松管光纤电缆的制作方法

本申请根据专利法要求2014年6月18日提交的美国申请62/013,718的权益，所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。

背景技术：

本公开总体上涉及光纤电缆，并且更具体地说，涉及松管光纤电缆和用于制造此类光纤电缆的方法。

并不承认本文引用的任何参考文献构成现有技术。申请人特别地保留对任何引用文献的准确性和相关性提出质疑的权利。

技术实现要素：

本公开的一个实施方案涉及包括电缆芯和护套的松管光纤电缆。电缆芯可包括缓冲管和光纤。光纤可位于缓冲管内。缓冲管可位于松管光纤电缆的内部区域处。护套可围绕电缆芯定位，其中护套限定松管光纤电缆的外表面。光纤的外径可基本上小于缓冲管的内径。缓冲管的至少一部分可包括包含第一聚合物的第一相和包含第二聚合物的第二相。第一聚合物和第二聚合物是不同的化学组成。第一相和第二相可按照至少部分地共连续的微结构设置。

本公开的另一个实施方案涉及包括电缆芯和护套的松管光纤电缆。电缆芯可包括缓冲管和光纤。光纤可位于缓冲管内。缓冲管可位于松管光纤电缆的内部区域处。护套可围绕电缆芯定位，其中护套限定松管光纤电缆的外表面。光纤的外径可基本上小于缓冲管的内径。缓冲管的至少一部分可包括包含至少约70％的第一聚合物的第一相和包含至少约70％的第二聚合物的第二相。第一聚合物和第二聚合物是不同的化学组成。第一相和第二相可按照至少部分地共连续的微结构设置。缓冲管的至少一部分可具有大于或等于约0.5的连续性指数(Φ_I)。

本公开的另一个实施方案涉及包括电缆芯和护套的松管光纤电缆。电缆芯可包括缓冲管和光纤。光纤可位于缓冲管内。缓冲管可位于松管光纤电缆的内部区域处。护套可围绕电缆芯定位，其中护套限定松管光纤电缆的外表面。光纤的外径可基本上小于缓冲管的内径。基本上整个缓冲管可包括包含至少约70％的第一聚合物的第一相和包含至少约70％的第二聚合物的第二相。第一聚合物和第二聚合物是不同的化学组成。第一相和第二相可按照至少部分地共连续的微结构设置。

附加特征和优势将在下面的详细描述中阐述，并且其中部分是本领域技术人员从说明书中可容易理解或通过实施本发明说明书和权利要求书以及附图所描述的实施方案而认识到。

应了解，以上简述与以下详述两者都仅仅是示范性的，并且意图提供对所要求保护的性质和特征的理解的综述或框架。

包括附图以提供进一步理解并且所述附图并入本说明书且构成本说明书的一部分。附图例示一个或多个实施方案，并且与说明书一起用于解释各种实施方案的原理和操作。

附图说明

图1示意性地描绘根据本文所公开的一个或多个实施方案的松管光纤电缆的剖视图；

图2A示意性地描绘根据本文所公开的一个或多个实施方案的松管光纤电缆的缓冲管的剖视图；

图2B示意性地描绘根据本文所公开的一个或多个实施方案的松管光纤电缆的缓冲管的剖视图；

图3A和图3B描绘用于确定缓冲管的抗扭结性的测试设备；并且

具体实施方式

现将详细参考松管光纤电缆的实施方案，其实例在附图中予以说明。在任何可能的情况下，所有附图中相同元件符号将用以代表相同或相似的部分。图1示意性地描绘松管光纤电缆的一个实施方案。松管光纤电缆大体上包括至少一个缓冲管、光纤、以及护套。如本文所述，缓冲管可包括设置在至少部分地共连续的微结构中的两种或更多种聚合物。包括至少部分地共连续的微结构的缓冲管可显示出增强的机械性质，诸如增加的强度和柔性。本文将特别参考附图来描述松管光纤电缆的各种实施方案。

