含热粘型纤维光学缓冲管的改进型光学纤维电缆及其制造工艺

摘要

一种包括缓冲管组件的光学纤维电缆,该组件至少包括两个因彼此粘结而紧密地结合在一起的柔性缓冲管。该电缆进一步包括包裹在缓冲管内部的多个光学纤维、包裹着缓冲管组件的覆皮以及在缓冲管组件外围上提供的至少一个纵向支撑件。一个方面是,覆皮由聚乙烯构成、缓冲管由聚氯乙烯(PVC)或带柔性二醇链段的热塑性弹性体构成并且缓冲管以螺旋或SZ股束式结构包裹在覆皮的内部。第二个方面是,纤维光学缓冲管包括分别形成分散区和基质的低和高熔点材料,并且优选进一步包括填料。分散区嵌入基质中。后一种缓冲管通过使分散区热活化而粘结在一起。

说明书

本发明的背景

本发明的领域

本发明涉及一种改进型纤维光学电缆(以下称为光学纤维电缆)及其相应的制造工艺。本发明尤其涉及一种扎束光学纤维缓冲管形成改进型柔性光学芯的工艺以及一种按SZ股束式结构组装的改进型柔性光学芯。

相关技术的论述

有三类常见的光学纤维电缆结构。对三种常见结构中的每种而言典型的是，覆皮由聚合物材料构成并且在所谓光学芯的外围挤出。

在第一类结构当中，一般称为“散管(loose-tube)”式结构，光学芯包括一个中心支撑件(strength member)，在其外围是按螺旋或SZ股束式结构组装的缓冲管。缓冲管含有光学纤维或光学纤维束，而管组件则由覆皮包裹。在第一类结构当中，含光学纤维的缓冲管管壁相对较厚并且较硬，是由聚合物材料构成的。在第一类结构中，光学纤维可能会相对包裹其的缓冲管而发生位移。具备该第一类结构的电缆比如参见U.S.No.4,366,667和EP-A-0,846,970。

在第二类结构当中，光学芯包括一个单管，典型地称之为中心管式结构，是由聚合物材料构成的并且包裹着光学纤维。如果必要的话，中心管包括多个可按螺旋结构组装在一起的纤维束。中心管被由管壁构成的覆皮包裹。支撑件可嵌入覆皮的壁中。

在第三类结构当中，光学芯包括由聚合物材料构成的缓冲管。缓冲管包裹光学纤维并且按螺旋或SZ股束式方式组装在一起。缓冲管组件由覆皮包裹，覆皮内部嵌入支撑件。在该第三类结构中，缓冲管相对较薄且软并且与光学纤维紧密结合，从而防止了光学纤维同彼此以及同缓冲管发生错位。

对某些特定的布线而言，光学纤维电缆可能会排列成这样，多个电缆区域沿某些路径是垂直的。在光学纤维电缆的该垂直区域当中，按SZ股束式结构组装的光学芯可能受重力影响而发生解离，每个缓冲管容易产生解离并且直线式垂直外伸。由这种所不希望的现象造成的破股后果在转换点附近尤其明显，SZ股束式结构的缓冲管其缠绕方向在此处发生反转。更为常见的是，只要光学芯或光学电缆受到拉力，比如在制造或布线过程中，就会产生解离和破股现象。

第一类结构的光学纤维电缆典型地包括用以固定缓冲管的粘合剂，从而可避免发生破股。这类光学纤维电缆之所以能使用粘合剂是因为第一类结构中所用的缓冲管相对较硬。硬就能避免粘合剂对缓冲管施加的任何紧缩力传递到光学纤维上。

但是粘合剂却不太适用于第三类柔性光学芯结构的光学纤维电缆，因为这些电缆采用的是对粘合剂造成的破坏力抵抗能力较差的薄壁缓冲管。因此粘合剂对缓冲管施加的横向应力很容易就传递到光学纤维上，从而使光学纤维遭受影响其光学性能的应力。因此，希望有其它方法来避免按SZ股束式结构组装的柔性光学芯或延长芯的垂直部分发生破股。

