本發(fā)明涉及光電復(fù)合纜制備，具體涉及一種在極寒天氣下使用的特種光電復(fù)合纜。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人類對能源和信息傳輸需求的不斷增長，光電復(fù)合纜作為一種能夠同時傳輸電力和光信號的高效傳輸介質(zhì)，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在智能電網(wǎng)中，光電復(fù)合纜可以實現(xiàn)電力的配送同時傳輸監(jiān)測和控制信號，優(yōu)化電網(wǎng)的運行管理；在海洋工程里，為海上設(shè)施提供電力供應(yīng)并保障數(shù)據(jù)的高速穩(wěn)定傳輸。然而，在一些特殊的地理環(huán)境和極端氣候條件下，如極地地區(qū)、高海拔寒冷山區(qū)以及寒冷的北方地區(qū)冬季等，常規(guī)的光電復(fù)合纜面臨著諸多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這促使了對適用于極寒天氣下特種光電復(fù)合纜研發(fā)的迫切需求。

2、在極寒環(huán)境中，低溫會使常規(guī)光電復(fù)合纜的護(hù)套材料變得僵硬、失去彈性，甚至出現(xiàn)脆化現(xiàn)象，這使得光電復(fù)合纜在受到外力作用時，如風(fēng)雪吹拂、冰塊撞擊或安裝過程中的彎曲拉伸等，極易發(fā)生開裂、破損，從而破壞光電復(fù)合纜的整體結(jié)構(gòu)完整性，嚴(yán)重影響光電復(fù)合纜的使用壽命和安全性；并且寒冷環(huán)境中常常伴隨著高濕度以及水汽的凝結(jié)和凍結(jié)，當(dāng)水汽侵入光電復(fù)合纜內(nèi)部時，在低溫下會結(jié)冰，冰的體積膨脹可能會對光電復(fù)合纜內(nèi)部的各組成部分產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，造成導(dǎo)體變形、絕緣層受損、光纖位移或斷裂等問題，進(jìn)一步破壞光電復(fù)合纜的傳輸性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3、因此，我們提出了一種在極寒天氣下使用的特種光電復(fù)合纜，以滿足日益增長的寒冷地區(qū)能源和信息傳輸需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在極寒天氣下使用的特種光電復(fù)合纜。

2、一種在極寒天氣下使用的特種光電復(fù)合纜，由以下組成：

3、纜芯，所述纜芯包括電纜組件和光纖組件，所述電纜組件包括導(dǎo)線，所述導(dǎo)線包括導(dǎo)體和包覆在導(dǎo)體外部的絕緣層；所述光纖組件為多個光纖單元，所述光纖單元包括光纖和包覆在光纖外部的保護(hù)管；

4、阻水層，所述阻水層由阻水層混合液紡絲固化后形成阻水層包覆在纜芯外側(cè)；

5、耐寒加強(qiáng)層，所述耐寒加強(qiáng)層采用芳綸纖維編織環(huán)繞包覆在阻水層的外側(cè)；

6、耐寒護(hù)套層，所述耐寒護(hù)套層由加入了耐寒聚氨酯彈性體的耐寒漿料加熱擠出，形成耐寒護(hù)套層包覆在耐寒加強(qiáng)層的外側(cè)；

7、其制備方法包括：

8、s1：阻水層混合液的制備，將前驅(qū)體溶液與紡絲液混合后再加入蒙脫土，制備得到阻水層混合液；

9、具體包括如下步驟：

10、s1.1：將30-40重量份丙烯酰胺、10-20重量份甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、1-2重量份n，n'-亞甲基雙丙烯酰胺、1-2重量份光引發(fā)劑2959加入到100-120重量份去離子水中，之后再加入5-8重量份k-卡拉膠，在遮光條件下，加熱到70-72℃，攪拌混合10-20min，得到前驅(qū)體溶液；

11、s1.2：將30-40重量份n，n-二甲基甲酰胺和40-50重量份乙酸丁酯混合后加入10-12重量份聚氨酯顆粒，之后在28-30℃下攪拌混合均勻，之后再加入3-5重量份4，4'-亞甲基雙（異氰酸苯基酯）和2-3重量份催化劑三乙胺，之后將混合液在60-62℃的油浴鍋中攪拌3-5h，最后加入5-8重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷攪拌混合，得到紡絲液；

12、s1.3：在遮光條件下，將20-30重量份紡絲液與10-20重量份前驅(qū)體溶液混合后，再加入3-5重量份蒙脫土，在400-500r/min下攪拌混合20-30min，得到阻水層混合液；

