专利名称：一种光缆的生产方法和装置及其生产的光缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及光缆的生产方法，特别是包含未束缚地放置着光纤的光缆的生产方法，以及如此生产的光缆。
更具体地说，本发明的一个方面涉及控制光纤在适于包含光纤的细长套管中数量的方法，特别在管状部件中，通常它由塑料制成。
本发明的另一些方面涉及光学部件，它由管状部件构成，管状部件包含一根或多根长度受控的光纤；还涉及方法，用于生产此光学部件；以及缆索，包括此光学部件。
目前的光纤生产方法在于将一根或多根光纤未束缚地插入塑料管中，以形成所谓的缆索的“光芯”。此部件也称为“松散管”或“缓冲管”，然后它可以不同结构，单管或若干管的组合，用于生产光缆。这些管可或包含单根光纤，或包含光纤的组合，它们组合成一束或若干束，或一根带或若干根带。通常，管也包含填充剂，如润滑酯，用以防止水偶然渗入管中，并沿内侧纵向地传布。
纤维(单根、束或带)在管中的长度可等于、长于或短于管的长度。为说明目的，纤维与管之间的长度差别便于称为“过量纤维”。具体讲，当纤维长于包含它的管时，将应用名词“正过量纤维”。相反，当纤维短于包含它的管时，将应用名词“负过量纤维”。最后，名词“零过量纤维”将用于表示纤维的长度基本与包含它的管的长度相同。
通常，纤维在管中的长度差别得以使缆索结构能产生由于例如热变化或机械处理引起的拉伸或收缩，而避免缆索长度的变化影响纤维。事实上，与聚合物不同，形成光纤的玻璃质材料对使用期间缆索受到的温度变化不十分敏感，但如果机械拉伸的话，它可能出现问题。因此，纤维在管中的长度通常应使管得以接受与其所受的应力(机械或热的)相关联的长度变化，而不会对纤维施加不符要求的机械拉伸或其它引起衰减的现象。例如，正过量纤维适合于高温环境或高架缆索的光纤应用(由于自身重量而受到拉伸)，用以抵消缆索的结构拉伸，以便使纤维得以接受这一拉伸，而不会遭受不符要求的拉伸。这确保纤维能接受拉伸而不会不符要求地将其自身拉伸。另一方面，对于光缆的低温环境应用，此种缆索的结构收缩趋于增加过量纤维值。这时，如果应用了正过量纤维，则值的额外增加可能引起纤维在管中的过度弯曲，具有引起信号衰减的风险。在这些情况，应用负过量纤维是适当的。
通常在未束缚光芯的生产中，塑性材料在高温下围绕纤维受挤压以形成管，一旦管冷却，就缠绕在特定卷线筒上。
制造未束缚缆索和控制过量纤维的一种方法描述于Oestreich等的美国专利4414165中。此专利描述了一种成形光学传输部件的方法和设备，光学传输部件具有位于包含填充材料的管状套筒中的未束缚光纤。
另一生产未束缚缆索和相对包含纤维的管长度以控制纤维长度的方法描述于Schneider等的美国专利5372757中。特别是，如在此专利中描述的，牵引力在高温下作用于塑料管和光纤上。然后在保持牵引力的同时，冷却管。但是，申请人已观察到，随着管的生产与其后应用，如应用此管制造光缆，之间的时间的推移，不符要求和不可预见的纵向收缩可能发生，从而可能产生管长度与纤维长度之间比例的不可控改变。
因此，如申请人观察到的，过量纤维变化必须在以下两个阶段中均加以控制，即在挤压流水线上的过量纤维控制阶段期间和从管的生产，管通常在生产过程的终点缠绕在卷线筒上，至其随后应用于制造缆索的时期期间。通常，贮存时间(即在此时间内，管在用于制造缆索前被缠绕在卷线筒上)从几小时变化至约一个星期。
特别，申请人已发现，一旦按已知技术制造的光芯收集在卷线筒上，形成管的塑性材料趋于附加的调整，特别是收缩。此调整通常不能预见；但是，它一般引起附加的管收缩，导致设定的过量纤维值的不可控改变一通常是增加。
申请人观察到在某些情况，收缩的大小可与生产中设定的过量纤维值相比较，结果，显著地改变最终过量纤维值，并在管于制造光缆的后继应用中产生问题。
特别是，申请人已观察到，在高的生产速度下，管通常随机交叉盘旋地缠绕在卷线筒上。这种无序的管缠绕产生随机分布在收集于卷线筒上的管束的间隙。管在这些间隙附近比较容易滞留，从而收缩，而在另外一些区域不易产生滞留。这引起缠绕在不同卷线筒上的管有不同的、不可控的收缩，也引起缠绕在同一卷线筒上的同一管沿不同长度有不同的、不可控的收缩。