除此之外，因为提高成本且需要特殊的扎束设备所以并不希望采用粘合剂。而且需要切过粘合剂才能露出电缆，这增加了一个剥露步骤。因此由于这些附加原因，希望有使用粘合剂的替代手段。

按SZ股束式结构组装的已知柔性光学芯所存在的另一个问题是很难均匀地扎束各个缓冲管而形成均匀扎束结构的光学芯。之所以难是因为这类芯中所用的缓冲管很软且不存在承托缓冲管并靠摩擦绞结之的中心支撑件。因此希望有一种可改善芯的粘结状况并在后续加工步骤中保持一定扎束量(即S或Z方向上的匝数)的改进型扎束方法。

改进型管扎束方法优选给出一种在负载下能保持其形状的缓冲管组件。对芯的粘结状况和弯折性能而言是基本的且为了使中跨剥露操作具可测知性，特别要确保扎束量足够。但是由于柔性光学芯不具备中心支撑件，所以缓冲管的机械松弛作用以及施加在光学芯上的拉力(比如在覆皮工艺步骤中或挑拨粘结盒中的光学芯时)会导致缓冲管发生解离或破股现象。如上所述，解离或破股现象会产生潜在的问题。因此，希望找到一种可在负载下保持其有序扎束状态的改进型扎束方法。

本发明的简要说明

本发明一方面旨在防止柔性缓冲管的垂直和/或受力区域和纤维光学电缆芯发生解离或破股。另外，第二个目的是避免使用粘合剂，从而降低了成本、给出一个直线式工艺并简化了与电缆的接触步骤。本发明第三方面旨在提供一种改进的由柔性缓冲管构成的光学芯的扎束状态，以加强芯的粘结状况、在后续加工步骤中维持一定的扎束量并在负载下保持其均匀的扎束结构。

通过提供一种包括一个缓冲管组件的光学纤维电缆，该组件至少包括两个彼此热粘结的柔性缓冲管，本发明就能实现这些和其它目的。光学纤维电缆进一步包括多条包裹在缓冲管内的光学纤维。覆皮包裹着缓冲管组件。

该实施方案的第二方面是，覆皮由聚乙烯构成而缓冲管则由聚氯乙烯(PVC)或带柔性二醇链段的热塑性弹性体构成。

第三方面是，缓冲管包含在螺旋或SZ股束式结构的覆皮内部。

第四方面是，光学纤维电缆包括按机械方式增强的线束，其优选由芳酰胺构成并且更优选位于缓冲管与覆皮之间且按螺旋方式排列。

第五方面是，在缓冲管组件的外围至少提供一个支撑件。支撑件优选嵌入覆皮的壁中。

第六方面是，光学纤维电缆进一步包括对环形组件而言位于管与覆皮之间的防水配件如防水带、对交织型管组件而言位于覆皮内的膨胀型配件以及/或者用于管内的填料。

本发明也提供了一种制造光学纤维电缆的工艺，其包括形成一个至少含两个柔性缓冲管的组件，该缓冲管由聚合物材料构成并包裹着光学纤维。将由聚合物材料构成的覆皮加热到挤出温度并在缓冲管的外围挤出以包裹缓冲管组件。通过控制覆皮聚合物材料的挤出温度使缓冲管彼此热粘结。

本发明工艺的另一特点是，覆皮由聚乙烯构成而管由聚氯乙烯(PVC)或带柔性二醇链段的热塑性弹性体构成，从而挤出温度为170～240℃。挤出温度更优选200～240℃。

本工艺还一个特点是，在缓冲管组件外围提供至少一个丝状支撑件。

本发明的第二个实施方案提供了一种由形成分散区的低熔点材料以及形成基质的高熔点材料构成的纤维光学缓冲管。分散区嵌入基质中。

第二个实施方案的第二方面是，低和高熔点材料分别是低和高熔点的热塑性材料。

第三方面是，低熔点材料占缓冲管材料的量低于40％且更优选低于20％。

第四方面是，缓冲管进一步包括填料。填料优选包括碳酸钙、滑石和/或超吸收型聚合物粉末。更优选填料占缓冲管材料的量低于40％。低熔点材料进一步更优选占缓冲管材料的量低于40％而高熔点材料占缓冲管材料的量高于50％。

