专利名称：纤维光缆组合件的制作方法
纤维光缆组合件的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及处理高韧度纤维(例如芳族聚酰胺)的方法以及这种纤维在纤维光缆组合件中的使用。2.相关领域说明对位芳族聚酰胺纱线因其具有增强光通信电缆的作用而广为人知。由于线缆、增强纱线以及其它部件均包封在套管中，因此，希望防止因水进入套管中而导致包封在套管中的部件劣化。鉴于此，持续需要提供防止水进入光缆系统的解决办法。授予Willemsen的美国专利6，319, 558描述了一种制造纱线的方法,该纱线由超 吸收材料制成，该材料具有至少60的溶胀值并且具有亲水性，能够吸收并且保持大量水分；其中，该方法包括将水溶性预超吸收材料的水溶液涂覆到纱线上，然后将纱线干燥并且加热以使水溶性预超吸收材料交联或聚合为超吸收材料。授予Schoeck的美国专利6，500，541描述了包含超吸收性聚合物(SAP)颗粒的合成聚合物长丝，该聚合物颗粒通过可溶于醇的尼龙基料粘附到长丝表面。此类涂覆SAP的长丝可混入通信线缆中作为其组成成分以实现增强的防水功能。授予Chang等人的美国专利6，454，003提出了一种组合物,该组合物包含一种可膨胀的交联聚合物微粒，在非膨胀体积下，该微粒的平均粒度直径为约0. 05微米至约10微米，并且交联剂含量为约9，OOOppm至约200，OOOppm的稳定交联剂以及Oppm至约300ppm的非稳定交联剂。Long 和同事发表于 Materials Chemistry 第 I7 卷(第 34 号)第 35T75-358O 页的文章主要讨论了用于压印光刻的热可逆交联聚合物材料。发明概述本发明涉及用于形成纤维光缆组合件的方法，包括以下步骤(a)将涂覆有水不可渗透的热可逆交联聚合物涂层的具有150-12000分特的线密度、10-65克/分特的韧度、150-2700克/分特的模量、以及1_8%的断裂伸长率的第一增强纱线置于45-200°C的温度下足够长的时间以使保护性涂层通过键裂转化成水可溶胀的超吸收性聚合物；(b)将步骤(a)中获得的一根或多根第一增强纱线与一种或多种光学玻璃纤维透射介质组合；(C)将保护性套管施加于步骤(b)中获得的至少一个组合件上。发明详述第一增强纱线为了本文的目的，术语“纤维”被定义为相对柔韧、宏观上均匀并且在垂直于其长度方向的横截面上具有高的长宽比的主体。纤维的横截面可为任何形状，通常为圆形。这里，术语“长丝”可与“纤维”互换使用。纤维可具有任何长度。其可为连续长丝，通常为延伸一米或者更长的长丝。长丝作为复丝的一部分以不间断的方式纺织，旋拧在卷轴上，然后当其在卷轴上达到所需数量后被切断。适于本发明的第一增强纱线具有150-12000分特的线密度、10-65克/分特的韧度、150-2700克/分特的模量、以及1-8%的断裂伸长率。适于第一增强纱线长丝的聚合物材料包括聚酰胺、聚唑以及它们的混合物。当聚合物为聚酰胺时，优选芳族聚酰胺。术语“芳族聚酰胺”是指其中至少85%的酰胺键(-C0NH-)直接连接到两个芳族环的聚酰胺。适用的芳族聚酰胺纤维描述于 Man-Made-Science and Technology,第 2 卷，名称为 “Fibre-Forming AromaticPolyamides” 的章节第 297 页，ff. Black 等人，Interscience Publishers, 1968 年。优选的芳族聚酰胺为对位芳族聚酰胺。优选的对位芳族聚酰胺为被称为Pro-T的聚(对苯二甲酰对苯二胺)。所谓PPD-T，是指由对苯二胺和对苯二甲酰氯的等摩尔比聚合反应所得的均聚物，以及少量其它二胺与对苯二胺和少量其它二甲酰氯与对苯二甲酰氯的结合所得的共聚物。作为一般原则，其它二胺和其它二甲酰氯的使用量至多可为对苯二胺 或对苯二甲酰氯的约10摩尔％，或者可能略高，唯一的前提条件是其它二胺和二甲酰氯不含干扰聚合反应的活性基团。