光纤电缆的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月11日提交的美国临时申请号62/203,509的优先权的权益并且通过引用的方式并入本文。
背景技术：
本公开总体涉及电缆，并且更具体地涉及具有适于在恶劣或户外环境中使用的阻燃电缆的光纤电缆。可以看到，光电缆在多种多样的领域(包括各种电子器件和电信领域)中的使用增加。光电缆包含或包围一根或多根光纤。电缆为电缆内的光纤提供结构和保护。
技术实现要素：
本公开的一个实施方案涉及坚固的、阻燃的、抗压碎的光电缆。电缆包括多根光纤和包围多根光纤的内护套，所述内护套包括由第一聚合物材料形成的内层和包围内层的由第二聚合物材料形成的外层。电缆包括铠装层，所述铠装层由在围绕内护套的圆周方向上卷绕的金属带材料的相接的条带形成。电缆包括包围铠装层的外护套。外护套具有限定电缆的外部表面的外表面和面向铠装层的内表面。外护套由第三聚合物材料形成。第一聚合物材料不同于第二聚合物材料并且不同于第三聚合物材料，并且第二聚合物材料不同于第三聚合物材料。第三聚合物材料是零卤聚合物材料。
本公开的另外的实施方案涉及光电缆。光电缆包括多根光纤和包围多根光纤的内护套。内护套包括由第一聚合物材料形成的内层和包围内层的由第二聚合物材料形成的外层。电缆包括包围内护套的铠装层和包围铠装层的外护套。外护套由第三聚合物材料形成。第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一个不同于第三聚合物材料。第三聚合物材料如使用astmd746所确定具有小于-30℃的脆化温度。
本公开的另外的实施方案涉及光电缆。光电缆包括多个光传输元件和包围多个光传输元件的内护套。内护套包括由第一聚合物材料形成的内层和包围内层的外层。外层由第二聚合物材料形成。光电缆包括包围内护套的铠装层和包围铠装层的外护套。外护套由第三聚合物材料形成。第一聚合物材料不同于第二聚合物材料。第三聚合物材料在-50℃下使用iec60811-506满足耐冷冲击试验并且第三聚合物材料在-40℃下如使用iec60811-501所确定具有至少50％的断裂伸长率。
另外的特征和优点将在接下来的详细描述中进行阐述，并且本领域的技术人员将借助于所述描述很容易理解或通过实践如书面描述及其权利要求书以及附图中描述的实施方案很容易认识其部分内容。
应理解，上述概述和以下详述仅是示例性的，并且意图提供用于理解权利要求的性质和特征的概观或框架。
包括附图以提供进一步理解并且所述附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施方案并且所述描述用来解释各实施方案的原理和操作。
附图说明
图1是根据本公开的方面的光纤电缆的横截面图。
图2是根据本公开的其他方面的光纤电缆的横截面图。
具体实施方式
总体参考附图，展示了光纤电缆的各种实施方案。通常，本文公开的电缆实施方案包括内电缆护套和外电缆护套的特别地选择的布置，申请人已经发现所述特别地选择的布置提供在各种恶劣的环境(包括非常低的温度环境、非常高的温度环境和/或化学上恶劣的环境)中很好地执行的光电缆。在一些实施方案中，电缆还提供令人满意的阻燃和/或耐火特性。例如，申请人已经发现本文所论述的电缆设计在高的温度和低的温度两者下是抗开裂的，并且在暴露在刺激性化学品下之后提供良好的抗压碎性并且提供良好的抗扭转开裂性同时满足严格的燃烧试验标准，并且在灼烧期间并不发出腐蚀气体。在特定实施方案中，本文所论述的电缆设计具体地适于在油/气工业应用(诸如海上油/气装备)中使用，其中电缆潜在地暴露在非常高的温度和非常低的温度两者下并且油/气发生泄漏。与通常在油和气工业中使用的常规电缆相比，本文论述的电缆实施方案提供这些性能益处，同时还降低重量。
