光导纤维电缆的制作方法

专利名称：光导纤维电缆的制作方法
技术领域：
本申请涉及光导纤维电缆。
背景技术：
(本背景技术中部分可能或不可能构成现有技术。) 传统的室内使用的光导纤维电缆典型地为标准单纤维接头例如 ST、 SC或LC接头提供方便的终端，经常采用外径为900微米的紧 的带緩沖层光导纤维。然而，为了节省空间和安装劳力，多纤维接头 日益受到欢迎。这些接头采用多纤维"MT"套环。带"MT"套环的12 根纤维多纤维接头可以用于在通常2个传统SC连接或3个传统LC 连接所需要的相同空间内连接12根250微米纤维。商业上可得到的多 纤维接头包括US Conec (www.usconec.com)的MTP⑧接头，和 Furukawa America(http:〃www.furukawaamerica.com/resource/MPO 0305.pdf)或Tyco Electronics(www.tycoelectronics.com)的MPO接头。 多纤维接头的这些类型设计用于与平的光导带合作。然而，电缆 中使用平的带将在现场带来不受欢迎的电缆性能，例如现场困难的电 缆处理和布线。平的电缆易于缠绕和纽结。另一方面，如果平的带放 置在圆电缆中，该电缆必须要十分的大和占地方，以将该平的带置入 坚硬的圆结构中。例如，釆用250微米光纤制成的12根光纤的带典型 地有3.1毫米宽；在该带上敷设护套和增强件使得圆电缆的直径超过5毫米不受欢迎的大电缆。
针对带状电缆的这些问题，多纤维接头的一些供应者提供了采用 非带状的、有颜色的、松的、250微米的纤维的紧凑的、圆的、室内 光导电缆。有颜色的250微米纤维类似于通常用于厂房外的电缆中的 纤维类型。各个250微米纤维可以非常紧地包在基本圆形的轮廓中， 这样就允许将那些纤维包在小的圆电缆中。
这类电缆的商业上的例子包括由AFL Telecommunications生产 的 "Premise MicroCore，， 电 缆
(http:〃www.afltele.com/resource%20center/specifications/fiberoptic cable/pdfs/Subunitized Premise MicroCore.pdf )和Corning "MIC250" 电缆。该AFL12根纤维电缆直径是4.5毫米；该Corning电缆直径是 4.4毫米。这两种电缆都可以用作更多纤维数电缆的子单元；该AFL 设计可以具有72根纤维，而该Corning电缆提供有24根纤维。
然而，采用MT套环的多纤维接头设计用于接收平的带，所以为 具有多纤维接头的圆的、松的纤维电缆制造有专门的装置。例如，该 松的纤维可以在与MT类多纤维套环使用之前先"带化"。用于进行"带 化"处理的成套设备可从例如US Conec购得。在工厂带化中，各个 纤维可以从小的圆电缆的端部分开，并采用紫外固化树脂或工程加固 粘结带形成短的"带"。在纤维带带化之后，它们以多纤维接头终止。 该方法要求额外的时间用于连接，但是为现场安装提供了具有减小的 尺寸和改进的处理的终端多纤维跳线。
然而，上面所述的圆电缆设计具有几个缺点
1、 差的纤维管理。有颜色的、250微米光纤松散地放置在芳族聚 酰胺(aramid)纱线增强的电缆里面。当电缆护套打开时，纤维随机 地组织着，并与芳族聚酰胺纱线条随机混和着。在带化过程中，操作 者将芳族聚酰胺纱线切掉或折回以露出纤维，然后以带化所要求的顺 序挑选纤维。这是个单调乏味的过程。此外，当电缆拉伸、弯曲等时， 纤维能够自由缠绕，并改变位置。
2、 差的纤维保护。纤维在带化过程中易于损坏。当电缆打开时，这些电缆设计中鲜有对纤维的机械保护，当芳族聚酰胺纱线移出和纤 维为进行带化而 一根一根地排列时，操作者必须十分小心以确保没有 纤维受到损坏。
3、差的挤压保护。这些电缆空的核心和赤棵的纤维结构意味着挤 压负载可以直接传递到纤维。当受到挤压时，纤维可能一个压着另外 一个。而且，纤维相互之间的组织可能重新布置。这些影响可能导致 顶点衰减(high point attenuation)和/或纤维折断，并且限制这些电 缆在许多室内应用中的适应性。尽管当安装在相对良性的环境中时， 这些电缆可能足以应用于结构到结构的互连，但是当安装在高处或地 板下的梯架时，或者安装在房间到房间连接的通道时，它们可能就不 够坚固了。