参考图1，示意性地描绘松管光纤电缆100的剖视图。在一个实施方案中，光纤电缆100大体上包括具有一根或多根光纤112的电缆芯110、一个或多个缓冲管114、一个或多个强度构件116或它们的组合。松管光纤电缆100可另外包括护套120。

电缆芯110大体上包括位于缓冲管114内的光纤112。在一些实施方案中，电缆芯110包括位于一个或多个缓冲管114内的多根光纤电缆112。电缆芯110可包括位于一个或多个缓冲管114中的每一个内的多根光纤电缆112。缓冲管114可各自包含一根或多根光纤12，例如像，每个缓冲管114可包含6、8、10、12或甚至更多根光纤112。光纤电缆100可包含多于一个缓冲管114，例如像，2、4、6、8、10、12或甚至更多个缓冲管114。光纤电缆还可包括可将电缆芯110的部件紧固在一起的黏结材料118，诸如包含光纤112的缓冲管114和强度构件116。例如，黏结材料118可以是卷绕电缆芯110的纱线。强度构件116可包括可对松管光纤电缆100的强度有影响的刚性材料。

电缆芯110可由护套120环绕。在这种布置中，一个或多个缓冲管114可位于松管光纤电缆100的内部区域处，并且护套120可围绕电缆芯110定位。在一个实施方案中，护套120可设置为围绕电缆芯110的缓冲管114内的一根或多根光纤212的层。护套120可基本上环绕电缆芯110。护套120可包括外表面122和内表面124。内表面124可与电缆芯110直接接触。在一个实施方案中，护套120的内表面124可与电缆芯110的一个或多个部件直接接触。例如，护套120可以是挤出聚合物，所述挤出聚合物填充缓冲管114周围的空间并且与一个或多个缓冲管114直接接触。在另一个实施方案中，护套120可环绕缓冲管114，但可不与全部缓冲管114直接接触。护套120的外表面122可限定松管光纤电缆100的外表面。

在一个实施方案中，护套120可包括聚烯烃、聚酰胺或它们的组合。例如，在一个实施方案中，护套120可包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯共聚物或它们的组合。聚乙烯的实例包括但不限于中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、以及线性低密度聚乙烯(LLDPE)。聚丙烯的实例包括但不限于全同立构聚丙烯、无规立构聚丙烯、以及间同立构聚丙烯。聚酰胺的实例包括但不限于尼龙12、尼龙11、尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12或它们的组合。如本文所述，本文提及的特定的尼龙化学物种(诸如但不限于尼龙12、尼龙11、尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12)包括其抗冲改性尼龙。例如，如本文所使用，尼龙12是指抗冲改性尼龙12和非抗冲改性尼龙12。

图2A示出图1的包含多根光纤112的缓冲管114的放大图。缓冲管114包括外表面132和内表面134。缓冲管114的截面形状如图2A所示可以是基本上圆形的，或者在其他实施方案中可以是非圆形的。内表面134的部分之间的最大距离可限定缓冲管114的内径136。光纤112的截面形状可以是充分圆形的，或可具有外径138。缓冲管可具有平均壁厚度，如缓冲管114的外表面132与内表面134之间的平均距离所测量的。在一个实施方案中，内径136可从约1.2mm至约2.0mm。缓冲管114的壁厚度可从约0.1mm至约0.5mm。

现参考图1和图2A，光纤112被描绘成处于松管配置中的电缆芯110内。在这种配置中，光纤112中的每一者的外径138可基本上小于缓冲管114的内径136。例如，光纤112的外径138与缓冲管114的内径136的比率可小于约1:2、小于约1:4、小于约1:6、小于约1:8、小于约1:10、小于约1:15、或甚至小于约1:20。

现参考图2B，在另一个实施方案中，光纤112可以层绞模式配置。例如，在美国专利号5,703,983中公开层绞式光纤。光纤线股113可包括围绕彼此纺制的若干光纤112。光纤线股113具有小于缓冲管114的内径136的外径139。例如，光纤线股113的外径138与缓冲管114的内径136的比率可小于约1:1.1、小于约1:1.2、小于约1:1.4、小于约1:1.5、小于约1:1.8、或甚至小于约1:2。

