本申请根据美国法典第35篇第119条要求2014年3月18日提交的美国临时专利申请序号61/954,774的优先权益，所述申请的内容是本发明的基础并且全部以引用方式并入本文。
背景
本公开的方面总体上涉及光纤缆线，并且更具体地说涉及这类缆线的护套或覆盖物。
光纤缆线护套包围并保护缆线的核心部件并且通常由聚合物，诸如用于室内护套的聚氯乙烯和用于室外护套的聚乙烯来形成。一些光纤缆线包括具有聚酰胺“表层”的护套，所述表层为缆线提供白蚁抗性。然而，聚酰胺表层与护套下方材料之间的接合可能较困难，尤其在相应材料是极性/非极性不相容时。在接合不良的情况下，聚酰胺表层可与下方材料分离，诸如在缆线弯曲或屈曲时，从而导致护套的层离和皱纹。存在对于具有稳固和内聚性护套的光纤缆线的需要，所述护套具有良好柔韧性和结构/尺寸稳定性以及抗划伤性和总体上较低表面摩擦。
概述
本技术涉及用于室外松套管缆线的护套，但是也可适用于带状、室内和其他缆线。护套可执行各种功能并且包括所需特性诸如在安装期间的强度和耐用性，诸如抵抗压缩力、撞击和弯曲应力。在室外使用寿命(例如，20年)内，护套可具有在暴露于热、湿气、紫外线照射和地面/管路/空气条件时的耐久性和完整性。在温度变化期间，护套可展现最小收缩并且具有较低热膨胀系数以最大限度地减少应力向光纤的转移。此外，护套可共挤塑或串列挤塑，诸如在生产线上在一个道次中，或另外与多个层一起挤塑，所述层至少部分地由于在邻接层中存在相同成分而具有彼此较强接合强度。每个层可提供缆线的特定特征、特性或性状并且所述层可彼此互补以增强或增进其他层的那些特征、属性或性状。
一些实施方案涉及包括核心和包围核心的护套的光纤缆线。护套包括基底层、限定光纤缆线的外表面的表面层，和表面与基底层之间的界面。基底层由包括聚乙烯的第一组合物形成。表面层具有至少300微米的厚度并且由不同于第一组合物的第二组合物形成。第二组合物还包括聚乙烯以及一或多种添加剂，包括次晶碳。表面与基底层之间的界面至少部分地由于表面和基底层的聚乙烯的分子链缠结而使表面和基底层彼此内聚性地接合。在一些此类实施方案中，基底层充当表面层的骨架，提供尺寸稳定性和抗拉强度，诸如经由在基底层中添加可不存在于表面层中的填充材料。
额外特征和优势在以下详细描述中阐明，并且根据说明书部分地容易为本领域技术人员显而易知或通过实施在书面说明书和其权利要求，以及附图中所描述的实施方案来认识到。应了解前述一般描述和以下详细描述仅仅是示例性的，并且旨在提供了解权利要求的性质和特征的概述或构架。
附图简述
包含附图以提供进一步理解，并且并入本说明书中并构成其一部分。绘图示出一或多个实施方案，并且与详细描述一起用来解释各种实施方案的原则和操作。因此，根据结合附图进行的以下详细描述，本公开变得更完全了解，其中：
图1是根据示例性实施方案的光纤缆线的横截面视图。
详细描述
参看图1，呈松套管缆线110形式的光纤缆线包括核心112和围绕核心112的护套114。护套114包括基底层116，限定光纤缆线110的外表面的表面层118，和表面与基底层118、116之间的界面120。根据示例性实施方案，核心112包括强度元件，诸如中心强度构件122、拉伸纱线(例如，芳族聚酰胺、玻璃纤维)或绞合钢丝。中心强度构件122可呈棒形式并且可包括玻璃增强塑料，其为介电性的。核心112包括一或多个光纤124(例如，至少2、至少4、至少12、至少72个光纤124)，其可松散地定位于一或多个管状元件，诸如缓冲套管126或微模块覆盖物中，所述管状元件可围绕中心强度构件122绞合，或另外定位于核心112中。
