用于包覆模制覆盖光纤电缆的材料配方的制作方法

本申请基于35u.s.c.§119要求2016年5月26日提交且以引用方式并入本文的第62/341,970号美国临时申请的优先权权益。
背景技术：
：本公开大体上涉及光学电缆，且更特定来说涉及用于光学电缆的包覆模制覆盖的材料。主光学电缆线可以包含许多分支线，这些分支线使主光学电缆的一部分转向到最终用户。一些主光学电缆线被制造为具有位于预定位置的分支线，以便避免技术人员在现场对分支线的分接，所述分接是成本较高的、耗时的且没有在制造设施中可以实现的那样准确。在使光纤分支时，在主光学电缆线的保护护套中产生脆弱性。这些脆弱性是对下层光纤的机械和环境损坏的潜在来源。技术实现要素：在一个方面中，提供一种聚氨酯组合物。所述聚氨酯组合物包含第一聚环丁烷氧化物、第二聚环丁烷氧化物和基于蓖麻油的多元醇的第一部分。所述第二聚环丁烷氧化物具有高于所述第一聚环丁烷氧化物的粘度。所述聚氨酯组合物还包含亚甲基二苯基二异氰酸酯的第二部分。在另一方面中，提供一种光纤电缆组合件。所述光纤电缆组合件包含承载多根光纤的主电缆以及在分接位置分接到所述多根光纤中的至少一根的系栓电缆。包覆模制件覆盖所述分接位置。所述包覆模制件包括聚氨酯组合物。所述聚氨酯组合物包含硬化剂的第一部分和预聚物的第二部分。所述硬化剂包含酯多元醇和至少一种聚醚多元醇。另外，所述包覆模制件具有根据差示扫描量热法测量的小于-40℃的玻璃转变温度。在又一方面中，提供一种用于将包覆模制件应用于光纤电缆组合件的方法。所述方法涉及混合第一部分与第二部分以形成聚氨酯组合物。所述第一部分包含第一聚环丁烷氧化物、具有大于所述第一聚环丁烷氧化物的粘度的第二聚环丁烷氧化物、和基于蓖麻油的多元醇。所述第二部分包括亚甲基二苯基二异氰酸酯。所述方法还涉及用底漆化合物制备所述光纤电缆组合件的表面且不对所述表面进行焰流处理，以及围绕所述光纤电缆组合件的至少一部分模制所述聚氨酯组合物以产生包覆模制件。在随后的详细说明中将陈述另外的特征和优点，且本领域的技术人员从说明中将容易部分地了解这些特征和优点，或者通过如书面说明及其权利要求书以及附图中描述那样实践实施方案来了解。应了解，前述一般说明和以下详细说明都仅仅是示例性的，且希望提供用于理解权利要求的本质和特征的概述或框架。附图说明包含附图以提供进一步理解，且附图并入且构成本说明书的一部分。附图图示了一个或多个实施方案，且连同说明一起用于阐释各种实施方案的原理和操作。图1描绘根据示例性实施方案具有从聚氨酯组合物制成的包覆模制件的光纤电缆组合件。图2描绘根据示例性实施方案的光纤电缆组合件的包覆模制件的横截面图。图3到7描绘根据示例性实施方案的聚氨酯组合物的某些物理性质的图形表示。图8描绘根据示例性实施方案用于从聚氨酯组合物形成包覆模制件的模具结构。具体实施方式大体上参见附图，提供特别适合于光纤电缆组合件上的包覆模制件的聚氨酯组合物的各种实施方案。在一实施方案中，包覆模制件涵盖光学电缆组合件的一个区，系栓在所述区从光缆组合件突出。大体上，聚氨酯由a部分和b部分构成，按重量计以1a:1.7b的比率混合。在实施方案中，a部分包括二苯甲烷二异氰酸酯(mdi)预聚物。在实施方案中，b部分主要包括三种多元醇，包含两种聚醚多元醇和一种酯多元醇。这三种多元醇组合物的反应聚氨酯展现增强的物理性质和耐化学性。在某些实施方案中，聚氨酯组合物用作用于光纤电缆组合件的包覆模制件。有利地，聚氨酯组合物为光纤电缆组合件提供增强的机械和环境保护。图1描绘光纤电缆组合件10的示例性实施方案，例如康宁公司(corningincorporated)的flexnaptm系统。