发明内容
为处理这些问题，我们提出用于室内安装的新的电缆结构，包括 丙烯酸酯树脂构成的双层光导纤维緩沖套。该緩沖套包括合适的丙烯 酸酯内层，该内层保护该纤维并使传递到纤维的压力最小；还包括硬 的、坚韧的丙烯酸酯外层，该外层提供挤压防护。该双层光导纤维緩 冲套包敷有增强层并包在外保护套内。在优选实施例中，该双层光导 纤维緩冲套具有双增强层和双护套。


图l是本发明的电缆设计的示意图，显示了双层光导纤维緩冲套、
芳族聚酰胺纱线层和外护套；
图2是多纤维量电缆的示意图，其中多个双层光导纤维緩冲套被
缆合在一起；和
图3是类似于图l的示意图，显示了根据本发明实施例的带双护 套结构的电缆。
具体实施方式
参见图1，本发明的十二根纤维实施例表示为十二根包敷和嵌入
在软的丙烯酸酯基体12中的光导纤维11。图中的元件不是根据比例 绘出。包围和包住该软的丙烯酸酯基体的是相对较硬的丙烯酸酯套层 13。光导纤维、丙烯酸酯基体和丙烯酸酯套层一起构成圆的双层光导 纤维緩沖套。在本实施例中，该光导纤维緩沖套包含12根光导纤维， 但是可以包含2-24根光导纤维。在商业实践中可望最通用的是带4 到12根光导纤维的光导纤维緩沖套。
该光导纤维緩沖套的双层丙烯酸酯结构具有软的内层和硬的外 层，其功能在于使传送到光导纤维的弯曲和挤压力减至最小，从而使 信号衰减减至最小。可选地，该光导纤维緩冲套可以具有椭圆形的横 截面。
术语基体旨在表示基体材料的截面中嵌入有其他主体(光导纤维) 的本体。术语套是指表示包围和接触另外的主体或层的层。
该软的丙烯酸酯基体和硬的丙烯酸酯套最好是紫外可固化丙烯酸 酯。其他聚合物可以替代。该紫外可固化树脂可以包含阻燃剂，以提 高电缆的整体阻燃性。
可选地，聚合物层可以挤压在双层光导纤维緩冲套上，并可能在 专门要求的应用中是有用的，例如电缆要求达到NFPA262 Plenum防 火标准。该挤压的阻燃涂层可以由如下材料制成PVC、低烟PVC、 PVDF、 FEP、 PTFE、复合含氟聚合物混合物、低烟零卣素聚烯烃基 树脂、阻燃热塑弹性体和阻燃尼龙。专门的例子是Dow Chemical DFDE-1638画NT EXP2非卣素树脂，和Dyneon SOLEF 32008/0009 PVDF。
该光导纤维緩沖套由外套14包住，该外套14是增强纱线，最好 是聚芳族聚酰胺(polyaramid )，尽管也可以使用玻璃纱线。该纱线可 以是直的，或可以是螺旋形地缠绕。为了室内-室外应用，该芳族聚 酰胺纱线可以涂敷有能够防止水在电缆长度上渗透的水胀 (waterswellable)面漆。其他的7JC封防备，例如条带、纱线或粉末， 也可以用于限制7jC的'渗透。外阻燃聚合物护套15绕着緩冲套和增强纱线形成。合适的护套聚 合物是PVC、低烟PVC、 PVDF、 FEP、 PTFE、复合含氟聚合物混 合物、低烟零囟素聚烯烃基树脂、阻燃热塑弹性体和阻燃尼龙。该护 套聚合物可以包含紫外稳定剂，以允许电缆在室内-室外应用中的使 用。
在双层丙烯酸酯緩冲套中使用紫外可固化丙烯酸酯的优点是，用 于涂敷紫外可固化涂层的敷设电缆操作是快速的和成本有效的。下面 描述该双层丙烯酸酯緩冲套高的敷设电缆的速度的生产过程。使用的 方法是，涂敷作为预聚物的涂层材料，并采用紫外光固化该预聚物。 该双层丙烯酸酯涂层是一前一后或同时(采用两隔间双模敷抹器)涂 敷的。在一前一后的方法中，第一涂层涂敷并固化，并且第二涂层涂 敷在固化了的第一层上并固化。在同时双涂层处置中，涂层都在预聚 物状态下涂敷，并同时固化。该紫外可固化聚丙烯酸酯预聚物对于紫 外固化辐射，也就是典型地在200 - 400纳米范围内的波长来说足够透 明，以允许以高的吸收速度完全固化。其他透明的涂层材料，例如烷 基取代硅和硅铁铝(silsesquioxanes )、脂肪族聚丙烯酸酯、聚曱基丙 烯酸酯和乙烯醚，也已用作紫外固化涂层。参见例如S.A. Shama， E.S.Poklacki, J.M.Zimmerman的"Ultraviolet-curable cationic vinyl ether polyurethane coating compositions"， 美国专利 4956198 号
