新型全干式光纜用雙層共擠松套管的研制與應(yīng)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(yīng)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(huán)境和方便接續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，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(shù)。該技術(shù)采用PP作為主要的松套管材料。以本色聚丙烯樹脂作為內(nèi)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(chǎn)工藝條件。通過對比試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)采用雙層共擠技術(shù)制備的松套管具有優(yōu)異的余長穩(wěn)定性和物理機(jī)械性能。

松套管 雙層共擠 分析試驗(yàn) 余長 全干式光纜

一 引言

共擠技術(shù)是一種新型的材料成型方法，它可以將不同的材料結(jié)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(yīng)用。共擠出產(chǎn)品具有優(yōu)良的高低溫穩(wěn)定性、耐水和火性能、機(jī)械性能等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的擠壓工藝相比，該新技術(shù)具有生產(chǎn)成本低、能耗低、工藝簡單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好的特點(diǎn)。我們引入了一個(gè)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(fù)合松套管?；纠碚撊缦拢喝垠w從兩個(gè)不同的擠出機(jī)兩種材料同時(shí)連續(xù)擠塑到同一個(gè)機(jī)頭，以本色聚丙烯樹脂和聚丙烯及色母料的混合樹脂為內(nèi)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(chǎn)品進(jìn)行了全面測試。這些分析結(jié)果為提高復(fù)合松套管的質(zhì)量提供重要的理論依據(jù)，對工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

二 材料試驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)，也是松套管獲得良好外觀的重要保證。一般來說，如果產(chǎn)品有更好的分散性、相容性、著色力和遮蓋力高。產(chǎn)品的外觀會(huì)顯得均勻、精細(xì)、顏色少、顏色偏差小。同時(shí)松套管的性能不能因?yàn)樯噶系募尤牒艽蟪潭扔绊懫湫阅堋?/p>

為了評估的分散性和相容性，使用差示掃描量熱法（DSC）和轉(zhuǎn)矩流變儀來研究純PP樹脂和PE色母料的共混物。DSC測試結(jié)果表明，只有一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）并且每種材料和數(shù)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(zhuǎn)矩流變儀測得分別為24nm到47nm。平衡轉(zhuǎn)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(dòng)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(dòng)性和塑化性能。根據(jù)這些結(jié)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(jié)果顯示在表1。

表1 色母料混合物測試

2.3 材料性能試驗(yàn)

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(yōu)良，成本效益高，被廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。我們測試了天然聚丙烯和有色共混物的性能。結(jié)果顯示在表2。

表2 混合物性能測試

夏氏缺口沖擊強(qiáng)度／(KJ·M2) 48 48 48維卡軟化點(diǎn)℃ 150 140 150結(jié)晶化溫度℃ 126 123 131

從表2中可以看出，各指標(biāo)的基質(zhì)樹脂和共混物，這表明，使用的2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dòng)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(qiáng)度，滿足高速生產(chǎn)的生產(chǎn)。聚丙烯樹脂密度較低，說明該產(chǎn)品具有重量輕、重量輕的產(chǎn)品?？傁癫睿ā鱁）小于2，表明共混物的顏色穩(wěn)定性很好。熱變形溫度的數(shù)值和氧化誘導(dǎo)時(shí)間（OIT）相對較高，表明其具有良好的熱穩(wěn)定性和加工。拉伸屈服強(qiáng)度、伸長率和沖擊拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變?nèi)笨跊_擊強(qiáng)度均較理想。這說明材料具有優(yōu)異的力學(xué)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(jié)晶溫度有助于縮短成型周期時(shí)間，減少后收縮，減少性能的內(nèi)外壁的松套管的性能差異，并提高產(chǎn)量。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較和分析，得出了對產(chǎn)品的先進(jìn)性能進(jìn)行改進(jìn)的結(jié)論。