在图1中描绘的实施方案中，光纤电缆组合件10包含分配电缆20和系栓电缆22。分配电缆20含有多根电缆光纤，且系栓电缆22被分接到所述电缆光纤的一根或多根中以使这些电缆光纤上运载的这些光学信号从分配电缆20转向到系栓光纤中。举例来说，分配电缆20可以延伸到邻域中以将光学通信服务运载到整个邻域，而系栓电缆22可以从分配电缆20分接以将光学通信服务递送到邻域中的个别家庭。虽然图1仅描绘单个系栓电缆22，但分配电缆20可以具有若干另外的系栓电缆22，它们取决于安装的需要而沿着分配电缆20的长度附接在各种位置。系栓电缆22终止于连接器24处。如图1中描绘，连接器24是具有四个端子端口28的多路端子26。系栓电缆22分接到分配电缆20的位置称为中跨度接入位置30，且中跨度接入位置30包封于包覆模制件32中。在实施方案中，包覆模制件32沿着分配电缆20的纵向方向从分接位置的两侧延伸七英寸。图2提供中跨度接入位置30的横截面图。如图2中描绘，包围分配电缆20的护套33的一段被移除以显露多个缓冲管34。缓冲管34含有多束电缆光纤36，且分配电缆20的大小规定了缓冲管34的数目，且因此规定了分配电缆20内可容纳的光纤36的数目。如图2中描绘，选择缓冲管34以用于分接到系栓电缆22。在一些实施方案中，分配电缆20被制造成在预定位置提供系栓电缆22的分接。在这些实例中，缓冲管34可以被制造成用于在这些预定位置的分接。光纤36周围的缓冲管34被移除，使得系栓电缆22的一根或多根光纤37可以分接到缓冲管34的光纤36中的一根或多根。在具有多根光纤36的缓冲管34中，一些或全部光纤36可以分接到系栓电缆22的光纤(即，被制造成终止于预定分接位置)，而安置于缓冲管34内的剩余光纤36保持完整且继续通过分配电缆20。缓冲管34中的光纤36接着分接到系栓电缆22中的光纤37。可用一个或多个分接保护器38来保护分接接头。另外，在图2中描绘的实施方案中，部分或完全分接到系栓电缆22的缓冲管34被缓冲管过渡件40支撑，以通过用例如硅酮弹性体或环氧树脂材料等密封材料填充缓冲管过渡件40来保护缓冲管34的暴露开放部分。而且，如图2的实施方案中描绘，在分接接头的任一侧上的暴露光纤36、37被柔性且耐压的管道42保护。在一些实施方案中，分配电缆20和系栓电缆22的在中跨度接入位置30的区以及暴露的缓冲管和光缆36、37另外被防水缠绕物和保护层缠绕，然后封入于包覆模制件32中。在部署时，光纤电缆组合件埋入在地下，挂装在柱上，或者这两种情形。在这些情况下，光纤电缆组合件可以暴露于可能潜在地对光纤电缆组合件中运载的光纤有害的多种环境条件。而且，因为缓冲管和光纤在分接过程期间暴露，所以中跨度接入位置30更容易受到因光纤电缆组合件埋入在地下或挂装在柱上引起的机械损坏和环境条件的影响。因此，包含中跨度接入位置的光纤电缆组合件一般被形成为能够承受多种条件，包含一系列的操作温度(例如，-45℃到85℃之间)、湿度、紫外线辐射、真菌生长和化学暴露。电缆护套33保护大部分光纤电缆组合件10，而包覆模制件32被设计成保护中跨度接入位置30免受这些损坏和条件影响。在实施方案中，聚氨酯组合物用于产生包覆模制件32，且提供具有本文论述的有利性质中的一个或多个的包覆模制件。聚氨酯组合物是从与异氰酸酯反应的三种多元醇配制成。所述多元醇中的两种是聚醚多元醇。在一实施方案中，所述两种聚醚多元醇是聚环丁烷氧化物。在实施方案中，第一种聚环丁烷氧化物被选择为具有在65℃下在0.5cp与1.5cp之间的粘度，且在更特定实施方案中，第一种聚环丁烷氧化物被选择为具有在65℃下0.9cp的粘度。