专利名称：适用于光学纤维电缆组件的聚烯烃材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学纤维电缆和光学纤维电缆组件。更具体地说，本发明涉及加工热塑性聚烯烃例如聚丙烯-聚乙烯共聚物以制备光学纤维电缆组件的方法。
现有技术多年来，光学纤维电缆已被用于通讯工业中，用来远距离、高速传输信息。在光学纤维电缆中，信息以光信号的形式载带通过直径在100微米左右的玻璃纤维。这些纤维用电缆结构进行保护，以免受环境及外部应力的影响。
在设计电缆结构时，重要的是确保与电缆生产有关的加工或施工导致的应力不会影响光学纤维的性能。该工业的一般趋势是提高生产速度满足需求，并通过提高生产设备的线速度来增加利润。对于一些挤出组件如光学纤维缓冲管、嵌条、芯或套，特别是没有用最佳的材料时，更高的线速度可导致更大的剪切速率和更高的取向，同时成品中存在残留应力。
根据电缆结构，光学纤维电缆可分为三大类松套管(loose tube)、单管和开槽芯。在松套管光学纤维电缆中，光学纤维位于多根一般填有某种水封(water blocking)化合物如凝胶的光学纤维缓冲管中。这些松套管缓冲管缠绕在一中心构件上。在松套管的设计中，为了给低于完全纤维支数电缆的纤维支数提供设计对称性，除了缓冲管外，嵌条也可缠绕在中心构件上。这些嵌条可以由实心或微孔聚合物制成。
在开槽芯光学纤维电缆中，光学纤维位于一般填有水封凝胶的通道或槽中。这些通道形成一沿电缆的长轴方向的螺旋形通路。
在单管电缆中，光学纤维位于一般填有某种水封化合物的中心管中。在所有的这些结构中，缓冲管或芯成为保护含在里面的细光学纤维的主要结构。典型的缓冲管或芯套有一附加保护层。而且增强纱或纤维以及为凝胶或热熔体、水溶胀性粉末、纱线、或胶带、和/或波纹铠装形式的水封物质可置于套和里面的电缆层间。
对于每一种缓冲管设计，重要的是选择材料的组合，即就基体材料的性能和加工性而言相容。此外，材料和加工条件的选择必须使电缆的抗压性好、拉伸强度高及残留应力小。还重要的是选择材料与加工条件的组合，使其尺寸随时间和温度的变化最小。希望材料的热膨胀系数(CTE)低，以确保纤维在电缆承受环境中遇到的极高温和极低温时，没有置于应力中。还希望材料和加工条件将加工导致的取向降到最小，因为这样将把电缆组件挤出后的松弛和收缩降到最小。缓冲管的挤出后收缩导致过量纤维长度(纤维长度与实际管长之比)增加，反过来使纤维的衰减增加。
纤维的光学缓冲管或芯主要用“工程树脂”制备，如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺例如尼龙-12、或上述材料的层状结合。一般而言，这些材料之所以被选中，是因为它们较别的聚合物的模量高、CTE低。这些材料同基于聚烯烃的缓冲管如经晶体成核剂处理的(nucleated)聚乙烯-丙烯共聚物缓冲管相比有不利的方面，包括成本增加、缓冲管的柔性降低、水解稳定性降低以及加工操作更困难。
一般而言，聚烯烃同上述“工程树脂”相比，由于其模量和其它物理性能降低，因此一直没有用于缓冲管应用 。这些限制包括模量降低、与水封凝胶的相容性降低及高温时的尺寸稳定性较低。然而，已经使用了由经晶体成核剂处理的聚乙烯和聚丙烯的共聚物制备的聚烯烃缓冲管。参见Yang，H.M.，Holder，J.D.和McNutt，C.W.的美国专利5,574,816，“用于光学纤维电缆的聚丙烯-聚乙烯共聚物缓冲管及其制造方法”。由于在聚合物树脂配方中加入晶体成核剂导致模量、抗压性、溶剂相容性和其它性能的提高，这些材料可用于光学纤维缓冲管。自1995年起，柔性的聚烯烃缓冲管从应用和安装的角度来考虑，由于缓冲管更易得到、处理和成本较低，因此其吸引力不断增加。参见Adams，M.，Holder，J.，McNutt，C.，Tatat，0.和Yang，H.在《国际电线电缆论文集》，第44届IWCS会议，1995年，第16～21页的文章“缓冲管-新一代材料”。还参见Holder，J.和Power，R.，光波，1995。这些材料的需求增加已导致产量增加的必要。
