具有相当低量的遇水膨胀粉末的光纤组件及相应方法

专利名称：具有相当低量的遇水膨胀粉末的光纤组件及相应方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于传送光信号的光纤组件。更具体地，木发明涉及具有相当低量的遇水膨胀粉末的光纤组件及其制造方法。
背景技术：
通信网络用于传送多种信号如话音、视频、数据等。随着通信应用需要更大的带宽，通信网络转变为具有光纤的光缆，因为光缆相较铜导体能传送非常大量的带宽。此外，光缆相较于具有同样带宽容量的铜缆要小得多和轻得多。然而，光纤相较铜导体相对灵敏，因而保持它们的光学性能是富有挑战性的问题。
在某些应用中，光缆暴露在湿气中，随着时间的过去湿气可能进入光缆。为解决该湿气问题，用于这些应用的光缆包括一个或多个附挡水沿光缆迁移的构件。作为例子，传统光缆通过在光缆内使用填充和/或液阻涂覆材料如凝胶或润滑脂而阻挡水迁移。填充材料指具有光纤的管内的凝胶或润滑脂，而液阻材料指在光缆内、但在包围光纤的管外面的凝胶或润滑脂。凝胶或润滑脂通过填充空间(即空隙)而起作用，使得水在光缆内没有沿其而行的通路。另外，除阻水之外，凝胶或润滑脂填充材料还具有其它优点，如衬垫和联结光纤，这有助于在影响光缆的机械或环境事件期间保持光学性能。简言之，凝胶或润滑脂填充材料为多功能材料。
然而，凝胶或润滑脂填充材料也有缺点。例如，凝胶或润滑脂较肮脏并可能从光缆端部滴下。另一缺点是，当准备进行光连接时，必须从光纤清除填充材料，对于技术工人而言这增加了耗时和复杂性。此外，清除凝胶或润滑脂需要技术工人将用于去除凝胶或润滑脂的清除材料带入现场。因而，长期以来需要一种消除凝胶或润滑脂材料但仍提供与凝胶或润滑脂材料相关联的所有好处的光缆。
4早期的光缆设计通过在缓冲管外面使用干燥阻水构件如带或纱阻挡水沿光缆迁移而消除液阻材料。与凝胶或润滑脂不同，干燥阻水构件不肮脏且不会留下需要清除的残留物。这些干燥阻水构件通常包
括超强吸水聚合物(SAP),其吸水并膨胀从而阻塞水通路，因而阻挡水沿光缆迁移。总的来说，遇水膨胀构件使用纱或带作为SAP的载体。由于遇水膨胀纱和带首先使用在包围光纤的管外面，除阻水之外，不需要解决另外的功能如联结和光衰减。
最后，光缆在包围光纤的管内使用遇水膨胀纱和带代替凝胶或润滑脂填充材料。总的来说，遇水膨胀纱或带具有足够的阻水能力，但不提供凝胶或润滑脂填充材料的所有功能如衬垫和联结。例如，遇水膨胀带和纱由于相较典型光纤相对较大而体积大和/或可能具有相对粗糙的表面。为此，如果光纤压在遇水膨胀纱或带上，遇水膨胀纱或带可能引起问题。换言之，压在传统遇水膨胀纱上的光纤可能经历微弯曲，这可导致不合需要的光衰减水平和/或引起其它问题。此外，如果光缆不是绞合设计，所希望的光纤与管的联结水平可能会是问题，既然绞合可实现联结。
作为例子，美国专利4，909，592公开了在具有光纤的缓冲管内使用的传统遇水膨胀构件的一个例子。但是，在缓冲管内包括传统遇水膨胀构件仍可导致光缆性能方面的问题，其限制使用和/或其它设计变更。例如，在缓冲管内使用传统遇水膨胀纱的光缆需要较大的缓冲管以使传统遇水膨胀纱和光纤之间的交互作用最小化和/或限制使用光缆的环境。
其它早期光缆设计使用管组件，该管组件使用疏松SAP粉末高度填充以阻挡水在光缆内迁移。然而，在光缆内使用疏松遇水膨胀粉末产生问题，因为SAP粉末由于未被附着到载体如纱或带上而可能在光缆内的一些位置处积聚/迁移(即，当巻绕在盘上时由于重力和/或振动，SAP粉末在低点积聚)，从而导致光缆内不一致的阻水。同样，疏松遇水膨胀粉末从管端部自由掉落。图1和2分别示出了传统干式光纤组件10的截面图和纵向截面图，干式光纤组件10具有位于管5.内的多根光纤1和遇水膨胀粉末3，如图示意性所示。如图所示， 传统干式光纤组件10在管5内使用相当大量的遇水膨胀粉末3以阻 挡水在其中迁移。为减少遇水膨胀粉末的量，其它光缆设计已结合其 它有效阻水的光缆构件使用遇水膨胀粉末，如美国专利6，253，012所 公开的设计。
本发明解决长期以来对提供适当光学和机械性能同时可为技术 工人接受的干式光纤组件的需要。

发明内容
.本发明涉及干式光纤组件，该干式光纤组件使用相当低量的遇水 膨胀粉末用于阻挡水沿其迁移。光纤组件包括位于管、空腔、光缆等 内的一根或多根光纤和遇水膨胀粉末。此外， 一个或多个光纤组件可 使用在光缆中或其本身可形成光缆。另外，本发明的实施方式可有效 地阻挡自来水或盐水如3%重量百分比的盐水的迁移。
本发明的一方面涉及光纤组件，其具有位于管内的至少一光纤和 遇水膨胀粉末，其中管具有约2.0毫米或更小的内径。遇水膨胀粉末 位于管内以阻挡水沿管长度方向迁移，遇水膨胀粉末的平均浓度为每 米光纤组件约0.02克或更小。此外，光纤组件能够在一米长的管中 将一米压头的自来水阻挡24小时。
