专利名称：包括防潮和防冻装置的光缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括防潮和防冻装置的光学纤维缆。
在先有技术中，为防止水分通过光缆的护层系统和沿缆芯流入，已经使用了各式各样技术。例如，经常用来保护金属导线电缆免遭雷击和啮咬的金属屏蔽备有密封的纵向接缝。
因为雷击会在金属屏蔽中导致空洞，一般把防止水分浸入缆芯用的附加装置包括在内。防潮材料已被用来填塞缆芯和覆盖光缆护层系统的某些部分以防止进入光缆的任何水分从那里纵向移动。参阅第4176240号美国专利。填充料的使用(以润滑脂的形式)引起保管问题、抑制线路速率(由于需要仔细填塞缆芯的空隙)和例如在拼接操作期间对现场人员呈现出一些问题。
此外，有些填充料已有害地影响缆芯的互电容。这一问题已采用包含呈防水处理过的碳酸钙状态的疏水性粉末和呈能迅速水合以形成粘性溶液的至少一个高分子量树脂状态的亲水性粉末混合物的填料加以解决。参阅美国专利4002819。
缆芯内的防潮装置可为除填料以外的装置。参阅美国专利4946237。在缆芯线管内的纵向延伸的防潮部件可能采用几种形式。例如，它可包括层压制件(包含在两绝缘带之间的粉末)。或者，它可包括用某种材料浸渍过的衬底带。当暴露在水中时，该浸渍材料起膨胀作用使该包带阻止水分通过护层系统流向缆芯线及其沿光缆纵向迁移。在某一实施例中，浸渍材料包括水溶胀薄膜或通常所说的超吸收性材料。在另一实施例中，该包带可用含超吸收性材料的胶来处理。浸渍材料可能是在较宽范围内有皂化作用的聚丙烯酸或者它可能是聚丙烯酰胺。此外，浸渍材料可能还包括聚丙烯酸或聚丙烯酰胺的混合料或盐类，或丙烯酸和聚丙烯酰胺的共聚物或衍生物。另外，在缆芯内部的防潮装置可包括用超吸收性材料浸渍过的或由超吸收性纤维组成的一根或更多的纱线。此外，缆芯的防潮装置可包括能与芯线管内表面接合的防潮带和一根或更多防潮纱线。
另一问题涉及连接局间和城市间中继线的引上电缆的使用。这种电缆包括在大型建筑物的两层或多层地板之间提供垂直引上配线的部分。典型的屋内光纤缆是全空心缆芯，尽管户外光缆包括缆芯填料，以提供对水渗透的阻力。最好是，使用一根电缆从外部入孔伸到大楼内和升井上会导致节省费用，因为排除了对附加的拼接位置的需要。为了使用一根电缆从大楼外部入孔的拼接位置架到大楼内然后架到配线点，该光缆必须包括适当的防潮和防冻装置以满足外部技术要求，这技术要求不兼顾大楼内需用光缆的防火特性。
光缆制造厂借助于使用超吸收性材料，提供所需防水渗透性同时并不降低光缆的耐火性。如在上文中所提到的，在某些光缆中，超吸收性包带已被安置在缆芯内。现已发现，在光纤缆芯中使用超吸收性包带会因为活性超吸收性凝胶体的冻结而导致纤维中微弯损耗的增加。
所需要的而看来不能获得的是光纤维缆，既包括防止水沿光缆流动的装置同时还包括保护光导纤维以防冻结环境的装置。此外最好是具有充份防火性的光缆，使得该光缆例如可用于大楼内部诸如升降机之类场合。
先有技术的上述问题已通过如同在权利要求书中所提出的本发明光缆所克服。该光学纤维缆，包括由至少一根光纤传输介质组成的芯体，其中装有所述芯体并由塑料制成的管状部件;置于所述管状部件周围的护层系统;其特征在于安置在所述管状部件内部的装置，用于阻挡水的纵向流动和用于阻止在所述电缆内部水的冻结，所述装置包括超吸收性材料和防冻材料。
图1是具有芯体的光缆透视图，它包括用于阻挡和防止水分流动和冻结的装置;
图2是图1光缆的端面图;
图3是描绘特殊防冻材料的可膨胀性试验结果的曲线图;
图4是从入孔架伸到大楼内的光缆的示意图;及图5是本发明的另一光缆的透视图。
现参照图1和2，图中示出一段通信电缆，它概括地用数字20标明并具有纵轴21。它包括含有光导纤维25-25的一个或多个单元24-24的缆芯22，光导纤维25-25例如可以用聚氯乙烯(PVC)加以隔离。每个单元24-24是用粘合带27包裹。缆芯22包括防潮部件26，该部件置于称为护层系统32的芯线管的管状部件28内。在所示实施例中，防潮部件26是管状的并设置在与芯线管28相邻的位置上。
