阻水型扎纱的性能及其在光缆中的应用

一、前言
        光缆根据阻水结构的不同可分为三类：填充式、半干式和全干式，其中半干式的光缆除松套管内的间隙用油膏填充外，其余间隙一般用阻水纱、阻水带等固态阻水材料填充以达到阻水效果。目前一般光缆制造公司使用的阻水纱在加工过程中会出现吸湿、粉末大量脱落，纱线之间易粘连，易发生断纱事故，不易储存和运输等问题。本文介绍了一种新型的阻水材料——阻水型扎纱（以下简称阻水扎纱），它是一种把扎纱和阻水纱的功能组合在一起的阻水材料。阻水具有扎纱加工方便，阻水效果好，加工过程中无粉末脱落，且纱线之间无粘连，常规环境下不吸潮，易于储存等诸多优点。
 
二、阻水扎纱的性能
        阻水扎纱主要由两部分组成，一部分是由涤纶纱组成的加强筋，涤纶纱是高强度的涤纶长纱，主要提供阻水扎纱的抗拉强度和延伸率。另一部分是含有聚丙烯酸酯的阻水剂，由于阻水剂中的聚丙烯酸酯的超强吸水聚合物内含有羟基，当它吸水后，形成羧酸盐（COO-）会强迫其分子链从卷曲状态伸开，导致其体积迅速膨胀，完全填滿光缆间隙，阻断水流入光缆的通道，将水阻断在很小的一段范围内，从而实现阻水功能。
        阻水扎纱的阻水剂一般采用进口的阻水剂，该阻水剂不但阻水效率高、速度快，并且与涤纶纱结合率高。阻水扎纱表面光滑、干洁，无传统阻水纱表面的阻水粉出现，纱线之间无粘连。在常温下，敞开储存100天，纱线不吸潮、不变色、不粘连。阻水扎纱主要性能见表1。阻水扎纱的线密度是传统阻水纱的2.5倍左右，远远比传统阻水纱细，但阻水扎纱的断裂强度却只比传统阻水纱小约10%，它的延伸率比传统阻水纱要好，完全可满足生产要求。它的膨胀率和膨胀速率与传统阻水纱差别不大。

序号	性能指标	单位	阻水扎纱	传统阻水纱A	传统阻水纱B
1	线密度	m/kg	5348	1886	2196
2	单重	g/m	0.187	0.530	0.455
3	断裂强度	N	137	200	152
4	断裂伸长率	%	18	15	16
5	膨胀速率	ml/g.min	55.4	68.3	55.0
6	膨胀率	ml/g	58.1	70.5	68.0

性能指标	单位	试验次数	阻水扎纱		传统阻水纱A		传统阻水纱B
			试验前	试验后	试验前	试验后	试验前	试验后
断裂强度	N	1	141.0	140.3	190.5	205.8	155.2	153.0
		2	140.1	136.6	192.4	189.9	154.2	144.2
		3	140.6	141.8	194.8	168.9	155.4	150.0
断裂伸长率	%	1	18.9	20.7	15.7	15.5	16.4	16.7
		2	18.2	19.8	15.8	15.4	17.0	16.2
		3	18.8	19.4	15.7	16.0	16.8	17.2
膨胀速率	ml/g.min	1	55.3	55.3	68.9	58.7	53.2	54.8
		2	53.4	54.7	69.2	57.6	50.4	48.5
		3	53.3	54.8	69.1	56.3	53.9	55.5
膨胀率	ml/g	1	57.8	57.3	71.3	66.0	68.2	68.2
		2	57.0	57.4	68.6	65.8	69.0	67.6
		3	57.2	58.3	70.9	66.7	64.7	63.9