Pro-T也指由其它芳族二胺和其它芳族二甲酰氯结合所得的共聚物，所述二酰氯为例如2，6-萘二甲酰氯或者氯代或二氯对苯二甲酰氯或3，4' - 二氨基二苯醚。添加剂可与芳族聚酰胺一起使用，并且已发现，按重量计至多达10%或更多的其它聚合材料可与芳族聚酰胺共混。可使用其中多达10%或更多的其它二胺取代了芳族聚酰胺的二胺或者其中多达10%或更多的其它二甲酰氯取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯的共聚物。聚唑也可作为适于本发明的第一增强纱线的材料。在一些优选的实施方案中，聚唑为聚芳烃吡咯，例如聚苯并唑和聚哒唑。适用的聚唑包括均聚物和共聚物。添加剂可与聚唑一起使用，并且至多多达10重量％的其它聚合材料可与聚唑共混。还可使用的共聚物具有多达10 %或更多的用于替代聚唑单体的其它单体。合适的聚唑均聚物和共聚物可用已知的工序制备。优选的聚苯并唑为聚苯并咪唑、聚苯并噻唑和聚苯并曝唑，并且更优选地为可形成具有30gpd或更高韧度的第一增强纱线的纤维的此类聚合物。如果聚苯并唑为聚苯并噻唑，则优选为聚(对亚苯基苯并二噻唑)。如果聚苯并唑为聚苯并曝唑，则优选为聚(对亚苯基苯并双I子唑)，并且更优选为被称为PBO的聚(对亚苯基-2，6-苯并双P1唑)。优选的聚哒唑为聚吡啶并咪唑、聚吡啶并噻唑以及聚吡啶并曝唑，并且更优选地为可形成具有30gpd或更高韧度的第一增强纱线的纤维的此类聚合物。在一些实施方案中，优选的聚哒唑为聚吡啶并二唑。优选的聚(吡啶并二氧杂唑)为被称为Piro的聚(1，4-(2，5-二羟基)亚苯基-2，6-吡啶并[2，3-d:5，6-d' ] 二咪唑)。包括聚吡啶并二唑在内的合适的聚哒唑可用已知的工序制备。包括聚酰胺以及聚唑长丝混合物的第一增强纱线可在本发明利用。第一增强纱线的涂层该涂层为一种交联聚合物。如本文所用，涂覆在第一增强纱线上的涂层起到以下两方面的功能首先，该涂层充当处理助剂，有助于防止该第一增强纱线在制造、贮藏以及与光缆部件的初始组装过程中的磨损。其次，该涂层作为可溶胀聚合物涂层的前体，当暴露于线缆套管内的水分中时，其将膨胀以形成起到防潮层。此类材料也被认为是一种超吸收材料。此第二个功能是这样实现的在将具有涂层的第一增强纱线与光缆组合之前，将该具有涂层的第一增强纱线置于一定的温度下，使得纱线上的交联聚合物涂层发生热裂解。适用的涂层材料为封闭异氰酸酯、Diels-Alder反应产物、包含分子的偶氮基或它们的混合物。优选的Diels-Alder反应产物为取代的呋喃和马来酰亚胺之间的反应产物。Diels-Alder产物的一个实例为糠醛醇与羟乙基官能化马来酰亚胺之间的反应产物，该羟乙基官能化马来酰亚胺已被下垂丙烯酸盐或甲基丙烯酸酯进一步官能化以形成交联结构。在一个实施方案中，基于第一增强纱线加涂层的总重量，热可逆涂层的热可逆交联剂以0.001%至I. 5%的重量百分比的量存在。该交联剂可以0.01%至1.0%或甚至
0.1%至0.5%的重量百分比的量存在。基于第一增强纱线加涂层的总重量，该热可逆交联剂涂层以0. 1%至20%的重量百分比的量存在。该涂层可以1%至15%或甚至2%至8% 的重量百分比的量存在。所谓热可逆交联剂是指包含在加热的条件下能够键裂的共价键的化合物。可通过将第一增强纱线浸入单体浴槽中，然后在加热环境下使单体聚合，来将涂层涂覆至第一增强纱线。在一种可选的方法中，可使涂层预聚合，并且可制备含水介质或油基介质中的聚合涂层分散体或浆液。优选地使用含水介质。浆液包含约40%的固体。将第一增强纱线浸入到聚合物分散体中，然后使其通过干燥装置以将挥发物减少至所需含量。干燥后的挥发物含量不大于10 %、或小于7 %或甚至小于5 %。