(1990 ); S.C.Lapin， A.C丄evy的"Vinyl ether based optical fiber coatings",美国专利5139872号(1992 ); P.J.Shustack的"Ultraviolet radiation-curable coatings for optical fibers", 美国专利5352712号
(1994)。采用紫外可固化材料的涂层技术发展得很好。也可以釆用可 见光也就是在400 - 600纳米范围内的光进行固化。优选的涂层材料是 添加有紫外光引发剂(UV photoinitiator)的丙烯酸酯，或氨基甲酸 乙酯丙烯酸酯。
适于在本发明电缆的光导纤维緩沖套中使用的涂层材料的例子
是内层 外层
例1 DSM Desotech DU國1002DSM Desotech 850-975
例2 DSM Desotech DU-0001DSM Desotech 850-975
例3 DSM Desotech DU-1003DSM Desotech 850-975
内层和外层材料可以以不同方式辨别。从上面的一般描述中可知， 内层的模量显然要小于外层的模量。采用ASTMD882标准测量方法， 内层的推荐的拉伸模量在0.1到50MPa范围内，优选地从0.5到 10MPa。外层的合适的范围在100MPa到2000MPa范围内，优选地 从200MPa到1000MPa。
层的材料还可以采用玻璃转变温度(glass transition temperatures)进行辨别。内层的推荐的Tg小于20°C，而外层的Tg 大于40。C。为了描述，该玻璃转变温度Tg是在转变曲线中间的点。
用于芳族聚酰胺层的合适的芳族聚酰胺纱线可以从Teijin TwaronBV中得到，视同1610 dTex Type 2200 Twaron纱线。该纱线 可以是直的或缠绕的。
电缆尺寸极大地取决于双丙烯酸酯子单元的大小。上述的12根纤 维套的典型直径约为1.425毫米。在大多数实施例中，用于2到12根 纤维的緩冲套直径将小于2毫米。该增强纱线层和外护套典型地增加 1.5毫米到2.5毫米的电缆直径。该外护套可以例如是10-25密耳 (mils)。整个电缆的直径最好小于4毫米。在要求充分的防火级别的 应用中4吏用的优选实施例中，可以采用25密耳厚的Dyneon SOLEF 32008/0009护套，并提供3.4毫米的最终电缆外径。
具有多于一个光导纤维緩冲套的光导纤维电缆提供了有吸引力的 可选设计，其在依然相对较小和紧凑的同时产生了更多的纤维数。任 何数量的緩沖套，例如2-8个，可以组合在单一的护套内。如图2 所示，在具有6个光导纤维緩沖套21的电缆中获得了有效的包装。该 设计具有中心加强件22，用于在组织位于芳族聚酰胺纱线层23和外 护套24之内的緩沖套时提供帮助。可选地，该中心空间可以由另外一 个光导纤维緩沖套占据。如上所述，各个光导纤维可以用颜色编码，以助于在进行带化或接合时区分和组织。在图2所示的实施例中，该 电缆护套也可以用颜色编码，用以在组织光导纤维时提供额外的帮助。 回头参考先前指出的其他光导纤维电缆设计中的三个缺点，正说 明的电缆的相应优点在于
1、 提高了的纤维管理。纤维限制在硬的緩冲套中，防止了缠绕、 混和或纽结。从緩沖套中剥去芳族聚酰胺纱线是方便的，因为该緩沖 套是硬的单元。当制造双层丙烯酸酯緩冲套时，纤维的顺序和相对位 置是固定的。各个纤维可以露着而用已知的技术进行带化，以接近类 似的圆的丙烯酸酯单元。纤维在其在緩冲套内绑在一起时更易于进行 带化。各个光导纤维可以用颜色编码，以助于区分和带化处理。
2、 提高了的纤维保护。在使用环境中纤维由硬的和软的紫外丙烯 酸酯层緩冲。这为在电缆剥离和处理过程中防止纤维折断提供了机械 保护。
3、 提供了的挤压保护。光导纤维緩冲套由于其硬的结构提供了提 高了的抗挤压性。硬的外层和软的内层为挤压负载提供了静液阻力， 并且软的内层用于消散挤压能量。