现有技术的“挤出级”材料的一般特点为熔体流动指数低。通过测量在一定的温度和规定的负荷下，在规定的时间内流过一规定大小的孔的材料量而测定聚合物的熔体流动指数(MFI)。熔体流动指数(MFI)是根据ASTM方法，如D1238-57T5测量的。该方法测定MFI的条件为温度230℃、所加的总重量为2160克、模头直径0.0825英寸、模头长0.315英寸。根据该ASTM法，聚丙烯的MFI与分子量的关系已经确定并已在Frank H.P.的《聚丙烯》(Macdonald Technical and Scientific，London，1968年)中进行报道，该关系已用于本研究所用样品的近似分子量的测定。
一般而言，MFI低的材料从挤出模头出来后，挤塑型材的熔体强度高且尺寸稳定性好。另外观测到的一般趋势为分子量较高(MFI低)与挤出制件的机械性能改进相关。结果，挤出光学纤维电缆组件的聚合物制造商和供应商一般推荐MFI低的材料(材料的MFI＜4)。使用MFI低的材料的缺点为在与高线速度相关联的高剪切速率下，由于熔体粘度大，这些材料导致加工困难。在可能与这些材料有关的加工困难中，有聚合物熔体的粘性生热增加、加工导致的取向增加及结晶速率降低。
对每一种方法，都有一套确定最佳材料性能标准的工艺条件。在工业材料中，基于工艺条件和产品的最终用途所确定的要求而进行材料的选择。聚丙烯广泛应用于纺织工业的时间比用于光学纤维电缆工业的时间要长得多，而且在纤维纺丝领域，对分子量(MFI)和分子量分布对聚丙烯加工的影响进行了广泛的研究。
Spruiell及其合作者已经作了大量的工作来研究分子量、分子量分布和加工条件对聚丙烯长丝加工的影响。参见Misra，S.，Lu，F.M.，Spruiell，J.E.和Richeson，G.C.，《应用聚合物科学杂志》，1995，第56卷，第1761～79页；Lu，F.M.和Spruiell，J.E.，《应用聚合物科学杂志》，1993，第49卷，第623～31页；Lu，F.M.和Spruiell，J.E.，《应用聚合物科学杂志》，1987，第34卷，第1541～56页；和Lu，F.M.和Spruiell，J.E.，《应用聚合物科学杂志》，1987，第34卷，第1521～39页。在这些研究中，发现在纤维纺丝遇到的加工条件下，对于未经晶体成核剂处理的(non-nucleated)聚丙烯，观测到随着MFI降低和分子量增加，结晶度、模量和拉伸强度增加。该趋势是由于在加工更高分子量(MFI更低的聚丙烯)时分子取向增加及在加工时随后发生应变诱导结晶。线速度及拉伸比增加的实验证明了该假设。在经晶体成核剂处理的和未经晶体成核剂处理的聚丙烯之间以及丙烯均聚物与乙烯-丙烯共聚物之间也进行了比较。参见Bodaghi，H.，Spruiell，J.E.和White，J.L.，Int.Polym.Process 1988，第3卷，第100～112页。共聚物与本发明材料的未经晶体成核剂处理的形式相似。在一般与最佳聚丙烯纤维性能相关的高剪切速率下，发现晶体成核剂对纤维性能的影响不明显。但是在较低的剪切速率下，加入晶体成核剂后，尽管结晶度有了适度的提高，可纤维的韧性降低了。发现聚丙烯与聚乙烯的共聚效果是大大降低了结晶度和结晶速率。