干燥装置中的温度应低于交联涂层聚合物的键裂温度，例如低至少10°C或甚至至少15°C。光学玻璃纤维诱射介质光学玻璃纤维透射介质也被称为波导。任何可商购获得的波导均可被用于本发明。第二增强纱线和外部套管在一些实施方案中，第二增强纱线与第一增强纱线和玻璃纤维透光介质组合。第二增强纱线的常用材料为玻璃纤维，如E-玻璃或S-玻璃。这两种材料均可以纱线或粗纱形式提供。E-玻璃是可商购获得的低碱玻璃。典型的E-玻璃组合物包含54重量％的Si02、14重量％的Al203、22重量％的CaO/MgO、10重量％的B2O3和小于2重量％的Na20/K20。还可存在杂质含量的一些其它材料。S-玻璃是可商购获得的氧化镁-氧化铝-硅酸盐玻璃。一种典型的S-玻璃组合物包含65重量％的Si02、25重量％的Al2O3和10重量％的MgO。还可存在杂质含量的一些其它材料。该组合物比E-玻璃更硬、更强而且更贵。外部套管为聚合物，其优选材料为聚乙烯。方法由以下步骤制作了具有防水功能的纤维光缆组合件(a)将涂覆有水不可渗透的热可逆交联聚合物涂层的第一增强纱线置于45-200°C的温度下足够长的时间以使保护性涂层通过键裂转化成水可溶胀的超吸收性聚合物；(b)将得自步骤(a)中的一根或多根第一增强纱线与一种或多种光学玻璃纤维透射介质组合；
(c)将保护性套管施加于步骤(b)的至少一个组合件上。在步骤(a)中，优选地至少60%的交联键断裂，更优选地至少75%，最优选地至少90%。步骤(a)中的温度停留时间将随不同的涂层材料以及在第一增强纱线上的相对用量而不同。在步骤(b)中，第一增强纱线和波导线缆以并排方式布置或将增强纱线围绕波导螺旋缠绕的方式结合起来。组合件中可使用不止一个波导。在可选的部件中，多个波导或增强纱线本身可形成螺旋构型。一个组合件中的第一增强纱线和波导的数量可根据具体设计需求而变化。例如，多根第一增强纱线可围绕一个波导；在其它情况下，多个波导围绕一个第一增强纱线。同样地，组合件中可存在不止一根第二增强纱线。混入第二增强纱线时，通常将第二增强纱线用作芯材料，并且将第一增强纱线和波导围绕第二增强纱线螺旋地缠绕。 外部套管可放在步骤(b)中的一个或多个组合件上。在一些设计中，多个覆盖有套管的组合件组合成一个更大的组合件，此更大的组合件也由套管围绕。
实施例为了在以下实施例中使用，制备了一种水不可渗透的热可逆交联聚合物。得自Kinematica, Inc. ,Bohemia,NY的Megatroil#MT5000反应器安装有用于导入固体和液体的装置。该反应器包括转速为16000转/分钟高强度微粉磨机单元；用于吹扫惰性气体的系统；一系列温度探头，以及加热和冷却装置；该装置由护套组成，热传递流体以目标温度在护套中循环。微粉磨机的转速设置为16000转/分钟。将400克包含约80重量％的对苯二酚稳定丙烯酸的去氧水溶液与20%的氢氧化钠溶液进行定量中和。此操作在微粉磨机温度不超过35°C的条件下进行。加入了 5g 1%的去氧亚甲基二丙烯酰胺溶液、32g甲基丙烯酸酯改性的Diels-Alder反应产物(由呋喃甲醇与轻乙基官能化马来酰亚胺反应得到)，此反应产物的合成如J. Mater. Chem.，2007，17，3575-3580中所述。用亚硫酸氢钠/溴酸钠氧化还原对引发聚合，并且将聚合反应温度调节为不超过60°C。在约30分钟后，将反应器加热至60°C并持续温度2小时。获得的水不可渗透的热可逆交联聚合物为超滤细粉。为了在以下实施例中使用，制备了一种涂覆有包含如上所述的水不可渗透的热可逆交联聚合物的涂层的纱线。如美国专利5，270，113所述，使用具有螺旋桨形状叶片的标准实验室搅拌器，在整理剂中制备了包含35%重量百分比的水不可渗透的热可逆交联聚合物的分散体。