限定问题后，申请人已找到消除，或至少将包含光纤的塑料管在贮存期间的这些长度变化降至最小的解决方法，这方法是将形成包含光纤的管的材料拉伸一个预定的量。
因此，本发明的一个方面涉及一种方法，用于生产在其中容纳一根或多根光纤的聚合材料管，该方法包括下述步骤将至少一根光纤沿一条路径进给至挤压机；围绕所述光纤挤压聚合材料，以形成管；将管冷却至最终的预定温度；在冷却期间进行以下步骤将第一牵引力施加至在所述挤压流水线的第一区间的，包含所述光纤的管上；将第二牵引力施加至在所述挤压流水线的第二区间的所述管上，这时，在所述纤维与所述管之间基本不存在重合，因为所述第二牵引力大于所述第一牵引力；将第三牵引力施加至所述挤压流水线的第三区间的所述管上，所述第三牵引力小于所述第二牵引力；所述第二牵引力将把管在挤压后立即贮存一星期或更长时间后的纵向收缩至少比未受拉伸的相同管降低20％。
较受推荐的是，此第二牵引力是在这样的管温度下施加，此时，聚合材料的弹性模量约为2000Mpa，较受推荐的是在约100Mpa与约2000Mpa之间，或，更受推荐的是在约300Mpa与约1500Mpa之间。
较受推荐的是，所述最终温度低于约40℃，更受推荐的是约20℃。
管的温度变化在施加第二牵引力的期间是受到限制的。
较受推荐的是，在承受牵引力的管长度段中的温度变化比管沿挤压流水线经受的总温差小约10％；较受推荐的是，在承受所述第二牵引力的管长度段中的温度变化低于约20℃，更受推荐的是，低于约10℃。
根据一个较优实施例，所述第二牵引力预定成，当管的聚合材料是聚丁烯对酞酸盐polybutyleneterephthalate(PBT)时，诱发的拉伸为约1％或更多。
本发明的第二方面涉及一种聚合物管，它通过挤压制成，并包括一根或多根部署在所述管内侧的光纤，其特征在于，生产期间，所述管承受拉伸，从而其纵向收缩在挤压后立即贮存一星期或更长时间后要比未拉伸的管少20％或更多。
较受推荐的是，所述管由聚丁烯对酞酸盐(PBT)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)聚合材料制成。
较受推荐的是，这样的拉伸对PBT聚合材料管约为1％或更多。
在又一方面，本发明涉及一种设备，用于生产包含一根或多根光纤的管，包括挤压机，适于生产包含一根或多根光纤的塑性材料管；一个或多个冷却池；拉伸装置，适用对所述管的一个长度段施加牵引，此时在所述管长度段上的温度变化比管从挤压机至周围温度的总温度差低10％。
特别是，此拉伸装置驱动部件和制动部件，制动部件位于挤压机与所述驱动部件之间。
所述驱动部件可包括驱动轮或一对驱动导轨。制动部件又可包括第二驱动轮或一对驱动导轨，其中管的进给的速度低于管在驱动部件的速度。可替而代之的是，这样的制动部件可或是一个惰轮，管围绕它缠绕一个整圈，且制动力作用于其上；或是一个可吹气套筒，它具有一个基本为圆形的中心孔，管在孔中滑移。
较受推荐的是，所述拉伸装置包括第一驱动轮，它设定在第一转速上；以及第二轮，它设定在较第一驱动轮慢的转速上。
可替代的是，所述拉伸装置包括第一驱动装置，适于在第一速度下拉伸所述管；第二驱动部件，它设定在基本等于所述第一驱动装置速度的速度；第三部件，位于所述两件驱动部件之间，适于在两件驱动部件之间的管的长度段上施加这样的力，该力直接垂直于所述管的进给方向。
可替而代之的是，拉伸装置包括驱动部件；制动部件，包括两组滚辊，管进给于它们之间；这两组滚辊交错地布置在相对中心管轴线的相对端部上，以使上组的下表面切线与下组的上表面切线之间的距离比管的直径小一定值，以便产生管的预定拉伸。
本发明将通过以下详细说明，并结合附图，加以更好的解释，其中
图1表示现有技术的挤压流水线的示意性实例；图2表示挤压流水线的示意性实例，其中安装有根据本发明提出的设备的第一实例；图3表示挤压流水线的示意性实例，其中安装有根据本发明提出的设备的第二实例；图4表示挤压流水线的示意性实例，其中安装有根据本发明提出的设备的第三实例；图5表示根据本发明提出的设备的一个示意性实例；图6示意地展示了驱动部件的第一实例，它适于在前述设备中的管上施加预定的速度，以便获得符合要求的管的拉伸；