在各种实施方案中，本文所论述的电缆实施方案通过多层电缆护套布置提供性能特性的唯一组合，在所述多层电缆护套布置中，每个层具有有助于总电缆性能的特定材料或材料性质。具体地，在各种实施方案中，电缆实施方案包括多层内电缆护套，所述多层内电缆护套包括提供耐有机材料和耐无机材料两者的至少两种聚合物材料。电缆实施方案还包括由零卤聚合物材料(诸如低烟雾)、零卤材料和/或无卤阻燃材料形成、还提供本文论述的各种物理性能特性的外电缆护套。在特定实施方案中，申请人已经确定内电缆护套，所述内电缆护套具有包含聚乙烯的材料(例如，高密度聚乙烯)的内层和包含聚酰胺的材料的外层；和外电缆护套，所述外电缆护套由包含乙烯丙烯酸丁酯、热塑性聚烯烃或热塑性弹性体(例如，来自dupont的vamac、乙烯丙烯酸弹性体)的材料形成，所述外电缆护套提供本文所论述的良好的恶劣环境性能。与使用eva/lldpe混合物的标准的lszh系统相比，这些三种材料中的每一种组合增强的阻燃性和耐油性，具有更好的低温度柔性(不具有增塑剂)和更好的耐热性。另外，在特定实施方案中，与为了具有抗压碎性而通常使用钢线层的常规油/气工业电缆相比，本文所论述的电缆实施方案包括铠装层，所述铠装层由卷绕的金属材料(诸如卷绕的波形钢带)形成，包围添加了抗压碎性而同时促进形成更轻重量、更小直径的电缆的内护套。
参考图1，根据示例性实施方案示出光电缆，如电缆10所示。电缆10包括外护套(如外护套12所示)，所述外护套12具有限定内通路或空腔(如中心孔16所示)的内表面14和大体限定电缆10的外表面的外表面18。如将大体所理解，护套12的内表面14限定本文所论述的各种电缆部件所位于的内部区域或区。
电缆10包括一个或多个光传输元件，如光纤20所示。在展示的实施方案中，光纤20的分组位于单独的缓冲管22中，并且缓冲管22(例如，以sz绞合的方式)卷绕在中心强度构件24周围。在其他实施方案中，电缆10可包括任何其他类型的光传输元件，诸如紧密缓冲的光纤。中心强度构件24可以是任何合适的轴向强度构件(诸如玻璃强化塑料条、钢条/线等)。通常，电缆10在安装期间和安装之后向光纤20提供结构和保护(例如，在处置期间进行保护、保护以免受元件影响、保护以免受环境影响、保护以免受害虫影响等)。
电缆10包括内护套，如内电缆护套26所示。如图所示，内电缆护套26包围光纤20和缓冲管22。内电缆护套26包括内层28和外层30。外层30包围内层28的外表面并且联接到所述外表面。在特定实施方案中，外层30的内表面直接联接到内层28的外表面，并且在这类实施方案中，在内层28与外层30之间不存在中间层材料。在一些实施方案中，外层30通过由外电缆层(诸如外电缆护套12)提供的向内指向的力联接到内层28。在其他特定的实施方案中，外层30可粘结到内层28，使得外层30的内表面联接到内层28的外表面。在这类实施方案中，在外层30的内表面与内层28的外表面之间的界面在周向方向和纵向方向上大致是连续的。在各种实施方案中，外层30可与内层28共挤出并且在其他实施方案中，外层30可在跟随形成内层28的后续步骤中在内层28上形成或挤出。
内层28和外层30各自由不同材料形成并且每种单独的材料向电缆10提供不同的性质。在各种实施方案中，内层28由对无机材料具有更好的耐化学性的第一聚合物材料形成，并且外层30由对有机材料(诸如油和气)具有更好的耐化学性的第二聚合物材料形成。在各种实施方案中，内层28由聚乙烯材料(诸如聚乙烯、聚乙烯的化合物、聚乙烯共聚物的化合物等)形成。在特定实施方案中，内层28由高密度聚乙烯(hdpe)材料形成并且外层30由聚酰胺材料(例如，尼龙材料)形成。在各种特定实施方案中，外层30可以是多种聚酰胺材料(包括阻燃聚酰胺材料和聚酰胺12)中的任一种。在其他实施方案中，外层30可以是多种聚酯材料(包括由德国essen的evonikindustries供应的阻燃聚酯材料(诸如
虽然内护套26被配置来提供良好的阻隔性质，但是外护套12被配置向电缆10提供令人满意的阻燃特性和/或令人满意的机械性能特性的材料并且由其形成。在特定实施方案中，外护套12由无卤阻燃聚合物材料形成，所述无卤阻燃聚合物材料与在旨在用于油/气工业使用的电缆中常见的pvc电缆护套相比，提供灼烧气体的更低的腐蚀性。在各种实施方案中，外护套12由低烟雾零卤聚合物材料形成，并且在特定实施方案中，外护套12由具有36或更高的极限氧指数(loi)的聚合物材料形成。在特定实施方案中，外护套12(并且可能地其他电缆部件)的材料允许电缆10满足在标准iec60332-1-2和iec60332-3-24中阐述的阻燃要求。在各种实施方案中，外护套12(和可能地其他电缆部件)的材料允许电缆10满足包括ul1685或csaft4-st1的阻燃电缆标准中的一个或多个。在各种实施方案中，外护套12(和可能地其他电缆部件)的材料允许电缆10满足包括ul1666或ieee1202的耐火电缆标准中的一个或多个。在一些实施方案中，外护套12由具有本文所论述的阻燃特性和/或物理特性的任何材料形成，并且在一些这类实施方案中，外护套12由包含卤的材料形成。在其他实施方案中，外护套12和内护套26的层中的一个两者可由相同材料(诸如阻燃聚合物材料、低烟雾零卤材料等)制成，并且在这类实施方案中，电缆10可提供有来自阻燃材料的两个不同层的另外的阻燃性质。
