一种增强耐热光缆填料及其制备方法

技术领域

本发明属于光缆领域，尤其涉及增强耐热光缆填料及其制备方法。

背景技术

光缆填料是常用于光缆中，实现缓冲、抗压等技术效果的填充物。常见的光缆填料如芳纶纱、阻燃PVC、玻璃纤维纱、阻水油膏、阻燃油膏等。上述的填充料除能够能够实现缓冲抗压效果外，部分还能够进一步实现防潮阻燃等特殊效果。

但是，对于增强光缆的耐热性能方面，并未有专用的填充料。通常能够满足增强光缆耐热性能的填充料为石棉纱。

但是，仅依靠石棉纱并不能显著提高光缆的耐热性能。在光缆受到强热影响的情况下，光纤本身结构和性质并不容易受到影响，但光纤表面的涂层却容易受到强热作用，从而导致光缆性能受到影响。

发明内容

为解决目前并未有专用于增强光缆耐热性能的填料，而现有的光缆填料并不能提供光缆以良好的耐热性能，针对目前，部分炎热地区的光缆，由于长期受热导致光纤涂层受损，导致光缆性能下降的问题，本发明提供了一种增强耐热光缆填料，并提供了其制备方法。

本发明的目的在于：

一、能够显著提高光缆的耐热性能；

二、保持现有光缆填料所具备的形态，使其能够良好地适用于现有规格、型号的光缆。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种增强耐热光缆填料的制备方法，

所述方法包括：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中，待石棉细纱完全浸润后剪碎为石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱混合，捻线形成石棉细线；

2)利用4-氯邻苯二胺的醇溶液对石棉细线表面进行湿润，湿润后低温干燥并重复至其线缝被完全填充，对其进行低温封闭，得到改性封闭细线；

3)利用聚酰胺类固化剂对改性封闭细线表面进行湿润，湿润后低温干燥并重复至表面光滑，对其进行低温预固化，随后高温固化即得到增强耐热光缆填料。

在本发明技术方案中，通过长纤维石棉细纱对熔融后的液态石蜡进行吸附随后剪碎，随后通过石棉粉、石棉纱对浸润有石蜡的短纤维进行包覆捻线，对浸润后的石蜡进行初步的固定，并且捻线过程能够避免石蜡冷凝结晶形成大的颗粒物，以避免使用时产生明显的颗粒感并对光缆芯线造成挤压的问题。随后，通过4-氯邻苯二胺对其进行初步封闭，实现石蜡的完全固定，同时保持填料的阻燃性能，在封闭过程中还能够有效地实现去卤化，降低填料使用过程中的卤素污染。但是作为实际仅进行初步封闭所得的改性封闭细线，存在一定的硬脆性，实际使用效果有限，因此再次进行二次湿润固化，提高填料的柔韧性和弹性，确保其使用效果，并具备更优的耐热性。

本发明填料在实际使用过程中，能够实现阶梯式的热阻断。阶梯式热阻断效果主要来源于石蜡，石蜡具有高比热容的特点，实际使用过程中通过石蜡的相变吸热能够实现良好的防过热效果。但是，二次封闭是实现填料性能稳定性的关键。

作为优选，

步骤1)所述液态石蜡选用熔点为48～56℃的多种石蜡混合。

本发明优选采用熔点为48℃的石蜡、熔点为52℃的石蜡和熔点为56℃的石蜡以质量比为4:3:3的比例混合，能够实现良好的阶梯相变缓冲隔热。通常在56℃及以下的温度条件下，光纤外表面的光纤涂层并不容易受到影响。

作为优选，

步骤1)所述短纤维长度≤20mm。

采用上述长度的短纤维能够产生相对更优的捻和效果。

作为优选，

步骤1)所述短纤维、石棉粉和石棉纱的质量比为1:(0.1～0.3)：(0.7～0.9)；

步骤1)所制得的石棉细线线径≤0.8mm。

控制在较小的线径内，使得所制得的填料能够良好地适用于小线径光缆的使用。

作为优选，

步骤2)所述低温干燥和低温封闭均于15～35℃条件下进行；

步骤2)所述低温干燥持续20～60min，所述低温封闭持续3～6h。

采用上述温度的低温封闭和干燥，均是为了避免石蜡的融化导致分离，通过初步的低温封闭后，能够实现石蜡的初步固定，减少石蜡流失。

作为优选，

步骤2)所述润湿和低温干燥各循环重复进行2～5次。

4-氯邻苯二胺在乙醇中溶解度有限，并且本发明技术方案采用0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液，单次湿润实际封闭量有限。因此需要重复多次进行。