三、阻水扎纱在光缆中的应用
        使用传统阻水纱阻水的光缆，一般使用三根阻水纱。中心加强件上随加强件被动放一根阻水纱以实现加强件的阻水功能。缆芯外放两根阻水纱，其中一根与缆芯平行放置；另一根以一定节距螺旋缠绕在缆芯上以达到阻水效果。这种结构的光缆加工时需要两个不需要动力的被动放线架用于放置中心加强件阻水纱和与缆芯平行的阻水纱；另外还需要一个可以使阻水纱旋转，以一定节距绕放的放线装置用于放置绕放在缆芯上的阻水纱，该装置最好与生产线同步，以保证绕放阻水纱节距的均匀性。传统阻水纱在使用过程中需在阻水纱外面套上一个防潮装置（一般使用透明塑料套），并且要求时刻关注粉末脱落情况，以免发生粉末堵塞模孔影响光缆质量。
        使用阻水扎纱的光缆结构如图1。生产中也是使用三根阻水扎纱，中心加强件上随加强件被动放一根阻水纱以实现加强件的阻水功能。缆芯外交叉绕放两根阻水扎纱以保证缆芯与外护之间的阻水效果。该光缆的加工仅需一个被动放线架用于放置中心加强件那根阻水纱；缆芯外交叉绕放的两根阻水扎纱直接替代扎纱绕扎在缆芯上即可。在该结构光缆中阻水扎纱不仅起到了阻水功效，而且兼顾了扎纱的功能。该结构光缆加工非常便捷，阻水扎纱替代扎纱生产线速丝毫不受影响，提高了生产效率。阻水扎纱在使用过程中无粉末脱落；并且阻水扎纱接头非常简便，保证了光缆结构的完整性。
 
四、使用阻水扎纱的光缆性能
        1、阻水性能
        我们称从光缆进水点到水被阻住的长度为渗水长度。渗水长度主要取决于阻水纱的性能、缆芯与护层间的间隙，以及阻水纱的绕放的节距。经过生产线上取样试验，无论采用传统阻水纱，还是阻水扎纱生产的光缆24h后的渗水长度均没有超过1m。阻水扎纱阻水性能与传统阻水纱相当，但要比传统扎纱要细很多，而且是替代了扎纱，大大缩小了缆芯与护层之间的间隙，所以该结构光缆阻水效果更加好，该结构光缆渗水长度约为20cm。三种光缆测试结果见表3。         2、光缆的机械性能
        使用阻水扎纱的光缆按照YD/T901-2009标准进行了拉伸、压扁、冲击、扭转和反复弯曲等机械全性能试验，试验结果表明试验后光纤的各性能指标均无明显变化。
        3、光缆的温度循环性能
        使用阻水扎纱的光缆使用阻水扎纱的光缆按照YD/T901-2009标准进行了温度循环试验，试验结果表明试验过程中和试验后光纤均无明显附加衰减。
        4、光缆护套的完整性
        使用阻水扎纱的光缆在成缆工序即进行阻水材料的添加，对护套的连续加工无任何影响，因此该结构光缆的护套的完整性更高。
        5、光缆生产成本
        使用阻水扎纱的光缆成本较低。虽然阻水扎纱本身价格较贵（一般是传统阻水纱的2倍），但因它替代了扎纱，省去了扎纱的成本；且它本身较细只有传统阻水纱的约1/3，大大缩小了缆芯与护层之间的间隙，使得光缆的外径减小，这样就降低了护层和金属带的成本，因此综合比较使用阻水扎纱的光缆成本比使用传统阻水纱的光缆成本要低。以GYA12B1型光缆为例，经对比测算，采用阻水扎纱的光缆比采用传统阻水纱的光缆成本降低至少10%。
 
五、结论
        综上所述，使用阻水扎纱的光缆与使用传统阻水纱的光缆相比，具有：（1）加工简便，生产效率高，加工过程对环境无污染，更环保；（2）光缆阻水效果好，结构完整性高，产品质量更有保证；（3）生产成本低等优点。因此使用阻水扎纱替代传统阻水纱是一项值得推广的工艺方法。