发明概述本发明是设计用来克服在加工聚烯烃基光学纤维电缆组件所碰到的限制，这些限制是在使用MFI在现有技术所建议的范围内的材料时所带来的。更具体地，本发明规定了MFI值的范围，在该范围内，特别对于与光学纤维电缆和电缆组件的生产相关的方法，加工性及机械和化学性能都最佳化。本发明通过规定为加工线速度和剪切速率的函数的MFI值的最佳范围，在优化加工性及允许光学纤维电缆和电缆组件的生产速度增加的同时，使现有技术材料的内在化学性能最大化。
本发明的目的是提供一种从具有大于约3的高熔体流动指数(MFI)的聚烯烃材料制备的光学纤维电缆组件。该MFI可进一步在约4～10的范围内。
根据第一实施方案，该聚烯烃材料是丙烯和乙烯的共聚物。在一个变形中，该共聚物含有约2-14wt％的乙烯单体。在另一个变形中，该共聚物含有低于约2wt％的乙烯单体。在另一个变形中，该共聚物含有大于约14wt％的乙烯单体。例如，所述光学纤维电缆组件可由具有约3-10的MFI和包含约0.05-1wt％的分散于其中的晶体成核剂的丙烯和乙烯共聚物制备而成。
根据第二实施方案，该聚烯烃材料是聚丙烯均聚物。该聚丙烯均聚物可以具有主要是全同立构的聚合物链微观结构。
根据第三实施方案，该聚烯烃材料是聚乙烯均聚物。该均聚物选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和LLDPE。
根据第四实施方案，该聚烯烃材料为包括丙烯和乙烯单体的三元聚合物。
所述聚烯烃材料可含有约0.05-1wt％的晶体成核剂。
在第一个变形中，分散于聚烯烃材料中的晶体成核剂选自脂族一元酸的盐、脂族二酸的盐和芳烷基酸的盐。该晶体成核剂进一步选自丁二酸钠、戊二酸钠和己二酸钠。
在第二个变形中，分散于聚烯烃材料中的晶体成核剂选自芳族羧酸的碱金属盐、芳族羧酸的铝盐、脂环族羧酸的碱金属盐及脂环族羧酸的铝盐。该晶体成核剂进一步选自苯甲酸钠、硬脂酸钠和苯甲酸钾。
所述组件可使用化学发泡剂发泡。所述聚烯烃材料可用选自滑石粉、碳酸钙、炭黑、云母、二氧化硅和高岭土的填料增强。
根据本发明的光学纤维电缆组件可以是嵌条、夹套、缓冲管、多层缓冲管(其中至少一层由聚烯烃材料形成)、或可以是特定的开槽芯。
本发明的方法可用于制备强度和抗压性提高、收缩率下降、加工所致的取向降低、结晶性提高且耐溶剂性提高及加工性能改进的聚烯烃光学纤维电缆组件。根据本发明的方法，用以MFI选择在一般高于聚合物制造商对“挤出级”材料所规定的MFI的最佳范围内为特点的聚烯烃制备纤维光缆组件。更具体地，最佳MFI指数范围确定为约大于3且约小于24。规定MFI更大的材料更适合在高剪切速率和更高加工线速度下加工。
本发明的目的是提供一种强度和抗压性提高、收缩率下降、加工所致的取向降低、结晶性提高、耐溶剂性提高及加工性能改进的聚烯烃纤维光缆组件。本发明在下述的详细描述中及通过实施例并结合以下附图将得到详细的说明。
附图简要说明这些附图并不是按比例划的，它们包括
图1，它为对于0.118″(2.997mm)纤维光学缓冲管的剪切速率与缓冲管线速度的关系图；图2，它为对于0.118″(2.997mm)缓冲管，将缓冲管在165℃放置10分钟后收缩率与MFI和线速度的关系图；图3，它为对于以100m/min加工的0.118″(2.997mm)聚乙烯-丙烯共聚物缓冲管的结晶度与MFI的关系图；图4，它为对于0.118″(2.997mm)经晶体成核剂处理的聚乙烯-丙烯共聚物缓冲管的抗压性与MFI和线速度的关系图；图5，它为水封凝胶的吸附量与MFI的关系图；图6，它为根据本发明制造的带缓冲管的典型单管光学纤维电缆的剖面透视图；图7，它为一剖面透视图，表示一含有多根根据本发明制得的缓冲管的光学纤维电缆和一保护外套，其中的光学纤维以反振荡螺旋状态缠绕在一中心构件上。
