本申请要求根据35u.s.c.§119于2015年11月30日提交的美国临时申请号62/260,843的优先权的权益并且通过引用的方式并入本文。
本公开的方面总体涉及可支持和承载光纤以及其他电缆部件的电缆，诸如光纤电缆。
背景技术：
光纤电缆，尤其在具有严格的火和烟规章制度的管辖区和应用中的那些被设计成最小化火、烟、有毒气体和与火相关的其他危险的蔓延。阻燃(fr)和低烟无卤(lszh)材料的经常厚的护套用来满足这些类型的光纤电缆的需求。然而，这些类型的电缆经常旨在用于安装在管道中，这取决于安装方法，由此将电缆吹入或喷入管道中。因此，需要电缆护套，所述电缆护套提供fr和lszh材料的益处来通过国际燃烧测试(诸如iec60332-1-2(单一电缆燃烧测试)、iec61034(烟密度)和iec60332-3-24(成束电缆燃烧测试))，并且还具有强度和耐久性来承受安装应力(诸如压缩力、冲击应力和弯曲应力)，同时提供低的摩擦系数以便在安装期间提供必要的烧断性能。
lszh材料利用高百分比的填充颗粒(诸如氢氧化镁、氢氧化铝和其他合适的材料)，所述高百分比的填充颗粒尤其在升高的温度下导致材料的非常低的极限伸长率。lszh材料的这一低的极限伸长率可在电缆产品经受典型的处置和安装负载时导致护套开裂。
技术实现要素：
公开了复合护套材料的方面，所述复合护套材料通过多层组合物的协同作用提供必要的fr/lszh和安装特性。阻燃性通过使用fr或具体地lszh材料提供，而强度、增加的极限伸长率和低的摩擦系数由更少的阻燃或非fr化合物(诸如聚乙烯(pe))提供。在这些两种不同类型的材料之间的增加的粘合性可通过在产生电缆期间共挤出双层护套来完成。共挤出在不同化合物的层之间提供优异的粘结强度，从而减少或消除了在安装过程期间外层起皱和/或分离。
根据本公开的方面，光纤电缆包括芯子组件，所述芯子组件包括至少一根光纤和包围光纤的管。多层护套包围芯子组件，其中护套包括内层和外层，所述内层包括阻燃(fr)材料，所述外层包括具有比阻燃材料更低的摩擦系数的非阻燃材料。
根据本公开的其他方面，多层电缆护套包括内层和外层，所述内层包括阻燃(fr)材料，所述外层包括具有比阻燃材料更低的摩擦系数的非阻燃材料。
根据本公开的又一其他方面，一种制造光纤电缆的方法包括提供芯子组件以及在所述芯子组件周围共挤出多层护套，其中所述多层护套包括内层和外层，所述内层包括阻燃(fr)材料，所述外层包括具有比阻燃材料更低的摩擦系数的非阻燃材料。
另外的特征和优点在接下来的详细描述中进行阐述，并且本领域的技术人员将借助于所述描述很容易理解或通过实践如书面描述及其权利要求书以及附图中描述的实施方式很容易认识其部分内容。应理解，上述概述和以下详述仅是示例性的，并且意图提供用于理解权利要求的性质和特征的概观或框架。
附图说明
包括附图以提供进一步理解并且所述附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施方式并且所述详细描述用来解释各实施方式的原理和操作。这样，本公开将从结合附图进行的以下详细描述而得以更完全地了解，在附图中：
图1是根据本公开的方面的光纤电缆的横截面图。
图2是根据本公开的方面的光纤电缆的透视图。
图3是根据本公开的方面的多层共挤出结构的侧视横截面图。
图4是根据本公开的方面的基于体积具有50％颗粒填充比的有限元模型的图示。
图5是根据本公开的方面的示出来自具有在x方向上施加的0.05应变的填充颗粒的应变集中效应的有限元等值线应变图的图示。
具体实施方式
在转向示出示例性实施方式的下列详细描述和附图之前，应理解，本发明技术不限于详细描述中所阐述的或在附图中所示的细节或方法论。例如，如本领域的普通技术人员将理解，与附图中的一个中所示出或与实施方式中的一个相关的文本中描述的实施方式相关联的特征和属性将应用到附图中的另一个中所示出和/或在文本中其他地方描述的其他实施方式。
参考图1，呈光纤电缆110形式的电缆可以是外部设备松管电缆、具有耐火/阻燃性质的户内电缆、户内/户外电缆或另一种类型的电缆(诸如具有微模块或包括导电元件的混合光纤电缆的数据中心互连电缆)。根据示例性实施方式，电缆110包括芯112(例如，子组件、微模块)，所述芯112可位于电缆110的中心或别处并且可以是电缆110的惟一芯或若干芯中的一个。根据示例性实施方式，电缆110的芯112包括芯元件114。
