在2015年初的“两会”上，李克强总理在《政府工作报告》中提出制定“互联网+”行动计划。“互联网+”是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合，推动技术进步、效率提升和组织变革，提升实体经济创新力和生产力，打造“大众创业、万众创新”的新气象。本质上，“互联网+”就是以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新型态。由此可见，建设高速的互联网对于经济和社会的发展有着重大的意义。实现这一愿景的根本基础是光纤到户（FTTx），而作为FTTx“最后一公里”的蝶形引入光缆自然重任在肩。如何安全可靠地把蝶缆接入千家万户，如何提速降费，运营商也都拼尽全力。TFRP的出现为运营商提供了一种全方位的解决方案：质优、价廉和环保的新一代增强材料。
一、超高模量聚乙烯纤维
TFRP优异的机械性能主要来源于所使用的纤维材料——超高模量聚乙烯纤维。自二十世纪早期合成纤维问世以来，合成纤维的强度和模量一直停留在很低的水平。直至二十世纪60年代末到70年代初，荷兰帝斯曼开发的超高模量聚乙烯纤维以及美国杜邦开发的芳纶，才使合成纤维材料的强度与模量取得了革命性的进展。
图1. 超高模量聚乙烯纤维是目前比强度最高的工业长纤
超高模量聚乙烯（UHMPE）纤维是一种超高模量、超高分子量的纤维，同时具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐老化、耐疲劳等优异品质。其分子量在500万-900万之间，是普通聚乙烯分子量的几十倍。分子量越高，机械性能越好，但是如此之高的分子量也使其难以直接挤出和规模化生产，直至帝斯曼于二十世纪70年代开发出冻胶纺丝技术，才使超高模量聚乙烯纤维成功商业化。
超高模量聚乙烯纤维对于光缆行业来说并不陌生，但由于长期以来未能解决其在光缆加工中的适应性问题，一直没有被规模化应用。随着技术的不断进步，超高模量聚乙烯纤维可以和特定树脂在高温下固化成型，极大地提高TFRP在成缆过程中的耐热性，有效地解决了加工适应性的问题。
二、TFRP在蝶形引入光缆中的应用
蝶缆中的加强元件主要通过抗拉作用来保护光纤。加强元件必须满足特定的要求：首先具有较高的抗拉强度和拉伸模量，其次具有较小的弯曲半径，最后还要满足高效、环保等要求。
目前，蝶缆中采用的非金属加强元件主要有GFRP（Glass Fiber Reinforce Plastic）和KFRP（Kelvar FiberReinforce Plastic）。TFRP（Trevo® Fiber Reinforced Plastic）是近年来开发成功并商业化的一种新型FRP。TFRP以超高模量聚乙烯纤维为原料，结合先进的树脂和固化工艺制作而成。和其它传统FRP相比，TFRP有更高的机械性能和弯曲性能，生产过程高效环保。
2.1、优异的机械性能
由于采用了超高模量的纤维作为原料，TFRP的拉伸性能得到显著提升。同等尺寸下的TFRP的拉伸性能比KFRP高25%以上；同等拉伸强力下，TFRP用较小的直径就能够满足蝶缆的技术要求。例如，通过行业标准60N/100N的拉伸测试的TFRP，直径仅为0.58mm，截面积比KFRP减小了20%以上。小直径的FRP可以提高成缆的工艺稳定性，降低偏心的风险。
图2. 塑料增强杆性能对比
（a）相同直径下，TFRP抗拉性能优于KFRP；（b）相同拉力的情况下，TFRP具有更小的直径
除了优异的抗拉性能之外，TFRP还具有极佳的抗弯性能。相比较现有的其它FRP， TFRP的弯曲半径更小，而且可以做到“折而不断”，弯折后还能继续发挥抗拉的作用。
图3.TFRP（右图）的弯曲半径相比于KFRP（左图）的弯曲半径