图8，它为一剖面透视图，表示一含有有多个反螺旋槽的根据本发明制得的开槽芯的光学纤维电缆。
发明详述根据本发明，熔体流动高的聚烯烃材料用于制造光学纤维电缆组件，如缓冲管、芯、嵌条和夹套。聚烯烃材料可以是聚乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯的共聚物、或含有丙烯和乙烯的三元共聚物。该聚烯烃材料可含或可不含晶体成核剂。该聚烯烃材料还可含有有机或无机填料，如滑石粉、碳酸钙或炭黑。该聚烯烃光学纤维电缆组件材料还可含有化学添加剂如稳定剂、增塑剂或着色剂来改性或提高性能。
根据本发明，通过使用熔体流动指数(MFI)大于约3的熔体流动高的聚烯烃，用任何众知的挤出方法可挤出加工性能、化学和机械性能得到提高的聚烯烃光学纤维电缆组件。更具体地说，在使用MFI高于约3的材料并以高于50m/min的线速度进行加工时，这些聚烯烃光学纤维电缆材料的加工性和机械性能更稳定。另外，发现聚烯烃的MFI增加到约24的水平时，在150m/min以上的线速度下加工性能提高，但初始结晶度没有额外增加。
本发明的一个实施方案是适于挤成光学纤维电缆组件的材料。该材料包含一经晶体成核剂处理的聚丙烯-乙烯共聚物，该共聚物的MFI在约3～24范围内，其化学结构中乙烯单元的重量比约2～30％。该材料中还可含有约0.05～1.0wt％的晶体成核剂如苯甲酸钠，以提高结晶速率或结晶度或增加光学透明度。
本发明的另一实施方案是适于挤出形成光学纤维电缆组件的第二种材料。该材料包含聚乙烯均聚物，该均聚物的MFI在约3～24范围内。还可添加约0.05～1.0wt％的晶体成核剂如苯甲酸钠，以提高该材料的结晶速率或结晶度以及增加光学透明度。该组合物也可包含其它的化学添加剂如紫外或热稳定剂。其中还可分散0～40％填料。
本发明的再一实施方案是适于挤出形成光学纤维电缆组件的第三种材料。该第三种材料包含聚丙烯均聚物，该均聚物的MFI在约3～24范围内。还可添加约0.05～1.0wt％的晶体成核剂如苯甲酸钠，以提高该材料的结晶速率或结晶度以及增加光学透明度。该组合物也可包含其它的化学添加剂如紫外或热稳定剂。其中还可分散0～40％填料。
本发明的其它实施方案可包括具有以MFI在约3～24范围内为特征的流变性能的上面没有明确说明的聚烯烃共聚物或三元共聚物或聚合物合金或共混物形式的上述材料的组合。
更特别地，在第一实施例中，T.A.Instrument，Inc.制造的TA 910差示扫描量热仪(DSC)被用于结晶实验，并测定用于制备光学纤维缓冲管和嵌条的聚丙烯-乙烯共聚物的熔融热。该DSC装有自动冷却仪。在230℃平衡4分钟后，通过从熔体以10℃/min冷却聚合物，测定冷却时的结晶放热峰温度Tcmax。结晶峰的温度越高，过冷却度越小，表明结晶越快。结晶峰下的面积为结晶热。结晶热与材料所产生的结晶度成正比。
差示扫描量热法(DSC)用于由Tcmax实验确定结晶速率。数据汇总于表1中。
表1DSC结晶实验汇总MFI 经晶体成核剂处理？ Tcmax(℃) 到峰值的结晶时间(MFI＝0.5)是(0.3％)129.9℃ 601秒(MFI＝2.5)是(0.3％)134.5℃ 573秒(MFI＝5.9)是(0.3％)135.2℃ 569秒(MFI＝24) 是(0.3％)135.5℃ 567秒(MFI＝1.8)是(约0.8％) 121.9℃ 649秒(MFI＝3.8)是(0.8％)125.6℃ 626秒(MFI＝1.8)否 105.6℃ 746秒(MFI＝3.8)否 113.9℃ 697秒结晶实验的结果表明晶体成核剂的加入提高了结晶速率。