专利名称：具有玻璃光纤增强的建筑物内光缆和制造该光缆的方法
技术领域：
本发明一般涉及室内通信光缆，具体涉及玻璃光纤增强的建筑物内光缆。
背景技术：
光缆通常用于提供各种室内和室外通信系统中的电子通信。一种类型室内光缆，通常称之为建筑物内光缆，天花板隔层光缆，或引上光缆，是由缓冲光纤和阻燃聚合物护套内包含的松包增强芳族聚酰胺光纤构成。芳族聚酰胺光纤通常有涂层，用于防止光纤生产期间的磨损。
芳族聚酰胺光纤在建筑物内光缆中有许多重要的功能。第一，芳族聚酰胺光纤在安装过程期间具有一些抗拉强度。第二，芳族聚酰胺光纤作为垫层和空间填料，用于保护和悬浮聚合物护套内的松包光纤。第三，芳族聚酰胺光纤可以防止光纤粘附到聚合物护套壁。
在建筑物内光缆中使用芳族聚酰胺光纤的一个问题是，在某些易燃情况下，芳族聚酰胺光纤可能增加产生火和烟的燃料。这是由于芳族聚酰胺光纤是有机光纤。
所以，最好是，提供这样一种方法，它可以减小或消除建筑物内光缆所用增强光纤中产生火或烟的可能性，而同时保持增强光纤的结构和保护属性。最好是，建筑物内光缆中所用的增强光纤不会形成带状，或形成管束，使聚合物护套内的光纤弯折。这种弯折可能导致光纤衰减，从而限制光纤传输光信号的能力。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种减小或消除建筑物内光缆所用增强光纤中产生火或烟可能性的方法，而同时保持室内通信光缆中所用增强光纤的结构和保护属性。
实现以上目的是利用浸润玻璃增强光纤代替建筑物内光缆中的芳族聚酰胺光纤。由于玻璃光纤是无机的，它不是有机的，这些光纤可以减小建筑物内光缆中产生火或烟的可能性，这对于室内通信光缆是特别有利的，例如，商用或住宅楼房中使用的建筑物内光缆。
此外，与芳族聚酰胺光纤比较，玻璃光纤提供类似的结构和保护特性。第一，玻璃光纤在安装过程期间具有一些抗拉强度。第二，玻璃光纤作为垫层和空间填料，用于保护和悬浮聚合物护套内的松包光纤，从而减小光纤的衰减。第三，玻璃光纤防止光纤粘附到聚合物护套壁。第四，由于玻璃光纤是非带状的(分别浸润绞合，而不成束或成捆)，它们可以在芳族聚酰胺光纤内部和松包光纤周围提供均匀的绝缘。第五，安装玻璃光纤增强光缆是优选的，因为利用安装工具不容易使芳族聚酰胺光纤被切割。
在研究以下的详细描述和所附权利要求书以及参照附图之后，本发明的其他目的和优点是显而易见的。
图1是按照本发明优选实施例的建筑物内光缆透视图；图2是沿图1所示建筑物内光缆中直线2-2的剖面图；和图3是制成按照本发明优选实施例建筑物内光缆的逻辑流程图。
具体实施例方式
参照图1和图2，用于室内通信系统的建筑物内光缆的总体标记为10。建筑物内光缆10基本上是由多条随机放置的紧包缓冲光纤12和阻燃聚合物护套16内包含的多条松包玻璃光纤14构成。
光纤12是由玻璃，塑料或其他熟知透明材料制成的细长柔性光纤构成。最好是，光纤12是由熔凝石英制成并用作传输光形式信息图像的通路。最好是，光纤12是紧包缓冲并涂敷丙烯涂层的光纤。
阻燃聚合物护套16在本领域中也是众所周知的，它可以由防水和防火的各种聚合物制成。最好是，护套16是由聚氯乙烯(PVC)薄层制成。在另一些实施例中，护套16可以由聚乙烯薄层形成，它包含诸如金属水合物的非卤化阻燃剂。可以用作金属水合物的一个例子是氢氧化铝。
