新型全干式光纜用雙層共擠松套管的研制與應用

■ 吳迪 劉沛東 吳俊雄 孟慶偉 王中凱 崔健 李龍 （江蘇亨通光電股份有限公司 蘇州 吳江 215234）

新型全干式光纜用雙層共擠松套管的研制與應用

■ 吳迪 劉沛東 吳俊雄 孟慶偉 王中凱 崔健 李龍 （江蘇亨通光電股份有限公司 蘇州 吳江 215234）

全干式光纜具有不污染環境和方便接續的優點，本文提出了一種新型的用于全干式光纜的雙層共擠松套管技術。該技術采用PP作為主要的松套管材料。以本色聚丙烯樹脂作為內層材料和帶顏色的聚丙烯（采用PP或PE色母料）為外層。本文通過分析PP和PP、PE混溶材料的特性，加工條件和不同的色母料材料從而確定最佳的生產工藝條件。通過對比試驗我們發現采用雙層共擠技術制備的松套管具有優異的余長穩定性和物理機械性能。

松套管 雙層共擠 分析試驗 余長 全干式光纜

一 引言

共擠技術是一種新型的材料成型方法，它可以將不同的材料結合起來，并充分利用它們的固有特性，因此在塑料制品的加工過程中得到了廣泛的應用。共擠出產品具有優良的高低溫穩定性、耐水和火性能、機械性能等特點，與傳統的擠壓工藝相比，該新技術具有生產成本低、能耗低、工藝簡單、生產效率高、產品質量好的特點。我們引入了一個新的雙層共擠屬于松套管的共擠制造和成功地制造一種新的聚丙烯（PP）雙層復合松套管?；纠碚撊缦拢喝垠w從兩個不同的擠出機兩種材料同時連續擠塑到同一個機頭，以本色聚丙烯樹脂和聚丙烯及色母料的混合樹脂為內外壁。為了研究各種材料的固有特性對松套管性能的影響，我們充分利用各種測試儀器、方法對材料和最終產品進行了全面測試。這些分析結果為提高復合松套管的質量提供重要的理論依據，對工程應用有一定的指導意義。

二 材料試驗與分析

材料：樣品1本色聚丙烯樹脂；樣品2聚丙烯/聚乙烯共混物：本色聚丙烯樹脂與2%色母料；樣品3聚丙烯/聚丙烯共混物：本色聚丙烯樹脂共混的2%的質量分數PP色母料。

2.1 樣品制備

1）樣品的制備通過輸送裝置在混合器混合。

2）PP樹脂和混合質量分數為2%的PE色母料或PP色母粒以60rpm的速度混合擠出10分鐘，本色聚丙烯樹脂以相同的方式進行處理。

3）所得到的三種不同類型的熔體，冷卻后，被切成不同的尺寸和幾何形狀的不同的測試的樣品。

2.2 顏色性能

顏色料在產品中的良好分散性以及良好的相容性，不僅是控制顏色使其符合顏色的標準，也是松套管獲得良好外觀的重要保證。一般來說，如果產品有更好的分散性、相容性、著色力和遮蓋力高。產品的外觀會顯得均勻、精細、顏色少、顏色偏差小。同時松套管的性能不能因為色母料的加入很大程度影響其性能。

為了評估的分散性和相容性，使用差示掃描量熱法（DSC）和轉矩流變儀來研究純PP樹脂和PE色母料的共混物。DSC測試結果表明，只有一個玻璃化轉變溫度（Tg）并且每種材料和數值很接近。這表明PE色母料和PP料的兼容性好。PP樹脂的平衡扭矩和最大扭矩可以從轉矩流變儀測得分別為24nm到47nm。平衡轉矩和聚乙烯/聚丙烯共混體系的最大扭矩接近他們，這也表明了PP、PE色母料都具有相對良好的顏料分散性、流動性和塑化性能。不同于PP／PE共混體系，平衡扭矩和PP/PE共混物的最大扭矩都稍高，說明相對較差的顏料分散性、流動性和塑化性能。根據這些結果，我們可以指出，兩種色母料都有理想的著色效果，但是PP料的更好。結果顯示在表1。

表1 色母料混合物測試

2.3 材料性能試驗

近年來，聚丙烯（聚丙烯）是一種增長最快的熱塑性塑料。由于其綜合性能優良，成本效益高，被廣泛應用于各種不同的領域。我們測試了天然聚丙烯和有色共混物的性能。結果顯示在表2。

表2 混合物性能測試

夏氏缺口沖擊強度／(KJ·M2) 48 48 48維卡軟化點℃ 150 140 150結晶化溫度℃ 126 123 131

從表2中可以看出，各指標的基質樹脂和共混物，這表明，使用的2%質量分數的顏色掌握批次的影響不大，對天然聚丙烯樹脂的性能沒有影響。PP樹脂的熔體流動速率（MFR）約2.5g/（10min），既能保證良好的擠出加工性能，還能提供足夠的粘度保持熔體強度，滿足高速生產的生產。聚丙烯樹脂密度較低，說明該產品具有重量輕、重量輕的產品?？傁癫睿ā鱁）小于2，表明共混物的顏色穩定性很好。熱變形溫度的數值和氧化誘導時間（OIT）相對較高，表明其具有良好的熱穩定性和加工。拉伸屈服強度、伸長率和沖擊拉伸斷裂標稱應變缺口沖擊強度均較理想。這說明材料具有優異的力學性能，滿足松套管的制造需求以及在使用過程中的靈活性要求。塑料材料的較高的結晶溫度有助于縮短成型周期時間，減少后收縮，減少性能的內外壁的松套管的性能差異，并提高產量。通過對實驗數據的比較和分析，得出了對產品的先進性能進行改進的結論。