图7示意地展示了驱动部件的第一实例，它适于在前述设备中的管上施加预定的速度，以便获得符合要求的管的拉伸，并包括导轨，用以防止管滑移；图8示意地展示了按本发明提出的制动部件的第一实例的正视图，它能用于获得符合要求的管的拉伸；图9示意地展示了按本发明提出的，图8中描述的同一实例的侧视图；图10示意地展示了按本发明提出的制动部件的第二实例的正视图，它能用于获得符合要求的管的拉伸；图11示意地展示了一种装置的实例，它具有两个驱动轮，用以产生管的拉伸；图12表示图11所示的同一装置的底视图；图13示意地展示了一个缓冲器的实例；图14示意地展示了按本发明的缆索的第一实例，它至少包括一根未束缚光纤塑料管；图15示意地展示了按本发明的缆索的第二实例，它至少包括一根未束缚光纤塑料管；图16示意地展示了按本发明的缆索的第三实例，它至少包括一根未束缚光纤带塑料管；而图17表示一个按本发明的方法，在不同挤压流水线区间中，作用至管上的牵引、管的温度及过量纤维能如何改变的实例。
一般，在制造内侧包含一根或多根纤维的塑性材料管时，这样的管通过围绕光纤挤压而成。
如图1示意地表示，生产至少包含一条光纤1的管的常规挤压流水线通常至少包括一个卷线筒，一根或多根光纤1由卷线筒取出，并送至挤压机头3，塑性材料围绕光纤1通过挤压机头3被挤压，形成管11。然后，管11被送至冷却装置10，由此送至拉伸装置5(通常具有600mm至1000mm的直径)，然后送至最终的收集卷线筒4。可任选的是，挤压流水线可包括一个附加的滚筒7(也具有一般为600mm至1000mm的直径)，它布置在拉伸部件5与挤压机之间。
纤维和包围它们的塑性材料管在一定长度内沿着挤压流水线相互独立地行进。塑性材料的冷却及其后的收缩不会引起在此区间中的过量纤维值的改变，因为纤维没有和管结合在一起，收缩沿着所有与纤维不粘合在一起的管部分而分布。
另一方面，为了产生或改变过量纤维，纤维和管必须相互结合在一起沿着挤压流水线行进，以使冷却引起的塑性材料管的纵向收缩产生要求的纤维过量，因而纤维基本没有收缩或相当小的收缩。在挤压流水线上的这一点，在此处获得纤维与塑性材料管的一体运动，称为“重合点”，而由此点向前进的纤维与管定义为“重合的”。
重合通常通过达到光纤与管之间的摩擦阈值而产生，一般由管沿着挤压流水线的冷却，以及由在管内可能存在填充剂加以提供。
在相同的处理条件下，重合点可沿着挤压流水线，通过适当调节管冷却布置而移动。例如，重合点可通过降低冷却池中的温度而移向更靠近挤压机。
可替代的是，纤维与管之间的重合可用机械方法强行定于挤压流水线上的某一点。例如，可采用一个轮子(如图1中的滚筒7)，包含纤维的管在此处绕若干圈(如2圈或更多)，以便增加摩擦及阻止光纤在管内滑移。这样，纤维与管之间的要求的重合就建立于轮上。
实质上，过量纤维决定于管和纤维产生重合时的温度。重合点处较高的塑性材料温度将导致相对此点的下流的较大收缩，结果导致由收缩产生较高的过量纤维。
这样，作为初步近似ΔL/L＝a(T)ΔTΔL管试件的拉伸L管试件的长度a(T)热膨胀系数(按温度)ΔT温度在重合点与冷却过渡终端之间的改变此现象的详细计算还应考虑其它变量，诸如轴向刚性、交换拉伸、填充剂粘性等，它们与温度有关。
因此，限定处理条件及给出塑性材料的特征，特别是热膨胀系数后，纤维—管重合能在最佳温度下达到，从而获得要求的纤维过量。
通常，在生产过程的终点，光学管中的最终过量纤维等于百分点的十分之几，特别是从约-3‰改变至约+3‰，最好从约-1‰改变至约+1‰。
按照本发明，受控的管牵引通过以下方式加以设置，即，或沿着挤压流水线插入装置，用以以受控的方式在所述管的两段长度上施加不同的速度，或对管作用塑性拉伸力。特别是，牵引高于在常规挤压条件下经常作用于管上的牵引，即，最好为常规作用于管上的牵引的2至5倍。
按照图2示意所示的第一实例，从挤压机15挤出的管11受到一个装置的要求的牵引力，该装置包括第一驱动部件12(如驱动滚筒，它具有预定的转速，管围绕此滚筒无滑移地缠绕一个或多个完整的圈)和第二驱动部件13，该第二驱动部件13具有制动作用，并位于驱动部件12的上游(如第二滚筒，管围绕它无滑移地缠绕一个或多个完整的圈，其转速设置成低于滚筒12的转速)。此装置的位置与挤压机相距距离L1，以使管达到要求的牵引应用温度。此距离也依赖于材料类型、管的挤压速度和冷却剂温度。例如，此距离将随着挤压速度和冷却剂温度的增加而增加。通常，此距离在1m和10m之间。