本发明的另一方面涉及光纤组件如具有多个管的绞合松管光缆， 至少一光纤位于多个管之一内，从而形成管组件。遇水膨胀粉末位于 管组件内以阻挡水沿相应管组件长度方向迁移，其中遇水膨胀粉末的 平均浓度为每米管组件约0.02克或更小。管组件能够在一米长的管 中将一米压头的自来水阻挡24小时。另外，光纤组件具有通常包围 多个管的光缆护套。
本发明的另一方面涉及光纤组件.，其中管空腔内的遇水膨胀粉末 的浓度与空腔的大小成比例。该光纤组件包括位于管内的至少一光 纤，其中管具有按平方毫米测量的空腔截面积，及包括位于管内的遇 水膨胀粉末，用于阻挡水沿管长度方向迁移。遇水膨胀粉末具有每平方毫米空腔截面积每米组件约0.01克或更小的归一化浓度，用于计 算在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时所需要的按克毎 米计的遇水膨胀粉末平均浓度。
本发明的又一方面涉及制造光纤组件的方法，包括步骤提供至
少一光纤，向至少一光纤施加邁水膨胀粉末，及在至少一光纤和遇水
膨胀粉末周围施加管，其中遇水膨胀粉末在管空腔内具有约0.02克 每米或更小的平均浓度。另外，根据本发明的方法可选地包括其它步 骤如施加加强件、联结元件、和/或使光纤通过电离器。
另外，本发明的另一方面涉及制造光缆的方法，包括步骤提供
至少一光纤，向至少一光纤施加遇水膨胀粉末，提供第一加强件和第 二加强件，及在至少一光纤和遇水膨胀粉末周围施加管。第一加强件 和第二加强件附着到管上甚至可由管封装。在制造期间施加管的同时 第一加强件和第二加强件被弹性应变，从而在至少一光纤中产生预定 水平的光纤余长。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述均提供本发明的实 施方式，及提供用于理解本发明的实质和特征的概述或框架。包括附 图以进一步理解本发明，及所述附图组合到本说明书中并构成本说明
书的一部分。附图示出了本发明的多个实施例，其连同详细描述一起 用于阐释本发明的工作原理。


图.l为传统光纤组件的截面图，该传统光纤组件使用相当大量的 遇水膨胀粉末阻挡水在其内迁移。
图2为图1的传统光纤组件的纵向截面图。 图3为根据本发明的光纤组件的截面图，其使用相当低量的遇水 膨胀粉末阻挡水迁移。
图4为图3的根据本发明的光纤组件的纵向截面图。
图5为制造根据本发明的光纤组件的说明性生产线的示意性表图6为根据本发明的使用图3的光纤组件的光缆的截面图。
图7为根据本发明的另一光缆的截面图。
图8为根据本发明的另一光缆的截面图。
图9为根据本发明的另一光缆的截面图。
图IO为根据本发明的另一光缆的截面图。
图11为根据本发明的另一光缆的截面图。
具体实施例方式
本发明相较使用遇水膨胀粉末的传统干式光纤组件具有几个优 点。 一个优点是本发明光纤组件使用相当低量的遇水膨胀粉末但仍能 有效阻挡水沿其迁移。此外，光纤组件或光缆内遇水膨胀粉末的存在 对技术工人近乎透明，因为只需要低量遇水膨胀粉末。另外，在接连 接器之前不必进行清除凝胶或润滑脂那样的光纤清洁，也不需要去除 或切割构件如遇水膨胀带或纱。本发明的另一优点是，总的来说，遇 水膨胀粉末转移和/或主要附着到管、空腔、光纤等的内表面而不 是能够在管或空腔内迁移的疏松粉末。换言之，遇水膨胀粉末与管或 空腔的内表面接触且本来不会因重力而掉落，而是需要擦拭、喷吹或 其它搅动才能去除其大部分。另外，光纤组件的管或空腔相较使用带 或纱的传统干式光缆组件具有更小的尺寸。如在此使用的，光纤组件 包括不含加强件的管组件、具有加强件的管组件、光缆等。
现在将详细提及本发明目前的优选实施方式，其例子在附图中示 出。只要可能，在所有附图中，同一附图标记用于指相同或类似部分。 图3和4分别示出了根据本发明的光纤组件100 (即管组件)的截面 图和纵向截面图。光纤组件100包括多根光纤102、遇水膨胀粉末104 和管106。光纤102可以是任何适当类型的已知或今后开发的光波导。 此外，光纤可以是光纤带、光纤束等的一部分。在该实施例中，光纤 102由外油墨层(不可见)涂颜色以进行标识及松散地布置在管106 内。换言之，光纤102为非缓冲光纤，但本发明的概念也可与具有其 它构造的光纤如缓冲、带化光纤一起使用。如图所示，总的来说，由于在此所述的制造光纤组件100的方法，遇水膨胀粉末104均匀地布 置在管106的内表面附近。此外，遇水膨胀粉末104具有相当小的每 米平均浓度，使得其在光纤组件100中的使用对技术工人近乎透明， 但由于提供足够的阻水性能而令人惊讶地有效。另外，光纤组件100 在管106内不包括另外的用于阻挡水迁移的构件。
