专利名称：限燃光导纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及夹层(plenum)电缆，更具体地说，本发明涉及限燃纤维光缆。
背景技术：
历史上，安全专家们曾经关心过安装在管道夹层、天花板空穴(ceilingcavity)夹层和活地板夹层中的电缆。典型地，整幢建筑物中的空气通过夹层循环。因而，在这种夹层中使用的全部材料的火焰和烟尘特性是至关紧要的。
测定电缆性能的一个例子是基于由保险商实验室(UnderwriterLaboratories)建立的通常称为斯坦纳隧道试验(Steiner Tunnel test)并参考作为NFPA 262的方法。
然而，应迅速发展的远程通信需求，在建筑物内空气流动的空间中已大量积累电缆的敷设。结果，保险商实验室(UL)已开发了一种用于电缆产品的协定主体大纲2424(Outline of Understanding subject 2424)，该电缆产品符合根据NFPA 90A(2002年版)的用于天花板空穴及活地板夹层的限燃(Limited Combustible)材料的表面燃烧及放热要求。这种电缆也符合国家电气规程(National Electrical Code)第725、760、770、800、820及830条的规定。
用于空气调节及通风系统装置(Installation of Air Conditioning andVentilating Systems)的1999年标准(1999 Standard)(NFPA 90A)要求，所有曝露于流动空气的材料，当按照NFPA 255测试时，应当不可燃或者具有最大冒烟指数(smoke developed index)为50的限燃的，NFPA 255为建筑材料表面燃烧特性的标准测试方法(Standard Method of Test of SurfaceBurning Characteristics of Building Materials)。
该要求的一个例外情况是容许电线和电缆安装在这些空间中，如果该电线和电缆当按照NFPA 262测试时满足特定的火焰传播及烟尘光密度限制，NFPA 262为用于空气调节空间的电线和电缆火焰传播及烟尘的标准测试万法(Standard Method of Test for Flame Travel and Smoke of Wires andCables for Use in Air-Handling Spaces)。该例外特性包括展焰性最大为5英尺、峰值光密度极限为0.5以及平均光密度极限为0.15的要求，然而，用于自动消防系统装置(Installation of Sprinkler System)的独立标准NFPA 13-02要求，当它们不可燃或者限燃时，可使用夹层区域而无需洒水器保护。该标准要求，隐蔽空间如包含暴露的可燃物的夹层应使用具有特定洒水器配置的低火险自动消防系统保护。
因此，为满足更加严厉的耐火性要求和避免额外的洒水器安装，需要有符合或者超过如上所述NFPA 255/NFPA 259要求的限燃纤维光缆。
发明内容
根据本发明的一个实施方案，提供了一种限燃纤维光缆，该限燃纤维光缆包括在松套管(loose tube)排列中的多根光导纤维，其中一根或多根松套管通过有低烟、阻燃热塑性塑料制成的外涂层限定。然后，这些管以由热塑性材料制成的总管鞘覆盖。将也由低烟阻燃热塑性塑料制成的外层套配置于该管鞘上。外层套和管鞘之间的空隙用呈现低烟阻燃特性的加强材料填满。
按照本发明的一个实施方案，管材料和外层套材料由阻燃、含氟聚合物绝缘组合物制成，该组合物包括含氟聚合物基聚合物和纳米粘土(nonoclay)添加剂。所述含氟聚合物基聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)碳氟化合物、氟化乙烯/丙烯(FEP)碳氟化合物、全氟烷氧基(PFA)碳氟化合物、乙烯四氟乙烯(ETFE)含氟聚合物、聚偏二乙烯(PVDF)含氟聚合物、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)含氟聚合物以及氟-氯化均聚物、共聚物和三元共聚物。所述纳米粘土添加剂选自合成硅酸盐蒙脱土、天然层状硅酸盐蒙脱土以及层状铝硅酸盐(alumnasilicate)。按照本发明的一个实施方案，所述加强材料由芳族聚酰胺材料制成。用作加强材料的示例性材料是Kevlar或者Twaron。