两件驱动部件12与13之间的距离L2将缩减至相当短，以使管在这两件部件间的长度段受到有限的温度改变。在原则上，此距离小于1m，最好在约200mm与约500mm之间，更受推荐的是在300mm与400mm之间。
管温度借助一个或多个冷却池10达到管拉伸要求的值，冷却池10沿挤压流水线而设置。
在一个较优结构中，应用了若干按次序排成一行的冷却池10a、10b、10c。冷却池的总纵向长度L3最好应在10m和50m之间，在这些冷却池中可充装有不同温度的冷却剂。
一个特优结构具有包括两件驱动部件12和13的拉伸装置，并提出应将此拉伸装置安装在冷却池10b内。
管在不同速度下在两件驱动部件上前进，以引起包括在驱动部件之间的长度段的拉伸，它可由公式表示ε＝(La11－L0)/L0＝(VA－V0)/V0＝(VA/V0)－1其中L0是初始管的长度，La11是受牵引后管的长度，VA和V0分别为管在驱动部件12和13上的速度。
两驱动部件12和13之间的管长度段的预定牵引通过适当设定拉伸用的两件驱动部件12和13的转速而施加。
按照本发明，施加至管这一长度段上的牵引高于施加至管在其它挤压流水线区间的牵引，特别是高于在上述拉伸装置所在流水线区间之后的区间的牵引。
施加至管在此区间中的牵引最好是通常施加在后继挤压流水线区间上的牵引的2至5倍，特别是通常施加在部件12与驱动轮5之间的牵引的2至5倍。
例如，如果管在滚筒12与驱动轮5之间的区间中受到拉伸的牵引力约为1kg，则此管在滚筒12与13之间的区间中最好受到约为2.5—3kg的牵引。
管的塑性材料的拉伸是在管与纤维间达到重合之前进行的。这样，在管拉伸期间，纤维相对管独立地移动，因此不受施加于管上的拉伸的牵引应力的作用。
通常光纤能承受高达0.3％的拉伸而不会受到损坏。一旦超过此阈值，应力可能建立于纤维中，它通常会引起被传输信号的衰减。
结果，当不重合时，管能拉伸一个相当大的量，如量级为1％或更多，而不使光纤承受不符要求的应力。
不管在管上施加拉伸力的装置是何种类型，承受牵引的管长度仍应限制成，管的受拉伸长度受到有限的温度改变。
如果管的温度改变有限，聚合物的弹性模量也遭受有限的改变，从而使过程条件得以更好地控制。
在承受牵引的管长度中的温度改变最好比管沿挤压流水线的总温差小约10％。
例如，对于PBT聚合材料，其挤压温度约为300℃，达到20℃的四周温度的温差约为280℃；在承受拉伸的管长度中的可接受的温度改变将相应为约28℃。
为进一步限制材料的弹性模量的变化，在承受受控的牵引的管长度中的温度变化应小于约20℃，最好小于约10℃。
为限制前述的温度变化，承受受控的牵引的管长度应小于1m，最好在约200mm与约500mm之间。
图17展示了在图2所示不同挤压流水线区间的管中的牵引、温度和过量纤维图形的示意性实例。此实例的数字值具体涉及PBT管的挤压，该PBT管的内径为2mm，外径为3mm，并包含6根直径为250μm的光纤。
在包括于挤压机3与拉伸装置的轮13之间的区间S1(约3m长)中，所需的牵引(下图)是为使管和纤维沿着挤压流水线前进(0.2kg)。在此第一区间，管温度(中图)按指数律地从挤压机出口的约300℃下降至约60℃。在此温度下，聚合材料具有要求的弹性模量。由于在纤维与管之间没有重合，因此过量纤维值为零(上图)。
在拉伸装置的两个轮13与12之间的区间S2中，约为2.5kg的牵引力施加至在约0.6m/min的变形速度下的管上。牵引施加于其上的管长度在图中为简单起见，表示成两个滚筒12和13轴线之间的管长度(约0.5m)。
在此区间中，温度变化保持在10℃之内，从而将聚合材料的弹性模量的变化值降为最小。在两个滚筒之间的区间中，纤维与管之间没有重合，因此给予管的拉伸不会传输给纤维。然而纤维与管之间的重合被轮12所建立，从而纤维在区间S2的出口与管一体地向前进。
在区间S3，作用至管上的牵引采用在挤压流水线上常规作用的值，此时约为0.8kg。在此区间，纤维与管之间的重合以及附加的温度下降(从约60℃至约20℃)通过聚合材料的热收缩效应产生管内要求的纤维过量(约1％)。