与传统光纤管组件不同，本发明光纤管组件使用相当低量的遇水 膨胀粉末104，.但仍能在一米长的管组件内将一米压头的自来水阻挡 24小时。如在此使用的，自来水定义为盐水平为1% (重量)或更小 的水。类似地，本发明的光纤管组件使用同样低量的遇水膨胀粉末也 能在3米内将高达3% (重量)的盐溶液阻挡24小时，根据设计，该 阻挡性能甚至可在约1米内使3%的盐溶液逗留24小时。作为例子、 遇水膨胀粉末104具有每米光纤组件100约0.02克或更小的平均浓 度，其中管106具有约2,0毫米或更小的内径。另外，本发明的概念 可縮放，例如，2.0毫米内径的管的空腔截面积为约3.14平方毫米， 从而产生每米长管组件约0.01克遇水膨胀粉末的归一化浓度值(即， 每平方毫米空腔截面积的归一化浓度这样给出每米长0.02克遇水 膨胀粉末的平均浓度除以约3平方毫米的空腔截面积以产生每平方 毫米管空腔截面积约0.01克(当向上舍入时)遇水膨胀粉末的归一 化浓度值)。因此，对于具有预定截面积的管或光缆的空腔，按克每 米计的遇水膨胀粉末平均浓度可通过使用归一化浓度值如每平方毫 米空腔截面积每米长0.01克遇水膨胀粉末进行相应縮放(即计算)。 在其它实施例中，对于具有类似2.0毫米内径的管，遇水膨胀粉末可 具有更低的遇水膨胀粉末平均浓度值如每米光纤组件100约0.01克 或更少，这产生更低的每平方毫米管空腔截面积约0.004克(当向上 舍入时)遇水膨胀粉末的归一化浓度值。简言之，随着管等的空腔截 面积增加，有效阻挡水沿管迁移所需要的遇水膨胀粉末的量通常可成 比例地增加，如在此所述。
光纤组件中遇水膨胀粉末的重量使用下述过程进行计算。从光纤 管组件切割有代表性数量的样本如5个一米样本进行测试。优选沿光纤组件的不同纵向部分取这些样本，而不是从光纤组件顺序切割这些 样本。使用适当精确和准确的秤称管中具有光纤和遇水膨胀粉末的每 一一米样本的重量以确定样本的总重量。其后，光纤(连同管、空腔
等内的任何其它可拆卸光缆构件)被从管中拉出。用精细纸擦拭光纤 (及任何其它光缆构件)以除去其上的任何遇水膨胀粉末，之后对光 纤(及其它光缆构件)进行称重以确定其没有遇水膨胀粉末时的重量。 接下来，使用适当的工具沿管纵向长度打开管，使得其中的遇水膨胀 粉末可从管擦去，应小心以确保所有遇水膨胀粉末被完全除去，然后 称擦拭后的管的重量以确定其没有遇水膨胀粉末时的重量。其后，光 纤(及其它光缆构件)的重量连同管的重量的和与样本的总重量相减
以确定相应样本中遇水膨胀粉末的重量。对有代表性数量的样本中的 每一样本重复该过程。通过对所有计算的样本遇水膨胀粉末重量相加
然后除以样本数量可计算遇水膨胀粉末的平均浓度，从而获得每米光 纤组件的遇水膨胀粉末平均浓度。
除了用相当低量的遇水膨胀粉末阻水之外，本发明的光纤管组件
和/或光缆如光纤组件100还保持其中的光纤102的光学性能。例如， 光纤管组件的光纤在GR;-20下的标准温度循环期间(将温度向下循 环到-40'C )在1550纳米基准波长具有约0.25db/km或更小的光衰减。 此外，有利地，光纤管组件已使用与GR-20类似的过程在1550纳米 基准波长向下温度循环到-60'C，但在不必修改设计的情况下仍具有 约0.25db/km或更小的衰减量。
可影响光学性能的一个因素是遇水膨胀粉末104的最大粒子大 小、平均粒子和/或粒子大小分布，如果光纤接触遇水膨胀粒子(即 压在遇水膨胀粒子上)，这可影响微弯曲。此外，使用具有相当小粒 子的遇水膨胀粉末提高了在管打开时遇水膨胀粉末对技术工人的透 明性。遇水膨胀粉末的平均粒子大小优选为约IOO微米或更小，但其 它适当的最大粒子大小也是可能的，如60微米或更小。使用具有稍 大的最大粒子大小的SAP仍可提供可接受的性能，但使用较大的最 大粒子大小增加遭受光衰减增大的可能性。另外，粒子的形状也可影响遭受光衰减增大的可能性。 一种说明性遇水膨胀粉末可从北卡罗来
纳州Greensbor6的Stockhausen, Inc.按商品名Cabloc GR-211获得的 交联聚丙烯酸钠。该说明性遇水膨胀粉末的粒子分布由表l给出。 表l:说明性遇水膨胀粉末的粒子分布
粒子大小近似百分比
大于63微米0.2 %
45-63微米25.7 %
25-44微米28.2 %
小于25微米45.9%
当然，其它遇水膨胀粉末和/或其它粒子分布也是可能的。另一
适当的交联聚丙烯酸钠可从Absorbent Technologies, Inc.按商品名 AquakeepJ550P获得，但其它类型的遇水膨胀材料也是可能的。作为 例子，另一适当的遇水膨胀粉末为丙烯酸盐和聚丙烯酰胺的共聚物， 其就盐溶液有效。此外，两种或两种以上材料和/或遇水膨胀粉末的 混合物也是可能的，如慢速膨胀遇水膨胀粉末和快速膨胀遇水膨胀粉 末的混合物。同样，遇水膨胀粉末的混合物可包括对盐溶液高度有效 的第一遇水膨胀粉末和对自来水有效的第二遇水膨胀粉末。遇水膨胀 粉末的混合物还可包括本来不可遇水膨胀的成分。作为例子，小量如 1%的硅石可添加到遇水膨胀粉末中以改善流动性质和/或抑制因湿气 吸收引起的防结块。.