以直径0.5mm TFRP制成的蝶缆为例，在40N/80N的长期/短期拉力作用下，应变分别为0.162%、0.334%，满足行业标准的性能要求，同时衰减、高低温循环、阻燃等测试均合格。
2.2、低成本
TFRP的低成本来源于两方面因素：纤维的低密度和高模量。超高模量聚乙烯纤维的模量为130GPa，超过芳纶模量45%，而超高模量聚乙烯纤维的密度仅为0.97g/cm3，比芳纶密度低33%。因而在蝶缆中使用较少的纤维就能满足技术要求。
2.3、环保的生产工艺
环保也是TFRP的一个突出优势，主要体现在原材料和生产工艺上。超高模量聚乙烯纤维采用纯物理过程生产。生产过程中使用的溶剂做到了近100%的回收再利用，全程几乎不产生工业“三废”。同时TFRP采用环保树脂，不含挥发性有机化合物（VOC），极大地改善了工人的工作环境。TFRP的生产工艺也非常高效，降低了生产过程中的单位能耗。
2.4、使用方便
TFRP自2014年下半年引入市场以来，已经陆续在江苏、四川、湖北等地的光缆厂得到了一定规模的应用。通过与蝶缆生产工艺的磨合与改进，TFRP用量正在稳步扩大。TFRP的使用方法与GFRP、KFRP基本一致，无需添加额外设备，工艺适应性强，操作简便，光缆厂技术人员和操作人员反馈良好。
三、特种TFRP满足特殊应用
基于超高模量聚乙烯纤维优异的性能和提升潜力，特种TFRP也在不断开发以满足特殊的应用场合。
3.1、微型TFRP用于更紧凑的蝶缆
超高模量聚乙烯纤维的模量最高可达180GPa，制成TFRP后模量可以达到108GPa以上，是现有行业标准的2倍以上。这种纤维制成的直径0.38mm的TFRP就可以满足现有蝶缆的技术要求，适用于更紧凑的蝶缆。有助于大幅减少护套料的用量、显著降低成本、同时更便于布线施工。
3.2、抗蠕变TFRP用于自承式蝶缆
荷兰帝斯曼新开发的一款抗蠕变的超高分子量聚乙烯纤维（DM20），它保留了高模量、高强度、低密度、耐老化等特点的同时，具有优异的抗蠕变性能。在20%的破断力载荷下，这种纤维25年的计算蠕变值小于0.3%，具有和芳纶相当的抗蠕变性能。
目前，DM20已经成功地应用于海洋平台的深海（3000m）系泊。凭借其优异的强度、耐老化性能和耐蠕变性能，它可以长时间精确地固定海洋平台而不发生漂移。用DM20制成，可以取代自承式引入光缆中的钢丝吊带。与钢丝相比， TFRP不生锈、不导电、更耐久、更轻便，可以随电线来布线，应用于广大山区和雷电频发的地区。
3.3、带状TFRP用于新型中心束管式光缆
近年来，带状FRP加强的室外用全介质中心束管式光缆（GYFXTF）、小型中心束管式引入光缆（GJYFXTF）正在西南地区被逐步推广。目前使用的带状FRP是玻璃纤维经树脂浸润后，固化成型制得的。玻纤的模量低，为了满足光缆的抗拉要求，带状FRP需要增加玻纤用量，但是这也会增加带状FRP的厚度。较厚的加强带不易包裹。为了解决这一难题，可以采用超高模量聚乙烯纤维与玻璃纤维复合的方法，这样制备的带状TFRP力学性能不仅可以达到光缆的要求，同时更薄、更易纵包。
四、结束语
TFRP是综合性能优越的新一代蝶缆增强材料，它更高的模量和更小的弯曲半径，可以进一步提高光缆的性能，而且使用方便。目前，TFRP已被越来越多的光缆厂选购，采用TFRP生产的蝶缆也已走进千家万户。此外，微型TFRP、抗蠕变TFRP以及带状TFRP可以为光缆新型结构的设计提供更有利的方案。
参考文献
[1]励航泉，张晨．聚合物物理学[M]．北京：化学工业出版社，2007．21-24
[2]黄源，蝶形引入光缆生产的几点趋势. 网络电信. 2015. 04
[3]陈炳炎．光纤和光缆的设计和制造[M]． 杭州：浙江大学出版社，2003．76
来源：帝斯曼爱地纤维功能材料事业部 黄源