按照本发明的其他实施方案，其他加强材料包括陶瓷和耐火纤维例如氧化铝、具有优选苏打含量的玻璃纤维如S-玻璃纤维，以及基于有机碳的纤维，或者用不同材料制成的强力件(strength member)纤维的组合制造的纤维。
按照上述材料制造的光纤电缆作为限燃电缆通过了NFPA 255和NFPA259要求。
图1A为本发明一个实施方案的光纤电缆横截面。
图1B为本发明另一实施方案的光纤电缆横截面。
图2为本发明一个实施方案的光纤电缆侧视图。
具体实施例方式
图1A阐明根据本发明一个实施方案的光纤电缆10的横截面。如图所示，多根光导纤维12置于管14内。加强件16包围所述管子，以提供保护，防止偶然的纵向形变。外层套18包围整个电缆组件。
按照本发明的一个实施方案，纤维12是突变折射率单模光纤或者渐变折射率(graded index)多模光纤，其具有保护性UV固化的丙烯酸酯涂层。纤维的涂层直径约为245+/-10μm。
松套管14包括缓冲套材料，该材料呈现低烟、阻燃特性。管缓冲套的外径约为3mm，并基于不同的纤维特性进行彩色编码。通常，管缓冲套涂以紫外线UV固化的着色剂。
按照本发明的一个实施方案，管缓冲套由根据美国专利6,797,760的无滴阻燃含氟弹性体绝缘组合物制成，该专利在此引入作为参考。用于这种管缓冲套的示例性组合物可从AlphaGary Corporation，MA(USA)得到，其商标名称为Smokeguard FP108。更具体地说，该管缓冲套包括含氟聚合物基聚合物和纳米粘土添加剂，其中该组合物的限氧指数在45.5％至62％范围内。
此外，所述含氟聚合物基聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)碳氟化合物、氟化乙烯/丙烯(FEP)碳氟化合物、全氟烷氧基(PFA)碳氟化合物、乙烯四氟乙烯(ETFE)含氟聚合物、聚偏二乙烯(PVDF)含氟聚合物、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)含氟聚合物以及氟-氯化均聚物、共聚物和三元共聚物。
除了上述那些材料之外，按照本发明的一个实施方案，所述管缓冲套还包括烯烃聚合物，该聚合物选自极低密度聚乙烯(VLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)以及乙丙橡胶(EPR)。
按照本发明的另一实施方案，所述烯烃聚合物选自基于乙烯的均聚物、共聚物及三元共聚物。
按照本发明的又一实施方案，所述烯烃聚合物中的至少一种是交联的，例如使用有机过氧化物交联的。
按照本发明的再一实施方案，所述缓冲套材料还包括乙酸酯树脂和丙烯酸酯树脂中的一种，该乙酸酯树脂和丙烯酸酯树脂选自由乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)及乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)。
根据本发明其他实施方案的组合物包括聚氯乙烯树脂和烯烃聚合物；以及醋酸酯树脂和丙烯酸酯树脂中的一种。
最后，所述纳米粘土添加剂选自合成硅酸盐蒙脱土、天然层状硅酸盐蒙脱土及层状铝硅酸盐。按照本发明的一个实施方案，所述纳米粘土添加剂的单个小片直径约为1μm，并经化学改性以提高疏水性。
所述组合物还可包括填料，该填料选自金属水合物(hydrate)、氧化物、碳酸盐、滑石、粘土、钼酸盐、硼酸盐、锡酸盐、炭黑、硅酸盐及磷酸盐。还可包括其他添加剂如选自抗氧化剂、颜料及润滑剂的物质。
按照本发明的另一实施方案，所述管缓冲套由如美国专利6,743,865中公开的热塑性非弹性体的多相聚合物共混物制成，该专利在此引入作为参考。这种材料可得自Atofina Chemicals，Inc.。
根据本发明的这个实施方案的管缓冲套组合物，包括基于偏二氟乙烯的共聚物和至少一种其他聚合物，该其他聚合物选自聚偏二氟乙烯均聚物以及基于偏二氟乙烯的共聚物。此外，该材料可包括基于多相的(heterogeneous)偏二氟乙烯的共聚物。