图7示意地展示了驱动部件12和制动部件13(按图2所示的结构)的一个实例。此部件由驱动轮及可能的附加装置24构成，附加装置24用于阻止管11在所述驱动轮上滑移。
所述装置24由三个惰轮23构成，这3个惰轮23呈三角形布置，皮带19在它们之间滑移。装置24布置成，使得3个惰轮23中有2个是设置在驱动轮的一个部分上。
皮带19牵拉成，将管压靠在驱动轮上，并阻止管的不符要求的滑移。皮带的张力及皮带与管11的接触长度按照，例如驱动轮的位置、管的温度和管的材料进行调节。皮带与管接触的所述部分通过将2个惰轮23在驱动轮上定位而加以改变，因而皮带具有轮的形状。驱动轮在2个惰轮之间的部分越大，则管附着于皮带19的部分也越大。
如果驱动轮也用于产生纤维和管之间在挤压流水线中的重合，则管11最好围绕驱动轮缠绕一定数量的次数，以使管的运动与它所包含的纤维的运动成一体。图12展示了一个围绕驱动轮进行多重缠绕(4圈)的实例。这时，适用于阻止管滑移的装有皮带的3轮装置可不需要。
图6展示了一个替代性的驱动部件结构，它用于牵拉管沿着挤压流水线运动，并包括一对驱动导轨。
管11由特定的驱动导轨，基本按直线形式，借助两组驱动轮21加以拉动，这两组驱动轮21布置在管的相对两侧上。导轨驱动轮21的数目(图中为6个)也取决于管的材料以及在挤压流水线上的位置，以便阻止管的聚合材料与驱动轮21之间的滑移，以及避免管的额定的进给速度的不符要求和有害的改变，但是又不会在管上作用过量的压力。这样的驱动部件可用于替代上述的一个或全部两个驱动轮，最好替代制动部件。
根据一个替代性解决方案，来自挤压机的管的拉伸通过施加一个力而现实，此力直接垂直于沿挤压流水线布置的第一驱动部件和第二驱动部件所作用的直接牵引力，并适于将张力作用至管承受这一与直接牵引力相垂直的力的部分上。
例如，如图4示意地表示，直接牵引力从沿挤压流水线布置的驱动部件13指向驱动部件12，此垂直于直接牵引力的力通过应用轮17向管作用一个力(如秤锤、弹簧或类似物)而产生，在轮17上连接着一个适当标定的秤锤18。在此结构中，驱动部件12使管和纤维重合。
按图3示意地表示的一个不同的结构实例，对来自挤压机15的管11的拉伸可实现如下，即借助拉伸驱动部件12和适当的制动装置16在管的长度段上以受控的形式作用一个牵引力T。这可由下式加以表示ε＝T/EA此处EA是管的轴向刚性。
管的温度借助沿挤压流水线布置的一个或多个冷却池10而达到拉伸所要求的值。在图3虚线表示的一个结构实例中，制动部件16和拉伸驱动部件12包含在冷却池10的内侧。
按照一个结构实例，制动部件16由滑瓦以及弹性的、气动的、液压的绷紧装置或类似物构成。
按照另一结构实例，制动部件16由一个惰轮构成，在惰轮上施加了一个制动器，如摩擦制动器，管围绕惰轮而缠绕，形成一个预定的拱形。最好这样的轮子还包括一个阻止管滑移的系统，如图7示意地表示的导轨，此导轨具有布置形成三角形的3个轮子。
按照图8和9示意地表示的另一结构实例，制动部件16由滑移套筒38构成，滑移套筒38由塑性材料制成，具有外侧46和内侧47，包含光纤1的管11进给至其中。套筒的长度主要取决于管的材料，以及它在制动部件16所在部位处的温度。此可吹气套筒38装备有配件37，配件37连接至充气系统。套筒38通过配件37进行充气，并达到这样的压力，以便使套筒38的侧边接触管11，沿套筒38的整个长度作用一个均匀的压力，而与被挤压管的尺寸的可能变化无关，从而通过摩擦制动管11，而不会损坏管，或使管变形。
这样的制动装置得以使任何不符要求的管的椭圆形化降至最低，此椭圆形化发生于，当塑性材料在过高温度状态下，存在不均匀的应力时受到拉伸。
在图10示意地表示的另一结构中，由塑性材料制成的可吹气套筒38被一个刚性壳体40所套住，用以阻止套筒38由于套筒38的内部压力造成套筒38在与管11的相对方向膨胀。刚性壳体40确保在可吹气套筒38上引发的膨胀只在向着管11的方向造成套筒膨胀。
管的拉伸也可通过将一个装置连接至驱动轮12与挤压机之间的驱动轮12上而产生，诸如图5示意性表示的一种装置。这种装置包括两组轴向移位的滚辊，管在滚辊之间通过。这两组滚辊21a和21b交错地布置在相对中心管轴线的相对端，以使上滚辊组21a的下表面切线与下滚辊组21b的上表面切线之间的距离小于管的直径。从而与直线路径的偏离就传递给管，在管承受最大弯曲的部分，此偏离产生微拉伸，这些微拉伸叠加在一起就形成所要求的预定拉伸。在此结构实例中的这一装置较适用于这样的管，它们的弹性模量十分小，如小于200Mpa。
