专利名称：光纤、光纤带和减震管上的可膨胀凝胶层的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光纤领域，特别涉及纤维光缆、带、光纤或减震管，它们具有可膨胀凝胶层，用于在缆索结构中获得光纤的附加防护和稳定性。
防护光纤或光纤带的一种通用方法是将防水凝胶设置在单条光纤或光纤带与缆索减震管之间，或光纤带垛与减震管之间。此防水凝胶将进入纤维光缆的水或湿气量降至最小，并在安装、贮存、修理等期间防护光纤免遭冲击破坏。这种凝胶的一个实例，以及其特征能在Risch等的美国专利No.6085009中找到，该专利内容已通过参考而包含于本文中。
对纤维光缆的一个要求是，纤维光缆内的水阻滞凝胶不会从缆索的端部渗出，即使温度升高时也如此。水阻滞凝胶的令人满意的流动阻力可能是有问题的，特别对高温下的大直径缆索更是如此。在包含光纤带的大缆索中，各根光纤的衰减(光纤中信号功率的损失)可能也是一个问题。这时，衰减通常是起因于光纤中的微弯曲，它是在最外层的光纤与减震管或外套筒接触时趋于发生的。这在带垛的最外层光纤(角落处)中最为常见。
在具有大直径(大于0.310″)的减震管的纤维光缆中尤为如此，其中凝胶层的横截面面积变得如此之大，以致凝胶是不稳定的，从而对破坏或湿气不能提供适当的防护。因此，只在缆索的光纤和减震管(或外套筒)之间应用凝胶层以确保光纤(若干光纤)的适当防护，限制了缆索可能的总尺寸。
确定防护性凝胶材料是否合适的一种通用试验是，切割样品缆索(具有凝胶化合物)，并将其竖直地置于炉中。然后将炉中的温度在24小时的间隔内升高至约70℃。当化合物或凝胶的温度增加时，化合物或凝胶的粘度和屈服应力下降。当粘度和剪切应力下降至某一点时，凝胶或化合物将从缆索的切口部分滴下或泄出。此滴下或泄出是一个证据，即，对在可能存在这样的条件(即较高的温度)下应用的光纤缆索，此特定的凝胶或化合物是不适用的，或与较小的光纤扎或带垛相比，管的尺寸太大。
通常，化合物或凝胶的流动受制于若干不同的因素，诸如重力、材料的屈服应力、材料中油的分离、材料的粘度、材料的膨胀系数、材料或化合物对减震管或外套筒的壁的粘结或打滑，以及缆索的直径(凝胶的横截面面积)。
本发明通过以下措施解决上述问题，即将“可膨胀凝胶”层或加在单根纤维上，或加在纤维组合上，诸如单根纤维或带垛，或作为双层可膨胀凝胶减震管的第二层。诸如可膨胀聚烯烃或苯乙烯共聚物的材料是能用作在纤维、带上的可膨胀凝胶材料，或能用作双层可膨胀减震管的材料中的某些材料。
可膨胀凝胶层能通过各种方法，诸如共同挤压，而设置在纤维或垛上，并或用加热固化、或用UV固化而加以固化。实际上，可膨胀凝胶层在单根纤维上加了第三层，因为它沉积在二次涂层的顶上，或者在用于捆扎带或带垛的基底材料的顶上加了一层。单根涂覆的带可由于膨胀而得到润滑，从而在垛中相互相对滑移。此润滑效应降低在各种热-机械加载条件下的应力。
本发明的可膨胀凝胶层可或是光滑的，可或是有织构的(即波纹、纵向凹槽等)。当纤维被放入管中，管充填有防水凝胶时，可膨胀凝胶层吸收某些凝胶，引起它“膨胀”。由此观点出发，凝胶的初始浓度由于油被纤维、带或管的内表面上的膨胀涂层吸收而增加。“膨胀”的结果，使凝胶的某个体积被层所吸收，从而减少了凝胶在升高的温度下流动的能力。此外，膨胀层建立了要求的刚性，它从纤维表面上的较硬(较少膨胀)粒子过渡至膨胀层表面上的较软(较多膨胀)粒子。于是，此刚性变化的膨胀层起着纤维与减震管或外套管之间的缓冲器和定位结构的作用，将纤维保持在管的中心，并防止凝胶在较高温度下流动。
此外，膨胀作用是吸收凝胶中较低粘度化合物的结果，从而降低了凝胶中油分离的可能，油分离会导致凝胶破裂。最后，可膨胀凝胶层降低凝胶材料在管或缆索中的有效截面，这又能帮助凝胶减少下滴，总体保持其稳定性以防护光纤。
现将参考附图对本发明进一步详细说明，但对本发明的范围没有任何限制。
现转向
图1，图中表示了一种纤维光缆，其中缆索(具有中心管位形)具有外套管10、带垛13、防护性凝胶11和可膨胀凝胶层12。外套管10可由任何通常应用的或已知的材料、尺寸和形状制成，本发明不对其施加任何限制。此外，外套管10不一定是缆索的外套管，而可以是缆索中许多减震管中的一根。带垛13也可由任何数目的单根带或光纤构成。任何常规的或已知的带垛构造形式可用于本发明中。此外，纤维不一定位于带垛构造形式，而是可以按螺旋形状缠绕、组合成纤维束，可宽松地或单个地放置，或以任何已知的或常规的形式配置在管10中。纤维或纤维带13在管10内的构造形式或定位对本发明不是关键的，虽然，纤维最好应大致位于管10内的中心，以便为管10的所有侧面上的纤维提供最大的防护。
