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标题: 扁形FRP铠装防鼠光缆的开发 [打印本页]

作者: vguangxian 时间: 5 天前
标题: 扁形FRP铠装防鼠光缆的开发
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作者：李娟1，蔡炜2，陈赟瑜3

单位：1江苏法尔胜光通信科技有限公司，2江苏通光信息有限公司，3江苏通光光缆有限公司

摘要：本文针对防鼠缆的发展趋势，分析了各种防鼠缆的优劣，介绍了一种扁形FRP（纤维增强复合材料，Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP）铠装防鼠光缆的开发过程。该光缆是一种应用于户外复杂环境的全介质自承式光缆，不仅具有优良防鼠啮咬的能力，大幅度降低光缆重量，适宜自承式架空敷设，无需安装吊线，施工方便快捷；同时具备良好的防雷、抗电磁性能。在东南亚、澳大利亚、欧洲以及国内林区草原等应用前景广阔。

关键词：扁形FRP；防鼠咬性能；铠装

引言在东南亚、澳大利亚、欧洲以及国内地域地貌环境复杂和植被发达的区域，啮齿类动物非常普遍。在这些地域架设的光缆经常因为鼠咬而频发线路通信故障。同时，为推动我国“城市光网”工程，加速“中国制造2025”智能化、信息化的发展步伐，国内通信市场对光缆也提出了更高要求。为此，我们决定开发一种具有优良防鼠效果的光缆产品，以适应市场要求。防鼠光缆简介目前，国内外防鼠光缆的发展趋势主要有以下4点：（1）全面的防鼠性能。提高光缆防鼠等级，保证光缆能够防止多种鼠类危害，有效的防止鼠咬引起通信故障。（2）自承式结构。防鼠缆架设的区域地理和气候环境相对复杂，国内外多采用自承式架空敷设。自承式架空敷设无需安装吊线，施工方便快捷。（3）全介质结构。全介质结构光缆兼具轻质、抗电磁和防雷等优点。可利用原有电力杆塔和更大跨距架设，间接减少施工和维护成本。（4）绿色环保。国内外越来越重视环保，绿色环保的防鼠光缆符合社会发展需求。针对架空缆的防鼠，国内外厂家一般有药物防鼠和机械保护防鼠这2大类。常见的架空光缆防鼠措施如下表1所示。表1 常见架空光缆防鼠措施 (, 下载次数: 0) 技术原理3.1光缆结构图1所示为我们开发的扁形FRP铠装ADSS防鼠光缆（以下简称本光缆）典型结构的截面图。该光缆由内而外主要由中心加强件、松套管、FRP带铠装层和外护套等结构部分组成，每个结构部分又由多种材料组成。 (, 下载次数: 0) 图1 光缆截面图3.2防鼠原理本光缆的防鼠主要结构是扁形FRP铠装层。扁形FRP铠装层由扁形FRP带组成。扁形FRP带是由玻璃纤维单丝与树脂交联而成的玻璃纤维带。如图2所示是FRP径向和轴向截面显微图。 (, 下载次数: 0) 图2 FRP显微图玻璃纤维单丝的直径从十几微米到二十几微米，具有极细且脆的特点。在鼠类啃咬过程中，呈粉碎状的玻璃渣将伤及鼠类口腔，并持续刺激，使之对光缆产生畏惧感，从而达到防鼠的效果。树脂交联的工艺提高了玻璃纤维单丝的分布密度和产生了高硬度表面，进一步提升了防鼠性能，同时也解决了松散玻璃纤维单丝的不环保和不能持续性防鼠问题。光缆开发4.1光缆设计本光缆在实际应用中会受到自重、覆冰、风力和安装弧垂等因素影响。如图3和图4是自承式架空光缆的受力分析图。 (, 下载次数: 0) 图3 自承式架空光缆实际荷载 (, 下载次数: 0) 图4 自承式架空光缆架设曲线图3中，W1为光缆自重，W2为光缆上覆冰层的垂直荷载，W3为水平风力荷载，W为总荷载。