现参考图1和图2A，电缆宽度方向被限定在光纤电缆100的轴向方向上，如图1和图2A的垂直方向和水平方向所示。电缆长度方向由垂直于电缆宽度方向的方向限定。如本文所使用，“长度”和“宽度”是指如本文所述的电缆长度方向和电缆宽度方向。电缆芯110的各种部件(诸如光纤112和缓冲管114)可具有不同长度。

如本文所述，缓冲管114可包括具有共连续的微结构的两种或更多种相。在具有共连续的微结构的缓冲管114中，缓冲管114的至少一部分包括包含第一聚合物的第一相和包含第二聚合物的第二相。第一聚合物和第二聚合物是不同的化学组成。在一个实施方案中，第一聚合物、第二聚合物或两者可以是同聚物。在另一个实施方案中，第一聚合物、第二聚合物或两者可以是共聚物。在另一个实施方案中，第一聚合物可以是同聚物并且第二聚合物可以是共聚物，诸如包含乙烯和丙烯单体的抗冲聚丙烯共聚物。第一相和第二相分别可包含至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、或甚至至少约98％的聚合物组成。

在一些实施方案中，共连续材料的微结构是这样的，使得具有各个相(例如，具有大体均匀物理状态和/或组成的材料的各相)的聚合物组分在相互混合的混合物(例如，两种组分的混合物)中是分相的(例如，相独立、不相容、具有溶混间隙、不可混合的、共存)。共连续材料可以是这样的，使得聚合物组分中的一种或多种形成在整个共连续材料中分支的连续网络(例如，网、互连系统)，并且另一种聚合物组分填充所述连续网络内的间隙，并且进而还形成互连网络，其中聚合物组分的相保持分开并且聚合物组分的网络在微尺度上相互环绕并密封。在一些此类实施方案中，聚合物组分的各个域在整个共连续材料中是连续的，并且聚合物组分的域以微结构彼此互锁并且因此接合在一起。具有可能是彼此不相容的相的聚合物包括例如聚丙烯和尼龙。共连续材料可使第一聚合物与第二聚合物组合，其中第一聚合物是柔性的并且在低温(例如，零下摄氏度)下具有比第二聚合物小的材料收缩率；并且第二聚合物的刚度大于第一聚合物并且在室温(例如，21℃)下具有比第一聚合物大的拉伸强度，由此共连续材料可协同地得益于其组成部分的独特属性而提供缓冲管结构，所述缓冲管结构例如是坚固且柔性的，并且尽管在温度极限下仍保持其形状。

缓冲管114可包含可按照两种或更多种相应相设置的两种或更多种聚合物。例如，三种不同的聚合物可在缓冲管114中形成三种不同相。在另一个实施方案中，两种或更多种聚合物组成可形成第一相并且至少另一种聚合物可形成第二相。在共连续微结构中，第一相和第二相可作为连续微结构设置在同一宏观体积内。如果两种相存在于共连续结构中，则两种相可基本上形成余空间体积，使得第一相填充3D空间的一部分并且第二相填充3D空间的未被第一相填充的剩余部分。可在Potschke等人的“Formation of Co-continuous Structures in Melt-Mixed Immiscible Polymer Blends”(Journal of Macromolecular Science，Part C-Polymer Reviews，第C43卷，第1期，第87-141页，2003)中找到对共连续微结构的讨论，所述讨论的教示以引用的方式并入本文。

共连续微结构可能是不完全的，因为不是所有相都是连续的，其可能被分解并且被另一种相环绕。然而，本体物质的共连续性的程度可被确定并且连续性指数(Φ_I)可被确定，其中0≤Φ_I≤1，其中Φ_I＝1是完全的共连续结构并且Φ_I＝0是非共连续结构。Φ_I可通过提取法来确定，其中溶剂被选择成对于共连续结构的第一相的材料是可溶的并且对于共连续结构的第二相的材料是不可溶的。对于双相共连续结构，可通过以下方程式来确定连续性指数：