在实施方案中，第二种聚环丁烷氧化物被选择为具有在65℃下在3.5cp与4.0cp之间的粘度，且在更特定实施方案中，第二种聚环丁烷氧化物被选择为具有在65℃下4.0cp的粘度。这些聚环丁烷氧化物展现与例如聚乙烯等电缆护套材料的强结合，且在零下温度下展现优良的机械性能。此外，聚环丁烷氧化物在与异氰酸酯、尤其是mdi组合时提供高水解稳定性。第三种多元醇是具有多羟基官能团的酯。酯多元醇在固化时形成交联结构，这可帮助密封剂在高温下维持其机械性质。而且，通过此交联结构，密封剂拥有高强度和硬度，使得其展现对长期应力下的变形的强抵抗力。在特定实施方案中，酯多元醇是基于蓖麻油的多元醇，例如t-400(凡特鲁斯专业公司，vertellusspecialtiesinc.)。在实施方案中，基于蓖麻油的多元醇具有400的羟值。在另外的实施方案中，基于蓖麻油的多元醇具有在25℃下1500cp的粘度。三种多元醇形成聚氨酯组合物的第一部分。聚氨酯组合物的第二部分是二异氰酸酯预聚物。二异氰酸酯与多元醇反应而形成聚氨酯材料的氨基甲酸酯键。在一实施方案中，二异氰酸酯是mdi；然而，也可以利用其它二异氰酸酯，包含甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯等等。在包含mdi作为预聚物的聚氨酯组合物的特定实施方案中，mdi具有13的％nco含量和在45℃下800cp的粘度。包含三种多元醇的第一部分和包含二异氰酸酯的第二部分以第一部分与第二部分按重量计1:1与2:1之间的比率组合。在具体实施方案中，多元醇的第一部分和二异氰酸酯的第二部分以第一部分与第二部分按重量计1.7:1的比率组合。在实施方案中，聚氨酯组合物包含额外的添加剂以增强聚氨酯组合物的某些方面。在某些实施方案中，将保护聚氨酯免于uv曝光的添加剂添加到聚氨酯组合物，包含炭黑、金红石型氧化钛、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并三氮唑和受阻胺光稳定剂。在其它实施方案中，添加吸湿添加剂，例如uopl-膏(uop，llc)，以减少在固化期间气泡的形成。在另外的实施方案中，添加硅烷化合物，例如silquesta-l120(迈图高性能材料公司，momentiveperformancematerials,inc.)，以改进交联且增强聚氨酯组合物与电缆护套表面之间的结合。在再其它实施方案中，将例如杂环防霉剂(例如，来自ferro公司的micro-chek11)的防霉剂添加到聚氨酯组合物以防止真菌生长。另外，经处理的粘土可以用作填充材料且改善聚氨酯组合物的硬度。再者，可以包含催化剂，例如锡催化剂，以控制多元醇和二异氰酸酯的反应。在各种实施方案中，单独地或彼此组合地添加添加剂。示例第一部分(即，硬化剂)组合物是以下表1中列出的按重量计的组分和份数制成。按重量计的份数包含每一组分的量的边界极限。表1.硬化剂组合物第二部分(预聚物)是具有13的％nco含量和在45℃下800cp的粘度的mdi。第一部分(硬化剂)和第二部分(预聚物)是以按重量计1.7:1的混合比率反应。聚氨酯经受使用未老化和老化样本的多种机械和化学测试。所述测试包含光纤电缆护套粘合、在紫外线光暴露之后的拉伸应变和应力，以及在暴露于多种化学品之后的拉伸应变和应力。护套粘合测试提供关于聚氨酯组合物与由聚乙烯构成的光纤电缆的护套之间的结合强度的信息。用于每一测试电缆的光纤电缆护套表面被沙化且接着用酒精擦拭以移除碎屑。当光纤电缆护套表面干燥时，将氯化聚烯烃的底漆施加于护套表面。将制备的光纤电缆各自对准于具有1.5”直径的6”长pvc管的中心。