上述用于拉伸管的装置可以是移动的，并适于按不同要求沿挤压流水线而安装，特别用以在最合适的温度下实现拉伸过程。
如上所述，光纤与管之间的重合可设定在拉伸装置之后的挤压流水线的任一点上，应用由轮或鼓构成的装置，这些轮或鼓或是空转的，或最好是从动的，管在其上缠绕若干次，用以阻止纤维与管之间的附加滑移。
最好重合在驱动部件上获得，该驱动部件与图2、3或4所示的驱动部件12相符合。这确保具有最简单的结构，因为管拉伸装置也限定了纤维过量。
过量纤维值也能在管生产过程期间加以控制，例如通过比较位于纤维进给卷线筒附近的轮(相对挤压机为上流)的转数—与纤维一体地转动—和在四周温度下(即当热收缩基本结束)，如在收集鼓附近的，管没有滑移地转动的轮的转数。
请参看图2、3和4，适当的牵引控制装置14恰当地沿着承受拉伸的管的长度段而设置，这些装置14被用于有效地控制管的牵引。
施加的牵引能通过直接测量有效地加以控制，如借助“缓冲器”，它沿拉伸长度而设置，或借助一个或多个“压力盒”，它们设置在制动或驱动设备中。名词“缓冲器”指一种系统，它示意地表示于图13中，通常由两个自由转动的滚筒42、43构成，其中一个42具有固定的旋转轴，而另一个43具有相对滚筒42的轴线为移动的轴，此轴最好或装配在导轨上，或装配在摇滚杆44上，并适当地用平衡块45加以均衡，以便平衡管11的张力和可移动滚筒43作用的压力。一旦预定的牵引设定在管上，牵引的变化将被可移动滚筒相对固定滚筒的相对运动所吸收，从而使拉伸牵引保持不变。
名词“压力盒”用于描述一种装置，它包括一个与压力传感器成一体的可自由转动滚筒，如在市场上出售的由ASA AutomazioneTorino制造、商标为Tension Transducer ATB 05的装置。
可替而代之的是，可测量在被拉伸管的长度段的两端上的速度V0和VA，也即在驱动部件12与部件13或16之间的管长度段的起始和终端的速度V0和VA，管的拉伸可由它们根据上述公式加以计算。
这些控制装置的作用是为了使作用在塑性材料上的压力尽可能保持不变，在检测到管拉伸或速度V0和/或VA的变化后，通过以下方法对系统进行反向干预，即适当地增加或减少转速和/或在限定管拉伸的部件的制动强度。最好，这些反向干预由电子仪器加以控制。
按照一个较优实施例，发现在挤压流水线的一个区域中特别适宜于拉伸聚合材料，在此区域中管已充分冷却以便阻止椭圆形化的风险，但仍然具有适当高的温度，从而管的弹性模量仍相当低以便促进管的拉伸。进行拉伸的温度将确保管材料的弹性模量，按照本发明，最好在约100Mpa与约2000Mpa之间，更受推荐的是在约300Mpa与1500Mpa之间。对于通常用于制作所述管的材料，此温度一般在20℃与100℃之间，最好在30℃与70℃之间。
申请人已发现，应用本发明的方法，管的纵向收缩在生产后可相当有限，特别在贮存方面。具体讲，对于承受本发明提出的受控牵引的管，在前述贮存期间，管的收缩将远小于未经受相同牵引的相同管。更精确地讲，申请人已观察到，按此方法生产的管的收缩要比按传统过程制作的相同管的收缩至少小20％。
因此，管承受的拉伸量必须足够高，以便确保贮存期间收缩的一定降低；但是，塑性材料的拉伸又必须适当地加以限制，以便这样的拉伸不会过度地恶化管的机械性能。
除牵引值之外，施加牵引的速度也很重要。请参看图17，拉伸牵引的施加速度特别取决于在区间S3和区间S1的不同的管速度。一般讲，这样的施加速度在约0.1m/min与约2m/min之间。
例如，在实际观察中，一种PBT管，它在约0.6m/min的变形速度下承受约10％的拉伸，显示出在贮存期间具有要求的收缩降低特征。
用于制作光纤管的材料最好包括聚烯属烃对酞酸盐类(polyalkyleneterephthalates)和聚烯烃类，特别是聚丁烯对酞酸盐(PBT)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。