在各种实施方案中，外护套12的零卤聚合物可包括在热量/火存在的情况下产生水、减慢或限制热量传递通过电缆护套12并且限制火焰沿电缆护套12蔓延的阻燃材料，诸如金属氢氧化物(具体地，氢氧化镁或镁二水合物)。在一个实施方案中，外护套12的聚合物是包括氢氧化铝作为阻燃填充物的包含乙烯丙烯酸丁酯的材料。在一个实施方案中，外护套12的聚合物是从condorcompoundsgmbh获得的conguards7410s材料。申请人已经发现，通过利用本文所论述的材料，令人满意的燃烧性能和/或物理性能可在不包括通常在一些油/气工业电缆设计中使用的阻燃衬垫层部件、铅护层或外部尼龙护层的情况下实现。
在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料具有在一系列恶劣的环境中向电缆10提供令人满意的性能的一个或多个物理特性。具体地，本文所论述的电缆设计提供在非常冷的温度和非常热的温度两者下很好地执行的单个电缆设计。因此，在各种实施方案中，在此论述的电缆设计在(尽管不限于)油和气工业中特别有用。在各种实施方案中，外护套在多种条件下是耐开裂的和耐断裂的。
在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料如使用astmd746所确定具有小于-30℃的脆化温度。在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料可在-50℃下每iec60811-506满足耐冷冲击试验。在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料具有在-40℃或更高下具有如每astmd638或iec60811-501所确定的50％的断裂伸长率。在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料在70℃或更高下具有至少30％的断裂伸长率并且在70℃下如使用iec60811-501或使用astmd638所确定在1毫米/分的拉引速度下具有1mpa的最小断裂应力。申请人已经发现由具有这些物理特性中的一种或多种的材料形成的外护套12在表示电缆10将在现场(诸如在安装过程期间)中经历的条件的抗弯曲和扭转试验中很好地执行。
在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料保留足够的开裂和断裂性能，即使在暴露在恶劣的化学环境、空气、水和盐水下之后。在各种实施方案中，外护套12的聚合物材料在暴露在如下文表1中所示的老化的环境、老化的温度和老化的时间中的任一种下之后具有至少75％的最小断裂伸长率，并且外护套12的聚合物材料在暴露在如下文表2中所示的老化的环境、老化的温度和老化的时间中的任一种下之后具有至少99％的最小断裂伸长率。
表1
表2
表1表示来自在外护套材料(例如，从condorcompoundsgmbh获得的conguards7410s材料)的特定实施方案上执行的耐油&燃料试验的数据。表2表示来自关于暴露在空气、水和盐水下的相同材料的试验的数据。试样包括外护套材料的挤出的条带，具有1mm的最小厚度和4mm的最小宽度。试样用于利用拉伸试验机仪器(诸如mts或instron拉伸试验机)确定在50毫米/分的牵引速度下断裂伸长率(e@b)和断裂应力(s@b)。
在各种实施方案中，内护套26的层的厚度和外护套12的厚度还被设计来提供令人满意的性能特性，同时还提供具有相对小的直径和低重量的电缆。如图1中所示，内护套26的内层28具有如tl所示的厚度，内护套26的外层30具有如t2所示的厚度，并且外护套12具有如t3所示的厚度。在各种实施方案中，t2小于t1和t3，并且t1小于t3。在特定实施方案中，t2小于t1的50％，并且t1小于t3的80％。在各种实施方案中，t1处于0.5mm与1.5mm之间，并且具体地，处于0.8mm与1.2mm之间。在各种实施方案中，t2处于0.1mm与0.7mm之间，并且具体地，处于0.2mm与0.4mm之间。在各种实施方案中，t3处于1mm与3mm之间，并且具体地，处于1.2mm与2.2mm之间。在特定实施方案中，t1约为1mm(例如，1mm加或减10％)，t2约为0.3mm(例如，0.3mm加或减10％)，并且t3约为2mm(例如，2mm加或减10％)。在各种实施方案中，本文所论述的t1、t2和t3是平均厚度，并且在另一个实施方案中，t1、t2和t3是最大厚度。