某一实施例的防潮部件26是呈包带30状态，该包带可包括可由疏水性材料制成的和已用适当材料处理过的衬底带。最好，包带是亲水性的，对水具有强亲和力因为它容易吸收水。如图所见，包带30已经以可能或不能包括重叠接缝的方式缠绕在单元24-24周围。
芯线管28被金属屏蔽34和外层塑料套管38所包围。护层系统32还包括两个完全相反的加强构件36-36。此外，可以把附加的包带39缠绕在芯线管28的外表面周围。包带39是防潮包带，它可以包括和包带30相同的衬底。
在某一实施例中，包带30是粘丝型无防聚酯材料并包括由无规排列的纤维(它主要被粘结在纤丝交叉点上)构成的网状结构。该丝网的纤维的连续性(尽管不是本发明所必需的)将给丝网提供增强的抗拉强度。该纤维可由任何塑性树脂制成，或在有温度(在挤压芯线管28期间所遇到的)情况下具有保持其形状的能力的其他适当材料。把丝网结构的纤维排列好以形成空气室或空穴。
如上述制成丝网结构的聚乙烯对苯二甲酸酯纤维产品已在“Reemay”注册商标下由E.I.duPontdeNemours公司(美国特拉华州威尔明顿(Wilmington的一家股份有限公司)加以鉴定，目前，从田纳西州旧希科黑(OldHickory)的Reemay股份有限公司可买到各种厚度和密度的Reemay丝网结构。在来自E.Z.duPontdeNemours股份公司(特拉华州威尔明顿)注明日期为1986年三月题为“Reemay粘丝型聚酯的特性和处理”的简报R-1中进一步定义和描述了Reemay包带的特性。
虽然在一最佳实施例中，使用粘丝型聚酯包带，但其他也有可接受的。例如，要加以浸渍的包带例如可能是尼龙粘丝型纤维、无纺玻璃、熔溶聚丙烯吹制的无纺纤维、聚氨基甲酸酯粘丝型纤维或TCF纤维素纤维。
最好，本发明的包带30不但在挤压芯线管28期间而且在挤压套管38期间也起热屏障的作用。当套管38在屏蔽34上被挤压时，可以把热转移到光导纤维芯。电缆20的包带30具有能隔离由挤压芯线管和套管所引起的热的能力。
衬底包带的另一重要特性是组成包带材料壳体的刚性。在一定范围内，当衬底包带由较坚硬的材料制成时，仍然比较容易纵向地在单元24-24周围形成包带而没有褶皱。但是，重要的是，材料要有足够的存储量，使它竭力向外弹出以致与心线管28的内表面结合。理想的结果是，获得能满足所有必要技术要求的电缆的最小总直径。衬底包带用的材料的刚性由若干因素结合来控制的。这些因素例如为每单位容量的纤维数、材料的厚度、纤维的尺寸以及在材料中使用的粘合剂的数量和类型)。增加材料的厚度显然提高被复电缆每单位表面积材料的成本。增加每单位容积的纤维数或增加粘合剂的数量势必提高材料延迟热转移的能力。至少四个因素，包带30的可成形性、包带的成本、包带的隔离能力及其防潮能力必须加以考虑并在提供用于特殊光缆的适当材料方面加以平衡。
在某一实施例中，粘丝型聚酯包带把聚酯纤维的热、化学和机械性能与粘丝型结构结合起来以提供适用于通信电缆的包带。这些性能包括较高的抗拉强度和拉伸度、优良的撕裂强度、以及耐高温性，这温度在燃烧着的建筑物中可以预料而且它可能高达2000°F左右的数值。
防潮部件26包括用于阻挡水纵向地沿缆芯流动和用于防止水冻结的装置。在某一实施例中，包带30是用一种或几种水溶性材料的混合物加以处理，以防止可能进入电缆并达到缆芯的水冻结。最好，包带是用丙二醇加以处理。适合于作为防冻要素的其他材料包括乙二醇、二甲亚砜和氯化钠或钾、硫酸盐及乙酸盐。后者材料目前以粉末形式用作道路的防冻剂。在reemay带上丙二醇的典型负荷相当于0.008克/平方英尺左右。
然后把各已用防冻材料处理过的两片衬底包带制成在它们之间包括超吸收性材料在内的层压制件。超吸收体就是亲水性材料，它们能吸收和保留水份而不致溶解于被吸收的液体中。参阅J.C.Djock和R.E.Klern为1983年11月16-17日在美国德克萨斯州圣安东尼奥举行的吸收性产品会议而编写的文章“合成的和淀粉接枝共聚物超吸收体综述”此文引入本文供参考。把诸如酶稳定性、生物降解能力、吸收能力以及摄入率之类的特性用来说明超吸收性材料的特征。早期的一种超吸收体是皂化淀粉接枝聚丙烯腈共聚物。参阅美国专利3425971。上述专利揭示带水基的皂化淀粉接枝聚丙烯腈共聚物。