凝胶材料11也可以是任何通常已知或使用的凝胶材料。较受推荐的是，凝胶材料11具有对湿气或水的防护，还有冲击吸收特征。根据纤维或缆索的应用，凝胶11还应在较高的温度(70℃以上)下具有良好的粘度特征，以避免凝胶丧失其防护特征。可应用的凝胶的一个实例由Risch等的美国专利No.6085009中可找到，该专利内容已通过参考而包含于本文中。适当的凝胶配方的实例包括这样一些凝胶，它们由矿物油和/或合成聚烯烃油构成，并结合聚合触变改性剂或热解二氧化硅。此外，诸如市场上可买到的Mastergel R-1806和R-1806LT的凝胶可加以使用。
可膨胀凝胶层12能通过任何通常已知或使用的、将层12涂覆在这些物品上的方法涂覆在带垛13或纤维上，包括共同挤压。此外，可膨胀凝胶层12能由任何通常已知或使用的方法，诸如加热或UV固化，加以固化。层12可或是光滑的，或具有带脊和谷、通道、波纹等的不平整形状，或沿着缆索的长度纵向地、或同心地布置。此外，不要求层12如图1-2B所示地围绕带垛13或纤维的周边而连续。层12可由沿缆索或纤维的长度布置的单独的纵向带构成，或可具有若干可膨胀凝胶材料的补片，它们沿纤维或缆索的长度而放置，但不一定沿缆索或纤维的整个长度而布置。此外，虽然最好是，可膨胀凝胶材料不一定放置或紧固在带垛或纤维上，但它可紧固在套管或管10的内表面上，或可“漂浮”在套管或管10与带垛13之间的凝胶材料中。此外，可能应用一层以上的可膨胀凝胶层，以优化纤维的性能。
在较优实施例中，可膨胀聚烯烃类型材料被用作可膨胀凝胶材料。可膨胀凝胶涂层的较优密度为小于0.90g/cc，它将在聚烯烃油基填充凝胶中，在85℃下，给出大于10％的膨胀相互作用。苯乙烯共聚物材料也能用作层12。该应用中另一类有用的化合物，它们是高度可膨胀的，是乙烯-苯乙烯互聚物。在另一较优实施例中，聚乙烯的共聚物或三聚物被用作可膨胀凝胶层，其密度小于0.90g/cc。
但是，表明有任何膨胀凝胶特征类型的任何材料均可加以应用，且选用于防护性凝胶层11和可膨胀凝胶层12的材料可加以改变，以优化凝胶层11和可膨胀凝胶层12两者的防护特征。希望获得的特性是可膨胀凝胶材料能吸收防护性凝胶的某些粘度较低的成分，从而降低防护性凝胶中油分离的可能性。此外，当层12吸收某部分凝胶11时，层12的尺寸将膨胀，长大和更软，因此，为纤维提供更好的防护，有效地减少凝胶材料的横截面，从而减少凝胶在较高温度下的流动趋势。(凝胶有效横截面的减少降低流动试验期间重力作用于其上的凝胶的横截面。)此外，本发明的可膨胀层为缆索中的纤维创造了软的减震器或缓冲垫，并起着自对准构件的作用，以确保管10内的垛13或纤维的适当定位。然而应指出的是，较好的是为凝胶11和可膨胀凝胶层12两者应用多种材料，以优化上述特征和优越性，但对于本发明，这样的优化不是必须的，而要求的特征可根据缆索或纤维所计划的应用而从一种应用改变至另一应用。
已研究了适用于本发明的若干种聚烯烃化合物。图3表示了聚乙烯随温度(室温、60℃和80℃)和密度而变化的膨胀(垂直轴上为膨胀％)，而图4表示材料类型和密度在85℃下对膨胀的效应，其中PE是聚乙烯材料，而PP是聚丙烯材料。如图3所示，不同材料密度在85℃下的可膨胀度能从适度膨胀变至完全可搅混。希望得到一种可膨胀凝胶材料，其中可膨胀度随温度而变化。此外，希望选作可膨胀凝胶层的材料软于选作外套管或管10的材料，它通常是聚丙烯共聚物类型的材料，其密度通常大于0.900g/cc。一般讲，套管材料在85℃下的膨胀达到含3％以下聚烯烃油基凝胶的最大值。(这种凝胶的特征在美国专利No.6085009中进行了讨论)。如图4所示，含聚烯烃基凝胶的聚乙烯和聚丙烯在密度小于约0.89g/cc时均基本可膨胀。因此，当此类材料用于可膨胀凝胶层时，可膨胀凝胶层将吸收某些凝胶，而减震管或套管10将基本不受影响。
适用于凝胶填充材料的材料实例包括聚烯烃油基填充凝胶。所有形状为带、涂层等的可膨胀凝胶材料包括乙烯—辛烯共聚物、丙烯—乙烯共聚物、乙烯—辛烯—丙烯三聚物或其它相似的共聚物或三聚物。其它适用于这种应用的、高度可膨胀的适当材料是乙烯—苯乙烯互聚物。在较优实施例中，密度小于0.90gg/cc的低密度聚乙烯被用作纤维、带和带垛上的可膨胀凝胶层。