三 生產(chǎn)設(shè)備及工藝

雙層復(fù)合松套管生產(chǎn)線是由放線系統(tǒng)、塑料擠出設(shè)備、模具成型系統(tǒng)、冷卻定型系統(tǒng)、擠壓加工控制系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、收線系統(tǒng)組成。圖1所示為一體的設(shè)備圖。與系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是設(shè)計(jì)一個(gè)精心設(shè)計(jì)的擠出模具的巧妙流動(dòng)通道。多年來，大多數(shù)的研究都集中在這一領(lǐng)域，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流體流動(dòng)條件，特別是界面配合物的穩(wěn)定性。為適應(yīng)高分子材料擠出加工的要求，我公司擴(kuò)大與制造設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)合作，共同開發(fā)出一種新型的復(fù)合擠壓模和配套的機(jī)頭通過專門設(shè)計(jì)的流道可以實(shí)現(xiàn)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(nèi)容。

圖1 二次套塑生產(chǎn)線

圖2 雙層共擠機(jī)頭示意圖

為了保障產(chǎn)品質(zhì)量,我們應(yīng)該保證良好的兩種材料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度,相同的流體流量兩個(gè)聚合物熔體和均勻的材料分配,這些都需要進(jìn)行嚴(yán)格管控。有不同的流程控制對應(yīng)不同的材料組合,有時(shí)甚至助劑或單獨(dú)設(shè)計(jì)部分是必要的。共擠壓形成的界面是在生產(chǎn)調(diào)試的重點(diǎn)和難點(diǎn)。模具和松管性能都達(dá)到了預(yù)期要求,共擠壓模具參數(shù)的優(yōu)化,不斷調(diào)整生產(chǎn)工藝。一些工藝參數(shù)見表3

表3 工藝參數(shù)

四 產(chǎn)品性能和測試

為了驗(yàn)證產(chǎn)品線具有穩(wěn)定的性能，我們進(jìn)行了小批量試制，產(chǎn)品性能達(dá)到了預(yù)期的要求，我們做了4種套管，兩個(gè)分別采用PP/PE色母料生產(chǎn)的單層套管;兩個(gè)采用本色PP為內(nèi)層，PP/PP色母料為外層的色母料所有的測試項(xiàng)目和結(jié)果在表4

表4 松套管測試

為了驗(yàn)證其工藝穩(wěn)定性測量了藍(lán)色、橙色、黑色、青綠色的熱收縮性能。試驗(yàn)條件為85℃烘箱環(huán)境溫度下放置24小時(shí)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(diǎn)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(wěn)定并且數(shù)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(yōu)良的顏色附著力。

由于雙層共擠松套管具備優(yōu)異的余長穩(wěn)定性和熱收縮性能，因此我們使用雙層共擠松套管,我們設(shè)計(jì)一款全干式式光纜。其光纜結(jié)構(gòu)如圖5所示。通過著色、套塑、成纜、護(hù)套四個(gè)工序的生產(chǎn)完成光纜的指標(biāo)，光纜參數(shù)列在表5.中體現(xiàn)。

圖5 單護(hù)套光纜參數(shù)

表5 光纜結(jié)構(gòu)尺寸

光纜試制完成后根據(jù)IEC 60794-1-2標(biāo)準(zhǔn)測試了光纜的性能，其測試情況如下表

表6 機(jī)械性能測試結(jié)果

五 結(jié)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(jī)械性能的測試性能的對比可以發(fā)現(xiàn)其性能無明顯差異，因此PP與PE-LLD混合擠出從材料試驗(yàn)結(jié)果看是可行的。從制備的松套管光纖顏色透出情況可以發(fā)現(xiàn)PE色母料具有更加優(yōu)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比圖可以發(fā)現(xiàn)雙層共擠套管制得的松套管具有更加好的機(jī)械性能和穩(wěn)定的余長、熱收縮性能而且從松套管彎折試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)雙層共擠松套管的彎折性能更加優(yōu)秀。

從全干式光纜的制備的機(jī)械性能測試可以發(fā)現(xiàn)全干式光纜也可以同樣具有優(yōu)良的機(jī)械性能，滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，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。

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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