CN100510823C - 光缆及生产光缆的方法 - Google Patents

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Abstract

一种光缆(1)包括：一光缆护套(11)和设置在光缆护套(11)内的至少两个光传输元件(101和102)。光传输元件(101，102)中的至少一个(101)包括一个缓冲管(1011)、至少一个光波导(10101，10102)和至少一个膨胀元件(10111)。缓冲管(1011)围绕至少一个光波导(10101，10102)和至少一个膨胀元件(10111)。膨胀元件(10111)包括一种可以遇水膨胀的膨胀材料。如果水渗透入光学传输元件，该膨胀元件(10111)膨胀并密封光学传输元件，以防止光学传输元件纵向水扩散。

Description

光缆及生产光缆的方法
本发明涉及具有光传输元件的光缆，该光缆具有低断裂伸长率的缓冲管。本发明还涉及生产光缆的方法，用该光缆可以实现光传输元件良好的纵向水密性。
可用于构建宽带通信网络的光缆包含大量的光波导。通常，光缆包括大量光传输元件，这些光传输元件又称作带缓冲的光纤或“单元”。每个光传输元件包含大量的光波导。
例如，光缆可以包含12个光传输元件，并且，每个光传输元件包含12个光波导。
此外，光缆包括一个光缆护套和一个缆芯。光缆护套围绕缆芯。光缆传输元件设置在缆芯中。光缆护套用于保护缆芯并且包括例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚酰胺(PA)的材料。
在特定长度的一段光缆中延伸着长度稍长的一段光传输元件。在一段光缆中光传输元件的额外长度作用在于当施加过大的张应力使光缆弯曲或拉伸时避免光传输元件露出。
例如，在一段圆截面的光缆中，光传输元件可以以围绕这部分的纵轴以螺旋形式设置。在这种情况下，还可以提供沿这部分的纵轴延伸的中心光纤以稳定光传输元件的设置。
光缆的缆芯通常包括芯线填充化合物。光缆护套围绕芯线填充化合物。光传输元件嵌入在芯线填充化合物中。
光缆的光传输元件包括一个缓冲管。缓冲管围绕光传输元件的光波导。光传输元件的缓冲管通常包含在其中埋入填充物的基质聚合物(matrix polymer)。基质聚合物为，例如，乙烷基乙酸乙烯(ethyl vinyl acetate)或聚氯乙烯。填充物为，例如，白垩。由于高质量百分比的填充物减少了缓冲管的断裂伸长率和抗张强度。这使得可以分离光传输元件的缓冲管而无需特殊工具。
在特定长度的一段光传输元件中通常延伸着长度稍长的一段光波导。在一段光传输元件中，额外长度的光波导具有当弯曲或拉伸光传输元件时避免光波导中产生过大的张应力的作用。
例如，在一段圆截面的光传输元件中，光波导可以围绕这部分的纵轴以螺旋形式分别设置。在这种情况下，还可以提供沿这部分的纵轴延伸并稳定光波导的设置的中心光纤。
此外，光传输元件通常包含光纤缓冲填充化合物。缓冲管围绕光纤缓冲填充化合物。光传输元件的光波导埋入光纤缓冲填充化合物中。
为了使光波导可以利用它们额外的长度，以使得当弯曲光缆时，它们彼此之间且相对于缓冲管可以发生位移，光纤缓冲填充化合物用来将光传输元件的缓冲管内的光波导的迁移率限定为尽可能小。这样，在光波导中不产生过大的张应力。为了完全填充缓冲管和光波导之间的间隙，并且，由此以水密方式隔离，通常用粘度不太高的物质，例如，触变胶体作为光纤缓冲填充化合物。
但是，光纤缓冲填充化合物的组分与缓冲管的基质聚合物之间可能发生反应，结果护套通过迁移吸收化合物。该迁移导致光纤缓冲填充化合物和缓冲管的机械特性改变。
使用包括高粘度胶体的光纤缓冲填充化合物使该迁移减小。但是，高粘度胶体可以只是非常慢地变形。这具有，例如，光波导之间的小间隙中光纤缓冲填充化合物的渗透被大大延缓，光波导之间的小间隙中光纤缓冲填充化合物的渗透在光缆的生产中大大降低了加工大量光波导以形成光传输元件的速度。
因此，本发明的目的是详细说明一种具有光传输元件的光缆，其缓冲管具有低断裂伸长率、其光波导在光纤缓冲内具有大迁移率，并且消除了其中在光纤缓冲的纵方向中水的扩散。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的光缆来实现。
根据本发明的光缆包括一光缆护套和被光缆护套围绕的一缆芯。缆芯具有位于中心的膨胀纤维和至少两个光传输元件。该至少两个光传输元件围绕位于中心的膨胀纤维设置。光传输元件中的至少一个包括一个缓冲管、至少一个光波导和至少一个膨胀纤维。为了在纵向方向密封光传输元件，膨胀纤维包括一种可以通过给它提供水而膨胀的膨胀材料。此外，缓冲管围绕至少一个光波导和至少一个膨胀元件。