在一些实施方式中，芯元件114包括管116，诸如包围至少一根光纤118的缓冲管、包围光纤的紧密缓冲件或其他管。根据示例性实施方式，管116可包括两根、四根、六根、十二根、二十四根或其他数目的光纤118。在设想的实施方式中，芯元件114另外地或可替代地包括诸如用于混合电缆的包围一根导电线或多根线的呈电介质绝缘体形式的管116。
在一些实施方式中，管116进一步包括阻水元件(诸如凝胶(例如，润滑脂、石油基凝胶))或吸收性聚合物(例如，超级吸收性聚合物颗粒或粉末)。在一些这类实施方式中，管116包括承载(例如，浸渍有)超级吸收性聚合物的纱线120，诸如每个管116至少一个阻水纱线120、至少两个这类纱线或至少四个这类纱线。在其他设想的实施方式中，管116包括超级吸收性聚合物而不具有单独载体，诸如在超级吸收性聚合物是疏松的或附接到管内部壁情况下。在一些这类实施方式中，超级吸收性聚合物的颗粒部分地嵌入管116的壁(管的内部壁和/或外部壁)中或用粘合剂粘结到所述管116的壁。例如，超级吸收性聚合物的颗粒可在挤出管116期间气动地喷涂到管116壁上并且当管116是粘性的时诸如从挤出过程嵌入管116中。
根据示例性实施方式，管116的光纤118是玻璃光纤，具有由包覆层包围的光纤芯(如在图1中圆圈包围圆点所示)。一些这类玻璃光纤还可包括一个或多个聚合物涂层。管116的光纤118在一些实施方式中是单模光纤，在其他实施方式中是多模光纤，在又一其他实施方式中是多芯光纤。光纤118可以是耐弯曲的(例如，弯曲不灵敏的光纤，诸如由newyork的corningincorporatedofcorning制造的clearcurvetm光纤)和/或可具有各种尺寸特性，例如像具有200μm涂层外径的光纤。光纤118可以是颜色涂覆的和/或紧密缓冲的。光纤118可以是以光纤带的形式对齐并且结合在一起的若干光纤中的一根。
根据示例性实施方式，电缆110的芯112包括除管116之外，多个另外的芯元件(例如，通过电缆110纵向延伸的伸长元件)，诸如至少三个另外的芯元件，至少五个另外的芯元件。根据示例性实施方式，多个另外的芯元件包括填充杆122和/或另外的管116'中的至少一个。在其他设想的实施方式中，芯元件114还或可替代地包括直的或多股绞合的导电线(例如，铜或铝线)或其他元件。在一些实施方式中，芯元件全部具有大致相同的大小和横截面形状(参见图1)，诸如全部是圆形并且具有处于芯元件114中最大的芯元件直径的10％内的直径。在其他实施方式中，芯元件114的大小和/或形状可发生变化。
现参考图1-2，电缆110可包括膜(例如，隔膜、套管)(如在图1中单层膜126所示)或在图2中在芯元件114中的一些或全部的外部的粘附件127(例如，粘附纱线等)。
在一些实施方式中，膜可充当粘附件，其中管116和多个另外的芯元件116'、122由膜126或粘附件127部分地约束(即，保持在适当位置中)并且直接地或间接地结合到彼此。在一些实施方式中，膜126或粘附件127可直接地接触芯元件114以使芯元件114保持抵靠着中心强度构件124和/或抵靠着彼此。
在一些实施方式中，单层膜126或粘附件127可由基底或衬底聚合物(诸如聚乙烯、聚丙烯等)和混合在其中的阻燃填充材料(例如，阻燃、耐火、防火、耐燃等材料)形成。这类填充材料的示例包括氢氧化铝(ath)、氢氧化镁(mdh)、碳酸镁钙和水菱镁矿、水合物、红磷、硼化合物(诸如硼酸盐)、有机卤化合物和有机磷化合物。
在施加膜126或粘附件127之后，制造过程进一步包括施加护套134以包围芯112，从而提高电缆110(大体参见图1)的鲁棒性和/或耐气候性。
如图1和图2所示，电缆110还可包括可以是电介质强度构件的中心强度构件124，诸如包护套的(up-jacketed)玻璃增强的复合杆。在其他实施方式中，中心强度构件124可以是或包括钢杆、多股绞合的钢、拉伸的纱线或光纤(例如，成束的芳族聚酰胺)或其他加强材料。如图1和图2所示，中心强度构件124可包括中心杆128并且用聚合物材料130(例如，具有阻燃添加剂的聚乙烯、具有阻燃添加剂的聚氯乙烯、低烟无卤聚合物)进行包护套。