使用 Masterflex7523_70 精密泵(得自 Cole-Parmer, Vernon Hills, IL)和Leeson 861型纱线回绕器(得自Leesona, Burlington, NC)将分散体涂覆到不含整理剂的110分特的KEVLAR 29型对位芳族聚酰胺纤维纱线(得自E. I.du Pont de Nemoursand Company,Wilmington,DE(DuPont))上。基于未涂覆层纱线的干燥重量,此涂覆方法获得了包含3%的水不可渗透的热可逆交联聚合物和5%的整理剂的涂层。实施例I本实施例涉及包含如上所述的涂覆纱线的基础纤维光缆的制作。基础线缆为包括多根紧套光纤和包含在聚合物护套内的多根松散的芳族聚酰胺和/或玻璃纤维。由TensorFiber Optic Technologies,Hickory,NC设计的基础纤维光缆生产线在纱线卷取后配备了管式加热炉。使用此设计，将三根经涂覆的KEVLAR 纱线通过管式加热炉，该加热炉的温度为120°C并且处在连续氮气吹扫下。热暴露时间为约I分钟。通过管式加热炉后，将这三根纱线与波导组合，并且在纱线-波导组合件上涂覆聚乙烯涂层以形成紧套的基础纤维光缆。如下所述估算了纱线涂层的吸水能力。将十(10. 0)g经热处理的纱线切成长度为约16cm的无捻纤维。将纤维在容量为IOOOml的烧杯中浸入500ml蒸馏水内；将所得的浆液手动搅拌I分钟，然后浸入9分钟并持续进行手动搅拌。10分钟后，将烧杯的内容物倒入20目筛网中，使保留下来的纤维排水I分钟。以2000rpm对纤维样品做2分钟的离心处理以除去未键合的水分，然后以0.01克的精度称重，此为纤维重量A。然后使纤维样品在通风烘箱内以105°C干燥至恒重，以0. 01克的精度测定干燥后的样品重量，此为纤维重量B。根
据以下公式计算纱线的自由溶胀值
权利要求
1.用于形成纤维光缆组合件的方法，包括以下步骤 (a)将涂覆有水不可渗透的热可逆交联聚合物涂层的具有150-12000分特的线密度、10-65克/分特的韧度、150-2700克/分特的模量、以及1_8%的断裂伸长率的第一增强纱线置于45-200°C的温度下足够长的时间以使保护性涂层通过键裂转化成水可溶胀的超吸收性聚合物； (b)将得自步骤(a)的一根或多根所述第一增强纱线与一种或多种光学玻璃纤维透射介质组合；以及 (C)将保护性套管施加在步骤(b)的至少一个组合件上。
2.权利要求I的方法，其中至少一根第二增强纱线可任选地与所述第一增强纱线和步骤(b)中的玻璃纤维透射介质组合。
3.权利要求I的方法，其中所述第一增强纱线的聚合物选自对位芳族聚酰胺、聚苯并唑、聚哒唑或它们的混合物。
4.权利要求I的方法，其中基于所述第一增强纱线加涂层的总重量，所述热可逆涂层的热可逆交联剂以0. 001 %至0. 5 %的重量百分比的量存在。
5.权利要求I的方法，其中基于所述第一增强纱线加涂层的总重量，所述热可逆交联涂层以0. 1%至10%的重量百分比的量存在。
6.权利要求3的方法，其中所述对位芳族聚酰胺为聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
7.由权利要求I的方法制作的纤维光缆。
全文摘要
本发明公开了用于形成纤维光缆组合件的方法，包括以下步骤(a)将涂覆有水不可渗透的热可逆交联聚合物涂层的高韧度第一增强纱线，例如对位芳族聚酰胺，置于45-200℃的温度下足够长的时间以使保护性涂层通过键裂转化成水可溶胀的超吸收性聚合物；(b)将得自步骤(a)的一根或多根所述第一增强纱线与一种或多种光学玻璃纤维透射介质组合；以及(c)将保护性套管施加在步骤(b)的至少一个组合件上。
文档编号G02B6/44GK102725671SQ201180007053
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月25日 优先权日2010年1月26日
发明者A.安马 申请人:纳幕尔杜邦公司