在一些实施方案中，核心112可包括粘合元件(总体上参见元件128)，诸如粘合纱线(例如，反螺旋卷缠聚酯纱线)或粘合膜，如美国专利号8,620,124论述。在一些实施方案中，核心112可包括阻水元件(总体上参见元件128)，诸如阻水条带、阻水纱线、填充化合物和/或超强吸收性聚合物。在一些实施方案中，核心112可包括分选元件(总体上参见缓冲套管128)，诸如围绕光纤束卷缠的有色丝线。在一些实施方案中，核心112可包括阻燃元件(总体上参见元件128)，诸如耐热条带(例如，云母条带)或热耗散条带(例如，铝箔)。
根据示例性实施方案，缓冲套管126可主要由一或多种聚合物形成，所述聚合物诸如聚丙烯、聚碳酸酯和/或聚对苯二甲酸丁二酯。在一些实施方案中，聚合物可为填充聚合物，诸如包括无机填充剂。在一些实施方案中，缓冲套管126为总体上狭长圆筒或圆筒形套管，其具有约2.5毫米或更小，诸如约2毫米或更小的外径。在预期实施方案中，缓冲套管126可甚至更窄，诸如具有约1.6毫米±0.2毫米的外径。此外，缓冲套管126可具有0.5毫米或更小，诸如0.4毫米或更小的壁厚。在其他实施方案中，缓冲套管126可另外成形和/或另外设定大小。
根据示例性实施方案，护套114的基底层116由第一组合物形成，所述第一组合物可包括聚乙烯。表面层118由不同于第一组合物的第二组合物形成。在一些此类实施方案中，第二组合物还包括聚乙烯以及一或多种添加剂。表面与基底层118、116之间的界面至少部分地由于第一和第二组合物的聚乙烯的分子链缠结而使表面和基底层118、116彼此内聚性地接合。根据示例性实施方案，在界面120处的基底与表面层116、118之间的内聚性接合至少是第一或第二组合物的内部撕裂强度的一半大，诸如至少75％大，或甚至一样大，在一些实施方案中，使得将表面层118拉动远离基底层116的尝试可撕裂相应层。申请人相信聚乙烯分支的分子缠结可在相应层的共挤塑期间发生。因此，与其他挤塑技术，诸如经由单一挤塑机或使用串联挤塑机的依序运作相比，共挤塑可提供更好接合，然而这类其他挤塑技术预期用于替代过程实施方案，诸如在挤塑表面层118之前包括额外步骤诸如等离子体或火焰处理基底层16的外部以改进其之间的附着力的实施方案。
在一些实施方案中，与基底层116的第一组合物的聚乙烯相比，表面层118的第二组合物的聚乙烯具有较高密度。在一些此类实施方案中，第二组合物的聚乙烯的密度在约0.93至0.97g/cm3范围内并且第一组合物的聚乙烯的密度在约0.91至0.94g/cm3范围内。在其他预期实施方案中，相同类型的聚乙烯用于第一和第二组合物，并且组合物由于其他成分的差异而彼此不同，诸如碳黑存在于第二组合物中但是不存在于第一组合物中，或如本文公开的其他差异。
根据示例性实施方案，次晶碳可添加至表面层118的第二组合物，其可用于阻断紫外线穿透表面层118。在一些此类实施方案中，次晶碳包括碳黑(例如，次晶碳主要由碳黑组成，次晶碳为碳黑)。碳黑可具有至少20和/或不大于350纳米的粒径和至少9MPa和/或不大于26MPa的抗拉强度。在一些此类实施方案中，第二组合物中的碳黑的浓度可为至少2体积％，诸如至少2.2％、2.5％±0.2％或至少2.4％，而基底层具有较小浓度的碳黑，诸如小于2％、小于1％、小于0.2％或可能甚至基本上零碳黑。根据示例性实施方案，表面层118具有至少300微米的厚度并且碳黑较好分散。
在一些实施方案中，基底层116充当表面层118的骨架，为护套114提供尺寸稳定性和抗拉强度，诸如经由在基底层116中添加可不存在于表面层118中的填充材料。举例来说，表面层118可由可具有总体上较高收缩率的材料形成，诸如主要包括高密度聚乙烯。然而，基底层116可主要由经填充的中或低密度聚乙烯形成，其可将表面层118保持在适当位置，抵抗收缩并保持相应护套114的所需形状。基底层116可包括(例如，主要由以下各者组成、由至少50重量％的以下各者组成)回收聚乙烯、天然聚乙烯、全新聚乙烯，且/或可具有比表面层118低的碳黑浓度，诸如基本上没有碳黑。