根据本发明的一个实施方案的加强件16由芳族聚酰胺材料制成。用作加强材料的示例性材料是芳族聚酰胺纤维，它可按商品名Kevlar或者Twaron得到。应注意到，虽然使用芳族聚酰胺纤维不指望通过耐燃性试验，但按照本发明的原理，使用芳族聚酰胺纤维已显著地导致光纤电缆结构，该光纤电缆结构通过NFPA 255限定的、烟指数小于50的限燃性要求。
根据本发明的其他实施方案的其他加强材料包括陶瓷纤维，如对于超过2000℃的温度稳定的氧化铝。此外，使用这种材料导致按照NFPA 255的测试要求烟指数小于50的光纤电缆。
根据本发明的另一实施方案的其他加强材料还包括苏打含量适宜的玻璃纤维，例如在S-玻璃中所发现的那些。
此外，根据本发明的另一实施方案的其他加强材料包括基于有机碳的纤维和石英纤维。
按照本发明的另一实施方案，加强材料是上述各种材料的组合物。例如，制备由芳族聚酰胺和氧化铝Saffil制成的组合物，以用作加强材料。同样，制备由氧化铝Saffil和碳纤维制成的组合物用于相同的目的。作为选择，制备由氧化铝Saffil和S-玻璃纤维组成的组合物。
外套层18也由与对于上述缓冲管套14同样的材料制成。
光纤电缆10按照本领域熟练技术人员公知的挤塑技术来制造。按照本发明的一个实施方案，纤维的工作温度在-20℃至+70℃的范围内。所述光纤电缆包括在装配过程中最小半径约为9.9cm，和之后约为6.6cm。也可制造其以遵照各种TIA/EIA要求如FOTP-41、FOTP-25、FOTP-104和TIA/EIA568.B.3。
而且，尽管上述实施方案主要涉及松套管光导纤维排列，但本发明不局限于此范围。例如，也可采用本领域熟练技术人员公知的并根据本发明另一实施方案如图1B中所示的紧密缓冲纤维。因此，采用紧密缓冲纤维30代替图1A中的松套管纤维。
实施例表1说明了基于在拟取得限燃资格的各种光纤电缆上进行的UL测试的测试结果。
表I如表中所示，在NFPA 255要求下测试少数样品的光导纤维10。因此，第一样品C-1是以Smokeguard FP108松套管和总电缆套制造的松套管排列，该电缆中使用E-型玻璃强力件。该样品未通过NFPA255试验。
应注意到，作为其测试方法之一的NFPA 255要求光导纤维的烟指数在裂缝和无缝排列两者下测量。因此，在无缝排列中的样品A、B和D通过NFPA 255试验，而当该电缆有缝时，它们未通过该试验，如表1中所示，。因此，电缆A虽是电缆C-1的复制，但是光导纤维数从6减到2。电缆B有6个OF单元，松散管和套由Smokeguard FP108制成，而所述加强件为12×3010玻璃纤维。电缆D与电缆B相同，但具有12×785玻璃加强件。
如所示的样品，A2、B2和C在有缝和无缝排列两者下都通过NFPA 255试验，如表1中所示。电缆A2为紧密缓冲构造，具有围绕3×1500旦尼尔聚芳基酰胺纤维排列的6×900μm光导纤维单元。9×1500旦尼尔聚芳基酰胺纤维围绕6×光导纤维单元排列。总FP108套围绕这些组分，以形成外套。B2为制成与A2相同结构零件的紧密缓冲，但仅有2×900μm光导纤维单元。电缆C为松散管结构，具有外径为0.12英寸、壁厚为0.020英寸、内径为0.080英寸的内套。所述内套包括6×250μm光导纤维单元，且它本身被12×1500旦尼尔芳族聚酰胺单元围绕。这种结构的外套，其外径为0.225英寸，壁厚为0.022英寸。对每个电缆A2/B2/C，内套和外套均用FP108制成。
因此，依照本发明的各个方面，已提供了符合NFPA 255要求的限燃光纤电缆。这些纤维能够提供充分改进的防火安全特性，且可用于夹层区域，而无需自动消防系统。
权利要求
1.一种限燃光导纤维，包括在松套管排列中的多根光导纤维；由阻燃材料制成的缓冲管套；围绕所述缓冲管套的加强件，该加强件由芳族聚酰胺纤维制成；以及围绕所述加强件的外层套，其中所述缓冲管套和所述外层套由包括含氟聚合物基聚合物和纳米粘土添加剂的组合物形成。
2.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件由TwaronTM制成。