此外，该光导纤维緩冲套的紧凑的尺寸允许制造比通常发现的竟 争电缆更小的电缆。例如，本发明的电缆设计允许具有3.3毫米或更 小总直径(OD)的竖管/无卤素(riser/non-halogen)电缆和具有3/7 毫米或更小总直径(OD)的多级别电缆的生产。
上面讲到本发明的光导纤维电缆最初适于室内安装，也即在受到 保护的环境中安装。在那种应用中，电缆的设计尤其是独特的。然而， 该设计可以容易地改进用于室外使用，例如在校园环境中，在该环境 中电缆可能用于连接两个相邻的建筑物。上面提到的"室内-室外"指 或者在室内或者在室外传递应用，也指单根电缆可以部分在室内部分 在室外的应用。后者提供了安装的优点，因为通常在电缆进入建筑物 的地方发现的连接接头可以省略。
上面描述的用于室外安装的电缆设计可以进一步改进，以增加额 外的抗挤压性、强度和坚固性。这样的改进在图3中示出，其本质是在图1所示的电缆上增加第二聚合物外套31和第二护套32。该外套 31类似于外套14，也即增强带或纱线、最好是聚芳族聚酰胺、尽管也 可以使用玻璃纱线所形成的外套。所述带或纱线可以是直的或螺旋形 缠绕的。在典型的室外应用中，该芳族聚酰胺纱线可以涂敷有能够防 止水在电缆长度上渗透的水胀面漆。其他的水封防备，例如条带、纱 线或粉末也可以用于限制水的渗透。术语聚合物外套旨在描述任何拉 长的聚合物材料，该材料沿着电缆长度包敷或延伸。该材料可以是带、 纱线、网或其他合适的选择。
第二聚合物护套32类似于护套15，并形成为绕着外套31的套。 如同护套15的情形，用于护套32的合适的聚合物是PVC、低烟PVC、 PVDF、 FEP、 PTFE、复合含氟聚合物混合物、低烟零卣素聚烯烃基 树脂、阻燃热塑弹性体和阻燃尼龙。对于只将在室外使用的电缆，可 以采用非阻燃的、防紫外的护套，例如聚乙烯、聚丙烯、尼龙和其他 本领域所知的合适的材料。该护套32可以包含紫外稳定剂，在这样的 例子中就无需向内护套15添加紫外稳定剂了 。
第二加强层和第二护套为电缆增加了抗拉强度，使其适合于在管 道或竖管或甚至在空中安装中长距离的拖动，在空中安装中，电缆可 能具有75英尺到100英尺或更长的无支撑跨度。
从上面的说明中显而易见的是，緩沖套包括电缆的子单元，该子 单元感觉上是作为光导纤维的子组件分别准备的，然后缆合在保护纱 线和保护护套中。緩冲套子单元和第一聚合物外套和第一护套的结合 也是一样。这些还可以包括如图3所示的更大的电缆设计子单元。如 果需要，第二聚合物外套和第二护套可以以方便的方式提供，用于从 正好上面所述的子单元中剥离外护套。例如，撕裂绳可以结合在聚合 物外套中。可选地，工具可以用于"环切"外护套，然后将护套沿着护 套的长度方向撕裂成断片，这是普遍用于进入称为"松管"光导纤维电 缆的緩沖管的惯例。这允许该双护套电缆安装于室外，而该双护套电 缆容易转换为用于室内铺设的小的、轻的电缆。该转变可以在不终止 电缆的情况下进行。现有技术中典型的安装是使室外电缆通过电缆连接箱和光导纤维接合器连接到室内纤维。采用图3所示的电缆时，电 缆连接箱和光导纤维接合器不是必需的，也就是说光导纤维緩冲套可 以从电缆安装的室内部连续通到电缆安装的室外部。
对于本领域技术人员显而易见的是，紫外固化丙烯酸酯树脂包含 光引发剂，该光引发剂可以在最终的电缆产品中辨别。任何合适的光 引发剂可以用于本发明的实现中。
综上具体说明，需要注意的是，对于本领域技术人员显而易见的 是，在不脱离本发明基本原则的情况下可以对优选实施例进行许多的 变形和改变。所有这些变形、改变和等价物都包含于此而在如权利要 求书所述的本发明的范围之内。
权利要求
1、一种光导纤维电缆，包括至少两条由第一加强层包围着的光导纤维，包围第一加强层的聚合物护套，包围第一聚合物护套的第二加强层，和包围第二加强层的第二聚合物护套。
2、 根据权利要求l所述的光导纤维电缆，其特征在于至少一个 加强层包括增强纱线外套。
3、 根据权利要求l所述的光导纤维电缆，其特征在于至少一个 加强层包括增强带外套。
4、 一种光导纤维电缆，包括(a) 光导纤维緩沖套，该光导纤维緩冲套包括i. 至少两条包在聚合物基体中的光导纤维，该聚合物基体 具有第一模量，ii. 包住该聚合物基体的聚合物层，该聚合物层具有第二模 量，其中该第二模量大于该第一模量，(b) 包围光导纤维緩冲套的第一聚合物外套加强层，和(c) 包围第一聚合物外套加强层的第一电缆护套，该电缆护套具 有圆的横截面。