第五方面是，高熔点材料的熔点比低熔点材料的熔点至少高25℃并且优选至少高50℃。

第六方面是，低熔点材料是乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、EVA共聚物、EAA共聚物或其它共聚物或者聚烯烃的三元共聚物。

第七方面是，高熔点材料是冲击改性的聚丙烯共聚物或丙烯-乙烯共聚物。低熔点材料优选乙烯-辛烯共聚物、EVA共聚物或EAA共聚物。缓冲管更优选进一步包括碳酸钙填料，高熔点材料是熔点高于140℃的丙烯-乙烯共聚物，低熔点材料是熔点低于100℃的乙烯-辛烯共聚物而分散区在缓冲管外表面上按长度计为10-100μm。

再另一方面是，高熔点材料是冲击改性的聚丙烯共聚物而低熔点材料是超低密度聚乙烯(VLDPE)。

本发明也提供一种粘结纤维光学缓冲管的方法。该方法包括扎束多个缓冲管，该管是由低熔点分散区在高熔点基质中嵌入而构成的。该方法进一步包括热活化低熔点分散区，从而软化分散区并使一部分分散区与相邻缓冲管的分散区发生粘结。

该方法另一方面是，在多个缓冲管束上施用加热过的覆皮而实现热活化步骤。或者，以IR线或对流烘箱进行加热而实现热活化步骤。

附图的简要说明

以下参照附图中的图示实施方案例对本发明及其适宜的精选例进行更为具体的说明，其中：

图1是本发明改进型光学纤维电缆的横截面视图；

图2图示的是本发明第二个实施方案的缓冲管其表面；

图3(a)说明了第二个实施方案中成型的两个缓冲管的扎束原理；并且

图3(b)图示的是包括第二个实施方案缓冲管组件的光学芯。

优选实施方案的具体说明

参照图1对本发明的第一个实施方案进行说明。图1图示的是本发明第一个实施方案的改进型光学纤维电缆，该电缆的编号为10。

光学纤维电缆10包括柔性缓冲管12组件，分别都包裹着一束标准型光学纤维14。每个缓冲管12含有，比如约12个光学纤维14。但是，光学纤维14的数目可多于或少于12个。

在图1所示的例子中，光学纤维电缆10包括12个缓冲管12。但是，缓冲管12的数目比如可以在7～24个之间变化。

缓冲管12组件包裹在覆皮16内部。缓冲管12优选超越覆皮16的长度，如同螺旋或SZ股束式结构的标准组件。

具增强作用的支撑件18位于缓冲管12组件的外围上。光学纤维电缆10优选带两个方向完全相反且嵌入构成覆皮16的管壁中的支撑件18。覆皮16中的支撑件18其结构和组构方式是标准型的。

如果是环形组件(比如按螺旋形排列)，光学纤维电缆10优选具备位于覆皮16内部并包裹缓冲管组件的机械增强型线束20。一个例子是，机械增强型线束20由芳酰胺构成。

除此之外，光学纤维电缆10优选包括标准型防水单元。防水单元可包括位于缓冲管12与覆皮16之间并包裹缓冲管组件的超吸收带22。如果是标准的环形组件，超吸收带22尤其更可位于缓冲管12与增强线束20组件之间并包裹住缓冲管组件。

如果是与缓冲管12的标准型交织组件，该防水单元也可包括位于覆皮16内部的膨胀型单元(图1中未示出)。该单元也可包括典型的填料，施用在缓冲管12内部的光学纤维14之间。

覆皮16由聚合物材料，比如中密度聚乙烯构成，将其加热并挤出在缓冲管12的外围上，该缓冲管也由聚合物材料构成。要注意的是，缓冲管12的管壁相对较薄。

本发明的第一实施方案是，缓冲管12因彼此粘结而紧密地结合在一起。这是在覆皮16于缓冲管12外围上挤出的过程中实现的，通过调整覆皮16构成材料的挤出温度，就可使缓冲管12彼此粘结。在挤出过程中，加热的覆皮16材料提供使缓冲管彼此发生粘结所需的热量。