在根据本发明的光缆中，至少一个光传输元件因而包括一个干膨胀元件(dryswelling element)。
光传输元件优选具有不含胶体的间隙。
提供一种具有干膨胀材料的膨胀元件，其体积在与水接触时大大增加，来代替体积不变的胶体状光纤缓冲填充化合物。
特别地，光传输元件在缓冲管内具有与至少一个光波导和至少一个膨胀元件相邻的间隙，并且可以通过膨胀材料的膨胀以水密封的方式密封。
缓冲管和光波导之间的间隙使光波导具有高移动性成为可能。当弯曲光缆时，光波导可以利用其额外的长度以使它们相对于彼此和相对于缓冲管易于到处平移。
光传输元件的至少一个膨胀元件优选由纤维形成。该纤维在缓冲管内并沿至少一个光波导设置。
例如，大量可膨胀纤维可以均匀地分布在缓冲管内大量光波导之间。这样，在缓冲管内每个间隙的附近有一个膨胀元件。这使得即使低膨胀率的材料也可用作填充元件。
光学传输元件的至少一个膨胀元件优选设置为缓冲管内表面的一层。
在这种情况下，膨胀元件围绕光学传输元件的光波导。由于缓冲管断裂的水渗透因而首先遭遇膨胀元件，这样，在水到达光波导并对光波导的光学特性产生不利影响之前，光传输元件被密封在围绕断裂处的区域中。
光学传输元件的至少一个膨胀元件优选设置在至少一个光学波导的外表面上。
在这种情况下，膨胀元件围绕光传输元件的每个光波导。从而确保膨胀材料在缓冲管内每个空隙的附近。这使得甚至可以使用低膨胀性能的膨胀材料。还确保渗透水在对光波导的光学特性产生不利影响之前达到围绕光波导设置的膨胀材料。
光学传输元件的至少一个膨胀元件优选由熔融的可膨胀聚合物挤压形成。特别地，聚合物的熔点或软化点尽可能低，但大于光学传输元件的缓冲管的熔点或软化点。
光学传输元件的至少一个膨胀元件优选包括一个基质聚合物和一个嵌入基质聚合物内的可膨胀填充物。
在这种情况下，膨胀元件可以由熔融的基质聚合物和填充物的混合物挤压形成。
光学传输元件优选包括具有膨胀材料的纤维股线。纤维股线在缓冲管内沿至少一个光波导延伸。
例如，在圆形截面的光学传输元件的一部分中，纤维股线沿这部分的纵轴在中心延伸。在这种情况下，光波导可以分别以围绕纤维股线的螺旋形式设置。
光传输元件的膨胀元件优选设置为在至少一条纤维股线的外表面上的一层。
该层可以包括基质聚合物和埋入基质聚合物中的填充物。
特别地，纤维股线可以包括聚酯。
光传输元件优选在缓冲管与光波导之间具有设置包含至少一种膨胀元件的粉末的间隙。
特别地，可膨胀粉末可以包括另一种填充物，例如，云母。
光学传输元件的缓冲管优选包括一种具有高可塑剂成分的原料聚合物，和一种埋入原料聚合物中的填充物。选择填充物在整个基质聚合物和填充物中的质量百分比，使得缓冲管破裂处的伸长率显著减小，并优选在20％和90％之间。特别地，质量百分比为70％。
具有高可塑性成分的基质聚合物优选包括乙烷乙酸乙烯(EVA)和聚氯乙烯(PVC)中的一种材料，并且，填充物包括可膨胀粉末。
至少一种光波导优选包括设置在光波导的外表面的一层并且包括丙烯酸脂。
膨胀材料优选包括聚丙烯酸或聚丙烯酸盐，例如，钠聚丙烯酸酯(sodiumpolyacrylate)。
此外，本发明的目的在于详细说明一种生产光缆的方法，其光传输元件具有具有低断裂伸长率的缓冲管，并且防止纵向水扩散。
根据本发明，该目的通过具有权利要求18的特征的光缆生产方法来实现。
根据本发明的用于生产光缆的方法包括产生至少两个光传输元件的步骤。所述至少两个光学传输元件中的至少一个通过提供至少一个光波导的步骤，产生至少一个膨胀元件的后续步骤和挤压围绕至少一个光波导且围绕至少一个膨胀元件的缓冲管的后续步骤产生。接着，所述至少两个光学传输元件围绕位于中心的膨胀纤维设置。
在本发明提供的光缆的制造过程中，没有提供可以埋入光波导的胶状光纤缓冲填充化合物。取而代之使用了干膨胀元件。
产生至少一个膨胀元件的步骤优选包括制备熔融的可膨胀聚合物的步骤和由可膨胀聚合物将至少一个膨胀元件挤压成为纤维的后续步骤。
例如，可以一个接一个地产生并搓成多个光波导和多个膨胀纤维。
产生至少一个膨胀元件的步骤优选包括制备熔融的可膨胀聚合物的步骤和将至少一个膨胀元件挤压成为围绕至少一个光波导的可膨胀护套的步骤。
例如，可以产生可膨胀护套作为围绕进入挤压机的所有光波导的公共护套。在这种情况下，可膨胀护套可以与缓冲管共挤压。
当然，在第二步骤围绕所有光波导产生缓冲管之前，可膨胀护套还可以作为一次围绕单独一个光波导的护套在第一步骤中产生。在这种情况下，可膨胀护套和缓冲管各自都可以挤压。
产生至少一个膨胀元件的步骤优选包括制备可膨胀填充物和基质聚合物的混合物的步骤，和由可膨胀填充物和基质聚合物的混合物产生围绕至少一个光波导的可膨胀护套的步骤。