松包玻璃光纤14有许多重要的功能。第一，玻璃光纤14在安装过程期间具有一些抗拉强度。第二，玻璃光纤14作为垫层和空间填料，用于保护和悬浮聚合物护套16内的松包光纤12。第三，玻璃光纤防止光纤粘附到聚合物护套壁。第四，因为玻璃光纤是无机的，在有热源或电火化的情况下，与诸如芳族聚酰胺光纤的传统有机光纤不同，它们不产生烟或火。因此，它可以作为防火墙。在本发明建筑物内光缆10大都用在室内装置的情况下，例如，住宅或商用楼房，这种防火墙是特别重要的。
玻璃光纤14最好是单端E-玻璃无捻光纤，或型号30无捻光纤，它可以缠绕成通常用于馈送光缆制造设备的形式。然而，也可以利用其他类型的玻璃光纤。这些玻璃光纤基本上包括无硼玻璃光纤(例如，可以从Owens Corning公司购买的Advantex玻璃光纤)，S-玻璃或其他高强度玻璃光纤(例如，ZenTron玻璃光纤，Advanced Glassfiber Yarns，LLC制造)，E-CR玻璃，或任何其他类型玻璃，只要它们能满足光缆的基本抗拉强度，挤压，冲击，和阻燃要求。
保护光纤14是利用有许多重要功能的浸润(sizing)。第一，浸润可以使光纤14馈送通过光缆制成过程，而不会磨损光纤14，通常称之为模糊化。此外，浸润有助于减小玻璃光纤14形成带状，带状可以引起光纤12的衰减或缠绕，它妨碍或限制各个光信号的传输。浸润还可以使玻璃光纤14更均匀地分布在光纤12的周围和聚合物护套16内，它有助于保护光纤12。
用于玻璃光纤14上的浸润成分包含至少一种成膜剂和一种润滑剂，成膜剂与润滑剂的最佳重量比在约1∶1至约1∶6之间。浸润成分的涂层最好不超过浸润成分和玻璃光纤组合重量的2.0％，理想的是在浸润成分和玻璃光纤组合重量的约0.2％与0.9％之间。这样做是为了限制可能发生的烟和火，因为浸润成分是出现这种情况的潜在燃料。
最好是，成膜剂包括防水热塑或热固柔性聚合物。成膜剂的功能是保护和韧化玻璃光纤14。成膜剂还起辅助加工的作用。利用本领域熟知的任何数目的不同应用以添加成膜剂，例如，浸渍或喷射，添加浸润到玻璃纤维粗纱。成膜剂必须能乳化，溶解或悬浮在含水介质中。一种优选的成膜剂是环氧基成膜剂。然而，还可以设想其他的聚合物材料，例如，聚氨酯和聚乙烯。在聚乙烯的情况下，通常添加诸如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的另一种成膜剂，用于防止溶液中聚乙烯聚合物的粘附性。
润滑剂通常是非离子材料，其功能是增塑成膜剂。润滑剂可以由一种或多种浸润成分领域已知的商品化润滑材料构成。例如，通常利用硬脂酸酯和油酸酯聚乙二醇和其他的非离子石油基润滑剂。
此外，可以把其他的添加剂加入到浸润成分中以提高处理能力。例如，可以添加硅烷或甲基丙烯氧基硅烷，其功能是韧化玻璃光纤14的表面，并提供玻璃光纤14粘合到浸润成分的反应活性部位。为了有助于水解硅烷，可以添加醋酸，其中pH值调整到4.5左右。此外，PVP可以添加到非聚乙烯基的浸润成分中，用于保护和韧化玻璃光纤14，增加玻璃光纤14的绞合(strand)完整性和坚硬度，和/或减小或消除光纤之间粘合。
在本发明一个优选实施例中，用于玻璃光纤14的优选浸润成分例子在以下表1中所示。
表1
为了形成表1中所示的浸润成分，制备六个预混合料。在第一个预混合料中，一部分去离子水与醋酸和甲基丙烯氧基硅烷混合。在第二个预混合料中，制备成膜剂树脂，即，环氧树脂。在第三个预混合料中，一部分去离子水与单油酸聚乙二醇和单异硬脂酸聚乙二醇混合。虽然在表1中列出PEG 400，当然，可以利用其他分子重量的聚乙二醇，其中包括PEG 200，600，或800。在第四个预混合料中，另一部分去离子水与非离子石油润滑剂混合。在第五个预混合料中，一部分去离子水与聚乙烯基吡咯烷酮混合。在第六个预混合料中，一部分去离子水与硅烷混合。然后，把六个预混合料合成在一起以制成浸润成分。表1中浸润成分中成膜剂与润滑剂的比率是1∶4.78的绞合固体。