还应指出，材料选择以及材料组合的进一步细化能优化凝胶和可膨胀凝胶层组合两者在各种不同潜在循环条件下的防护特征。此外，还设想，本发明的性能能通过以下措施得到进一步加强，即应用现有技术已知或已使用的附加填充剂、带或纱线、或将它们放置在凝胶材料中，或固定至可膨胀凝胶层上，可提供附加的纤维或缆索的防护，并有助于保持可膨胀凝胶层的稳定性。
图2A和2B分别表示具有本发明可膨胀凝胶层的通常的光纤和纤维带。图2A表示典型的单根纤维20，它具有玻璃纤维21、一次涂层22、二次涂层23以及可膨胀凝胶层24。图2B表示典型的12根纤维带30，它具有12根纤维33，这12根纤维33被放置在基底材料32和可膨胀凝胶材料层31中。
图5表示本发明的又另一实施例，其中，缆索或减震管组装件50具有可膨胀凝胶层52，它固定或粘结至减震管或外套管51的内表面上，从而使凝胶53放置在可膨胀凝胶层52与带垛54之间。减震管的可膨胀凝胶内层可以是光滑的、或具有波纹或任何其它拓扑学形状；以增加或减少与凝胶啮合的接触面积，以及作为滑移或与带接触的表面。应指出的是，带垛54可用松散的纤维、或单根纤维带或任何通用的纤维位形加以替代。此外，可膨胀凝胶层52可采用任何适当的或通常应用的手段，包括与管51共同挤压在内，固定或粘结至套管或管51上。
图6表示本发明示于图5的替代性实施例，其中在管50的内表面上的可膨胀凝胶层52不是光滑的，而是有波纹或具有纵向走向的凹槽。
当然大家都明白，本技术的一般技术人员可对本发明的较优实施例进行修改而不偏离本发明的精神和范围，它们仅受限于以下的权利要求。
权利要求
1.一种纤维光缆，包括外层；至少一根光纤，它设置于所述外层的内侧；以及可膨胀凝胶部分和防水凝胶，它们相互相邻而设置，并位于所述外层和所述光纤之间；其中所述可膨胀凝胶部分至少吸收部分所述凝胶。
2.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是围绕所述至少一根光纤的连续层。
3.根据权利要求2所述的纤维光缆，其特征在于，所述连续层具有不均匀的厚度。
4.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分具有光滑的表面。
5.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分是粘结在所述至少一根光纤的外表面上的。
6.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分是粘结至所述外层的内表面上的。
7.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分沿所述至少一根光纤的长度纵向地伸展。
8.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分具有不均匀的厚度。
9.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分的密度小于0.90g/cc。
10.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是聚乙烯的共聚物或三聚物中的一种。
11.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分在85℃下的膨胀大于10％。
12.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述凝胶是一种聚烯烃油基凝胶。
13.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是一种可膨胀聚烯烃材料。
14.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分软于所述外层。
15.一种纤维光缆，包括外层；至少一根光纤带，它设置所述外层的内侧；以及可膨胀凝胶层和防水凝胶，它们相互相邻而设置，并且位于所述外层和所述带之间；其中所述可膨胀凝胶层至少吸收部分所述凝胶。
16.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是围绕所述至少一根带的连续层。
17.根据权利要求16所述的纤维光缆，其特征在于，所述连续层具有不均匀的厚度。
18.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分具有光滑的表面。