影响光学性能的另一因素是光纤余长(EFL)或光纤带余长 (ERL)。如在此使用的，光纤余长可指EFL或ERL，但总的来说， ERL仅指光纤带余长。本发明的光纤组件如图3中所示的光纤组件优 选具有在约-0.1 %到约0.3%的范围中的光纤余长以根据管内径产生可 接受的收縮和拉伸窗口 ，但特别适于其它构造的光纤组件的其它适当 的光纤余长或光纤带余长值也是可能的。此外，本发明无须使用分隔层或其它材料即可抑制光纤和管之间 的粘附。具体地，在管挤压成形在光纤周围时处于熔融状态吋光纤组 件具有光纤接触并粘附到管的问题。如果光纤粘附到管的内侧，这可 导致光纤通路变形(即光纤被防止在该点移动)，这可产生不合需要
的光衰减水平。如图3和4中所示，管106位于光纤组件100的光纤 102的周围，没有使用另外的材料或构件作为分隔层(如没有凝胶、 润滑脂、纱、带、滑石粉等)来抑制光纤和熔融管之间的接触。由于 遇水膨胀粉末为交联材料，在典型挤压成形温度下这种遇水膨胀粉末 不助长向其进行的粘附，从而抑制粘附。因而，遇水膨胀粉末104往 往用作分隔层，因为其在制造期间抑制光纤102粘附到熔融管。然而， 其它光缆构件也可包括在管或空腔内。
此外，遇水膨胀粉末104通过用作滑层而用于降低光纤和管或空 腔壁之间的摩擦。简言之，遇水膨胀粉末104的粒子就像光纤102和 管内壁之间的球轴承，用于降低其间的摩擦并使光纤能移到"放松状 态"。在其它变化中，本发明的实施方式可选地在光纤外层之中或之 上使用润滑剂，从而降低光纤粘附到挤压成形管的风险和/或降低其 间的摩擦。例如，光纤102可包括外层如油墨，其具有适当的润滑剂 以在管挤压成形期间抑制光纤102粘附到熔融管106。适当的润滑剂 包括按适量使用的硅酮油、滑石粉、硅石等，其将抑制"结块"并位 于外层之中或之上。其它方法也可用于抑制光纤与管的粘附。例如， 管106可包括一种或多种适当的聚合物填料，从而抑制光纤与管的粘 附。另外，使用其它聚合材料的管如高度填充的PVC也可抑制光纤 粘附到管。此外，管106可具有双层结构，管的内层具有一种或多种 适当的聚合物填料以抑制粘附。抑制光纤粘附的另一方法是在管形成 之后立刻向管或空腔的内壁施加润滑剂。
管106可使用任何适当的聚合材料用于包围和保护其中的光纤 102。例如，管106可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或多种材料 的混合物如PE和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的混合物。在其它实 施例中，管106由阻燃材料形成如阻燃聚乙烯、阻燃聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)或PVDF，从而形成阻燃光缆的一部分。然而，为制造阻 燃光缆，管106不必须由阻燃材料形成。总的来说，在所有其它条件 均一样的情况下，相较包括遇水膨胀纱、带或细丝(即SAP的载体) 及光纤的干式管组件，管106可具有更小的内径ID。这是因为，管 106不必既为光纤又为SAP的载体(即纱或带)提供空间，因而内径 ID可以更小。例如，管106具有较小的内径ID也是有利的，因为这 使外径较小，具有较小弯曲半径(这可减少扭折)的更柔软的组件每 单位长度的重量更轻，及在巻轴上可安装更长的长度。
说明性地，具有约1.2毫米总直径的12根标准大小的250微米 光纤可包围在具有内径ID及低至40'C仍具有适当性能的管或空腔 中，前述内径如约1.7毫米或更小，如1.6毫米，甚至1.5毫米或1.4 毫米。其它适当的管内径ID也是可能的，及ID可取决于管或空腔内 的光纤数量。用作比较，具有12根光纤和多根遇水膨胀纱的传统光 纤组件要求约2.0毫米的内径以同时容纳遇水膨胀纱和光纤。
图5为使用根据本发明的静电方法制造光纤组件IOO(即管组件) 的说明性生产线的示意性表示。在此公开的静电方法有利，因为，总 的来说，其将遇水膨胀粉末104携入管或空腔内，从而在内壁、光纤 或其它构件上提供遇水膨胀粉末薄层。此外，遇水膨胀粉末被抑制像 直接注入方法或喷雾方法(即使光纤通过空气传播的粉末云)那样沿 管或空腔迁移，其可重力下移动。如图所示，生产线包括用于开巻放 出多根相应光纤102的多个巻轴51。该说明性的生产线包括12根光 纤102，但其它适当数量的光纤也可能。光纤102离开其相应的巻轴 51并具有正的静电荷。下面讨论的静电荷使用静电计进行测量并仅 用于说明目的而非限制。作为例子，每一个体光纤102上的正静电荷 在约+4,5kV/英寸(+1.8kV/厘米)到约+5.0kV/英寸(+2.0kV/厘米) 的范围中。之后，光纤102通过一组导轮52并进入导向模具53内。 其后，在向光纤102施加遇水膨胀粉末104之前光纤102经过可选的 电离器54。电离器54以正和负带电离子的场"淋浴"光纤102，从 而降低光纤102的总正静电荷及使过程稳定。说明性地，电离器54