图4中，A、D为光缆的2个不等高挂点，B、D为2个等高挂点，C为光缆架设曲线最低点。L为不等高架设光缆跨距，l为等高架设光缆跨距，F为不等高架设光缆垂度，f为等高架设光缆垂度，fm为光缆最大弧垂。自承式架空光缆的敷设方式和使用环境决定了光缆的抗拉力是关键指标，光缆设计时还需模拟架设受力核算抗拉力。将设计的结构尺寸代入公式1-3来核算架空敷设后日常拉力和极限拉力，保证光缆结构紧凑、尺寸最小。 (, 下载次数: 0) 4.2生产工艺本光缆需要经过着色、套塑、成缆、铠装和护套5个工序的制备，得到最终光缆产品。图5为本光缆的完整生产流程。 (, 下载次数: 0) 图5 本光缆生产流程5个工序中着色、套塑和成缆工序工艺与常规层绞式光缆基本一致，最后的铠装和护套2个工序是本光缆的特殊工序，也是关键控制工序，下文分别进行介绍。1）铠装工序扁形FRP带经特制放线绞笼装置放出，紧密绞合在缆芯外围，经双向扎纱固定制备得到结构稳定的扁形FRP铠装缆芯。如图6所示铠装缆芯生产示意图，图7所示是特制放线绞笼装置示意图。特殊设计的绞合工装和合理的绞合节距保证扁形FRP铠装层紧密贴合内层缆芯，同时不挤压缆芯和不破坏缆芯的结构稳定性。FRP铠装层中的FRP带拉伸强度≥1200MPa，弹性模量≥50GPa。扁形FRP铠装层除提供光缆优异的防鼠性能外，也极大提高了抗拉性能。 (, 下载次数: 0) 图6 铠装缆芯生产示意图 (, 下载次数: 0) 图7 特制放线绞笼装置2）护套工序扁形FRP铠装缆芯经放出后，纵包一层阻水带，再挤制外护层和注条，制备得到成品光缆。结构和材料的特殊使得扁形FRP铠装缆芯残余扭转应力无法消除，护套工序通过特殊工艺和设备抵消扁形FRP铠装缆芯扭转应力，保证外护挤制的稳定。如图8所示护套生产示意图。 (, 下载次数: 0) 图8 护套生产示意图5、防鼠性能验证我们采用的是机械模拟鼠咬法，如图9所示是机械模拟鼠咬实验示意图，整套装置安装于机械性能试验机。实验时将光缆放于V形槽固定，仿真牙以一定速度下移直至达到设定咬合力，记为一次有效咬合。在同一点重复咬合一定次数。 (, 下载次数: 0) 图9 机械模拟鼠咬实验示意图本光缆在泰尔试验室进行了75N咬合力模拟1000次鼠咬实验，未咬穿护套。动物学研究表明，大白鼠的最大咬力在自然状态下为9.3～46.6N，在麻醉和电刺激条件下为25.8～50.2N；而松鼠自然状态下可达72.95±10.19N。证明本光缆能够抵御几乎所有鼠类的啮咬。6、结论基于前期产品调试和小批量生产经验，依托公司优秀的技术、设备、生产和质量控制实力，我们对扁形FRP铠装防鼠光缆进行了多项研究工作。在原生产设备基础上进行了设备配置和改造，提高了操作便捷性，大幅提升生产效率。完善了相关工艺文件、操作指南和质量控制文件。进一步提高了产品成材率，保证了生产的稳定性，建立了有效的质量控制系统，实现了目标产品的规模化、稳定化生产。开发中我们也发现了诸多问题，比如生产速度太慢、接续FRP带耗时耗力、扁形FRP带成本较高等。这些问题将是下一步研究的方向。参考文献：[1] 黄晓炜，陈坚，光缆结构与压扁冲击性能初探[J]，现代传输2019.6期[2] 任明当，黄晓炜，三单元绞合八字光缆结构设计与工艺控制[J]，现代传输2010.10期

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