玻璃纖維直接紗增強(qiáng)光纜加強(qiáng)芯的研究與應(yīng)用

張志堅(jiān)，宋長久，章建忠，費(fèi)其鋒，崔峰波，李 明，鐘洪強(qiáng)，周賢旺

（巨石集團(tuán)有限公司，桐鄉(xiāng) 314500）

0 前言

為增強(qiáng)光纜的強(qiáng)度，光纜內(nèi)部都設(shè)置了加強(qiáng)芯［1-3］（見圖1），以前普遍采用鋼絲作為光纜的加強(qiáng)芯。使用鋼絲作為光纜的加強(qiáng)芯，可以增加光纜的強(qiáng)度，但由于鋼絲的耐腐蝕性能差，一般使用一兩年就會(huì)生銹，產(chǎn)生有害氣體，導(dǎo)致氫損，影響光纖的傳播性能。另外，由于鋼絲的導(dǎo)電性能強(qiáng)，在高壓電和雷電的影響下，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，也會(huì)影響光纜的性能。因此，這種鋼絲加強(qiáng)芯的使用壽命都不長。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是乙烯基樹脂、玻璃纖維［4］和玻璃鋼（FRP）成型工藝的進(jìn)步，F(xiàn)RP拉擠型材逐漸取代了鋼絲成為新型的光纜加強(qiáng)芯。

FRP光纜加強(qiáng)芯主要是以乙烯基樹脂和玻璃纖維為主要原料［5］，通過拉擠工藝制成。FRP光纜加強(qiáng)芯耐腐蝕性能強(qiáng)，不會(huì)生銹，不會(huì)導(dǎo)致氫損，不會(huì)影響光纖的傳播性能。對(duì)電擊不敏感，尤其適用于多雷電，多雨等氣候環(huán)境地區(qū)，可緊挨著電源線和電源裝置安裝，不受其產(chǎn)生的感應(yīng)電流干擾，與金屬芯相比，F(xiàn)RP光纜加強(qiáng)芯有拉伸強(qiáng)度高，重量輕，耐腐蝕，使用壽命長等優(yōu)勢(shì)。本文介紹了通過采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)常規(guī)增強(qiáng)拉擠型材用直接紗386T浸潤劑配方進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)出一種新型玻璃纖維直接紗產(chǎn)品，使其毛羽更少，增強(qiáng)光纜加強(qiáng)芯的力學(xué)性能，特別是拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度方面性能突出，拓寬了光纜加強(qiáng)芯的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1 光纜結(jié)構(gòu)示意圖［6］

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

浸潤劑：316H，巨石集團(tuán)有限公司；

浸潤劑：386T，巨石集團(tuán)有限公司；

玻璃纖維：316H，巨石集團(tuán)有限公司；

玻璃纖維：386T，巨石集團(tuán)有限公司；

玻璃纖維：A，市場(chǎng)同類產(chǎn)品。

1.2 儀器

毛羽測(cè)試儀：自制；

電子天平：BS2202S，賽多利斯；

拉擠生產(chǎn)線：南京諾爾泰；

萬能試驗(yàn)機(jī)：Z100 型，德國Zwick公司。

1.3 光纜加強(qiáng)芯用玻璃纖維直接紗樣品的制備

按照不同的浸潤劑配方316H、386T和A，配置穩(wěn)定的浸潤劑，在拉絲成形時(shí)對(duì)原絲進(jìn)行表面涂覆，制備的紗筒經(jīng)烘干后得到316H、386T和A 3 種玻璃纖維直接紗，作為試驗(yàn)材料。

1.4 拉擠成型和光纜加強(qiáng)芯樣品的制備［7,8］

將玻璃纖維紗通過乙烯基樹脂與固化劑、促進(jìn)劑、填料按一定比例配置的膠液浸透后，按設(shè)定程序進(jìn)入到加熱模具中固化，分別制得直徑為2.5 mm的光纜加強(qiáng)芯，由于目前光纜加強(qiáng)芯市場(chǎng)上玻纖含量多控制在80%左右，因此筆者在光纜加強(qiáng)芯拉擠時(shí)玻纖含量按80%控制。具體生產(chǎn)工藝如下：

樹脂∶固化劑∶促進(jìn)劑∶填料=100∶1.8∶0.8∶5（質(zhì)量比）；

拉擠速度：1200 mm/min；

固化工藝：第一區(qū)110 ℃，第二區(qū)190 ℃；

拉擠成型過程見圖2。

圖2 光纜加強(qiáng)芯拉擠成型過程圖

1.5 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度的測(cè)試：按YDT1181.1-2015標(biāo)準(zhǔn)［9］測(cè)試，光纜用非金屬加強(qiáng)件的特性第1 部分：玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿；