13将光纤102上的总正电荷降低到约+0.6kV/英寸(+0,2kV/厘米)到约 O.OkV/英寸(+O.OkV/厘米)的范围中。之后，如最佳理解的，光纤 102经过遇水膨胀粉末敷抹器56,其使用静电吸引力和/或机械运动 的组合向光纤102和/或管106的内表面施加遇水膨胀粉末104。
具体地，遇水膨胀粉末104被装入料斗56a内，该料斗使用振动 移动使遇水膨胀粉末在遇水膨胀粉末敷抹器56b内流动。由于遇水膨 胀粉末104和光纤102之间的交互作用，遇水膨胀粉末在遇水膨胀粉 末敷抹器56内逐渐形成负静电荷。作为例子，遇水膨胀粉末104上 的负静电荷在约-2,8kV/英寸(-l.lkV/厘米)到约-6.0kV/英寸(-2.4kV/ 厘米)的范围中。因而，负带电遇水膨胀粉末104就稍正带电的光纤 102具有静电吸引力，及一些遇水膨胀粉末104被转移到光纤102。 另外，光纤102的机械运动赋予遇水膨胀粉末104速度，从而使得遇 水膨胀粉末104在光纤102周围的静电带电粉末云中移动。在具有遇 水膨胀粉末104的光纤102退出遇水膨胀粉末敷抹器56之后，它们 具有在约+3.1kV/英寸(+L2kV/厘米)到约4.0kV/英寸(+1.6kV/厘米) 的范围中的总静电荷(即光纤和遇水膨胀粉末的净电荷)。随着具有 遇水膨胀粉末104的光纤102退出敷抹器56，它们进入管(不可见) 如铜管内，该管将光纤引导到挤压机57并用于保留遇水膨胀粉末 104。具有净正电荷的带遇水膨胀粉末104的光纤102进入挤压机57， 该挤压机在光纤102和遇水膨胀粉末104周围施加管106。管106由 聚合物如聚丙烯或其它适当的聚合物挤压成形，总的来说，管具有内 在中性的电荷。随着光纤102和负带电遇水膨胀粉末104云进入所施 加的眘106，遇水膨胀粉末104的粒子上的负电荷趋于以大致径向向 外的方向彼此排斥。此外，遇水膨胀粒子104云随光纤102的机械运 动向前移动，这导致部分遇水膨胀粒子在管正退出挤压机57时撞击 形成管106的熔融聚合物锥体。具体地，裙融聚合物锥体的直径在其 以较慢的速度移出挤压机57时比光纤102和管106大很多。随着熔 融聚合物锥体招致接近最终的管形状，其表面速度增加，直到其以与 光纤102—样的速度行进为止9因而，遇水膨胀粉末104的机械运动和麵电效应的组合使得遇水膨胀粉末104部分沉积在管106的内表面 上。由于管106的内表面仍处于熔融状态，遇水膨胀粉末104以相当
均匀的方式至少部分转移和/或附着到管内表to上。总的来说，通过
机械效应(即与之接触)和/或静电荷使遇水膨胀粉末104环转移和/ 或附着到管106的内壁上。此外，遇水膨胀粉末104也可在管106的 熔融聚合物凝固之前至少部分附着到熔融聚合物上。在挤压成形之 后，光纤组件100在水槽58中进行淬火并巻绕在收紧巻轴59上。
对该说明性生产线的修改也是可能的，如使用不同的静电荷范围 和/或引入其它光缆构件。例如，可对生产线进行修改以包括从一个 或多个相应的巻轴97a将一个或多个加强件97和/或从一个或多个相 应的巻轴121a将联结元件121施加到挤压机57内，如虚线框中所示， 从而形成如下所述的、如图9或图11中所示的光缆。另外，制造光 纤组件的方法可用于施加平均浓度大于每米管或空腔0.02克的遇水 膨胀粉末。这是因为，有效阻水所需要的遇水膨胀粉末量可随管或空 腔的截面积(即特定光缆设计)变化，其中空腔大小可随光纤的数量 和构造变化。此外，使用静电施加方法用于施加相当低量(即每米管 或空腔0.02克)的遇水膨胀粉末同时实现有效阻水约为使用直接注 入或喷雾方法进行施加所需遇水膨胀材料量的一半。
图6为使用几个根据本发明的光纤组件100的光缆60的截面图。 如图所示，光纤组件100连同多根嵌条62和多根拉伸加强纱63绞合 在中心件61周围，遇水膨胀带65布置在光纤组件周围，从而形成光 缆缆芯(未标号)。光缆60还包括位于缆芯周围的保护缆芯的光缆护 套。任何适当的加强件均可用于拉伸加强纱63，如芳族聚酰胺、玻 璃纤维等。光缆60还可包括其它构件如位于中心件61周围的一根或 多根遇水膨胀纱或遇水膨胀带。另外，光缆可消除不必要的元件如中 心件或其它光缆构件。光缆60a和60b的光缆护套68可使用任何适 当的材料如聚合物以实现环境保护。
在一实施例中，光缆护套68由阻燃材料形成，从而使光缆阻燃。 同样，光纤组件100的管106也可由阻燃材料形成，但对管使用阻燃剂对于制造阻燃光缆可能并非必要。作为例子，阻燃光缆可包括由聚
偏二氟乙烯(PVDF)形成的光缆护套68和由聚氯乙烯(PVC)形成 的管106。当然，使用其它阻燃材料也是可能的，如阻燃聚乙烯或阻 燃聚丙烯。