在各种实施方案中，电缆10还包括铠装层，如铠装件32。通常，铠装件32由围绕并且圆周地包围内护套26卷绕的金属材料的条带(例如，金属带、平的细长的连续的材料件等)形成。如图1所示，铠装件32位于邻近于外护套12的内表面，使得这两个层彼此接触。在特定实施方案中，铠装件32是围绕电缆10的内部部分卷绕的波形钢带材料，并且在一些这类实施方案中，铠装层32纵向地折叠，从而形成纵向重叠区段，在所述纵向重叠区段中，带的相对边缘重叠以完全地包围内护套26(和电缆10的任何其他内部部件)。在其他实施方案中，铠装件32可以是围绕内护套26螺旋地卷绕的金属带材料的条带，使得铠装件32形成圆周地包围内护套26的层。通常，铠装层32向电缆10内的光纤20提供另外的保护层，并且可提供抗性以免损坏(例如，在安装期间由接触或压缩引起的损坏、来自元件的损坏、来自侵蚀的损坏等)。
另外，波形钢带材料可包括聚合物材料的外部涂层，所述外部涂层在外护套12被挤出到铠装件32上时与外护套12的内表面形成粘结。在特定实施方案中，铠装件32的外聚合物层是基于当外护套12挤出到铠装件32上时，由热量和压力生成的外护套12的乙烯丙烯酸丁酯与无卤阻燃材料形成粘结的聚乙烯材料。申请人已经发现这一类粘结限制了在弯曲期间在外护套12中出现褶皱。这与常规的pvc电缆护套相反，所述常规的pvc电缆护套并不趋向于与金属带铠装层形成粘结。申请人已经发现如在本文所论述在阻燃电缆中使用波形卷绕的铠装件(与通常在油/气工业电缆中使用的刚铠装线相反)提供低重量和直径的电缆而无需牺牲机械和燃烧性能。
在各种实施方案中，电缆10具有处于14mm与18mm之间，具体地处于16mm与17mm之间，并且更具体地约16.7mm(例如，16.7mm加或减1％)的外直径。此外，电缆10相对于旨在用于油和气工业使用的常规电缆具有低的重量。在特定实施方案中，电缆10可包括12-72根电缆20并且具有处于290kg/km与330kg/km之间，具体地310kg/km的重量。在特定实施方案中，电缆10可包括72-96根电缆20并且具有处于330kg/km与370kg/km之间，具体地350kg/km的重量。在特定实施方案中，电缆10可包括96-120根电缆20并且具有处于380kg/km与420kg/km之间，具体地400kg/km的重量。在特定实施方案中，电缆10可包括120-144根电缆20并且具有处于430kg/km与470kg/km之间，具体地450kg/km的重量。在各种实施方案中，电缆10的重量被认为比常规油/气工业电缆(诸如利用pvc护套材料和钢线铠装材料的那些)轻近似150kg/km。在特定实施方案中，本文论述的电缆重量用于在0.38％的光纤应变下具有6000n的短期拉伸强度的电缆。在各种实施方案中，本文所论述的更低重量的电缆可提供更容易的安装或部署，因为更低的重量使电缆10更容易拉引通过管道，这是常见地在油/气安装中使用的电缆部署方法。
参考图1，在各种实施方案中，电缆10包括除上文论述的那些之外另外的部件、层和/或结构。在各种实施方案中，电缆护套12可包括第一和第二阻水带层34和38，芳族聚酰胺或拉伸强度纺线层36和铝带40，全部位于内护套26内并且包围光纤20和缓冲管22。阻水带层34和38包括起作用来限制沿电缆的长度的水迁移的溶胀性超吸收聚合物材料(sap)。铝带40是形成限制水朝向光纤20向内径向穿透的阻水层的材料。拉伸强度纺线材料36向电缆10添加拉伸强度。此外，电缆10可包括处于内护套26内的在挤出内护套26期间帮助将内部部件保持在一起的各种螺旋地卷绕粘合剂。
在各种实施方案中，电缆10可包括各种结构以促进打开或触及外护套12和/或内护套26。在所示的实施方案中，电缆10包括一个或多个内开伞索42和一个或多个外开伞索44。内开伞索42位于铝带层40下方并且通过允许用户借助于拉动开伞索42撕裂铝带层40和内护罩26来促进触及光纤20。电缆10还包括位于内护套26与铠装层32之间的另外的阻水带层46和位于铠装层32与护套12之间的另外的阻水带层48。在这一类实施方案中，外开伞索44位于铠装层32下方，使得外开伞索44促进打开铠装层32和外护套12两者。在各种其他实施方案中，另外的拉伸强度纺线股可位于邻近于缓冲管22的电缆的中心内并且可将阻水带的纵向件施加在铠装件32的重叠区段上。