13、s2：耐寒聚氨酯彈性體的制備，采用含支鏈聚四氫呋喃二醇與聚醚改性有機(jī)硅表面活性劑為耐寒改性劑，進(jìn)行改性制備得到耐寒聚氨酯彈性體；

14、s3：耐寒漿料的制備，將改性天然橡膠、改性納米二氧化硅、鋇鋅熱穩(wěn)定劑、聚氯乙烯樹脂、增塑劑和耐寒聚氨酯彈性體混合，制備得到耐寒漿料；

15、s4：光電復(fù)合纜的制備。

16、進(jìn)一步地，s2：耐寒聚氨酯彈性體的制備，具體包括如下步驟：

17、s2.1：將分子量為2000的含支鏈聚四氫呋喃二醇在110-115℃下真空脫水1-2h，得到脫水后的含支鏈聚四氫呋喃二醇，將1-2重量份聚醚改性有機(jī)硅表面活性劑和1-2重量份脫水后的含支鏈聚四氫呋喃二醇混合攪拌，得到耐寒改性劑；

18、s2.2：向23-25重量份2，4'-二苯基甲烷二異氰酸酯中加入40-43重量份聚四氫呋喃二醇，其分子量為2000-3000，之后再加入耐寒改性劑，之后在80-85℃下反應(yīng)1-2h，得到反應(yīng)組分??；

19、s2.3：將分子量為3000的聚氧化丙烯三元醇在110-115℃下真空脫水1-2h，得到脫水后的聚氧化丙烯三元醇，將4-5重量份1，4-丁二醇和20-22重量份脫水后的聚氧化丙烯三元醇攪拌混合20-30min，得到反應(yīng)組分ⅱ；

20、s2.4：將反應(yīng)組分ⅰ與反應(yīng)組分ⅱ混合攪拌1-2min，之后置于真空下進(jìn)行5-8min脫泡處理，最后將混合物澆注到預(yù)熱100-110℃的平板模具中，待流平后，加壓硫化20-30min，之后在100-120℃烘箱內(nèi)硫化10-12h，得到耐寒聚氨酯彈性體。

21、進(jìn)一步地，s3：耐寒漿料的制備，具體包括如下步驟：

22、s3.1：將2-3重量份納米二氧化硅加入到反應(yīng)釜中，在100-200r/min下攪拌，在攪拌過程中加入2-3wt%的硅烷偶聯(lián)劑kh560，之后在110-120℃下持續(xù)攪拌反應(yīng)50-60min，冷卻至室溫后，得到改性納米二氧化硅；

23、s3.2：將10-12重量份改性天然橡膠nr-541放置在真空烘箱常溫中烘干10-12h，之后將改性天然橡膠nr-541、2.5-3重量份鋇鋅熱穩(wěn)定劑、60-70重量份聚氯乙烯樹脂、10-20重量份鄰苯二甲酸二異癸酯、5-8重量份二酸二辛酯、2-3重量份改性納米二氧化硅和40-50重量份耐寒聚氨酯彈性體攪拌混合2-3h，得到耐寒漿料。

24、進(jìn)一步地，s4：光電復(fù)合纜的制備，具體包括如下步驟：

25、s4.1：在26-28℃下，將阻水層混合液裝入針孔為18g的紡絲注射器中，持續(xù)高壓為25-28kv，紡絲速率為2-3ml/h，紡絲時間持續(xù)3-4h，紡絲距離調(diào)整到距離纜芯20-23cm，進(jìn)行紡絲，之后再于365nm紫外光下照射3-4h，得到阻水層，阻水層包覆在纜芯外側(cè)；

26、s4.2：采用編織機(jī)將芳綸纖維20-30r/min編織速度，55-58°的編織角度進(jìn)行編織，得到耐寒加強(qiáng)層，耐寒加強(qiáng)層包覆在阻水層的外側(cè)；

27、s4.3：將耐寒漿料在150-160℃，15-20mpa下進(jìn)行熔融擠出，得到耐寒護(hù)套層，耐寒護(hù)套層包覆在耐寒加強(qiáng)層的外側(cè)，制備得到光電復(fù)合纜。

28、進(jìn)一步地，所述導(dǎo)體為鍍銀銅包鋼線。

29、進(jìn)一步地，所述絕緣層為hdpe層。

30、進(jìn)一步地，所述保護(hù)管為不銹鋼管。

31、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下有益效果：

32、1、本發(fā)明通過阻水層有效防止水分侵入，耐寒加強(qiáng)層提供了額外的機(jī)械強(qiáng)度，耐寒護(hù)套層則全面保護(hù)光電復(fù)合纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高耐寒能力，這種多層次、多功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計使在極寒天氣下的光電復(fù)合纜能夠更好地滿足極寒環(huán)境中的復(fù)雜使用要求，能夠為寒冷地區(qū)的通信和能源傳輸提供了可靠的解決方案。