作为优选，

步骤3)所述低温干燥温度为35～50℃；

步骤3)所述低温干燥持续15～20min。

通过初步封闭对石蜡进行固定后，能够进行更高温度的二次封闭。

作为优选，

步骤3)所述低温预固化温度为60～80℃，进行30～45min；

步骤3)所述高温固化温度为100～120℃，进行60～90min。

二次封闭后进行二次固化，能够有效发挥聚酰胺类固化剂的特点，改善填充料的柔性和弹性。

一种上述方法制得的增强耐热光缆填料。

本发明上述方法所制得的填料能够有效实现相变隔热，通过恒温相变的特点避免光缆过热，一定程度上阻断由外至内的热量传递。

本发明的有益效果是：

1)制备方法简洁高效，方便量产；

2)能够有效隔断光缆由外至内的热量传导，避免光缆过热；

3)隔热效果可控可调，可根据实际使用需求进行调整；

4)适用于现有光缆使用。

具体实施方式：

以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。

实施例1

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:3:3的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.2:0.8的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用浓度为0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液对石棉细线表面进行湿润，润湿操作为将石棉细线放入4-氯邻苯二胺乙醇溶液中浸渍10min，湿润后30℃低温干燥40min，重复3次浸润和低温干燥后，对其进行30℃低温封闭4h，得到改性封闭细线；

3)利用Versamid115型号固化剂对改性封闭细线表面进行湿润，湿润后45℃条件下低温干燥15min，并重复浸润和低温干燥至表面光滑，对其进行65℃低温预固化35min，随后115℃高温固化60min即得到增强耐热光缆填料。

实施例2

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:3:3的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.1:0.9的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用浓度为0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液对石棉细线表面进行湿润，润湿操作为将石棉细线放入4-氯邻苯二胺乙醇溶液中浸渍10min，湿润后15℃低温干燥60min，重复5次浸润和低温干燥后，对其进行15℃低温封闭6h，得到改性封闭细线；

3)利用Versamid115型号固化剂对改性封闭细线表面进行湿润，湿润后35℃条件下低温干燥20min，并重复浸润和低温干燥至表面光滑，对其进行60℃低温预固化45min，随后100℃高温固化90min即得到增强耐热光缆填料。

实施例3

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:3:3的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.3:0.7的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用浓度为0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液对石棉细线表面进行湿润，润湿操作为将石棉细线放入4-氯邻苯二胺乙醇溶液中浸渍10min，湿润后35℃低温干燥20min，重复2次浸润和低温干燥后，对其进行35℃低温封闭3h，得到改性封闭细线；

3)利用Versamid115型号固化剂对改性封闭细线表面进行湿润，湿润后50℃条件下低温干燥15min，并重复浸润和低温干燥至表面光滑，对其进行80℃低温预固化30min，随后120℃高温固化60min即得到增强耐热光缆填料。

实施例4

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:4:2的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.2:0.8的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用浓度为0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液对石棉细线表面进行湿润，润湿操作为将石棉细线放入4-氯邻苯二胺乙醇溶液中浸渍10min，湿润后30℃低温干燥40min，重复3次浸润和低温干燥后，对其进行30℃低温封闭4h，得到改性封闭细线；

3)利用Versamid115型号固化剂对改性封闭细线表面进行湿润，湿润后45℃条件下低温干燥15min，并重复浸润和低温干燥至表面光滑，对其进行65℃低温预固化35min，随后115℃高温固化60min即得到增强耐热光缆填料。