三 生產設備及工藝

雙層復合松套管生產線是由放線系統、塑料擠出設備、模具成型系統、冷卻定型系統、擠壓加工控制系統、牽引系統、收線系統組成。圖1所示為一體的設備圖。與系統的關鍵問題是設計一個精心設計的擠出模具的巧妙流動通道。多年來，大多數的研究都集中在這一領域，包括模具結構設計和流體流動條件，特別是界面配合物的穩定性。為適應高分子材料擠出加工的要求，我公司擴大與制造設備供應商的技術合作，共同開發出一種新型的復合擠壓模和配套的機頭通過專門設計的流道可以實現雙層甚至三層松套管共擠的工藝。圖2中顯示了它的部分內容。

圖1 二次套塑生產線

圖2 雙層共擠機頭示意圖

為了保障產品質量,我們應該保證良好的兩種材料之間的界面結合強度,相同的流體流量兩個聚合物熔體和均勻的材料分配,這些都需要進行嚴格管控。有不同的流程控制對應不同的材料組合,有時甚至助劑或單獨設計部分是必要的。共擠壓形成的界面是在生產調試的重點和難點。模具和松管性能都達到了預期要求,共擠壓模具參數的優化,不斷調整生產工藝。一些工藝參數見表3

表3 工藝參數

四 產品性能和測試

為了驗證產品線具有穩定的性能，我們進行了小批量試制，產品性能達到了預期的要求，我們做了4種套管，兩個分別采用PP/PE色母料生產的單層套管;兩個采用本色PP為內層，PP/PP色母料為外層的色母料所有的測試項目和結果在表4

表4 松套管測試

為了驗證其工藝穩定性測量了藍色、橙色、黑色、青綠色的熱收縮性能。試驗條件為85℃烘箱環境溫度下放置24小時測量其前后長度的變化率，在圖3中表明：部分顏色的松套管的熱收縮管變化超過0.2%，因此我們重點跟蹤青綠色套管測量了其余長和后收縮情況，具體情況如圖4顯示。

圖3 熱收縮測試

圖4 青綠色套管余長及后收縮

從圖3和圖4我們可以看出雙層松管熱收縮率低,余長比單層穩定并且數值較小。聚乙烯色母料收縮率大于PP色母料。使用PP色母料的松套管，光纖顏色可以透過PP層直接看到，使用PE色母料的松套管無此情況，這也證明了PE色母料具有更加優良的顏色附著力。

由于雙層共擠松套管具備優異的余長穩定性和熱收縮性能，因此我們使用雙層共擠松套管,我們設計一款全干式式光纜。其光纜結構如圖5所示。通過著色、套塑、成纜、護套四個工序的生產完成光纜的指標，光纜參數列在表5.中體現。

圖5 單護套光纜參數

表5 光纜結構尺寸

光纜試制完成后根據IEC 60794-1-2標準測試了光纜的性能，其測試情況如下表

表6 機械性能測試結果

五 結論

通過三種材料：本色PP料、PP料+PP色母料、PP料+PE色母料的顏色性能、物理性能、機械性能的測試性能的對比可以發現其性能無明顯差異，因此PP與PE-LLD混合擠出從材料試驗結果看是可行的。從制備的松套管光纖顏色透出情況可以發現PE色母料具有更加優良的顏色附著力。

從制備的松套管的性能對比：余長、后收縮、熱收縮性能等，通過實驗數據對比圖可以發現雙層共擠套管制得的松套管具有更加好的機械性能和穩定的余長、熱收縮性能而且從松套管彎折試驗可以發現雙層共擠松套管的彎折性能更加優秀。

從全干式光纜的制備的機械性能測試可以發現全干式光纜也可以同樣具有優良的機械性能，滿足相關的標準，而且新工藝制備的全干式光纜具有重量輕、施工方便等性能。

[1]周軍霞.全干式光纜關鍵生產工藝的控制[J].光纖與電纜及其應用技術.2012(05)

[2]林衛峰,沈洪芬,高峰,沈晨曦.柔性全干式微管光纜的研究與開發[J].現代傳輸.2016(04)

[3]楊紅偉,吳煜,王傳瑞.全干式光纜技術分析及應用研究[J].現代傳輸.2015(02)

[4]楊博華;陳浩;邢鳳雨.淺析PBT與改性PP松套管材料的性能與實際應用[J].中國通信學會2013年光纜電纜學術年會論文集.2013

[5]曹俊楓,喻威,扈啟松,樂志星.干式光纜應用研究[J]. 中國新通信. 2016(02)

[6]劉為,盧星星,熊壯.FT-Dry全干式光纜的開發與應用[J]. 現代傳輸. 2016(03)

[7]Toni Seppelin.Further Development of Clenching Concept Machinery and Dry Loose Tube Diameter Control.IWCS.2015

[8]M.I.Lahti,Brian Franklin.Totally Dry Stranded Loose Tube Cable.Proc.53rd IWCS.2004

A fully dry optical fiber cable can make the cable manufacturing processes more environmental friendly; and can connect to facility easily installation. In this paper, a new fully dry optical fiber cable was introduced, which used co-extrusion technology for doublelayer loose tube. The soft polypropylene (PP) material was used as the loose tube. The inner layer of loose tube was made up of PP to protect the optical fiber, for its soft characteristic. The outer layer consisted of a mixture of PP and low density linear polyethylene (PE-LLD) with a certain ratio. The production condition was optimized by analyzing the properties of the PP (or mixture of PP and PE),the processed parameters and the different type of color master batch. It found that the double-layer composite loose tube possess better stability for excess fiber length and physical, mechanical properties, comparing with ordinary one.

loose tube; double-layer co-extrusion; analytical test；excess fiber length; fully dry optical fiber cable;

10.3969/j.issn.1673-5137.2016.06.002