图7为与光缆60类似的光缆70的截面图，其还包括铠装层77。 与光缆60类似，光缆70包括连同多根嵌条72和遇水膨胀带75绞合 在中心件71周围的多个光纤组件100，从而形成缆芯(未标号)。铠 装层.77位于遇水膨胀带75周围，及如图所示，由金属材料形成，但 其它适当的材料也可用于铠装如聚合物铠装。光缆70还包括位于铠 装层77周围的光缆护套78。
图8为构造成单管光缆设i十的另一光缆80的截面图。更具体地， 光缆80包括与光纤组件100类似的单一光纤组件(未标号)，在管 106内具有光纤102和遇水膨胀粉末104，但其还包括用于提供与光 纤102的联结力的多个可选联结元件81。由于这是单管设计，联结 不由光缆60和70那样的光纤组件绞合提供。联结元件81可以是可 巻绕在光纤周围或纵向布置在管或空腔中的任何适当的结构和/或材 料如线、细丝、纱、带、弹性体元件等。用于产生联结的其它变化包 括管或空腔内表面上的表面粗糙度或在光纤上挤压材料如弹性体、挥 发性胶水等。如所希望的，其它实施例可包括任何其它适当的联结元 件。光缆80还包括多个加强件88如径向向管106外面布置的拉伸纱， 但其它类型的加强件也是可能的如GRP。光缆护套88位于加强件88 周围以实现环境保护。
尽管先前的实施例将光纤组件或光缆描述为圆形，但其可具有其 它形状和/或包括其它构件。例如，图9为根据本发明的光缆90的截 面图。光缆90在光缆护套98的空腔96内包括光纤102和遇水膨胀 粉末104,光缆护套实质上为用于光纤组件的管。在该实施例中，光 缆护套98为非圆形并形成用于包围光纤102和遇水膨胀粉末104的 空腔96。简言之，光缆90为无管结构，因为一旦光缆护套98打开 即可接近光纤102。此外，管98包括位于其中(即封装在光缆护套内)及位于空腔96两侧的加强件97，从而形成加强管或光缆护层。当然，空腔96可具有其它形状如大致矩形以大致与一根或多根光纤带的形状一致。
如上所述，图9及类似的光缆可使用图5的说明性生产线进行制造。.具体地，由于该设计为无管设计，其制造过程有利地使加强件弹性应变(通过提供如箭头所示的拉伸力)以产生和/或控制光纤余长/光纤带余长(EFL/ERL)，如图5的虚线框所示。无管光缆90具有大致扁平的形状，但弹性伸展加强件的概念可适合任何适当的光缆界面形状如圆形。具体地，该说明性实施例的加强件97为具有通过涂层保持在一起的多股12的GRP，及该GRP具有约1.6毫米的外径，但其它加强件大小也是可能的。
加强件97使用相应的加强件主动轮97b在相当高(如在约100到约400磅之间)的张力下从相应的巻轴97a开巻放出，从而弹性伸展加强件97 (由箭头表示)，使得在无管光缆卯中产生光纤余长TRFL(或ERL)。换言之，在张力释放在加强件97上之后，它们返回到其原始无应力长度(即变短)，从而产生EFL，因为光纤以与张紧加强件一样的长度引入光缆但光纤并未被伸展。换言之，所产生的RFL量约等于加强件应变(即加强件的弹性伸展)加上可能出现的光缆护套的任何弹性收縮。加强件应变在单轮生产中可产生明显量的EFL或ERL，如光缆内总EFL或ERL的10%或更多、25%或更多、50%或更多、甚至高达80%或更多。此外，加强件的弹性伸展是有利的，因为这使能精确控制引入光缆的EFL或ERL量及大大减少加强件往复式运动，因为完成的光缆护套处于压縮而非张紧状态。对于制造无管光缆90，约95%的EFL通过弹性伸展加强件而引入光缆。如图5所示，光缆护套(即管)正通过十字头挤压机57施加在光纤、遇水膨胀粉末和加强件周围，同时加强件97被弹性伸展。在挤压成形之后，光缆90在水槽58中进行淬火，同时加强件仍被弹性伸展，从而使光缆护套能"冻结"在伸展的加强件上。之后，无管光缆90使用一个或多个履带(未示出)拖拉通过生产线然后在低张力下(即弹性伸展加强件的拉伸力被释放，及加强件返回到松弛长度，从而在光缆
中产生ERL或EFL)巻绕在收紧巻轴59上。当然，这仅仅是说明性的生产线，及其它修改也是可能的。
图10示出了具有主缆体101和可音频探测突出部103的光缆110的截面图。光缆110包括在管106内具有光纤102和遇水膨胀粉末104的光纤组件100。光缆110还可包括位于管106周围的一根或多根遇水膨胀纱(不可见)或遇水膨胀带以阻挡水在光纤组件100外面沿光缆迁移。光缆110还包括位于管106两侧的多个加强件107如GRP。尽管加强件107被示为与管106稍微间隔开，但它们也可接触管106。此外，其它材料也可用于加强件107，如钢丝或其它适当的构件。光缆110还包括由适当的聚合物形成的光缆护套108，其形成主缆体101和可音频探测突出部103的一部分，如图所示。可音频探测突出部103包括音频探测导线103a，其为适当的传导元件如铜线或铜包钢丝，适于在埋置时发送用于定位光缆110的信号。作为例子，音频探测导线103a为24 AWG规格铜线。另外，可音频探测突出部103具有易碎腹部分(未标号)用于在希望时如在接连接器之前使可音频探测突出部与主缆体101分开。当然，其它变化也是可能的。