选择覆皮16材料，使该材料能在所选的对覆皮的理想挤出而言适宜并且也有助于缓冲管12彼此粘结的温度下进行加热。同样地，选择构成缓冲管12的材料，使缓冲管12为在所选温度下挤出的覆皮16释放的热量所加热，并彼此发生粘结而不为该热量所熔化。

基于这些要求，覆皮优选由聚乙烯构成，特别是高密度聚乙烯，而缓冲管12优选由聚氯乙烯(PVC)或带柔性二醇链段的热塑性弹性体构成。(“带柔性二醇链段的热塑性弹性体”是带聚醚或高分子二醇单元链段的共聚物。)

带柔性二醇链段的热塑性弹性体比如可从以下中进行选择：(i)聚醚酯，比如包括，键合在带端羧基的聚酯链区上的带端羟基的   聚醚链区，从而该结构也可包含二醇(比如1，4-丁二醇)；(ii)聚氨酯醚，比如包括，经由氨酯官能团键合在二异氰酸酯上的  带端羟基的聚醚链区；(iii)聚氨酯酯，比如包括，经由氨酯官能团键合在二异氰酸酯上  的带端羟基的聚酯链区；(iv)聚氨酯醚酯，比如包括，带端羟基的聚酯链区和聚醚链区，这  些链区经由氨酯官能团键合在二异氰酸酯残基上；(v)聚醚酰胺(即含聚酰胺链区的聚醚)，比如通过带端基二胺链的  聚酰胺链区与带端基二羧基链的聚氧烯烃链区的反应而制得；或  通过带端基二胺链的聚酰胺链区或带端基二羧基链的聚酰胺链区  与聚醚二醇反应；从而所得到的聚醚是聚醚酯酰胺。  聚醚酯尤其是热塑性共聚酯弹性体。一个商品例是DuPont制Hytrel^聚合物。这类热塑性弹性体的国际简称是TEEE(热塑性醚-酯弹性体)。

要注意的是，由带柔性二醇链段的热塑性弹性体构成的缓冲管12极易撕裂，很容易就能剥露出缓冲管12中所含的光学纤维14。

而且，热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是可通过聚二醇(或分子量比如1000～3500的高分子二醇)以及有可能是二醇(或低分子量(一般低于300)扩链化合物)与二异氰酸酯发生反应而制得的聚氨酯共聚物。

商品例包括：Elastollan^1185(PU-醚)、Elastollan^1190(PU-醚)、Elastollan^C85(PU-酯)、Elastollan^C90(PU-酯)和Desmopan^588(PU-醚酯)和Desmopan^385(PU-醚酯)，Elastollan^生产线聚合物出自BASF而Desmopan^生产线聚合物出自Bayer。

一个例子是，在缓冲管12组件的外围上挤出时，聚乙烯覆皮16在温度170～240℃，并优选200～220℃下进行加热。在该温度下，覆皮16向缓冲管12释放热量，该热量足以穿透任何可能的增强线束或防水单元层并使缓冲管12彼此粘结而不会令其熔结在一起。

参照图2、3(a)和3(b)对本发明的第二个实施方案进行说明。图2给出的是第二个实施方案缓冲管120的表面。如图2所示，缓冲管120含有嵌入高熔点基质122中的低熔点分散区121。低熔点分散区121优选由低熔点的热塑性物质构成，而基质122由高熔点的热塑性材料构成。另外，缓冲管120可含有填料，比如碳酸钙、滑石或超吸收型聚合物粉末。

在排列成组件之后，如图3(b)所示，将缓冲管进行热活化使低熔点分散区121软化。分散区可通过覆皮进行活化，如上述的第一个实施方案，或利用其它热源，比如IR线或对流烘箱。活化温度要选得足够高从而使分散区121软化，并且要适当得低以便使高熔点基质122保持其形状。在该活化温度下，低熔点分散区121熔融并产生粘性，进而与相邻缓冲管120’中的邻近低熔点分散区121’发生粘结，参见图3(a)和3(b)。然后冷却缓冲管120、120’。据此单个缓冲管120扎束成例如图3(b)所示的组件。