虽然本发明的结果不应限制于特定的理论，但申请人深信，生产以后纵向管收缩降低的可能理由在于这一事实，即在挤压流水线上于给定条件下进行的管的拉伸超过管的弹性拉伸极限值。在管中，或在其部分长度中超过此弹性拉伸极限(或屈服点)引起永久变形，这可能是生产后期间，观察到管的收缩降低的原因。
按本发明制作的光缆的一个实例示于图14中。在图14中，缆索在最内部的径向位置上具有中心部分32，它通常由玻璃纤维制成，并涂敷有如聚乙烯的聚合物膜28。缆索具有一根或多根PE、PBT或PP管26，它们可嵌入在填充剂33中，并未束缚地包含着光纤25，光纤25也嵌入在填充剂33中。如需要的话，填充剂33可用水可膨胀粉末或其它水阻塞材料替代。根据本发明，预定的拉伸作用至管26上。管26涂敷有加强层29，它通常由Kevlar或玻璃纤维制成，并包括两根蒙皮切割合股线34，这两根合股线34相对缆索纵向地布置。最后，缆索包括波纹金属带30(如需要的话)和外套管27，它通常由聚乙烯制成。
按本发明的另一实例示于图15中。它由具有单根管26的缆索构成，管26未束缚地包含着光纤25。具体讲，图15表示了一种光缆的截面图，它包括按本发明提出的经拉伸的中心管26，管26包含未束缚的光纤25，如需要的话，光纤25嵌入在填充剂33中。中心管26的半径被加强层29，它包括两根蒙皮切割合股线34；波纹带30和外聚乙烯套管27所包围。
另一缆索实例示于图16中。此缆索的结构相似于图15中描述的缆索结构。其差别在于，未束缚地包含在经适当拉伸的管26中的光纤25被组合在带31中。此外，如由玻璃纤维制成的两件介电质加强部件35置于蒙皮切割合股线34的近旁。
将附加部件插入至上述缆索中可根据已知技术由按本发明制作的管完成，为此将不再详细的描述。
本发明将在以下实例中更详细地加以展示。实例一种Vestodur3000聚丁烯对酞酸盐的未束缚光纤管应用图2描述的设备加以制造。此管具有约为2mm的内径和约为3mm的外径。它包含6根直径为250μm的光纤。来自挤压机15的管11通过以下方法加以拉伸，即应用第一驱动滚筒12和用于制动目的的第二滚筒13(因为设定转速低于滚筒12的)，适当改变沿挤压流水线的进给速度。此外，光纤和管之间的重合通过在滚筒12上将管在所述轮上缠绕五圈而获得。
滚筒12和滚筒13的所具直径均为250mm，它们设置在各自的旋转中心上，旋转中心相互间的距离为350mm，以便形成拉伸装置。所述装置设置在冷却池10(25m长，15cm宽)内。滚筒12的位置与挤压机相距2.7m。池10中的冷却剂温度恒定地保持于20℃。在挤压机与滚筒13之间区间中，作用至管上的牵引小于0.3kg。
一个100cm直径的驱动轮设置在冷却池的端部(池之外)，它与挤压机相距距离约为27m。管缠绕在卷线筒上，其直径为30cm，所在位置与挤压机约相距30m。
管生产速度设定在约60m/min。
滚筒12的转速设定在约76g/min，对应管的线速度VA约为60m/min，而滚筒13的转速设定在75g/min，对应管的线速度V0等于59.5m/min。这时，两个滚筒12和13之间的管长度段所承受的牵引约为2.3kg，并被拉伸约1％。
管的拉伸是在约60℃的温度下进行的，在此温度下，Vestodur3000所具的弹性模量约为600Mpa。
驱动轮5被设定在约19g/min的转速下。滚筒12与驱动轮之间的管的长度段承受约0.8kg的牵引。
管随机交叉盘旋地缠绕在卷线筒上。
在过程的终点，管内的过量纤维值约为1‰。用此方法制作了2km的管。
申请人应用此方法，按照本发明，总共生产39根管(总共为18km)。
作为对比，应用上述但没有拉伸装置的系统制作了9根管样品(每根2km)。如前所述，驱动轮5的位置与挤压机相距27m的距离，其后是卷线筒。轮速度设定在19g/min，施加在管上的牵引约为0.8kg。
在贮存一个星期后，对按本发明制作的9个样品和9个试验样品测量了收缩值，它们连同收缩后的最终相对过量纤维给予表1和2中。
表(1)经拉伸的管(贮存前的过量纤维1‰)
表(2)未经拉伸的管(贮存前的过量纤维1‰)
分析表1和2中所示的数据后，申请人观察到，贮存一星期后的收缩对于承受1％拉伸的管平均低60％，从约1‰的平均值变化至约0.4‰的平均值，因此降低了贮存期间由于收缩引起的过量纤维变化。
权利要求