目前能得到的两种主要超吸收体是纤维素的或淀粉接枝共聚物和合成的超吸收体。有两大类主要的合成超吸收体。这就是聚合电解质和非电解质。聚合电解质是最重要的并分成几类。关于这些，聚丙烯酸酸基的超吸收体是最常见的。正如纤维素接枝共聚物的超吸收体一样，合成超吸收体的容量随含盐量增加而降低。
超吸收体的聚丙烯酸类都包括丙烯酸和丙烯酸盐的同聚物和共聚物。单体单元通常是被聚合的以产生水溶性聚合物，然后靠离子的和/或共价的交联作用使它变得不可溶解。聚合物的交联作用可以用多价反应、辐射、或用交联剂来完成。产品的吸收率是由可离子化的基团的数量、一般羧化物、和交联密度所确定。
图3显示许多防潮部件的可膨胀性试验结果，每一个包括两层衬底包带除一个以外全部用蒸馏水和丙二醇的混合物处理过，还包括层叠在它们之间的超吸收性粉末在内。可以在两层被复Reemay包带之间层叠的适当超吸收性粉末是由Stockhausen公司在标记StockhausenFAVORSAB800HS粉末之下所销售的一种粉末。标明40的曲线描绘包带未经丙二醇处理过的试验结果。曲线42-48描绘了包带分别用蒸馏水和丙二醇的4∶1、3∶1、2∶1和1∶1混合物处理过的试验结果。
下面是把一克水的凝固点降低到-40℃所需防冻材料的数量的例子。
防冻剂数量(克)乙二醇1.335丙二醇1.637不同的数量可用来使凝固点降低到不同于-40℃的某一温度。
为确定除包括防冻组分外还包括超吸收性材料的包带是否符合在60秒内为0.5cm的最小膨胀高度的技术要求而进行了若干试验。如在图3中所看到的，借助于只在两层衬底包带之间含有超吸收性粉末的层叠包带得到最大膨胀高度。但是，尽管包括超吸收性和防冻材料的每层带得到的膨胀高度小于只包括超吸收剂的包带的膨胀高度，但除1∶1混合物之外全部符合在60秒内达0.5cm最小膨胀高度的技术要求。
在另一实施例中，防潮部件26包括各用超吸收性材料浸渍的两层包带30-30。呈粉末状的防冻材料被层叠在两层带30-30之间。
在另一可供选择的实施例中，防潮部件26包括一层用超吸收性材料和用防冻材料渗透过的包带30。当然，防潮部件26可以是层压制件，它包括用超吸收性材料浸渍过的一层包带30和用防冻材料浸渍过的另一层包带。
在又一个可供选择的实施例中，层压制件包括两层衬底包带，各层都是无纺聚酯材料，在它们之间包括有粉末混合物。粉末混合物包括防潮材料和超吸收性材料的混合物。对最大膨胀来说，采用超吸收性材料与防冻材料的比率为4∶1。所以，对用来使一克水的凝固点降低到-40℃的每1.637克丙二醇来说，大约6.4克的超吸收性粉末与它混和。
同样变得重要的是，引入防冻装置没有在电缆内引起超出可接受的限度的附加损耗。现已显示，对于用乙二醇或丙二醇处理过并在其间装有超吸收性共聚物的包带来说，附加损耗是在可接受的限度之内。
同样每层包带可配备成具有对微生物滋长的抵抗力。采用非纤维素包带而超吸收性材料是防微生物的。参阅美国专利5138685，在此引入供参考。
尽管到现在为止包带已经是聚酯无纺带，还是有可能在两层木浆衍生物的包带之间制成层压件。涂受到霉菌滋长外，这些包带层叠同所述其余的一样地执行。为了处理霉菌滋长，上述纤维素包带都用防微生物材料，(例如由InterfaceResearchCorporation销售的Intersept防微生物材料或由calgon公司销售的TK100材料)加以处理。
如在发明背景段中所描述的，最好能把电缆从入孔架伸到大楼内并在升井上。上述电缆不但必须包括防潮和防冻装置供外部使用，而且必须具有足够低的火焰迟缓性和放烟特性。最好，本发明的电缆包括防潮和防冻材料，绝缘和套管材料，缘聚氯乙烯之类(例如)，它造成用于引上电缆的担保人实验室试验(UnderwritersLaboratoriestest)UL1666的通道。在试验的各抽样中，火焰高度显著低于在一分钟持续时间中允许的336cm。