33、2、本發(fā)明中聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)可以降低材料對水的親和力，在阻水層中，聚氨酯形成的纖維相互交織，增加了水通過的路徑難度，使水難以在材料內(nèi)部擴(kuò)散，并且通過引入4，4'-亞甲基雙（異氰酸苯基酯）對聚氨酯顆粒進(jìn)行改性從而制備紡絲液，4，4'-亞甲基雙（異氰酸苯基酯）中的-nco會和聚氨酯硬段鏈端-nh結(jié)合，導(dǎo)致紡絲液中分子鏈之間相互纏結(jié)，同時使阻水層中親水性基團(tuán)減少，使阻水層表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性能，同時紫外固化后光引發(fā)劑可以引發(fā)丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯等單體在n，n'-亞甲基雙丙烯酰胺的交聯(lián)作用，形成水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以與聚氨酯形成的纖維結(jié)構(gòu)配合，使其分子鏈之間的空隙非常小，從而提高阻水層的致密性，使得水分子難以通過，從而有效阻止水的滲透，并且水凝膠也會吸收水分膨脹，使阻水層更加致密，避免水分的擴(kuò)散，提高阻水能力。

34、3、本發(fā)明還加入了蒙脫土，蒙脫土具有片狀的晶體結(jié)構(gòu)，在阻水層混合液中均勻分散后，這些片層可以相互疊加、交錯排列，形成類似“磚墻”的結(jié)構(gòu)，水分子在通過時，需要繞過這些片層，大大增加了水的滲透路徑和阻力，從而起到阻水的作用，蒙脫土的加入可以填充聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的微小空隙，使阻水層的結(jié)構(gòu)更加致密，進(jìn)一步減少了水分子可通過的通道，提高了阻水性能，同時還加入了3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷會與溶液中的聚氨酯與蒙脫土相互作用，促進(jìn)3-氨丙基三乙氧基硅烷在纖維與三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面形成一層疏水膜，能夠有效阻隔水分子與纖維的接觸，使水在材料表面形成水珠而滾落，無法滲透進(jìn)入材料內(nèi)部。

35、4、本發(fā)明采用含支鏈聚四氫呋喃二醇與聚醚改性有機(jī)硅表面活性劑為耐寒改性劑，聚醚改性有機(jī)硅表面活性劑可改善材料的低溫柔韌性和表面性能，含支鏈結(jié)構(gòu)聚四氫呋喃二醇也有利于提高材料在低溫下的抗沖擊性能，減少材料在極寒條件下變脆的可能性，使其制備的聚氨酯彈性體兼具良好的力學(xué)性能和耐寒性能，能夠承受極寒地區(qū)的低溫以及外力沖擊，有效保護(hù)光電復(fù)合纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改性后的納米二氧化硅添加到漿料中，可以提高耐寒漿料的強(qiáng)度、耐磨性和耐候性，在極寒環(huán)境下，能夠減少護(hù)套層因冰雪摩擦、風(fēng)吹日曬等因素導(dǎo)致的表面損傷，延長光電復(fù)合纜的使用壽命，加入的改性天然橡膠nr-541可以與耐寒聚氨酯彈性體相互補(bǔ)充，當(dāng)護(hù)套層受到外力拉伸或撕裂時，耐寒聚氨酯彈性體的高強(qiáng)度能夠承受較大的應(yīng)力，防止材料整體破裂，而改性天然橡膠nr-541的彈性回復(fù)能力則有助于材料在受力后恢復(fù)原狀，減少永久變形，這種協(xié)同作用顯著提高了耐寒漿料制備的護(hù)套層的拉伸強(qiáng)度，使其能夠更好地抵抗在極寒環(huán)境下可能遇到的如強(qiáng)風(fēng)拉扯、冰雪積壓等機(jī)械外力。

36、附圖說明

37、并入本文中并且構(gòu)成說明書的部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且與說明書一起進(jìn)一步用來對本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋，并且使相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明；

38、圖1為本發(fā)明實施例所采用的一種在極寒天氣下使用的特種光電復(fù)合纜制備流程圖；

39、圖2為本發(fā)明實施例所采用的一種在極寒天氣下使用的特種光電復(fù)合纜結(jié)構(gòu)圖。