其中m_A是从样品提取的可溶相的质量，m_T是在提取可溶相之前的样品的总质量，并且X_a是在提取可溶相之前的样品的可溶相与不可溶相的质量比。

在一个实施方案中，缓冲管114可包括以至少部分地共连续的微结构设置的第一相和第二相。如本文所使用，部分地共连续的微结构是指具有至少约为0.1的连续性指数(Φ_I)的材料。在其他实施方案中，缓冲管114可具有第一相和第二相，其中Φ_I大于或等于约0.3、大于或等于约0.4、大于或等于约0.5、大于或等于约0.6、大于或等于约0.7、大于或等于约0.8、或甚至大于或等于约0.9。如本文所使用，“共连续结构”或“共连续材料”是指具有至少部分地共连续的微结构的材料并且不一定意指具有完全共连续的微结构的材料。

在一个实施方案中，仅缓冲管114的一部分包括呈共连续微结构的第一相和第二相。例如，相对于缓冲管114的长度而言仅端部或内部区域可具有共连续微结构。在另一个实施方案中，基本上整个缓冲管114包括共连续微结构。

本文所描述的具有共连续结构的至少一部分的缓冲管与常规缓冲管(诸如以约90/10比率包含大于90％的丙烯/乙烯共聚物并且具有α结晶度的常规的抗冲聚丙烯缓冲管)相比可具有优异的强度和柔性性质。此外，本文所描述的缓冲管与常规的多层缓冲管(其为包含多于一层聚合物材料的缓冲管)可具有可比较或优异的强度和柔性性质。然而，本文所描述的缓冲管不需要用于生产的多层机加工技术，并且代替地可被挤出为形状为管的一个主体。例如，产生多相的共连续结构材料可被共同挤出成管形状。

不受理论的束缚，据信共连续微结构的两种相的物理特性对缓冲管114的本体材料性质有影响。例如，聚乙烯可增加柔性，尼龙可增加强度和韧性。缓冲管可包含以相应相设置的两种或更多种聚合物材料。在各种实施方案中，缓冲管可包含选自以下各项的一种或多种聚合物：尼龙、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氧化乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、环烯烃共聚物、天然或合成橡胶、以及热塑性弹性体。然而，本文未明确阐明的其他聚合物物种和种类的使用是可设想的。

在一个实施方案中，可分别构成多个相的聚合物组合在它们的溶解度参数(有时称为希尔德布兰德溶解度参数)上可具有大于约1(cal/cm³)^1/2、大于约2(cal/cm³)^1/2、大于约3(cal/cm³)^1/2、或甚至大于约5(cal/cm³)^1/2的差值。溶解度参数被定义为材料的内聚能密度的平方根，其是将单位体积的分子从它们的邻居完全移除至无限分离度(理想气体)所需的能量值。这等于由凝聚相中的其摩尔体积分成的化合物的汽化热。溶解度参数(δ)可表示为

其中△H_v是汽化热，R是理想气体常数，T是温度，并且V_m是摩尔体积。聚合物的溶解度参数的差异可促进将形成共连续微结构的聚合物的相分离。

本文所描述的包含至少部分地共连续的聚合物材料的缓冲管114可具有良好的强度性质，所述缓冲管与常规的α相抗冲聚丙烯缓冲管相比是比得上的或优异的。例如，本文所描述的缓冲管114可具有可接受的拉伸模量、抗压碎性和/或抗扭结性，以便在光纤电缆内进行操作。