3.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件由陶瓷纤维制成。
4.权利要求3所述的光导纤维，其中所述陶瓷件由氧化铝纤维SaffilTM制成。
5.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件由S-玻璃纤维制成。
6.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件由有机基纤维制成。
7.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件是由氧化铝Saffil和芳香族聚酰胺制成的组合物。
8.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件是由氧化铝saffil和碳纤维制成的组合物。
9.权利要求1所述的光导纤维，其中所述加强件是由氧化铝Saffil和S-玻璃纤维制成的组合物。
10.一种限燃光导纤维，包括在松套管排列中的多根光导纤维；由阻燃材料制成的缓冲管套；围绕所述缓冲管套的加强件，该加强件由芳族聚酰胺纤维制成；以及围绕所述加强件的外层套，其中所述缓冲管套和所述外层套由包括含氟聚合物基聚合物和纳米粘土添加剂的组合物形成，这样使得所述限燃纤维通过NFPA 255/NFPA 259测试要求。
11.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件由KEVLARTM和TwaronTM制成。
12.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件由陶瓷纤维制成。
13.权利要求12所述的光导纤维，其中所述陶瓷件由氧化铝SaffilTM制成。
14.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件由S-玻璃纤维制成。
15.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件由有机基纤维制成。
16.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件是由氧化铝Saffil和芳香族聚酰胺制成的组合物。
17.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件是由氧化铝Saffil和碳纤维制成的组合物。
18.权利要求10所述的光导纤维，其中所述加强件是由氧化铝Saffil和S-玻璃纤维制成组合物。
19.一种限燃光导纤维，包括在紧密缓冲排列中的多根光导纤维，该紧密缓冲排列涂有阻燃材料；围绕所述紧密缓冲的加强件，该加强件由芳族聚酰胺纤维制成；以及围绕所述加强件的外层套，其中所述用于紧密缓冲排列的涂层及所述外层套由包括热塑性的、非弹性体的多相聚合物共混物的组合物形成，所述共混物包括基于偏二氟乙烯的共聚物和选自聚偏二氟乙烯均聚物和基于偏二氟乙烯的共聚物的至少一种其他聚合物，这样使得所述限燃纤维通过NFPA 255/NFPA 259的测试要求。
20.权利要求19所述的光导纤维，其中所述加强件由KEVLARTM和TwaronTM制成。
21.权利要求19所述的光导纤维，其中所述加强件用陶瓷纤维制成。
22.权利要求21所述的光导纤维，其中所述陶瓷件由氧化铝，SaffilTM制成。
23.权利要求19所述的光导纤维，其中所述加强件由S-玻璃纤维制成。
24.权利要求19所述的光导纤维，其中所述加强件由有机基纤维制成。
全文摘要
一种限燃光导纤维包括在松套管或紧密缓冲排列中的多根光导纤维。例如，缓冲管套用阻燃材料制成。由芳族聚酰胺纤维制成的加强件围绕该缓冲管套。外层套围绕该加强件，其中该缓冲管套和外层套由包括含氟聚合物基聚合物和纳米粘土添加剂的组合物制成，这样使得该限燃纤维通过NFPA 255/NFPA 259的测试要求。
文档编号G02B6/44GK1975488SQ200610074679
公开日2007年6月6日 申请日期2006年4月10日 优先权日2005年4月8日
发明者杰克·罗斯科, 劳伦斯·莱奇 申请人:尼克桑斯公司