彎曲強(qiáng)度的測(cè)試：按YDT1181.1-2015 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，光纜用非金屬加強(qiáng)件的特性第1 部分：玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿；

毛羽性能測(cè)試：玻璃纖維紗線在經(jīng)過一定張力條件下退解，在毛羽測(cè)試儀中將紗線中的毛絲以及在退解過程中產(chǎn)生的毛絲收集，毛羽量即為毛絲的總量，毛羽量的計(jì)算方法：毛羽量（mg/kg）=毛羽的質(zhì)量（mg）/ 所測(cè)試紗團(tuán)的質(zhì)量（kg）［10］。

2 結(jié)果與討論

2.1 玻璃纖維毛羽性能測(cè)試評(píng)價(jià)

經(jīng)過316H浸潤劑表面處理的玻璃纖維紗線軟硬適中、集束性好，手感滑爽。表1 和圖3 是316H、386T和A 3 種樣品的毛羽性能測(cè)試結(jié)果。

表1 毛羽性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果

圖3 毛羽性能對(duì)比示意圖

由于光纜加強(qiáng)芯直徑大多為0.45～5.00 mm，通常使用100～1200 tex小號(hào)數(shù)直接紗產(chǎn)品生產(chǎn)，因此對(duì)玻纖紗的毛羽和使用順暢性要求極高，一旦毛羽過多極易產(chǎn)生斷紗、毛絲等情況導(dǎo)致堵模，嚴(yán)重影響光纜加強(qiáng)芯制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。從表1 中的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看出316H樣品的毛羽最少，且明顯少于386T樣品的毛羽，分析原因可能是由于316H產(chǎn)品浸潤劑組分中采用的環(huán)氧改性聚酯乳液能夠有效提高紗線集束性，同時(shí)采用脂肪酸酰胺類潤滑劑增加紗線的滑爽度，對(duì)紗線的耐磨性有較大的提高，因而在相同的使用工藝條件下，產(chǎn)生的毛羽更少，滿足光纜加強(qiáng)芯生產(chǎn)的使用工藝性要求；相比而言，386T樣品浸潤劑成膜后由于粘結(jié)性相對(duì)要弱，生產(chǎn)的玻纖紗相對(duì)要散，集束性一般，因此耐磨性相對(duì)要差，毛羽偏多；而市場(chǎng)上同類型用于光纜加強(qiáng)芯的A樣品紗線集束性相對(duì)較好，毛羽與316H接近。

2.2 光纜加強(qiáng)芯力學(xué)性能的測(cè)試

分別對(duì)采用316H、386T和A樣品增強(qiáng)的光纜加強(qiáng)芯的力學(xué)能進(jìn)行對(duì)比分析，測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，測(cè)試示意圖見圖4 和圖5，測(cè)試結(jié)果見表2 和圖6。

圖4 拉伸強(qiáng)度測(cè)試示意圖

圖5 彎曲強(qiáng)度測(cè)試示意圖

表2 光纜加強(qiáng)芯力學(xué)性能測(cè)試

圖6 光纜加強(qiáng)芯力學(xué)性能對(duì)比示意圖

通過表2 數(shù)據(jù)和圖6 分析，316H樣品的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度明顯高于386T樣品和A樣品，分析原因，一方面可能是由于316H浸潤劑中所采用的成膜劑環(huán)氧改性聚酯乳液與乙烯基樹脂相容性好，能夠在乙烯基樹脂中快速浸透且完全；另一方面可能是由于316H浸潤劑中所采用的乙烯基類硅烷基偶聯(lián)劑中的官能團(tuán)反應(yīng)活性較高，能夠提高玻纖紗與乙烯基樹脂的界面結(jié)合性，從而提高了光纜加強(qiáng)芯制品的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。

3 結(jié)論

（1）通過對(duì)比測(cè)試3 種玻璃纖維的毛羽性能，說明316H產(chǎn)品耐磨性更優(yōu)，在相同的拉擠成型工藝條件下，產(chǎn)生的毛羽更少，拉擠成型過程更為順暢，制品表面的光潔度更高，滿足長距離光纜加強(qiáng)芯生產(chǎn)的使用要求。

（2）通過使用3 種玻璃纖維直接紗增強(qiáng)光纜加強(qiáng)芯而得到的各方面性能，說明316H比386T和市場(chǎng)同類產(chǎn)品A在乙烯基樹脂中具有更好的樹脂相容性和界面結(jié)合性，用于增強(qiáng)光纜加強(qiáng)芯具有更高的力學(xué)性能，拓寬了光纜加強(qiáng)芯的應(yīng)用領(lǐng)域。