根据示例性实施方式，粉末颗粒132可附接到中心强度构件124的外表面，所述粉末颗粒132诸如(1)超级吸收性聚合物和/或另一种粉末(例如，滑石)或另一种吸水部件(例如，阻水胶带、阻水纱线)，(2)阻燃材料的颗粒，诸如本文所公开的那些阻燃材料，(3)粉末润滑剂，诸如滑石粉末、石墨等，和/或(4)膨胀型材料的颗粒，诸如包括按重量计至少10％的水合物、按重量计至少30％的水合物、按重量计至少50％的水合物、硅酸钠和/或石墨。这类粉末颗粒(诸如膨胀型粉末和阻燃粉末)的组合可一起使用。另外，一些这类粉末颗粒可用于多个协同目的，诸如石墨在暴露在火下时用来形成硬炭层并且还用来控制邻接表面之间的耦接(例如，低摩擦)。
根据示例性实施方式，膨胀型颗粒可由在暴露在热下时伸展并形成炭的一种或多种膨胀型材料形成。膨胀型材料的伸展通过阻挡空气流通过电缆护套(诸如通过在芯部件之间形成的空隙)来提供耐火性。在火存在的情况下，在各种实施方式中，膨胀型颗粒被配置成在体积上伸展它们未伸展体积的多于500倍，并且在其他实施方式中被配置来在体积上伸展多于1000倍。此外，炭形成提供给层材料低的热传递特性。在各种实施方式中，膨胀型颗粒可包括形成轻炭的膨胀型材料和/或包括形成硬炭的膨胀型材料。在各种实施方式中，颗粒的膨胀型材料包括如下各项中的一个或多个：可从clariant商购获得的exolit材料(诸如exolitap765(tp)材料)、由ceasefir制造的膨胀型粉末、由zhejianglongyousihaichemicalindustryco.,ltd.、qingdaosungrafchemicalindustryco.,ltd.、daliancrsciencedevelopmentco.,ltd.、weifangmenjiechemicalsco.,ltd.或其他制造商制造的膨胀型粉末。当所包护套130处于粘性和/或软化状态中时，粉末颗粒132中的至少一些可通过针对所包护套130气动地喷涂颗粒132来部分地嵌入所包护套130中并且附接到所述所包护套130。粉末颗粒132可增加或以其他方式影响在中心强度构件124与在中心强度构件124周围的芯元件114之间的耦接。
根据示例性实施方式，粉末颗粒132、136包括超级吸收性聚合物颗粒(例如，聚丙烯酸钠、乙烯马来酸酐共聚物、聚丙烯酰胺共聚物、聚乙烯醇共聚物、交联的聚乙烯氧化物、交联的羧甲基纤维素和聚丙烯腈的淀粉接枝共聚物)并且超级吸收性聚合物颗粒的量小于粉末颗粒耦接到的相应部件(中心强度构件124或膜126)的100克每平方米的表面积(g/m2)。在一些这类实施方式中，超级吸收性聚合物颗粒的量处于20g/m2与60g/m2之间，诸如处于25g/m2与40g/m2之间。根据示例性实施方式，电缆中使用的超级吸收性聚合物或其他阻水元件的量根据工业标准水渗透测试(其可对应于上述数量)在一米长的电缆110中至少足以阻挡一米压头的自来水，这取决于相应电缆110的其他特性(诸如在芯元件114之间的空隙间距)。
可替代地或除此之外，颗粒132可用粘合剂附接到所包护套130。在一些实施方式中，中心强度构件124包括不具有所包护套的杆128，并且颗粒132可附接到杆128。在设想的实施方式中，在强度构件不是中心强度构件的情况下，强度构件(诸如玻璃增强的杆或包护套的钢杆)包括如上文所公开附接到其外表面的颗粒132。
在一些实施方式中，芯元件114绕中心强度构件124多股绞合(即，缠绕)。芯元件114可以重复反向摆动的模式多股绞合(诸如所谓的s-z多股绞合或其他多股绞合模式(例如，螺旋形))。在其他设想的实施方式中，芯元件114可以是非多股绞合的。在一些这类实施方式中，芯元件114包括在芯112内侧大体平行于彼此取向的微模块或紧密缓冲光纤。例如，硬电缆和/或互连电缆可包括多个微模块，每个微模块包括光纤和拉伸纱线(例如，芳族聚酰胺)，其中微模块由膜126或粘附件127结合在一起。芳族聚酰胺可处于膜126或粘附件127与护套134之间，和/或芳族聚酰胺可处于膜126或粘附件127内侧，诸如包围多股绞合的子单元(例如，缓冲管、紧密缓冲光纤、微模块)。一些这类电缆可不包括中心强度构件。一些实施方式包括多个芯或子组件，每个芯或子组件由膜126或粘附件127结合在一起并将其包护套在相同载体/分布电缆中。多个芯或子组件可用另一种膜结合在一起。对于一些这类实施方式，用于在膜126中挤出并引起径向拉伸以便耦接到中心强度构件124期间进行快速冷却/固化的本文所公开的技术可能对制造是不必要的。电缆110的特征可根据本文的公开内容以不同组合混合和匹配以形成其他电缆。