19.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分固定在所述至少一根带的外表面上。
20.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分固定在所述外层的内表面上。
21.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分沿所述至少一根带的长度纵向地伸展。
22.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分具有不均匀的厚度。
23.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶层的密度小于0.90g/cc。
24.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶层是聚乙烯的共聚物或三聚物中的一种。
25.根据权利要求1所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶层的膨胀在85℃下大于10％。
26.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述凝胶是一种聚烯烃油基凝胶。
27.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶层是一种可膨胀聚烯烃材料。
28.根据权利要求15所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分软于所述外层。
29.一种纤维光缆，包括外层，至少具有一个粘结至其内表面上的可膨胀凝胶部分；至少一根光纤；以及防水凝胶，它设置在所述至少一根光纤与所述外层之间；其中所述可膨胀凝胶部分至少吸收部分所述凝胶。
30.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是在所述外层的所述内表面上的连续层。
31.根据权利要求30所述的纤维光缆，其特征在于，所述连续层具有不均匀的厚度。
32.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分具有光滑的表面。
33.根据权利要求29所述的纤维光缆，它至少还包括另一个可膨胀凝胶部分，该另一个可膨胀凝胶部分粘结至所述至少一根光纤的外表面上。
34.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分沿所述外层的长度纵向地伸展。
35.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述至少一个可膨胀凝胶部分具有不均匀的厚度。
36.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分的密度小于0.90g/cc。
37.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是聚乙烯的共聚物或三聚物中的一种。
38.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分在85℃下的膨胀大于10％。
39.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述凝胶是一种聚烯烃油基凝胶。
40.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分是一种可膨胀聚烯烃材料。
41.根据权利要求29所述的纤维光缆，其特征在于，所述可膨胀凝胶部分软于所述外层。
全文摘要
本发明在纤维光缆中加入了可膨胀凝胶层,以有助于防护光缆内的纤维。可膨胀凝胶层可应用各种方法,诸如共同挤压,设置在纤维、单个带、带垛上以及在管的内表面上,并可或通过加热,或通过UV固化而加以固化。本发明的可膨胀凝胶层或是光滑的,或是有织构的。当纤维放置于管中,管中填充防水凝胶时,可膨胀凝胶层吸收部分凝胶,引起它“膨胀”。由于“膨胀”的结果,凝胶的一定体积被该层所吸收,从而降低了凝胶在升高的温度下流动的能力。
文档编号G02B6/44GK1384380SQ0211844
公开日2002年12月11日 申请日期2002年4月25日 优先权日2001年5月9日
发明者迈克·罗西, 尼古拉斯·V·涅奇泰洛, 布赖恩·里施 申请人:阿尔卡塔尔公司