1.一种方法，用于生产至少在其中容纳一根光纤的聚合材料管，该方法包括下述步骤将所述至少一根光纤沿一条路径进给至挤压机；围绕所述光纤挤压聚合材料，以形成所述管；将管冷却至最终的预定温度，在该温度下，在所述冷却期间进行以下步骤将第一牵引力施加至在所述挤压流水线的第一区间的包含所述光纤的管上；将第二牵引力施加至在所述挤压流水线的第二区间的所述管上，此时在所述纤维与所述管之间基本不相合，所述第二牵引力大于所述第一牵引力；将第三牵引力施加至在所述挤压流水线的第三区间的所述管上，所述第三牵引力小于所述第二牵引力；所述第二牵引力是这样的，它用以决定所述管在所述挤压后立即贮存一星期或更长时间后的纵向收缩至少比未经受此种拉伸的相同管小20％。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第二牵引力是在这样的管温度下施加的，在此温度下，聚合材料所具的弹性模量小于约2000Mpa。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在所述第二牵引力施加时的管温度下，聚合材料的弹性模量在约100Mpa与约2000Mpa之间。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在所述第二牵引力施加时的管温度下，聚合材料的弹性模量在约300Mpa与约1500Mpa之间。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述最终温度低于约40℃。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述最终温度约为20℃。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，在施加所述第二牵引力的步骤期间，管温度经受有限的变化。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，在承受所述第二牵引力的管长度段中的温度变化约比管沿挤压流水线经受的总温差小10％。
9.根据权利要求7的方法，其特征在于，在承受所述第二牵引力的管长度段中的温度变化小于约20℃。
10.根据权利要求7的方法，其特征在于，在承受所述第二牵引力的管长度段中的温度变化小于约10℃。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第二牵引力预定成，使当管的聚合材料是聚丁烯对酞酸盐(PBT)时，引发的拉伸至少为1％。
12.一种聚合材料管，它生产于挤压过程中，并至少包括一根容纳于其中的光纤，其特征在于，生产期间，所述管经受拉伸，以使所述管在所述挤压后立即贮存一星期或更长时间后的纵向收缩至少比未经受拉伸的相同管小20％。
13.一种设备，用于生产至少包括一根容纳于其中的光纤的管，包括挤压机，适于生产至少包含一根光纤的塑性材料管；至少一个冷却池；拉伸装置，适于在所述管的一个长度段上作用增强的牵引，此时在所述管长度段上的温度变化比管从挤压机至周围温度的总温差小10％。
14.根据权利要求13的设备，其特征在于，所述拉伸装置包括驱动部件和制动部件，所述制动部件布置在挤压机与所述驱动部件之间。
15.根据权利要求14的设备，其特征在于，所述驱动部件包括马达从动轮或一对马达从动进给导轨。
16.根据权利要求14的设备，其特征在于，所述制动部件包括马达从动轮或一对马达从动进给导轨，其中管的进给速度小于管通过驱动部件的进给速度。
全文摘要
包含光纤的塑性材料管,在其生产之后可能会发生不符要求和不可预见的收缩,特别在管缠绕于卷线筒上的贮存期间。结果,可能产生管长度与包含于其中的光纤长度(“过量纤维改变”)之间的比例的不可控改变。本发明涉及通过在生产期间将管拉伸一个预定量,限制塑料管中过量纤维改变的方法和设备。本发明还涉及受到预定拉伸的塑料管,包括此种管的缆索、以及适于生产此种管的设备。
文档编号G02B6/44GK1332858SQ99815299
公开日2002年1月23日 申请日期1999年12月6日 优先权日1998年12月29日
发明者保罗·马雷利, 法比奥·鲍 申请人:皮雷利·卡维系统有限公司