实施例5

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比5:5的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.2:0.8的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用浓度为0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液对石棉细线表面进行湿润，润湿操作为将石棉细线放入4-氯邻苯二胺乙醇溶液中浸渍10min，湿润后30℃低温干燥40min，重复3次浸润和低温干燥后，对其进行30℃低温封闭4h，得到改性封闭细线；

3)利用Versamid115型号固化剂对改性封闭细线表面进行湿润，湿润后45℃条件下低温干燥15min，并重复浸润和低温干燥至表面光滑，对其进行65℃低温预固化35min，随后115℃高温固化60min即得到增强耐热光缆填料。

对比例1

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:3:3的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.2:0.8的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线，即为增强耐热光缆填料。

对比例2

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:3:3的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.2:0.8的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用浓度为0.5mol/L的4-氯邻苯二胺乙醇溶液对石棉细线表面进行湿润，润湿操作为将石棉细线放入4-氯邻苯二胺乙醇溶液中浸渍10min，湿润后30℃低温干燥40min，重复3次浸润和低温干燥后，对其进行30℃低温封闭4h，得到改性封闭细线，即为增强耐热光缆填料。

对比例3

增强耐热光缆填料的制备方法：

1)将长纤维石棉细纱浸润在熔融的液态石蜡中40min，液态石蜡由48℃熔点的石蜡、52℃熔点的石蜡和56℃熔点的石蜡以质量比4:3:3的比例混合，置于65℃水浴条件下熔融，待石棉细纱完全浸润后剪碎为长度约为15mm的石棉/石蜡混合短纤维，将短纤维与石棉粉、石棉纱以质量比1:0.2:0.8的比例混合，捻线形成线径为0.8mm的石棉细线；

2)利用Versamid115型号固化剂对石棉细线表面进行湿润，湿润后45℃条件下低温干燥15min，并重复浸润和低温干燥至表面光滑，对其进行65℃低温预固化35min，随后115℃高温固化60min即得到增强耐热光缆填料。

对比例4

市售的石棉纱光缆填料。

对上述实施例和对比例所制得的增强耐热光缆填料进行检测。

以所制得和购买所得的填料替代富通GYTS 36B1层绞式铠装光缆中的填料，以等线径的热阻丝替换富通GYTS 36B1层绞式铠装光缆中的光纤，制成试验光缆，进行热感试验。

设置高4m的开放实验舱室，在实验舱室顶部装设热灯(浴霸灯)模拟自然环境中的日照，至热灯产热将实验舱室内高度1.5m的温度加热至42～44℃，对试验光缆进行架设，试验光缆的架设高度为2.5m，利用红外测温仪对试验光缆外表面温度进行监控，6h后利用热阻丝计算光缆内部温度。经试验，得出下表数据。并以常规的富通GYTS 36B1层绞式铠装光缆作为空白对照组。

从上表数据可以明显看出，本发明所制得的增强耐热光缆填料具有非常优异的阻热效果。并且，对比实施例1和实施例5可以明显看出，石蜡的选用对于增强耐热光缆填料所能够产生的阻热效果有显著的影响。实际经正交试验表明，液体石蜡中48℃熔点的石蜡占比应为40～60wt％，50～52℃熔点的石蜡占比应为25～40wt％，其余为熔点54～56℃的石蜡，且熔点54～56℃的石蜡至少占比10wt％。

此外，与对比例1进行对比，对比例1在试验后其断口处有明显的石蜡痕迹，表明实际石蜡产生明显的流失，未进行包封固定的石蜡流失后，会导致增强耐热光缆填料的阻热性能快速下降，接近于常规石棉纱的性能，如对比例4。而对比例2仅进行了一次的封闭固定，同样存在明显的石蜡流失，同时对比例2的增强耐热光缆填料有明显脆性，在填充过程中大量地断裂、粉碎，导致实际填充效果不佳。而对比例3存在少量的石蜡流失，表明未进行步骤2)的初步封闭，也对石蜡的固定保留效果产生较为明显的影响。

综上结果表明，本发明所制得的增强耐热光缆填料具有良好的耐热阻热性能，能够有效防止光缆内部过热的情况发生，此外，两步封闭过程对于保持增强耐热光缆填料的稳定性有着重要意义，是缺一不可的。