在一些此类实施方案中，基底层的第一组合物厚实地填充，具有至少20体积％的填充剂，诸如至少30％，或甚至至少35％。第一组合物的填充剂可为无机矿物质填充剂，诸如滑石粉或粘土。在一些实施方案中，填充剂是二氧化硅或硅粉末，其可具有至少1体积％吸水性，诸如约2至3％之间的吸水性。在一些实施方案中，填充剂是阻燃填充剂，诸如三水合铝、氢氧化镁或另一种填充剂。第二组合物可具有大致上较少填充剂，诸如少于10体积％，或甚至基本上为零。第一组合物的填充剂可改进基底层116的强度。在一些此类实施方案中，无机矿物质填充剂为基底层116提供抗拉强度以使得第一组合物在极限抗拉强度上比没有无机矿物质填充剂的第一组合物大至少10％。在预期实施方案中，可使用其他填充剂。
表面层118可共挤塑或另外挤塑至基底层116上，其可具有比表面层118大致上更低浓度的碳黑(例如，五分之一、十分之一、百分之一的百分比)和/或较低热膨胀系数(例如，低至少10％、20％、25％)。由于添加填充剂所导致的热膨胀系数(CTE)减少的幅度可为显著的。举例来说，在至少一个实施方案中，添加30％玻璃纤维填充剂可将高密度聚乙烯的CTE从约200 10-6/℃减少至20 10-6/℃，或10倍。在至少另一个实施方案中，滑石粉/玻璃纤维填充剂组合可将CTE减少至初始值的大约30％。
表面和基底层118、116可在其界面处展现极好附着力并且在每个层118、116向另一个层提供互补性质时作为一个护套114来运作。表面层118可含有可购得添加剂以获得较低摩擦、增加润湿性、改进耐候性能，和/或白蚁或啮齿动物抗性；其中一些或所有这些添加剂不存在于基底层116中。此外，基底层116可使用较低成本聚乙烯诸如回收聚乙烯或天然聚乙烯，且/或可诸如经由以不同等级聚乙烯获得的较低热膨胀系数来增加缆线110的性能，诸如具有双峰分子量分布的聚乙烯或用矿物质填充剂诸如滑石粉、粘土、云母或其他增强剂来填充的聚乙烯。
本公开的护套114协同接收不同类型聚乙烯的有利特性。举例来说，如可用于基底层116的第一组合物中的线性低密度聚乙烯具有优于一些类型中密度聚乙烯的极好柔韧性，比一些类型中密度聚乙烯或高密度聚乙烯更小的收缩率，因为它具有更小结晶度并且可具有应力断裂的较小倾向。然而，与高密度聚乙烯相比，线性低密度聚乙烯可具有较高摩擦系数和较低模量。中密度聚乙烯总体上比低密度聚乙烯和高密度聚乙烯更昂贵，尤其在完全碳黑混合型式中。如可用于表面层118的高密度聚乙烯的较高密度可产生可优于一些其他类型聚乙烯的机械性质。举例来说，高密度聚乙烯可更强固并且具有较低摩擦，可适用于使相应缆线110移动穿过导管或其他较窄空间，但是高密度聚乙烯的较高结晶度可导致较高收缩率。举例来说，基底层116可限定光纤缆线110的内表面(例如，腔穴)，并且由表面层118限定的护套114的外表面具有比内表面小至少0.1，诸如小至少0.2的静态摩擦系数。此外，内表面可具有比外表面更大的表面粗糙度。基底层116可为刚性的以便为缆线110增加抗压碎性，诸如如以上论述来厚实地填充，以便充当抵抗压碎和撞击力的支撑层或骨架，同时更柔韧的表面层118可提供抗裂性。因为在一些实施方案中，表面层118完全接合至基底层116，所以协同效果增强。
在一些实施方案中，基底层116抵消表面层118的收缩和/或缩回并且限制总体缆线110的收缩和/或缩回，其可经由温度循环测试来证实。举例来说，根据预测分析，缆线110可以高达1.5℃/分钟的速率从约23℃的室温冷却至-40℃，保持在-40℃下24小时，然后以相同速率循环至+70℃，保持在+70℃下24小时，然后以相同速率循环回到-40℃(总体上参见ICEA 640部分7.24.1，其通过引用并入本文)。与第一次相比，当缆线110第二次处于-40℃下时，缆线的光纤124的衰减的平均变化在1310纳米波长和/或1550纳米波长下小于0.1dB/km缆线，诸如在1310和/或1550纳米波长下小于0.08dB/km，或甚至在1310和/或1550纳米波长下小于0.07 0.08dB/km。