作为具有防冻和防潮性能的电缆20的结果，电缆的使用频谱已被加宽。如在图4中所看到的，电缆20可以从外部入孔70伸入大楼72内并沿升井而上。
在图5所示的另一实施例中，适合于安装在入孔和在大楼内部的配线点之间的电缆80包括缆芯82，它包含许多可能呈带状(图中未显示)的光导纤维83-83和层压件85。层压件85包括两层包带，各层渗透有吸收性材料，并在两层带之间包括超吸收性粉末。在另一个可供选择的实例中，超吸收性粉末和防冻材料的混合物被层叠在两层带之间。围绕前述构件的是管状部件87。在管状部件87周围装有加强部件系统，该系统包括由比较软的粗纱组成的内层90和由至少若干棒状加强构件组成的外层92。由阻燃性塑料制成的套管94布置在加强部件系统周围。已处理过或已制成只包括防潮功能的层压件的包带96可以夹在管状部件87和加强部件系统之间。
权利要求
1.光学纤维缆，包括由至少一根光纤传输介质组成的芯体；其中装有所述芯体并由塑料制成的管状部件；置于所述管状部件周围的护层系统；其特征在于安置在所述管状部件内部的装置，用于阻挡水的纵向流动和用于阻止在所述光缆内部水的冻结，所述装置包括超吸收性材料和防冻材料。
2.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述装置包括由两层衬底包带组成的纵向延伸的层压件，在两衬底包带之间具有粉末混合物。
3.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述装置包括由两层衬底包带组成的纵向延伸的层压件，各包带已用防冻材料处理过，在所述包带之间装有超吸收性材料。
4.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述装置包括由两层衬底包带组成的纵向延伸的层压件，各包带已用超吸收性材料处理过，在所述包带之间装有防冻材料。
5.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述装置包括已用防冻材料和超吸收性材料的混合物浸渍过的纵向延伸的包带。
6.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述装置包括已用超吸收性材料浸渍过的一层包带，它同已用防冻材料浸渍过的另一包带叠制成层压件。
7.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述防冻材料和超吸收性材料的重量比是在大约1∶1到大约1∶4的范围内。
8.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述防冻材料是可溶性材料，它足以提高被吸收水份的离子强度以降低其凝固点。
9.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述防冻材料包括选自丙二醇二甲亚砜、可溶性钠、钾盐和乙二醇的至少一种材料。
10.如权利要求1的光缆，其特征在于，所述光缆的材料是(例如)使所述光缆具有对火焰和烟扩散的适当阻力。
全文摘要
光学纤维缆(20)，包括在其缆芯中，用于阻挡水纵向地沿芯体流动和防止这种水冻结的装置。在缆芯内用于防止水冻结(它能有害地影响光导纤维)的装置包括防冻材料，。两层包带的每一层都可用像丙二醇之类的防冻材料加以浸渍并被用来制成在其间包括超吸收性粉末的层压件。最好，这种光缆能具有适当的阻燃性，使得它可以从外部入孔伸到大楼内部的配线点。
文档编号H01B7/282GK1081257SQ9310788
公开日1994年1月26日 申请日期1993年6月28日 优先权日1992年6月29日
发明者C·J·阿罗约, J·R·佩蒂斯, 许正聪 申请人:美国电话电报公司