玻璃纖維直接紗增強光纜加強芯的研究與應用

張志堅，宋長久，章建忠，費其鋒，崔峰波，李 明，鐘洪強，周賢旺

（巨石集團有限公司，桐鄉 314500）

0 前言

為增強光纜的強度，光纜內部都設置了加強芯［1-3］（見圖1），以前普遍采用鋼絲作為光纜的加強芯。使用鋼絲作為光纜的加強芯，可以增加光纜的強度，但由于鋼絲的耐腐蝕性能差，一般使用一兩年就會生銹，產生有害氣體，導致氫損，影響光纖的傳播性能。另外，由于鋼絲的導電性能強，在高壓電和雷電的影響下，會產生感應電流，也會影響光纜的性能。因此，這種鋼絲加強芯的使用壽命都不長。隨著科學技術的不斷發展，尤其是乙烯基樹脂、玻璃纖維［4］和玻璃鋼（FRP）成型工藝的進步，FRP拉擠型材逐漸取代了鋼絲成為新型的光纜加強芯。

FRP光纜加強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光纜加強芯耐腐蝕性能強，不會生銹，不會導致氫損，不會影響光纖的傳播性能。對電擊不敏感，尤其適用于多雷電，多雨等氣候環境地區，可緊挨著電源線和電源裝置安裝，不受其產生的感應電流干擾，與金屬芯相比，FRP光纜加強芯有拉伸強度高，重量輕，耐腐蝕，使用壽命長等優勢。本文介紹了通過采用自主知識產權，對常規增強拉擠型材用直接紗386T浸潤劑配方進行優化，開發出一種新型玻璃纖維直接紗產品，使其毛羽更少，增強光纜加強芯的力學性能，特別是拉伸強度和彎曲強度方面性能突出，拓寬了光纜加強芯的應用領域。

圖1 光纜結構示意圖［6］

1 實驗部分

1.1 原材料

浸潤劑：316H，巨石集團有限公司；

浸潤劑：386T，巨石集團有限公司；

玻璃纖維：316H，巨石集團有限公司；

玻璃纖維：386T，巨石集團有限公司；

玻璃纖維：A，市場同類產品。

1.2 儀器

毛羽測試儀：自制；

電子天平：BS2202S，賽多利斯；

拉擠生產線：南京諾爾泰；

萬能試驗機：Z100 型，德國Zwick公司。

1.3 光纜加強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，配置穩定的浸潤劑，在拉絲成形時對原絲進行表面涂覆，制備的紗筒經烘干后得到316H、386T和A 3 種玻璃纖維直接紗，作為試驗材料。

1.4 拉擠成型和光纜加強芯樣品的制備［7,8］

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

樹脂∶固化劑∶促進劑∶填料=100∶1.8∶0.8∶5（質量比）；

拉擠速度：1200 mm/min；

固化工藝：第一區110 ℃，第二區190 ℃；

拉擠成型過程見圖2。

圖2 光纜加強芯拉擠成型過程圖

1.5 性能測試

拉伸強度的測試：按YDT1181.1-2015標準［9］測試，光纜用非金屬加強件的特性第1 部分：玻璃纖維增強塑料桿；

彎曲強度的測試：按YDT1181.1-2015 標準測試，光纜用非金屬加強件的特性第1 部分：玻璃纖維增強塑料桿；

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

2 結果與討論

2.1 玻璃纖維毛羽性能測試評價

經過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試結果。

表1 毛羽性能對比測試結果

圖3 毛羽性能對比示意圖

由于光纜加強芯直徑大多為0.45～5.00 mm，通常使用100～1200 tex小號數直接紗產品生產，因此對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生斷紗、毛絲等情況導致堵模，嚴重影響光纜加強芯制品的質量和生產效率。從表1 中的數據對比分析，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產品浸潤劑組分中采用的環氧改性聚酯乳液能夠有效提高紗線集束性，同時采用脂肪酸酰胺類潤滑劑增加紗線的滑爽度，對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，產生的毛羽更少，滿足光纜加強芯生產的使用工藝性要求；相比而言，386T樣品浸潤劑成膜后由于粘結性相對要弱，生產的玻纖紗相對要散，集束性一般，因此耐磨性相對要差，毛羽偏多；而市場上同類型用于光纜加強芯的A樣品紗線集束性相對較好，毛羽與316H接近。

2.2 光纜加強芯力學性能的測試

分別對采用316H、386T和A樣品增強的光纜加強芯的力學能進行對比分析，測試拉伸強度和彎曲強度，測試示意圖見圖4 和圖5，測試結果見表2 和圖6。

圖4 拉伸強度測試示意圖

圖5 彎曲強度測試示意圖

表2 光纜加強芯力學性能測試

圖6 光纜加強芯力學性能對比示意圖

通過表2 數據和圖6 分析，316H樣品的拉伸強度和彎曲強度明顯高于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劑中的官能團反應活性較高，能夠提高玻纖紗與乙烯基樹脂的界面結合性，從而提高了光纜加強芯制品的拉伸強度和彎曲強度等力學性能。

3 結論

（1）通過對比測試3 種玻璃纖維的毛羽性能，說明316H產品耐磨性更優，在相同的拉擠成型工藝條件下，產生的毛羽更少，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芯生產的使用要求。

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