MFI最低的未经晶体成核剂处理的材料显示最慢的结晶行为。当比较其它条件相同的MFI＝3.8的经晶体成核剂处理的和未经晶体成核剂处理的材料时，观测到结晶时间减少了71秒。对于其它条件相同的材料，发现晶体成核剂的含量不变时，MFI增加，结晶速率增加；可是，保持乙烯含量和分子量在同一范围，晶体成核剂含量从0.08％改变到0.30％时，发现其影响为增加结晶速率。不管有没有晶体成核剂，MFI超出聚合物供应商一般规定的“挤出级”材料的范围0～2时，MFI的增加导致结晶速率的增加。一般而言，结晶速率增加导致更快地得到尺寸稳定性和更好的机械性能。而且，结晶速率增加能更好地控制光学纤维缓冲管中的纤维长度。对于光学纤维电缆组件应用的这些关系的进一步说明将在下述实施例中说明。
在第二实施例中，挤出管径为0.118″(2.997mm)、壁厚0.023″(0.584mm)的光学纤维缓冲管，挤出机为Nokia-Maileffer 45mm单螺杆挤出机，其Nokia-Maileffer型4/6直角机头用20/40/80目过滤网组件，螺杆在进料区有双螺线，双筒处在计量段，长径比为25∶1，压缩比为2-1。
图1为生产的0.118″(2.997mm)缓冲管的计算出的剪切速率与线速度的关系图。这些计算是基于模头内径为0.375″(9.525mm)、尖梢外径为0.190″(4.826mm)、管内径0.072″(1.829mm)、拉伸比(DDR)＝11.96及拉伸比平衡(DRB)＝1.20。在Michaeli，W.的Extrusion Dies forPlastics and RubberDesign and Engineering Computations(Hanser，New York，1992年)中所说明的下述方程式可用于预测圆形缝模的剪切速率γ‾·=πυ‾zR‾,]]>其中R‾=[1+k2+1-k2ln(k)]1/2;k=RiRo.)]]>其中 为平均剪切速率，R0为模头内径，Ri为尖梢外径，υz为通过模头的平均速率，它从模头的压力损失、材料的粘度和模头的几何构型，或本申请中更简单地由线速度和DDR计算得到 为了确定线速度和相应的剪切速率对所得缓冲管性能的影响，在如上所述的挤出线路上用MFI可变的经晶体成核剂处理的聚丙烯-乙烯共聚物生产缓冲管，线速度从25m/min到150m/min。
已知在聚合物，特别是分子量更高、MFI低的聚合物的加工过程中，较高剪切速率导致分子取向。使用较低分子量材料的优点是减少光学纤维电缆组件中的分子取向。留在光学纤维缓冲管中的分子取向程度可用在高温下测量缓冲管的收缩率的回缩实验确定。在高温下，在加工过程中固定的分子取向松弛，结果缓冲管收缩。回缩实验在切成25厘米长的缓冲管上进行。在测试前，将这些管中的任何纤维除去。实验在平衡在165℃的炉中进行，在该温度下回缩最大且管还没有热到融化的程度。这些管放在涂有聚四氟乙烯的锅上，以防止回缩受摩擦影响而受阻。在记录回缩后的尺寸前，使所有样品冷却到室温。在165℃下加热10分钟后，记录的回缩量为管的纵向尺寸变化。在该温度下，所有可测量的收缩在测试的最先10分钟内发生。缓冲管收缩实验的结果汇总于图2。从图2所给的数据可看出，使用MFI较高的材料，特别是在高线速度下，加工所致的取向减少。
图3表明挤出约一星期后用密度确定的经晶体成核剂处理的聚乙烯-丙烯共聚物缓冲管的结晶度与材料MFI值的变化。从图3可以明显看出，MFI更高的材料的特点为能更快地产生更高结晶度。这些结果与表明结晶更快的DSC结果相一致。对于MFI更高的材料，与结晶度成正比的用DSC测定的熔融热也更高。当MFI保持不变时，含有晶体成核剂的样品也表现更高的结晶度。