图11示出了光缆120的截面图，该光缆为其中具有多个光纤带122 (如水平线所示)的无管结构。尽管光缆120被示为大致扁平的光缆设计，但其可具有其它适当的形状如扁平光缆或圆形光缆的变化。如上所述，光缆120的制造与使用图5的说明性生产线制造图9的光缆类似，但增加了一个或多个巻轴121a用于施加一个或多个相应的联结元件。然而，代替具有各根光纤12的巻轴51，所希望数募:的巻轴51中的每一个具有光纤带，每一光纤带中具有多根光纤12。光纤带包括使用适当的基体材料如UV可固化基体附着在一起的多根光纤(不可见)。具体地，光缆120包括4个光纤带122，每一光纤带具有24根光纤，总共96根光纤，从而形成光纤带堆(未标号)。类似的光缆在光纤带和/或光缆内可具有光纤数量。如上所述，光缆120包括相当小量的遇水膨胀粉末104，总的来说，遇水膨胀粉末104至少部分布置在光缆护套128 (用作组件的管)的空腔126的内表面 上和/或光纤带上。例如，对于光纤组件的空腔126的每平方毫米， 遇水膨胀粉末104具有每米约0.01克或更小的归一化浓度，但也可 使用其它适当的量。作为例子，空腔126的大小适于接收光纤带(即 光纤构件)并具有按毫米计的空腔宽度和按毫米计的空腔高度，这些 乘在一起以计算按平方毫米计的空腔截面积。光纤带堆也具有按平方 毫米计的总截面积。遇水膨胀粉末的平均浓度可使用空腔截面积或有 效空腔截面积进行计算。有效空腔截面积定义为空腔截面积减去其中 所希望的构件如空腔内的光纤带的截面积。说明性地，有效截面积通 过从空腔截面积减去光纤带的截面积而进行计算，这产生按平方毫米 计的有效空腔截面积。因而，在该设计中，遇水膨胀粉末量的平均浓 度通过取所希望的归一化浓度(克每米组件长度每平方毫米空腔)乘 以有效空腔截面积(平方毫米)进行计算，这产生按克每米组件长度 计的遇水膨胀粉末平均浓度。
另外，光缆120可选地包括一个或多个联结元件121，如阴影线 所示。当包括一个或多个联结元件121时，较少的遇水膨胀粉末104 可转移到空腔126的内表面，因为联结元件121可抑制转移(即它们 在光纤带的一部分和空腔壁之间)。更具体地，光缆120具有两个由 纵向泡沫带形成的联结元件(由阴影线矩形表示)或位于光纤带堆两 侧的其它适当的联结元件，使得联结元件121将光纤带122夹在其间。 下面是使用其中具有光纤带和联结元件的较大空腔的有效空腔截面 积确定遇水膨胀粉末的平均浓度的代表性例子。在该例子中，空腔 126的大小适于接收4个24光纤的光纤带(即光纤构件)并具有约 8.2毫米的空腔宽度和5.2毫米的空腔高度，这些乘在一起以将空腔 截面积计算为约43平方毫米。光纤带堆也具有约7.4平方毫米的总 截面积，及联结元件的和具有约27.2平方毫米的截面积。因而，对 于该例子，通过从空腔截面积减去光纤带和联结元件的截面积计算有 效截面积GP43mm2-7.4mm2-27.2mm2)，这得到有效空腔截面积 为约8平方毫米。因而，.该设计的遇水膨胀粉末量的平均浓度通过取所希望的归一化浓度乘以有效空腔截面积(即0.01克每米长度每平方毫米乘以8平方毫米)进行计算，对于该例子的包围光纤带堆中的96根光纤的空腔，这得到每米长度约0.08克的平均浓度。尽管，遇水膨胀粉末的平均浓度较大，但其对于对较大有效空腔截面积进行阻水而言仍为痕量，其几乎不被技术工人注意到，但仍有效阻挡水沿光缆空腔迁移。当然，根据本发明这些概念的其它例子也是可能的。
另外，对于该设计，对于具有一个或多个联结元件121的30米长的光缆，联结元件121向光纤提供至少约0.1625牛顿每光纤的联结力。说明性地，对于30米长的光缆，具有单一12光纤的光纤带的光缆应具有约1.95牛顿或更大的联结力。同样，对于30米长的光缆，具有单一 4光纤的光纤带的类似光缆应具有约0.650牛顿或更大的联结力。联结力的测量通过取30米光缆样本、拉光纤(或光纤带)的第一端、及测量使光纤(或光纤带)的第二端移动所需要的力而完成。换言之，光纤余长(EFL)或光纤带余长(ERL)必须被弄直，使得联结力是移动30米光缆样本内的整个光纤长度所需要的力量。除了提供联结之外，联结元件121还可衬垫光纤带堆，同时仍允许光纤带移动。
