔽，防止电单元在电流通过时产生的磁场对外界造成信号干扰等不良影响。

铠装光单元、保温纤维填充及编织防护层中均含有对位芳纶，其抗拉弹性模量可达到126GPa。

且碳纤维加热丝本身柔韧性良好，相比金属加热丝没有弯折疲劳等缺点，上述设计进一步增强产品的抗拉性能，可保证产品在极限耐低温环境下的应用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。