管管之间的粘结程度适宜地可借助热活化时间和温度、填料含量、所用的低和高熔点组份的量以及低和高熔点组份的各个熔点来进行控制。

本发明对填料以及低和高熔点组份的具体比例没有任何特定限制。但是，管管之间的粘结程度可通过控制填料、低熔点材料和高熔点材料的用量比来进行适当的调整，使低熔点材料占最终材料低于40％，以保证高熔点相的连续性。低熔点材料更优选占最终材料低于20％。填料比如碳酸钙、滑石或超吸收型聚合物粉末，优选占缓冲管120构成材料低于40％。高熔点材料优选占缓冲管120构成材料＞50％，以确保该相的连续性。

基质122材料的熔点优选比分散区121材料至少高25℃。基质材料的熔点更优选比分散区材料至少高50℃。虽然第二个实施方案的缓冲管120可由千百种材料构成，高熔点基质所优选的材料包括冲击改性的聚丙烯共聚物和丙烯-乙烯共聚物。低熔点分散区所优选的材料包括低熔点烯烃的共聚物或三元共聚物，熔点低于120℃并优选低于105℃，比如乙烯-辛烯共聚物(熔点70-105℃)、EVA共聚物(熔点90-110℃)和EAA共聚物(熔点90-110℃)。

商品例包括：Engage^和Exact^(乙烯-辛烯共聚物)、Nucrel^(EVA)、和Primacor^(EMAA)。Engage^和Nucrel^生产线出自DuPont。Exact^出自Exxon而Primacor^出自Dow。

在第一个例子中，利用熔点高于140℃的丙烯-乙烯共聚物来成型高熔点基质122。利用熔点低于100℃的乙烯-辛烯共聚物来成型低熔点分散区121。除此之外，缓冲管120包括碳酸钙填料。缓冲管其外表面上的分散区121为10-100μm。

高和低熔点材料另一个优选的组合方式包括基质由熔点高于150℃的冲击改性的聚丙烯共聚物构成，而分散区则由熔点高于90℃的超低密度聚乙烯(VLDPE)构成。

适宜的是，第二个实施方案的缓冲管120组件不使用粘合剂也能保持其扎束状态。另外，可从缓冲管130组件中抽出单个的缓冲管120却不对其中所含的缓冲管120或光学纤维造成破坏。除此之外，第二个实施方案要好过沿缓冲管的整个长度方向进行的粘结。比如，按第二个实施方案粘结的缓冲管120其拆分之后的表面状态比沿整个表面粘结的缓冲管要好。

本发明的第三个实施方案提供了一种由柔性缓冲管构成的扎束态光学芯。要注意的是，该光学芯不包括中心支撑件。

该第三个实施方案通过使缓冲管在线束点上粘结从而克服了已知的扎束态柔性缓冲管电缆的缺点。优选控制相邻缓冲管之间的粘结程度，使通过施加小于100g并更优选50g的拆分力，缓冲管就可以被分开(比如在电缆粘结操作过程中)。

第一方面是，向管的扎束点处施用紫外线(UV)固化型材料，使缓冲管发生粘结。这些材料经由连续或分批的流淌、挤出或喷涂法进行施用。UV固化型材料可在扎束之前或期间施用。成型之后，光学芯接着进行UV照射使相邻缓冲管发生粘结。为了达到粘结，UV固化型材料比如氨酯-丙烯酸酯共聚物或其它的丙烯酸酯共聚物可采用。

本发明提供了捆扎或扎束光学纤维缓冲管而形成改进型柔性光学芯，包括按扎束结构组装的改进型柔性光学芯的材料以及方法。本发明的优势在于缓冲管组件(无论是螺旋式还是SZ股束式的结构)在重力或其它外施力的影响下不容易产生解离或破股现象。由于缓冲管彼此粘结，所以光学芯尤其可防解离。除此之外，虽然有此粘结，通过施加一个最小力，每个缓冲管一般均不超过1N，缓冲管还易于拆分。这种易拆分性使得光学纤维在接线操作过程中很容易剥露。而且本发明取缔了粘合剂，从而有利于柔性缓冲管电缆的应用。

以上参照优选的实施方案对本发明进行了具体的表述和说明，本技术领域的熟练人员需要明白的是，可对其形式和细节作以任何改变，但是这并不背离本发明由附属权利要求所定义的精神和领域。