根据替代预期实施方案，护套114的表面和基底层118、116中的一个或两个可为或包括与碳黑母料混合的天然聚乙烯等级。在一些预期实施方案中，表面和基底层118、116中的一个或两个可为或包括交联聚乙烯。有机填充剂、阻燃填充剂或添加剂诸如炭化剂可混合至表面层118和/或基底层116中，以便诸如增加护套114的阻燃性质和/或提供可保护更可燃核心112的炭化覆盖物。可包含于第一或第二组合物中的有机填充剂包括阻燃聚合物的纤维。无机阻燃填充剂，诸如氢氧化铝或氢氧化镁，可附接至聚乙烯基质或具有有机硅氧烷的其他成分。
由表面层118中的碳黑提供的对于光纤缆线110的紫外线保护可与碳黑的分散度直接相关。申请人相信具有极少聚集的较高分散度有助于碳黑有效地起作用。表征表面层中的碳黑的分散度的两种常见方法是英国标准2782：方法828A和B的视觉测试和ASTM D 3349的紫外线吸收技术，两种测试标准通过引用并入本文。在一些实施方案中，使用视觉测试，表面层118的碳黑至少具有3的平均等级，并且未观察到条纹。紫外线吸收技术在数量上界定样品中的碳黑的吸收效率。类似于视觉测试，将来自护套114的材料薄膜压缩或者将样品显微切片。然后，计算375纳米波长下的吸收系数。ASTM D3349提供相应方程。表面层118的一些实施方案具有至少150，诸如至少300或更大的吸收系数。
与可在一个道次中制成的结构相比，本文公开的技术提供具有复合结构的光纤缆线110的护套114。复合结构允许每个层的特性的协同组合，同时相同基底聚合物的使用提供高度接合层。本文公开的护套114可展现总体上通过表面层118中的碳黑含量来获得的在室外环境中的长期机械性能和耐久性以及通过基底层116来获得的良好缆线抗压缩性和低收缩率。
虽然示出为松套管缆线110，但是其他类型缆线可受益于本文公开的技术。举例来说，带状缆线、引入缆线、室内缆线和其他类型缆线可包括具有如本文公开的协同结构配置的护套。此外，本文公开的光纤124可为单模、多模、多核心、带状、塑料或其他类型或配置的光纤。光纤124可包括由聚合物涂层包围的玻璃核心和覆层，由此产生约250微米±25微米、约200微米±25微米或其他大小的外径。在一些实施方案中，缆线110的核心112包括额外部件，诸如一或多个剥离索、阻水部件、附加强度部件等。缆线110可包括防护层(总体上参见元件128)，诸如波纹形金属防护层(例如，钢，或铝或用于电磁屏蔽的铜)。使用本文公开的技术的缆线可包括导电部件。
如各种示例性实施方案示出的缆线和护套的结构和布置只是说明性的。虽然只在本公开中详细描述几个实施方案，但是许多修改是可能的(例如，各种部件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)而不实质性背离本文所述标的物的新颖教义和优势。示出为整体形成的一些元件可由多个部分或元件来构建，元件的位置可翻转或另外变化，并且离散元件或位置的性质或数目可改变或变化。任何过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或序列可根据替代实施方案来变化或重新排序。还可在各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置方面产生其他替换、修改、变化和省略而不背离本发明和创新技术的范围。