KFRP光缆加强芯简介及生产探讨.doc
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KFRP 光缆加强单元简介及生产探讨光缆芳纶加强单元在国内通常简称为 KFRP，KFRP 是 Kevlar Fiber Reinforced Plastics 的缩写，中文直译是凯芙拉纤维增强塑料Kevlar（凯芙拉）是杜邦公司生产的芳纶纤维（Aramid Fiber）商品名，由于杜邦的Kevlar 纤维是生产最早，性能最好，应用最广泛的芳纶纤维，所以人们通常以 Kevlar 代替芳纶，把光缆芳纶加强单元称为 KFRPKFRP 采用芳纶这种高强度，高模量的纤维生产，在满足强度和模量要求的情况下，产品直径可以做的很小，一般本体直径仅为 0.5 毫米，外部涂覆的情况下，也仅为 0.58 毫米左右；KFRP 较高的模量使得光缆在受力时，光纤在长度方向上受力较小，从而避免光纤的断裂和光损耗的增加；因此采用 KFRP 作为加强单元的光缆，具有产品直径较小的特点，弯曲性能优越，适合入户和室内的布线随着光通信的发展，光纤入户（FTTH Fiber To The Home）已经越来越普及，KFRP 的应用也随之越来越得到推广一般情况下，FTTH 光缆采用蝶型结构，二根 KFRP 作为加强单元，光纤位于二根 KFRP 的中间，KFRP 主要起到抗拉的作用，且起到小部分抗侧压的作用。
由于 KFRP 主要应用于 FTTH 光缆的生产制造，它的主要性能指标包括以下三个部分（详见中华人民共和国通信行业标准：光缆用非金属加强件的特性 YD/T 1181.3-2011）：结构尺寸，机械性能，耐气候性能在结构尺寸上，标准规定了本体和涂覆后产品的直径偏差，本体和涂覆后产品的不圆度要求行业标准的规定并不严格，在设备，模具正常的情况下，均可达到这些指标在机械性能上，标准中规定了最小弯曲直径，拉伸强度，拉伸弹性模量三项指标在机械性能指标上，笔者有一些不同的看法，在此也希望能在此与同行进行探讨最小弯曲半径：不大于本体标称直径的 10 倍（10D） 即标称 0.5mm 直径的 KFRP，经涂覆后的弯曲半径是 10mm由于这个指标有些厂家不能完全达到，所以个别厂家的内控指标有改为 20D 和 30D 的实际上如果对配方进行优化，完全达到还是可以的，只是在生产成型的初段，由于运行不稳定，有一点难度在实际成缆过程中和施工中，10D 的指标有偏高拉伸强度：≧1600MPa 折合 0.5mm 本体的 KFRP 产品，拉伸力要大于315N这个指标要求使用较高档的芳纶（详见下面的计算） KFRP 的机械性能主要取决于芳纶的机械性能，以制造 0.5mm 的 KFRP的 1440Dtex 的常用的芳纶为例，芳纶的标称强度一般只有 330N 左右（中值） ，考虑到正态分布的影响（标准差一般在 15~25N 左右） ，以及生产过程对芳纶的损伤，要完全达到 1600MPa 的指标（前面已经计算过，抗张力应高于 315N） ，AQL 的水平最多能达到 84%的水平或更低，所以必须采用更高档的芳纶。
弹性模量：≧52GPa 以 0.5mm 的 KFRP 产品，综合 315N 的拉伸力要求，不考虑复合材料的塑性形变，完全认为是弹性形变的话，断裂伸长率 3.07%显然这个指标与光纤所能承受的伸长率是不相匹配的对此，笔者更倾向于部分用户（尤其是国外用户）提出的机械强度的要求：在规定的伸长率情况下，对拉伸力的要求，这样的规定更符合成缆测试和实际施工和使用的情况例如：在 0.5%的伸长率情况下，KFRP 要大于 80N 的抗拉伸力；在 1%的伸长率情况下，大于 150N 的抗拉伸力；在更高拉伸率下的拉伸力，更多的只是具有统计意义和对比作用；由于国内近期各 KFRP 生产厂家的竞争，产品价格一降再降，生产厂家不可能采用价格更高的芳纶进行生产同时笔者在与光缆厂家探讨时，光缆厂家认为 1600MPa 的拉伸强度也高于实际的使用需求，现在部分厂家的拉伸指标定为 1100MPa，也是有一定的道理的，在保证质量情况下对降低成本有一定的作用笔者认为：拉伸强度指标在 1300~1400MPa 是更切合实际的这样即可以充分利用芳纶的强度，也可以考量芳纶在成型过程中是否受到损伤和考量配方和工艺的正确性和稳定性。
第三部分的指标是耐气候指标，即在 30D 的弯曲直径下，经过高温 80度 24 小时，低温 40 度 24 小时后，KFRP 不行有裂纹，毛刺，折断，解体，且手感光滑这部分指标主要取决于固化胶粘剂体系，通过采用合适的固化胶粘剂体系，达到指标是比较容易的部分用户也提出了更严苛的标准，如提高温度到 120 度，或 KFRP 的受热减重不得超过规定的比率等，这均可以通过改进配方达到在 2011 年以前，KFRP 的生产量达不到使用量的增长，价格较高通过2012 年，更多的厂家投入到了 KFRP 的生产，促使价格快速的下降，一方面这符合 FTTH 光缆的发展需要，促进光缆入户；但另一方面，由于大部分生产厂家仅是简单的复制生产，仅在产品数量上快速的增长，在产品质量上，仍是低水平的重复个别水平较高的生产厂家也正在进行光固化生产的试验，以及采用高强PE 代替芳纶等试验，试图提高生产效率或降低生产成本，但笔者还没有看到过成功的样品光固化的效率虽然高，但树脂体系的成本也相应较高，生产速度的提高是否能抵偿成本的提高，对本人来说是一个疑问，但在工艺性上无疑是一个重大的提升由于这个行业众所周知的特点，感觉无论从工艺上，设备上都较为类同，甚至有些厂家的生产技术还停留在较低的水平上，没有相应差异化的改进，例如：产品较为单一，没有形成系列产品；甚至有些厂家的拉挤速度还停留在 3~4 米的水平；只有少量厂家具备产品改进的能力；对芳纶纤维处理的机理没有更深层次的研究；等等。
KFRP 产品由于价格的不断下降，材料成本已经上升到很高的比例，质量水平已经完全决定了利润的水平提高成品率从而提高材料的利用率；提高生产速度从而提高设备利用率和生产成本；提高配方和工艺的灵活性以提高产品的品质；都是决定生产厂家利润和生存的重要课题目前，已经有成套的 KFRP 的生产设备供应商，成熟的树脂供应商，模具的供应商，较多的生产厂家也从不同的方面进入到 KFRP 的生产领域，FTTH 光缆入户是大势所趋，KFRP 的生产领域能吸引更多生产厂家进入是可喜的现象，但恶性的竞争也初现端倪即使是蓝海经济，也需要整个行业的不断提高，共同努力笔者从事 KFRP 生产的时间虽然并不长，但对 KFRP 的情况也进行了较多的了解和资料的收集整理工作，同时也对 KFRP 的生产做了比较深入的研究，在配方，工艺和产品弯曲性能上做出一些有效的改进和提高，例如采用改进的配方，可以使 KFRP 的成本在下降的同时，弯曲性能又有很大的提高，合格率也同步上升，所以 KFRP 在工艺，配方，设备上有很大的改进作为一名从业人员，希望能与业内人士一起共同探讨，相互学习，为 KFRP 的发展做出个人的贡献，欢迎业内人士与笔者联系，johnny_stone@ 。