缓冲管与电缆的耐压碎性用Instron型4468机械测试仪确定，该仪器配备有在两个4″(101.6mm)平行板间压碎管的压缩支承架。进行耐压碎性测试的管在测试前切成7″(177.8mm)长。所用十字头的速率为0.05英寸/min(1.27mm/min)。图4说明在不同的线速度和变化的MFI下所产生的缓冲管在屈服时的压缩载荷。图4的结果及图2和3的结果表明，因用MFI高的耐冲击聚丙烯共聚物而使结晶度提高及沿纵向的分子取向程度降低，结果缓冲管的耐压缩性有明显的提高。
对于光学纤维电缆应用的另一重要材料性能为耐溶剂性。结晶度更高一般伴随着聚合物材料的耐溶剂性的提高。通过测定浸在85℃的电缆水封凝胶中的样品的质量吸收率或膨胀确定凝胶相容性。凝胶相容性测试结果与MFI的关系见图5。结果明显表明，通过选择MFI更高的材料，凝胶相容性有显著提高。凝胶相容性的提高是因为MFI更高的材料的结晶度提高。
将MFI高的材料用于电缆的高速生产工艺的优点是没有限制光学纤维缓冲管的应用范围。将MFI高的聚烯烃材料用于生产其它电缆组件如夹套或嵌条时，也可得到与图1～5所示相同的优点。在同前述的挤出线路上制得嵌条。生产嵌条的线速度为600m/min，并加入偶氮二酰胺化学发泡剂发泡到初始材料片体积密度的89％。聚烯烃基础材料为根据ASTM-1238-90b测定的MFI为0.78g/10min的高密度聚乙烯(HDPE)和根据ASTMD1238-90b测定的MFI＝3.76的冲击性能改性的聚丙烯乙烯共聚物(i-PP)。因为上述的ASTM方法要求的测量温度不一样，HDPE为190℃，聚丙烯为230℃，因此HDPE的MFI也在230℃测量。在230℃，HDPE样品的MFI测定为1.39g/10min。在该两种情况下，HDPE样品的MFI测定为大大低于i-PP样品。表2为这些嵌条的特性数据汇总。表2`的数据表明，对MFI更高的材料加入0.13磅/km(58.97g/km)的发泡剂得到的相对密度为0.888，而对于MFI＝0.78的HDPE材料加入0.26磅/km(117.94g/km)的发泡剂得到的相对密度为0.900。这些数据明显表明，用MFI更低的材料可以更有效地使用化学发泡剂。
表2发泡聚烯烃嵌条的特性
表3总结了挤出嵌条的机械性能。用Instron型4468机械测试仪测定缓冲管在屈服点的拉伸负荷及伸长。所用标距为3.5″(88.9mm)，十字头的速度为1.4英寸/min(35.56mm/min)。对于所有MFI较高的丙烯乙烯共聚物样品，在样品断裂前，机械测试仪均达到其伸长极限。表2和3的数据表明，选择熔体流动指数更低的聚烯烃用于光学纤维电缆嵌条时，导致更有效地使用基础聚合物和发泡剂以及机械性能的改进。
表3发泡聚烯烃嵌条的机械性能
在选择光学纤维电缆应用的材料时，电缆组件在长期内及在极端环境条件下的可靠性为考虑的重要因素。在这点上，希望在电缆的使用期或在测试过程中，电缆组件的收缩最小。Bellcore规格GR-20概括光学纤维电缆和电缆组件的几个测试要求。Bellcore GR-20所定的要求中有在85℃进行一星期的热老化测试。表4为在85℃进行一星期的加速热老化测试过程中对于嵌条在18″(457.2mm)样品上测得的挤出后收缩结果。从收缩数据明显看出，用MFI更低的材料，加工所致的取向降低导致挤出后的收缩明显降低。
表4在85℃进行老化测试过程中的挤出后收缩
在本公开中包含的实施例表明随结晶速率的提高和挤出后的收缩降低，能更好地控制光学纤维缓冲管及电缆结构中的过量纤维长度。更好地控制缓冲管及电缆结构中的过量纤维长度为本公开所描述的MFI值范围更高的材料提供的与现有技术的电缆材料相比的明显优点。