将聚氨酯组合物围绕光纤电缆模制于pvc管的内侧上。以此方式制备十一个样本，且允许全部十一个样本在室温下固化。六个样本随后根据telcordiagr-3122-core老化。此工业标准老化工艺涉及三天的在85℃下的热老化，接着是七天的从65℃和95％湿度到-40℃的温度与湿度循环(即，湿度设定于在65℃时为95％且在所有其它温度下保持波动)。telcordiagr-3122-core老化标准提供关于包覆模制材料承受会严重损害光纤电缆护套与包覆模制材料之间的结合的条件的能力的信息，所述严重损害是由于热和湿气造成材料变形和降级从而影响结合。接着，使用instron拉伸测试器，尝试从聚氨酯组合物拉动光纤电缆。图3描绘光纤电缆与聚氨酯组合物之间的结合力测量，即，从聚氨酯组合物拉动光纤电缆所需的力的量。在未老化样本中，结合太强而使得在五个样本中的三个样本中，在光纤电缆护套与聚氨酯组合物之间的结合的失效之前光纤电缆护套失效。在老化样本中，结合力平均超过400lbf，仅一个样本结合失效低于400lbf。聚氨酯组合物与电缆护套之间的强结合强度是聚氨酯组合物的组分之间的若干相互作用的结果。首先，两种聚醚多元醇，具体来说聚环丁烷氧化物，与mdi组合展现了对水解降解的强抵抗力。另外，基于蓖麻油的多元醇在与mdi组合时产生交联结构，其允许pu在高温下具有优良的维度稳定性。此外，silquesta-1120是二氨基功能硅烷，其促进密封剂与电缆之间的粘合。当二氨基功能硅烷与具有较好抗湿性质的底漆组合时，所述组合可以防止湿气渗透进入光纤电缆护套与聚氨酯组合物之间的结合区域，从而避免结合分层。通过在teflon模具中混合和铸造聚氨酯组合物而将另外的样本模制成标准类型iv拉伸测试条(astmd638)。在室温下使样本固化至少24小时，然后测试聚氨酯组合物的机械性质。在无任何老化的情况下测试五个样本的在断裂时的拉伸应变和应力。剩余样本在测试之前经受多种环境和化学老化。在测试聚氨酯组合物的环境响应时，根据telcordiagr-3122-core，将五个样本放置于配备uvb-313灯(313nm的波长)的紫外线腔室中达2160小时(90天)。除了紫外线光暴露之外，循环湿气和温度以模拟室外环境条件。为了满足telcordiagr-3122-core的标准，当与未老化样本相比时，样本不应具有大于20％的在断裂时的拉伸应力或应变的减少。图4和5分别针对未老化和紫外线老化样本提供在断裂时的拉伸应变和在断裂时的拉伸应力的图形表示。应注意，老化的聚氨酯组合物经历极少的在断裂时的拉伸应变的减少和在断裂时的拉伸应力的仅18％减少。18％减少低于telcordia标准，且也小于其它标准包覆模制材料经历的减少的一半。优良的紫外线暴露性能潜在地归因于紫外线光吸收剂(在此情况下为炭黑)和具有良好的紫外线光抵抗性质的聚醚多元醇的使用的组合。为了评估其耐化学性，将五个样本浸入四种不同的化学品0.2nnaoh、煤油、10％igepal和按重量计3％h2so4中达一个星期(168小时)。图6和7分别示出在化学浸没之后和之前在断裂时的拉伸应变和应力。如图6和7中展示，聚氨酯组合物展现出对煤油、igepal和h2so4的强抵抗力。聚氨酯组合物在naoh浸没下经历最大的在断裂时的拉伸应变和应力的减少。然而，即使鉴于此减少，聚氨酯组合物也仍具有比测试的其它标准包覆模制材料高的在断裂时的拉伸应变。测量聚氨酯组合物的另外的机械性质。使用肖氏硬度计来测量聚氨酯组合物的硬度。根据astmg21检查真菌抵抗力，且使用ares平行板流变仪测量密封胶在25℃下的固化进度。此外，使用q20dsc(ta仪器公司)通过差示扫描量热法测量密封胶的玻璃转变温度。