在这种情况下，实际不可膨胀的基质聚合物与可膨胀填充物预先混合。随后由填充物和基质聚合物的混合物产生可膨胀护套。
产生至少一个膨胀元件的步骤优选包括制备至少一根纤维股线的步骤，通过预先混合基质聚合物和填充物产生膨胀材料的后续步骤，以及用膨胀材料涂覆至少一根纤维股线的后续步骤。
例如，用可膨胀材料涂覆多根纤维股线，随后与光波导搓在一起。
产生至少一个膨胀元件的步骤优选包括提供具有膨胀材料的粉末的步骤。
例如，在搓光波导的过程中可以洒粉末。
产生至少一个膨胀元件的步骤优选包括提供膨胀粉末的步骤和提供另外的填充物的步骤，例如，提供云母的步骤。
膨胀元件优选包括一种膨胀材料和一种聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯盐，例如，钠聚丙烯酸酯。
下面在附图所表示的实施例的基础上解释说明本发明。
图1示出根据本发明的一个优选实施例的光缆。
图2A示出根据本发明的第一实施例的光缆的光传输元件。
图2B示出根据本发明的第二实施例的光缆的光传输元件。
图2C示出根据本发明的第三实施例的光缆的光传输元件。
图2D示出根据本发明的第四实施例的光缆的光传输元件。
图2E示出根据本发明的第五实施例的光缆的光传输元件。
具体实施方式
在图1中，示出根据本发明的一个优选实施例的光缆。光缆1包括光缆护套11，光缆护套11围绕被称作缆芯的光缆的内部。光缆护套11包括例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚酰胺(PA)的材料。此外，光缆1包含设置在光缆护套11内的光传输元件101和102。光传输元件101包括缓冲管1011。缓冲管1011包含基质聚合物，例如，聚氯乙烯或乙烷醋酸乙烯，其中，埋入钝态填充物，例如，白垩。通过设置填充物的质量百分比可以设置缓冲管1011断裂伸长率或抗张强度。为了无需特殊工具而除去缓冲管1011，断裂时的伸长率优选设置为低的。光传输元件101还包括光波导10101和10102以及膨胀元件10111。光波导10101和10102以及膨胀元件10111设置在缓冲管1011内。特别地，位于中心的膨胀纤维12可以与光传输元件101和102一起松散地放置在由光缆护套11围绕的缆芯中。
可以提供一个膨胀元件10111或者多个膨胀元件10111。膨胀元件10111可以用包括可膨胀聚合物的纤维形成。纤维还可以包括埋入可膨胀填充物的基质聚合物。纤维还可以包括表面涂覆可膨胀层的实际不可膨胀的纤维股线。在这种情况下，可膨胀层可以包括可膨胀聚合物或基质聚合物，并且其中埋入可膨胀填充物。
膨胀元件优选包括一种聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯盐，例如，钠聚丙烯酸酯作为膨胀材料。在这种情况下，埋入膨胀材料作为填充物和基质聚合物。
为了生产图1所示的光缆1，首先形成光传输元件101。为此，首先形成光波导10101和10102以及至少一个膨胀元件10111。接着，将至少一个膨胀元件10111与光波导10101和10102一起提供给挤压机，该挤压机在缓冲管上1011挤压。之后，将光传输元件101与光传输元件102一起提供给另外的挤压机，该挤压机在光缆护套11上挤压。
为了形成膨胀元件10111，可以由熔融的聚合物挤压成一根纤维。还可以产生少量光纤并纺成一根光纤。可以使用可膨胀且高水吸收性的聚合物熔融。但是，在后续的混合操作中，还可以使用仅仅形成可膨胀填充物的基质的聚合物作为引入熔融的聚合物中的填充物。例如，可以将可膨胀填充物作为粉末引入聚合物的基质中。
在图2A中，示出了根据本发明的第一实施例的光缆1的光传输元件101。光传输元件101包括缓冲管1011、光波导10101和10102以及膨胀元件10111。光波导10101和10102以及膨胀元件10111被缓冲管1011围绕。膨胀元件10111用纤维或纤维股线形成。这种纤维或纤维股线可以包括可膨胀聚合物或埋入可膨胀填充物的基质聚合物。
在示于图1和2A的实施例的这种情况下，膨胀元件10111还可以通过在不可膨胀纤维或不可膨胀纤维股线上形成可膨胀层形成。在这种情况下，该层反过来可以通过涂敷可膨胀聚合物或涂敷用可膨胀材料填充的基质聚合物形成。
在图2B中，示出了根据本发明的第二实施例的光缆1的光传输元件101。光传输元件101包括缓冲管1011、光波导10101和10102以及膨胀元件10112。光波导10101和10102以及膨胀元件10112设置在缓冲管1011内。此外，膨胀元件10112设置在光波导10101和10102的外表面。膨胀元件10112可以包括可膨胀聚合物或引入了可膨胀填充物的基质聚合物。膨胀元件10112可以被挤压在光波导10101和10102上。或者，通过涂覆光波导10101和10102的外表面形成膨胀元件10112。
