5G时代,复合材料将都有哪些?

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最近几年通讯发展很快,我们短短几年见证了2G、3G、4G的跨越式发展。宽带中国、光纤到户,见证了铜缆到光纤。而从有线到无线,万物互联,大数据,虚拟现实,智能城市,需要更新一代的技术提供支撑。

2017年5月,全国首批5G试验网城市确定,分别是:上海市、广州市、苏州市、宁波市。据悉,接下来,中国移动将在上述4个城市开展5G试验网建设、进行5G外场测试。这也意味着,5G正从纸张中走向现实。

新的技术,需要有新的硬件设施来支撑。5G时代,复合材料有什么机会呢?

 

基站外壳

 

传统的基站都是又笨又大的铁塔,当然随着人们观念的改变,最近出现许多傻兮兮,奇怪的大树。

但5G的特点,基站的小型化,就可以实现美观化、多样化。

相对于传统的高大的铁塔式基站,这些小型的基站可以利用复合材料制造。这种小型基站的外壳,类似于电器柜,而放置于室外,面临风吹雨打,光照低温等耐候性要求。这些要求,SMC、BMC的模压,甚至LFT的注塑,都可以得到。关键是哪一种材料和工艺可以在满足要求的情况下可以低成本、快速的实现。

 

天线罩

 

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output),意思是多输入多输出。意味着一个基站内可以装多个天线,而这些天线的尺寸又很小,需要天线罩。天线罩具有良好的电磁波穿透特性,机械性能上能经受外部恶劣环境的作用。室外天线通常置于露天工作,直接受到自然界中暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等侵袭,致使天线精度降低、寿命缩短和工作可靠性差。复合材料天线外罩能起到绝缘防腐、防雷、抗干扰、经久耐用等作用,而且透波效果非常好。

透波复合材料是由增强纤维和树脂基体构成的,两者的电性能好才能成型出电性能好的透波材料。通常增强材料的力学性能和介电特性均优于树脂基体,所以复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。因此必须选择具有优良电性能的树脂基体,同时树脂在复合材料中也起胶粘剂的作用,是决定复合材料耐热性的基本成分。

树脂基体主要有传统的不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂(EP)、改性酚醛树脂(PF)以及近年来开始研究和应用的氰酸酯树脂(CE)、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)、聚酰亚胺(P1)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型的耐高温树脂。

增强体目前大多都采用玻璃纤维,而国内透波复合材料使用的增强材料主要是 E 玻璃纤维和 S 玻璃纤维,M 玻璃纤维使用量较少。Kevlar(芳纶)最初由美国杜邦公司发明,Spectra1000 在各种频率下均表现出优异的介电性能,且具有的低密度、高强度、高模量和高抗冲击性能,使其在高性能天线罩的制造中具有极大的吸引力。

 

GFRP/KFRP在光缆中的应用

 

5G分有线和无线,有线部分离不开光纤光缆。

GFRP是玻纤复合材料,KFRP是芳纶复合材料,两种材料都是通过典型的复合材料工艺——拉挤工作制成连续的圆柱状复合材料,基体树脂多采用热固性树脂如不饱和树脂、环氧树脂等,有报道研究有热塑性材料做基体树脂但应用不多。

GFRP/KFRP在光缆中经常作为加强芯使用。加强芯经历了钢丝加强芯、GFRP、KFRP三个阶段。

GFRP/KFRP加强芯具有以下的优点:

1、非金属材料 对电击不敏感,适用于多雷电、多雨等气候环境地区; 
2、使用FRP加强芯的光缆可紧挨着电源线和电源装置安装,不会受电源线或电源装置产生的感应电流干扰; 
3、与金属芯相比,GFRP/KFRP不会产生因金属与油膏化学反应产生的气体而影响光纤传输指标; 
4、与金属芯想比,FRP具有拉伸强度高、重量轻的特点; 5、FRP加强芯光缆防弹、防齿咬、防蚁。

而GFRP/KFRP两者比较:

1、GFRP价格便宜,应用性广。
2、KFRP柔韧性好,具有超小的弯曲半径。特别适合在墙角、踢脚线处安装。
3、KFRP密度更轻,比强度和比模量更高。
4、KFRP在安装使用时折断的话,因为芳纶的柔韧性,不会刺破护套和光纤。

 

光纤、光缆及其他线缆桥架和沟槽

 

线缆桥架是用于线缆布线的辅助设备,由槽式、托盘式或梯级式的直线段、弯通、三通、四通组件以及托臂(臂式支架)、吊架等构成具有密接支撑线缆的刚性结构。

支架系统

 

支架是电线电缆在铺设时用于托、撑电缆或桥架的固定装置。

 

通讯塔

 

高高耸立的通讯塔大都是钢结构,但腐蚀是个大问题,而复合材料可以解决这个问题。而且复合材料比较轻,使用无扣件连接技术,塔结构的各个独立部件可以快速组装,在装配过程中不需要金属螺栓,按照方便,还减轻了整个塔体的重量。

 

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