参考图2，根据示例性实施方案展示了电缆50。除了本文所论述的之外，电缆50大致与电缆10相同。电缆50是电缆10的更小直径版本。电缆50通过包括由阻水带层和纺线股形成的紧紧卷绕的和低厚度内层52来减少总直径。另外，电缆50消除了铝带层。在各种实施方案中，电缆50可相对于电缆10降低总直径1-2mm。在各种实施方案中，电缆50具有处于15mm与16mm之间，并且更具体地约15.7mm(例如，15.7mm加或减1％)的外直径。
申请人对使用从condorcompoundsgmbh获得的conguards7410s材料作为外护套12的材料的电缆(诸如电缆10)执行多次试验以便验证电缆10的各种物理性能特性。
实例1
使用为电缆直径20倍的一段电缆来执行扭转和弯曲测试以便当引入扭曲时模拟安装应力。对具有15mm的外直径和具有2mm的厚度的外护套12的电缆执行这些试验。电缆样品盘绕成四种不同的线圈布置：1)150mm的线圈直径，无扭转，2)300mm的线圈直径，无扭转，3)300mm的线圈直径，具有360度扭转，和4)300mm的线圈直径，具有720度扭转。电缆在-40℃和+70℃下经受弯曲到四个线圈布置中的每一个两个循环，并且还在-40℃和+85℃下经受弯曲到四个线圈布置中的每一个两个循环。电缆样品并未表现出开裂。
实例2
执行第二试验：模拟在电缆的邻近区段上引入的在可当将电缆以图形八配置放置时发生的潜在的压碎事件期间经历的应力。在这一试验中，温度从室温增加至85℃2个循环。在85℃下施加40n的压碎力16小时。试验在300n下重复。被试验的电缆在任一压碎力水平处未表现出开裂，仅在电缆区段之间的接触点处具有凹痕。
虽然本文所论述和附图中展示的特定电缆实施方案主要涉及具有大致圆形横截面形状的电缆，所述大致圆形横截面形状限定大致圆柱形内部孔，但是在其他实施方案中，本文所论述的电缆可具有任意数目的横截面形状。例如，在各种实施方案中，电缆护套12可具有卵圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形或其他横截面形状。在这类实施方案中，电缆的通路或内腔可与电缆护套12的形状是相同形状或不同形状。在一些实施方案中，电缆护套12可限定多于一个通道或通路。在这类实施方案中，多个通道彼此可以是相同尺寸和形状或可各自具有不同尺寸或形状。
本文论述的光传输元件包括光纤，所述光纤可以是由玻璃或塑料制成的柔性的、透明的光纤。光纤可作为波导管起作用以在光纤的两个端部之间传输光。光纤可包括由具有更低折射率的透明的覆层材料包围的透明的核心。光可通过全内反射保持在核心中。玻璃光纤可包括硅，但可使用一些其他材料(诸如氟锆酸盐、氟代铝酸盐和硫族玻璃)以及晶体材料(诸如蓝宝石)。光可通过具有更低折射率的光覆层沿光纤的核心向下引导，所述光覆层通过全内反射将光捕集在核心中。覆层可由保护它以免湿气和/或物理损坏的缓冲液和/或另一个涂层涂覆。这些涂层可以是在拖拽过程期间施加至光纤外侧的uv固化的聚氨酯丙烯酸酯复合材料。涂层可保护玻璃光纤股。本文所论述的光传输元件可包括多种多样的光纤，包括多模光纤、单模光纤、弯曲不敏感的/耐弯曲光纤等。在其他实施方案中，本文所论述的光电缆可包括多核心光纤，并且在这一实施方案中，每个光传输元件可以是具有多个光传输元件(例如，由覆层包围的多个光核心)的单一的、整体的光学结构。
除非另外明确说明，否则决不意图将本文陈述的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求项没有实际叙述其步骤遵循的顺序或在权利要求书或描述中没有另外具体说明各步骤要限于特定顺序的情况下，决不意图推断任何特定顺序。此外，如本文中所使用，冠词“一个”意图包括一个或多于一个部件或元件，并且并不意图理解成仅一个。
对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离所公开的实施方案的精神或范围的情况下进行各种修改和变更。由于本领域的技术人员可结合实施方案的精神和实质而想到对所公开的实施方案的修改组合、子组合和变更，因而所公开的实施方案应被构成包括在所附权利要求及其等同物的范围内的任何内容。
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