参照图6，其中示意一单管光学纤维电缆，它在本发明中一般用数字10表示。该电缆结构10具有一根大的凝胶填充的缓冲管或芯管12，其根据本发明从MFI高的聚烯烃材料制得。缓冲管中的凝胶为触变性可水封凝胶，如矿物凝胶、石油凝胶。填有凝胶的缓冲管12含有多根光学纤维14。由芳族聚酰胺、聚乙烯、聚酯或玻璃纤维材料制备的径向强度纱16反螺旋缠绕在缓冲管12上，且用填充化合物如基于石油的热熔融填充化合物浸渍。缓冲管12的外表面积至少有50％被径向强度纱16覆盖。波纹钢制铠装18可用在径向强度纱16上，且波纹钢制铠装18用可水封灌注化合物灌注，这些灌注化合物有例如Witco Corporation，New York，N.Y.或Amoco Chemical Company，Chicago生产的石油基热熔融填充化合物、或石油基灌注化合物。同样，水溶胀性纱或带可用于水封。高强度的开伞拉绳20用在铠装18下面，帮助鞘的脱离。两强力构件22成180度角，位于波纹铠装18的外面。强力构件22可用钢或纤维增强塑料制备。外套24包封强力构件22和波纹铠装18，组成完整结构。外套24可用MFI高的聚烯烃材料制备。可水封灌注化合物19放在波纹铠装18和外套24之间。如果需要，水溶胀性纱或带可用来替代灌注化合物。
本发明还可用于有单层或多层缓冲管的松套管光学纤维电缆。图7为反螺旋缠绕的松套管光学纤维电缆102。示于图2的电缆102一般包括用多根缓冲管106-112和嵌条114包围的中心强力构件104。各缓冲管106-112可装有松散光学纤维116或光学纤维带且可由单层材料或多层材料形成。电缆102还可包括铠装118和保护外套120以及其它东西。缓冲管106-112和嵌条116例如用根据本发明的高MFI聚烯烃材料制造。在用多层缓冲管的实施方案中，多层缓冲管的层中至少有一层由根据本发明的高MFI聚烯烃材料制造。
除了上述应用外，本发明还可用于开槽芯型光学纤维电缆。参考图8， 示意一典型开槽芯型光学纤维电缆202。电缆202包含一由开槽芯构件206包围的中心强力构件204。开槽芯构件206含有多根螺旋槽或缝208。缝208为以无应力状态置于缝中的光学纤维210提供保护导板。开槽芯构件206用根据本发明的高MFI聚烯烃材料制造。
本领域熟练技术人员应当理解的是，当MFI高的材料用于没有在本发明中清楚提到的电缆设计或结构时也可产生优点。从前述公开和系列实施例可以看出，本发明提供了一种制备较现有技术有许多优点的光学纤维电缆组件的方法。对于研究过的包含25～150M/min的线速度，发现MFI在约4～6范围及以上的材料给出加工性及物理性能的最好结合，而对更高的线速度，MFI更高的材料可最佳。同通常应用于挤出工业的低熔体流动材料生产的电缆组件相比，选用MFI约3或更大的高熔体流动聚烯烃材料使得最终产品的加工性能和物理性能有优越性。这些优越性包含但不限于在挤出过程中的粘性生热减少、挤出机的生产量增加、线速度增加、结晶更快、最终结晶度更高、耐溶剂性和凝胶相容性提高、耐压碎性提高及挤出后收缩减少。必须理解，这里所述的实施方案仅仅是本发明原理的说明。本领域熟练人员可以进行各种改性，这些改性体现本发明的原理，且在本发明的精髓和范围内。因此，本发明仅受所附权利要求书及其合理的解释所限制。
权利要求
1.一种从具有大于3的高熔体流动指数(MFI)和包含0.05-1.0wt％的分散于其中的晶体成核剂的聚烯烃材料制备的光学纤维电缆组件，所述熔体流动指数按照ASTM D1238-57T5测试。
2.根据权利要求1的光学纤维电缆组件，其中分散在聚烯烃材料中的晶体成核剂选自脂族一元酸的盐、脂族二元酸的盐和芳烷基酸的盐。