可以利用许多不同的方法制成建筑物内光缆10。一个优选方法是在图3中描述。首先，在步骤100，浸润成分加到玻璃光纤14。利用传统的辊式浸润器或通过连续的泵头浸润器，可以添加浸润成分。在任何一个方法中，当玻璃光纤牵引通过浸润器时，浸润成分涂抹到该光纤上。在利用辊式浸润器时通过控制压辊速度，或在利用连续的泵头浸润器时通过控制泵浦速率，就可以完成实验测定。
其次，在步骤110，浸润玻璃光纤14缠绕，干燥和制成在芯机上紧绕的方边或锥形封装，例如，线管，锥体，卷轴或绕线架。利用以下两种方法之一可以完成。在一种方法中，浸润玻璃光纤14缠绕到芯机上紧绕的方边或锥形封装，例如，线管，锥体，卷轴或绕线架。在另一种方法中，浸润玻璃光纤14缠绕成传统的成形封装，干燥并随后缠绕在成芯机上紧绕的方边或锥形外壳，例如，线管，锥体，卷轴或绕线架。
其次，在步骤120，制成光缆封装，或建筑物内光缆10。这是通过多步完成的。首先，利用直线拉丝机或专用器具，缠绕先前多条浸润玻璃光纤14。其次，光纤12缠绕成S-Z绞合形式，其中光纤12按顺时针方向缠绕一圈，再按反时针方向缠绕下一圈。重复这个过程，直至缠绕足够数量的光纤12，可以消除成品建筑物内光缆10的收缩或膨胀效应。其次，利用直线拉丝机或专用器具，再缠绕后续多条浸润玻璃光纤14。最后，利用管挤压过程形成聚合物护套16，从而制成建筑物内光缆10。
本发明提供用于室内通信光缆的另一种增强材料，例如，用于建筑物内光缆的增强材料。这些有玻璃光纤增强的新型建筑物内光缆非常适合于商用和住宅楼房。由于玻璃光纤是无机光纤，与芳族聚酰胺光纤不同，这些光纤可以减小建筑物内光缆内产生烟或火的可能性，此外，与芳族聚酰胺光纤比较，玻璃光纤具有类似的结构和保护特性。而且，玻璃光纤在安装过程期间具有一些抗拉强度。此外，玻璃光纤作为垫层和空间填料，用于保护和悬浮聚合物护套内的松包光纤。最后，玻璃光纤防止光纤粘附到聚合物护套壁。
虽然本发明的描述是通过几个优选的实施例，但是应当明白，本发明不受此限制，特别是在参照以上的描述之后，本领域专业人员可以对此作出各种改动。
权利要求
1.一种建筑物内光缆(10)，包括阻燃聚合物护套(16)；多条光纤(12)；和多条非带状无机光纤(14)，在减小或防止产生烟或火的同时，所述多条无机光纤用于保护和悬浮所述阻燃聚合物护套内的所述多条光纤。
2.按照权利要求1的建筑物内光缆，其中所述多条无机光纤中的每条光纤埋入在第一数量浸润成分内，所述浸润成分包括至少一种成膜剂和至少一种润滑剂。
3.按照权利要求2的建筑物内光缆，其中所述第一数量所述浸润成分足以防止所述多条无机光纤成带状，并包含0.1％至2.0％的所述多条无机光纤的绞线重量。
4.按照权利要求2的建筑物内光缆，其中所述至少一种成膜剂与至少一种润滑剂的比率是在所述多条无机光纤上沉积的绞合固体的1∶1与1∶6之间。
5.按照权利要求1的建筑物内光缆，其中所述阻燃聚合物护套选自有非卤化阻燃添加剂的聚氯乙烯护套和聚乙烯护套。
6.按照权利要求1的建筑物内光缆，其中所述多条无机光纤包括多条E-玻璃玻璃光纤。
7.按照权利要求1的建筑物内光缆，其中所述多条无机光纤选自多条E-玻璃光纤，多条E-CR玻璃光纤，多条基本无硼玻璃光纤，和多条S-玻璃玻璃光纤。