5、 根据权利要求4所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚合 物基体和聚合物层都包括紫外固化丙烯酸酯。
6、 根据权利要求5所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚合 物基体的模量在O.lMPa到50MPa的范围内。
7、 根据权利要求6所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚合 物基体的才莫量在0.5MPa到lOMPa的范围内。
8、 根据权利要求6所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚合 物层的模量在lOOMPa到2000MPa的范围内。
9、 根据权利要求7所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚合物层的模量在200MPa到lOOOMPa的范围内。
10、 根据权利要求5所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚 合物基体的玻璃转变温度小于20°C。
11、 根据权利要求10所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚 合物层的玻璃转变温度大于40°C。
12、 根据权利要求5所述的光导纤维电缆，其特征在于所述聚 合物外套是聚芳族聚酰胺纱线。
13、 根据权利要求4所述的光导纤维电缆，其特征在于所述电 缆护套的横截面具有小于4毫米的直径。
14、 根据权利要求4所述的光导纤维电缆，其特征在于所述光 导纤维电缆包括多于一个的光导纤维緩冲套。
15、 根据权利要求5所述的光导纤维电缆，其特征在于所述緩 沖套的横截面为基本圆形。
16、 根据权利要求5所述的光导纤维电缆，其特征在于所述电 缆护套包括阻燃材料。
17、 根据权利要求4所述的光导纤维电缆，其特征在于还包括(d) 包围第一电缆护套的第二聚合物外套加强层，和(e) 包围第二聚合物外套加强层的第二电缆护套，该电缆护套具 有圆的横截面。
18、 根据权利要求17所述的光导纤维电缆，其特征在于还包括 与第二聚合物外套加强层连接的撕裂绳。
19、 通过将电缆连接到建筑物里面的步骤而在用户建筑物里面安 装光导纤维电缆的方法，该方法特征在于该光导纤维电缆包括(a) 光导纤维緩沖套，该光导纤维緩沖套包括i. 至少两条包在聚合物基体中的光导纤维，该聚合物基体 具有第一模量，ii. 包住该聚合物基体的聚合物层，该聚合物层具有第二模 量，其中该第二模量大于该第一模量，(b) 包围光导纤维緩沖套的聚合物外套加强层，和(C)包围聚合物外套加强层的电缆护套，该电缆护套具有圓的横截面。
20、根据权利要求19所述的方法，还包括室外安装所述含(a) (b)和(c)的光导纤维电缆的一部分的步骤，其中安装在室外的部 分还包括(d) 包围第一电缆护套的第二聚合物外套加强层，和(e) 包围第二聚合物外套加强层的第二电缆护套，该电缆护套具 有圆的横截面，并且其中该光导纤维緩冲套在安装于室内的光导纤维电缆和安装 于室外的光导纤维电缆部分之间是连续的。
全文摘要
本申请涉及一种光导纤维电缆，描述的是新的用于室内安装的电缆设计，其中该电缆包括丙烯酸酯树脂构成的双层光导纤维缓冲套。该缓冲套具有丙烯酸酯适合的内层，该内层保护纤维并使传递到纤维的压力最小；还具有硬的、坚固的丙烯酸酯外层，该外层提供挤压防护。该双层光导纤维缓冲套包敷有增强纱线并包在外保护套内。还描述了适于室内/室外安装的双护套实施例。
文档编号G02B6/44GK101515052SQ20081016894
公开日2009年8月26日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年9月28日
发明者J·佩德, K·B·布拉德利, M·G·格雷夫斯顿, P·A·威曼 申请人:古河电子北美公司