3.根据权利要求2的光学纤维电缆组件，其中晶体成核剂还选自丁二酸钠、戊二酸钠和己酸钠。
4.根据权利要求1的光学纤维电缆组件，其中分散在聚烯烃材料中的晶体成核剂选自芳族羧酸的碱金属盐、芳族羧酸的铝盐、脂环族羧酸的碱金属盐及脂环族羧酸的铝盐。
5.根据权利要求4的光学纤维电缆组件，其中晶体成核剂还选自苯甲酸钠、硬脂酸钠和苯甲酸钾。
6.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中聚烯烃材料为丙烯和乙烯的共聚物。
7.根据权利要求6的光学纤维电缆组件，其中共聚物含有2～14wt％的乙烯单体。
8.根据权利要求6的光学纤维电缆组件，其中共聚物含有低于2wt％的乙烯单体。
9.根据权利要求6的光学纤维电缆组件，其中共聚物含有大于14wt％的乙烯单体。
10.根据权利要求1-5中任一项的光学纤维电缆组件，其中聚烯烃材料为聚丙烯的均聚物。
11.根据权利要求10的光学纤维电缆组件，其中聚丙烯均聚物的聚合物链微观结构主要是全同立构的。
12.根据权利要求1-5中任一项的光学纤维电缆组件，其中聚烯烃材料为聚乙烯的均聚物。
13.根据权利要求12的光学纤维电缆组件，其中均聚物选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和LLDPE。
14.根据权利要求1-5中任一项的光学纤维电缆组件，其中聚烯烃材料为包括丙烯和乙烯单体的三元聚合物。
15.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中MFI在3-24的范围内。
16.根据权利要求15的光学纤维电缆组件，其中MFI在4-10的范围内。
17.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中组件用化学发泡剂发泡。
18.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中材料用选自滑石粉、碳酸钙、炭黑、云母、二氧化硅和高岭土的填料增强。
19.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中组件为缓冲管。
20.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中组件为多层缓冲管且其中至少有一层由聚烯烃材料形成。
21.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中组件为嵌条。
22.根据前述权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中组件为夹套。
23.根据权利要求中任一项的光学纤维电缆组件，其中组件为开槽芯。
全文摘要
用特点为高熔体流动指数的热塑性聚烯烃制备光学纤维电缆组件如缓冲管、嵌条或夹套。使用熔体流动指数高的材料较传统的特征为低熔体流动指数的“挤出级”材料相比，缓冲管的结晶度和结晶速率有明显改善、缓冲管的耐压碎性提高、挤出后收缩下降、凝胶相容性提高、过量纤维长度控制改善。当以大于50M/min的高线速度(剪切速率)加工热塑性材料如经晶体成核剂处理的聚乙烯－丙烯共聚物时，使用熔体流动指数高的材料的优越性非常明显。
文档编号C01F11/00GK1508178SQ20031012386
公开日2004年6月30日 申请日期1998年6月30日 优先权日1997年7月10日
发明者B·G·里斯切, J·D·霍尔德, B G 里斯切, 霍尔德 申请人:阿尔卡塔尔公司