再次参考图1，在一些实施方式中，电缆110的膜126包括粉末颗粒136，所述粉末颗粒136可用于提供阻水性、阻燃、抑制空隙(即，减少所谓的“烟囱效应”)和/或用于控制电缆110中邻接表面的耦接(例如，解耦)。在一些实施方式中，粉末颗粒132、136可具有500微米(μm)或更少(诸如250μm或更少，100μm或更少)的平均最大横截面尺寸。例如，颗粒132、136可嵌入膜126中或处于膜126与芯元件114之间或处于芯中空隙空间中的任一个中。除阻水、阻燃、阻挡空隙等之外，这类布局可在制造电缆110期间减轻某些芯元件114之间的粘合性。
根据示例性实施方式，护套中嵌入材料不连续性(参见图1的大体特征结构142以便得到这类特征结构的布局)(诸如嵌入聚乙烯护套134中的共挤出聚丙烯的窄条带)可提供撕开路径以有利于打开护套134。可替代地，护套134中或邻接护套134的开伞索142(图1)可有助于打开护套134。粉末颗粒136可进一步有利于通过使邻近于粉末颗粒136的表面解耦来将护套134从芯112剥离。这样，取决于粉末颗粒136的布局，颗粒136可有利于将诸如图1中所示的电缆110的护套134从膜126或粘附件127解耦，其中护套134和膜126邻接(即，颗粒136放置在护套134与膜126之间)和/或可有利于将膜126或粘附件127从芯元件114解耦(即，颗粒136放置在膜126与芯元件114之间)。
如图1和图2所示，护套134可以是由一个或多个高度填充的lszh或fr内层140和未填充的或高度填充的外层142(诸如聚乙烯)组成的多层护套。出于最大阻燃性由非常高地填充的聚合物共混物组成的层理化合物可以是多层护套的内层140。由于电缆110的所需的燃烧性能，外层142被开发为更薄的层，以便最小化外层142对防火测试结果的影响。然而，由于高度填充的内层140的基质材料的应变集中，外层142必须足够厚以防止由放置在电缆110上的典型的处置和安装负载产生的外层开裂。根据本公开的方面，外层142的厚度可以是100μm或更少，其足以阻止外层142开裂同时针对烧断性能提供低的表面摩擦。用未填充的或高度填充的pe或其他这类合适材料制成的足够薄的外皮层142(薄至100μm或更少)对电缆的总燃烧性能具有最小影响，同时在安装期间针对增强的烧断性能提供低的摩擦和针对抗开裂性提供高的极限伸长率。
共挤出方法可用来制造多层护套134，其中外层142可以是更薄的层。已知fr和lszh材料提供优异的防火性质；然而，这些材料在安装期间不一定针对烧断提供低的摩擦或提供足够的极限伸长率来防止由处置和安装负载产生的开裂。被制成具有低的摩擦系数的所提出的外层142改进了电缆的烧断性能和抗开裂性。内层140和外层142的共挤出在护套层之间提供非常好的粘合性，使得在安装期间层不会分离。共挤出还使护套134在一个步骤中而不是通过使用两个分离步骤产生电缆的更加昂贵的选项来产生。
参考图3，挤出机210(例如，十字头)包括用于外层242的第一可挤出聚合物214的流动路径212和用于组成内层240的第二可挤出聚合物218的流动路径216。类似的挤出机可具有用于第三、第四、第五等可挤出聚合物的另外的这类流动路径。在图3中，第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物218可以可共挤出而具有彼此，意思是第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物218具有除其他参数之外，第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物218相容以便共挤出的足够接近的熔点(例如，80℃内、50℃内)和对应的粘度。在一些实施方式中，挤出路径212、216会聚，使得第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物218在挤出机210中共挤出。
在其他实施方式中，第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物216可独立地挤出，诸如在制造线上由单独的挤出机或多次通过相同挤出机一前一后挤出。根据示例性实施方式，第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物218挤出在电缆的通过挤出机210的芯元件220周围并且进入第一可挤出聚合物214和第二可挤出聚合物218的挤出锥体222中。芯元件220可包括光纤和/或包围光纤(除其他元件之外)的一个管或多个管。在一些实施方式中，多层护套134可然后诸如在水槽中快速地冷却。