缓冲管的抗扭结性可由环测试来确定。环测试确定环的直径和将扭结的特定缓冲管114处所需的力。现参考图3A和图3B，在测试期间，形成具有85mm直径的环212并且将所述环放置在拉伸试验机的夹具214中。交叉点处的低摩擦塑料环216将环212保持在适当位置中。以每分钟250mm的速率拉动缓冲管210的顶端，从而环212的直径减小直到扭结发生。因此，抗扭结性作为环的直径在扭结处进行测量。扭结可通过目视观察和通过力从拉动缓冲管210所需的峰值力的10％下降来确定。此外，申请人预测，本文所公开的缓冲管的抗扭结性直径在85摄氏度和85％相对湿度下老化30天之后将不会增加多于20％。在光纤不存在的情况下进行扭结测试。

缓冲管的弹性模量可通过针对弹性模量(即，杨氏模量、割线模量、弯曲模量、拉伸模量)的任何常规试验来确定。

缓冲管114的抗压碎性可通过利用长度为6毫米的缓冲管的样品进行压碎测试来确定。将样品放置在上部活动板与下部固定板之间，以接收垂直于管的纵轴的横向压缩载荷。拉伸试验机以每分钟6毫米的速度施加载荷，直到缓冲管压缩至初始直径的50％。记录由于管压缩应变而导致的压碎初始直径的5％和初始直径的25％处的压碎载荷。对于本文所公开的缓冲管114，申请人预测，在25％压缩处为至少20N、诸如至少25N、至少30N和甚至至少40N的压碎载荷在至少一些实施方案中是可设想的，诸如具有更大管尺寸的那些。此外，申请人预测，实现缓冲管114的25％压缩所需的压碎载荷的量值在85摄氏度和85％相对湿度下老化30天之后将不会增加多于20％。在缓冲管中不存在光纤的情况下进行压碎测试。

在一个实施方案中，缓冲管114可具有大于或等于约1600MPa的弹性模量。在其他实施方案中，缓冲管114可具有大于或等于约1800MPa、大于或等于约2000MPa、或甚至大于或等于约2400MPa的弹性模量。通过比较，一些常规的α相抗冲聚丙烯缓冲管可具有小于或等于约1200MPa的弹性模量。

在一个实施方案中，缓冲管114可具有大于或等于约20N的抗压碎性。在其他实施方案中，缓冲管114可具有大于或等于约22N、大于或等于约24N、大于或等于约26N、或甚至大于或等于约30N的抗压碎性。通过比较，一些常规的多层缓冲管可具有小于或等于约18N的抗压碎性，并且一些常规的α相抗冲聚丙烯缓冲管可具有小于或等于约18N的抗压碎性。

在一个实施方案中，缓冲管114可维持等于或小于具有相同材料的常规的多层(代替共连续布置的分层)管的抗扭结性的抗扭结性直径，并且仅由两种聚合物中的较少执行的一者制成的单层缓冲管可具有更大的抗扭结性直径。在一个实施方案中，缓冲管114可具有小于或等于约30mm、小于或等于约28mm、小于或等于约26mm、或甚至小于或等于约20mm的抗扭结性直径。通过比较，常规的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯缓冲管可具有大于或等于约30mm的抗扭结性直径。

本文所描述的缓冲管114可具有小于共连续结构的每种材料的CTE的加权平均数所预测的热膨胀系数(“CTE”)。例如，使用加权平均数来预测CTE，缓冲管114的第一组分可具有等于约100x 10^-6/℃的膨胀系数，并且第二组分可具有200x 10^-6/℃的热膨胀系数。加权平均数将预测到，两种材料的50:50混合物将具有约150x 10^-6/℃的热膨胀系数。然而，呈50:50比率的这两种材料的共连续混合物可显示出低于加权平均数所预测的热膨胀系数。不受理论的束缚，据信较低的CTE是具有较小膨胀的相与具有较大膨胀的相的相互作用的限制的结果。在一个实施方案中，缓冲管114的热膨胀系数在20℃下可小于或等于约200x 10^-6/℃、在20℃下小于或等于约150x 10^-6/℃、或在20℃下甚至小于或等于约100x 10^-6/℃。

对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离所公开实施方案的精神或范围的情况下对进行各种修改和变更。本领域技术人员可想到并入所公开实施方案的精神和实质的所公开实施方案的修改组合、子组合和变更。