根据上文论述的方法针对未老化的样本测试在断裂时的拉伸应变和应力，且所述测量也用于计算韧性。所描述机械性质的测得值在下表2中展示。表2.聚氨酯组合物的机械性质性质测量固化时间约430秒硬度70肖氏硬度玻璃转变温度-46.5℃真菌抵抗力(astmg21)0-无在断裂时的拉伸应变459.2％在断裂时的拉伸应力6.6mpa韧性15.05mpa在实施方案中，玻璃转变温度是用于包覆模制件的聚氨酯组合物的重要性质。提供低玻璃转变温度，尤其低于-40℃，有助于在冷天气下和极端环境中在安装期间维持光纤电缆组合件的柔性。否则，包覆模制件可能在安装期间变脆和破裂，从而使光纤电缆组合件的脆弱分接区暴露于环境和化学侵蚀。聚氨酯组合物的温度响应是另一重要性质。举例来说，当聚氨酯组合物经历大的温度改变(即，例如分别在夏季和冬季天气中可能经历的40℃到-40℃的温度改变)时，光纤电缆护套与聚氨酯包覆模制件之间将形成剪切应力，原因在于这两种材料的热膨胀系数之间的差异。另外，大的温度改变会造成突然的体积改变，原因在于周围介质(例如，水)的相变。为了补偿温度的改变引起的剪切应力，聚氨酯组合物拥有-46.5℃的玻璃转变温度，且在热循环范围(85℃到-40℃)中，聚氨酯组合物总是处于橡胶状态，从而由于在温度范围中经历的大的体积改变而帮助结合保持完整。在断裂时的拉伸应变和应力各自显著高于测试的其它标准包覆模制材料。在断裂时的拉伸应变比标准包覆模制材料高超过300％，且在断裂时的拉伸应力比标准包覆模制材料高几乎3倍。在断裂时的拉伸应变和应力的改进提供了韧性比标准包覆模制材料的类似极大的改进(高超过8倍)。特定来说，韧性是包覆模制件的重要性质，因为韧性决定了包覆模制件的冲击抵抗力，即，包覆模制件吸收冲击能量而不断裂的能力。图9描绘用于形成中跨度接入位置30的包覆模制件32的模具50。模具50包括两个半部50a和50b，其围绕分配电缆组合件10的中跨度接入位置30夹持在一起从而界定被注入聚氨酯组合物的腔。所述两个半部50a、50b可以使用合适的扣件51紧固在一起，所述扣件例如螺钉或螺栓。模具50进一步界定扇形凹陷部52，用于接纳分配电缆20和系栓电缆22。在一实施方案中，用底漆处理分配电缆20和系栓电缆22以增强聚氨酯组合物与电缆护套33之间的粘合。在特定实施方案中，底漆是氯化聚烯烃。有利地，聚氨酯组合物较强地粘附到电缆护套33而不必在将聚氨酯组合物形成为包覆模制件32之前对电缆护套33进行焰流处理，这避免了对耗时、费力且危险的焰流处理工艺的需要。另外，不同于仅使电缆护套33接纳包覆模制件32短短几分钟的焰流处理，底漆处理使制备的光纤电缆组合件接纳包覆模制件32数天。在分配电缆组合件10定位于模具中之后，注入聚氨酯组合物且保持一段时间进行固化。随后，可以解除或移除扣件51，使得两个半部50a、50b可以分离，且具有包覆模制件32的光纤电缆组合件10可以从模具50移除。除非另外明确陈述，否则绝不希望本文阐述的任何方法被解释为要求所述方法的步骤按特定次序执行。因此，在方法权利要求并未实际陈述按其步骤遵循的次序或者在权利要求或说明书中未另外具体陈述步骤限于特定次序的情况下，绝不希望推断出任何特定次序。另外，如本文使用，冠词“一”希望包含一个或多于一个组件或元件，且不希望解释为意味着仅仅一个。本领域的技术人员将了解，在不脱离所公开实施方案的精神或范围的情况下可以做出各种修改和变化。由于本领域的技术人员可能想到带有实施方案的精神和实质的对所公开实施方案的修改、组合、子组合和变化，因此所公开实施方案应当解释为包含属于所附权利要求书及其等效物的范围内的任何事物。当前第1页12