高达28(1.399/0.05＝28)的应变集中邻近于填充颗粒存在于基质材料中以用于图4和图5中所示的填充颗粒负载。将未填充的或高度填充的高极限伸长率材料用于外层142显著减少了外层142的应变集中，从而使具有双层护套134的电缆110对表面开裂较不敏感。内层140和外层142的完全解耦(分离)使内层140中的应变集中从外层142解耦，这在外层142中提供另外的抗表面开裂。此外，在内侧140与外层142之间的粘结减少了薄外层142在安装期间起皱。外层142的最佳厚度和在外层142与内层140之间的粘结必须提供足够的抗表面开裂，同时维持抗起皱。
根据本公开的方面，图1-2中所示的电缆110在内层140与外层142之间的接合部144处具有优异的粘合性，如由光纤电缆防护层测试方法e2a,acc.iec60794-1-2的耐磨性所表明。粘合性允许两层充当护套，而每层提供互补性质。内层140必须具有1.05mm的标称厚度的耐火性。还可被定义为皮层、例如具有100μm或更少的标称厚度的外层142必须足够强韧来经受烧断安装过程，同时具有尽可能低的摩擦系数来增强所述烧断过程。
根据本公开的方面，电缆护套134可具有包括阻燃抗蚀(frnc)材料的内层140和使用非frnc材料的外层142。高密度材料可用于外层142，使得材料的机械性质优于其他常规frnc和非frnc材料。
双层护套134的共挤出在层140与142之间提供强的粘合性。此外，外层142的厚度和用于外层142的天然材料的选择可使外层142在提供增加的烧断性能的同时对现场人员在视觉上不可见。通过具有标称厚度为100μm或更少的外层142，即使其由非frnc材料组成，也可减少外层142对电缆110的防火性能的影响。例如，基于单一电缆燃烧测试acc.iec60332-1-2，观察到使用非常薄的非frnc材料作为外层142对防火性能测试结果具有可以忽略不计的影响。
用于在内层140中使用的示例性材料包括低烟fr无卤防护化合物，诸如eccohtm5549/1。由于具有良好的处理和增强的机械和热特性的高炭形成，这些材料提供给根据本公开的方面的电缆非常高的防火测试性能和组合的优异的阻燃性质。
用于在外层142中使用的示例性材料包括用双模式过程技术产生的天然的、uv稳定的、可着色的、双模式高密度(hd)包护套的化合物(诸如he6068)。这类型材料中的技术允许制造传统的mfr和密度范围之外的聚合物，从而使得最佳化可处理性，减少收缩同时提供耐久性和抗环境应力开裂性(escr)成为可能。he6068包含分散得很好的uv稳定剂，其以足够的量来提供抗气候性的测量。he6068使外层142的收缩大幅减少，这帮助维持用于光纤通信电缆的低的信号衰减和低的护套回缩，同时提供希望的机械和阻隔性质。
各种示例性实施方式中所示出的电缆的构造和布置仅是说明性的。虽然本公开内容中仅详细描述了一些实施方式，但是许多修改都是可能的(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状、比例的改变，参数值、安装布置、使用的材料、颜色、方向的改变)而不会实质上偏离本文所述主题的新颖技术和优点的范围。例如，在一些实施方式中，电缆包括多股绞合在中心强度构件124周围的多层或多级芯元件，其中每层包括约束相应层的膜126并且其中外层的膜126间接地包围内层的膜126。在设想的实施方式中，膜126不被挤出，但由例如激光焊接的胶带和/或热收缩材料形成。示出为一体成形的一些元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以是相反的或其他方式变化的，并且分离元件或位置的特性或数量也可以改变或变化。在一些设想的实施方式中，如本文所公开的具有阻水粉末的膜126可作为挤出的阻水元件起作用，从而允许连续的电缆制造而无需替换阻水胶带的卷盘；所述阻水胶带的卷盘可阻挡铠装层(或电缆中的外层)与芯112(诸如堆叠的光纤带的芯或单管芯)之间或在电缆中的其他部件之间的水。任何工艺、逻辑算法或方法步骤的顺序或次序可根据可替代实施方式被改变或重新排序。在各个示例性实施方式的设计、操作状况、和布置中还可以进行其他替换、修改、改变以及省略，而不偏离本公开的范围。