8.按照权利要求2的建筑物内光缆，其中所述至少一种成膜剂包括环氧树脂。
9.按照权利要求8的建筑物内光缆，其中所述至少一种成膜剂还包括聚乙烯基吡咯烷酮树脂。
10.按照权利要求2的建筑物内光缆，其中所述至少一种润滑剂选自非离子石油润滑剂，一油酸酯聚乙二醇，一异硬脂酸酯聚乙二醇，及其组合。
11.按照权利要求2的建筑物内光缆，其中所述浸润成分至少还有一种添加剂。
12.按照权利要求11的建筑物内光缆，其中所述至少一种添加剂选自甲基丙烯氧基硅烷材料和硅烷材料。
13.一种制成建筑物内光缆(10)的方法，该方法包括以下步骤制备浸润成分，所述浸润成分包括至少一种成膜剂和至少一种润滑剂；利用第一浸润器加第一数量的所述浸润成分到多条无机光纤(14)，所述浸润成分用于防止所述多条无机光纤成带状；缠绕第一数量的所述多条无机光纤到第一安装设备；在所述第一数量的多条无机光纤周围引入多条光纤(12)成s-z绞合形式；在所述多条光纤周围缠绕第二数量的所述多条无机光纤；和在所述第一数量和第二数量的所述无机光纤周围和所述多条光纤周围，加聚合物护套(16)，使所述多条光纤受到保护和悬浮在所述第一数量与第二数量的所述无机光纤之间。
14.按照权利要求13的方法，其中利用第一浸润器加第一数量的所述浸润成分到多条无机光纤的步骤包括利用辊式浸润器加第一数量的所述浸润成分到多条无机光纤。
15.按照权利要求13的方法，其中利用第一浸润器加第一数量的所述浸润成分到多条无机光纤的步骤包括利用连续泵头浸润器加第一数量的所述浸润成分到多条无机光纤。
16.按照权利要求13的方法，其中缠绕第一数量的所述多条无机光纤到第一安装设备的步骤包括缠绕第一数量的所述多条无机光纤到专用器具。
17.按照权利要求13的方法，其中缠绕第一数量的所述多条无机光纤到第一安装设备的步骤包括缠绕第一数量的所述多条无机光纤到直线馈线机。
18.一种减小多条无机光纤(14)成带状的方法，无机光纤(14)用于保护和悬浮建筑物内光缆(10)中的多条光纤(12)，从而减小由多条无机光纤引起多条光纤的衰减量，该方法包括以下步骤给多条无机光纤涂敷第一数量的浸润成分，所述浸润成分包括至少一种成膜剂和至少一种润滑剂，其中所述至少一种成膜剂与至少一种润滑剂的比率是在所述多条无机光纤上沉积的绞合固体的1∶1与1∶6之间。
19.按照权利要求18的方法，其中把所述第一数量的所述浸润成分减至最小，可以减小所述浸润成分燃烧时产生的烟或火量，而仍然足以防止所述光纤引入到建筑物内光缆期间所述无机光纤的模糊。
20.按照权利要求19的方法，其中所述第一数量的所述浸润成分包含0.1％至2.0％的所述多条无机光纤的绞线重量。
全文摘要
一种有多条无机光纤(14)的建筑物内光缆(10)，无机光纤(14)用于保护和悬浮聚合物护套(16)内的多条光纤(12)。无机光纤(14)，最好是玻璃光纤，不产生烟或火，因此，改进了建筑物内光缆中传统芳族聚酰胺光纤的增强材料。浸润成分加到无机光纤以防止无机光纤形成带状，从而避免诸如带状引起的光纤衰减，还可以使玻璃光纤均匀分布在光纤的周围，从而进一步保护该光纤。
文档编号C03C25/26GK1513124SQ02810823
公开日2004年7月14日 申请日期2002年5月28日 优先权日2001年6月1日
发明者詹姆斯·R·普里斯特, 理查德·N·莱曼, N 莱曼, 詹姆斯 R 普里斯特 申请人:欧文斯科尔宁格公司