该设计的光纤带122大致具有比管设计更大的ERL，因为光纤带堆未绞合。作为例子，光纤带122具有在约0.1%到约1.2%或更大的范围中的ERL,及ERL的量可随光纤带堆内的光纤带的数量变化，及加强件应在与所希望ERL类似的范围中弹性伸展。此外，光缆120可使用与结合光缆卯所述类似的制造过程以弹性伸展一个或多个加强件127，从而产生ERL。具体地，位于空腔126两侧的第一加强件127和第二加强件127在光缆护套128挤压成形期间被弹性伸展预定量。此外，光缆120可以是具有一个或多个用于配线的光纤分出的配线光纤组件的一部分。用于配线的光纤分出可与系缆接合、连接到陶瓷插芯/连接器、或仅留作准备好由技术工人进行接合的接头。
在所附权利要求范围内的本发明的许多修改和其它实施方式对本领域技术人员而言显而易见。例如，本发明的概念可与任何适当的
20光缆设计和/或制造方法一起使用。例如，.所示实施例可包括其它适当的光缆构件如铠装层、联结元件、不同的截面形状等。因而，本发明意于覆盖这些修改和实施方式及对本领域技术人员显而易见的那些实施方式。
权利要求
1、光纤组件，包括至少一光纤；管，所述至少一光纤位于管内，其中所述管具有约2.0毫米或更小的内径；及位于管内以阻挡水沿管长度方向迁移的遇水膨胀粉末，及其中遇水膨胀粉末的平均浓度为每米管约0.02克或更小，其中所述管能够在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时。
2、 光纤组件，包括至少一光纤；管，所述至少一光纤位于所述管内，其中所述管具有包括空腔截面积的空腔，及所述空腔截面积按平方毫米进行度量；及位于管内以阻挡水沿管长度方向迁移的遇水膨胀粉末，及其中遇水膨胀粉末具有每平方毫米空腔截面积每米管约0.01克或更小的归一化浓度，用于计算按克每米计的遇水膨胀粉末平均浓度，其中所述管能够在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时。
3、 根据权利要求2的光纤组件，其中用于计算平均浓度的所述空腔截面积为有效空腔截面积，及所述有效空腔截面积定义为所述空腔截面积减去所述至少一光纤的截面积、任何其它光纤构件的截面积、及空腔内的任何其它构件的截面积的和。
4、 根据权利要求1-3任一所述的光纤组件，所述遇水膨胀粉末具有粒子大小分布，其中大部分遇水膨胀粒子具有约60微米或更小的平均粒子大小。
5、 根据权利要求1-4任一所述的光纤组件，其中一些遇水膨胀粉末至少部分通过静电荷附着到管的内壁上或以机械方式转移到管的内壁。
6、 根据权利要求1-5任一所述的光纤组件，所述光纤组件形成光缆的一部分，在所述管周围布置有光缆护套。
7、 根据权利要求1-5任一所述的光纤组件，所述光纤组件为还包括选自下组的构件的光缆铠装层、开伞索、加强件、遇水膨胀构件、光缆护套、中心件、联结元件、及音频探测元件。
8、 根据权利要求1-5任一所述的光纤组件，所述至少一光纤为光纤带的一部分，及还包括第一联结元件和第二联结元件，其中所述第一联结元件和第二联结元件位于光纤带的两侧。
9、 根据权利要求1-8任一所述的光纤组件，其中所述光纤组件形成阻燃光缆的一部分。
10、 根据权利要求l-9任一所述的光纤组件，其中所述光纤组件在所述管内不包括用于阻挡水迁移的另一构件。
11、 制造光纤组件的方法，包括步骤提供至少一光纤；向所述至少一光纤施加遇水膨胀粉末；及在所述至少一光纤和所述遇水膨胀粉末周围施加管，及其中所述遇水膨胀粉末在所述管的空腔内具有每米约0.02克或更小的平均浓度。
12、 根据权利要求11的方法，其中所述至少一光纤经过电离器以减少所述至少一光纤上的总正电荷。
13、 根据权利要求12的方法，其中一些遇水膨胀粉末在施加管之后转移到熔融管壁。
14、 根据权利要求11-13任一所述的方法，还包括步骤提供第一加强件和第二加强件及使所述第一加强件和所述第二加强件在施加管的同时弹性应变以产生预定水平的光纤余长，其中所述管附着到所述第一加强件和所述第二加强件。
15、 根据权利要求11-14任一所述的方法，其中所述光纤组件形成光缆的一部分。
全文摘要
本发明公开了在管和/或空腔内具有至少一光纤和遇水膨胀粉末的光纤组件及其制造方法。本发明的光纤组件使用相当低量的遇水膨胀粉末但仍能有效阻挡自来水和/或3％(重量百分比)的盐溶液沿管和/或空腔迁移。此外，光纤在接连接器之前不必进行使用凝胶或润滑脂的传统光缆那样的清洁。总的来说，至少部分遇水膨胀粉末转移到管、空腔、光纤等的内表面；而不是能够在管或空腔内迁移的疏松粉末。此外，光纤组件内遇水膨胀粉末的存在对技术工人近乎透明，因为只使用了相当低量的遇水膨胀粉末。
文档编号G02B6/44GK101688957SQ200880022560
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月26日
发明者A·G·布兰吉耶, B·S·维茨, C·L·特德, C·M·奎因, D·A·塞登, G·D·图戈曼, G·恩达伊泽耶, J·A·罗维, W·W·麦卡尔平 申请人:康宁光缆系统有限公司