在图2C中，示出了根据本发明的第三实施例的光缆的光传输元件101。光传输元件101包括缓冲管1011、光波导10101和10102以及膨胀元件10113。光波导10101和10102以及膨胀元件10113设置在缓冲管1011内。此外，膨胀元件10113设置在缓冲管1011的内表面。膨胀元件10113可以包括可膨胀聚合物或埋入可膨胀填充物的基质聚合物。在这种情况下，膨胀元件10113可以由熔融物挤压形成。
在图2D中，示出了根据本发明的第四实施例的光缆1的光传输元件101。光传输元件101包括缓冲管1011、光波导10101和10102、纤维股线1012以及膨胀元件10114。光波导10101和10102以及膨胀元件10114被缓冲管1011围绕。纤维股线1012包括例如，聚酯并且在缓冲管1011内沿光波导10101和10102延伸。在这种情况下，中心设置纤维股线1012，并且固定例如在缓冲管1011内光波导10101和10102的位置。在光缆1的一部分中，光波导10101和10102优选以围绕纤维股线1012的螺旋形式设置。纤维股线1012因而还起到稳定光波导10101和10102的作用。膨胀元件10114例如，作为纤维股线1012外表面的可膨胀层形成。膨胀元件10114可以包括可膨胀聚合物或埋入可膨胀填充物的基质聚合物。
在图2E中，示出了根据本发明的第五实施例的光缆1的光传输元件101。光传输元件101包括缓冲管1011和光波导10101和10102。光波导10101和10102设置在缓冲管1011内。光波导10101和10102包括光纤包层101011和101021以及被光纤包层101011和101021围绕的光纤101012和101022。光纤包层101011和101021包括例如，丙烯酸脂。光传输元件101还包括膨胀元素10115。膨胀元素10115由洒在缓冲管1011内的光波导10101和10102之间的粉末形成。
形成为粉末的膨胀元素10115还可以作为基质聚合物内的填充物埋入，该基质聚合物包含在缓冲管1011自身内。在这种情况下，光传输元件101的生产优选包括由包含基质聚合物和填充物的混合物的熔融物挤压成缓冲管1011的步骤。
附图标记列表
1               光缆
11              光缆护套
12              膨胀元件
101，102        光传输元件
1011            缓冲管
1012            纤维股线
10101，10102    光波导
10111～10115    膨胀元件
101011，101021  光纤包层
101012，101022  光纤

Claims (23)

1.一种光缆(1)，包括：
一光缆护套(11)和一被该光缆护套(11)围绕的缆芯(101，102)；
该缆芯包括一位于中心的膨胀纤维(12)和至少两个光传输元件(101，102)；
该至少两个光传输元件(101，102)围绕位于中心的膨胀纤维(12)设置，并且该至少两个光传输元件中的至少一个(101)包括：
至少一个光波导(10101，10102)；
至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)，该膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)包括一种可遇水膨胀以密封光传输元件(101)的膨胀材料；
一个缓冲管(1011)，其围绕所述至少一个光波导(10101，10102)和所述至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)，
其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)包括至少一个具有膨胀材料的纤维股线(1012)，该纤维股线(1012)在缓冲管(1011)内并沿所述至少一个光波导(10101，10102)延伸，并且
其中，所述至少两个光传输元件中的所述至少一个(101)的至少一个膨胀元件(10114)被设置成在所述至少一条纤维股线(1012)的外表面上的一层。
2.如权利要求1的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的至少一个(101)具有不含胶体的间隙。
3.如权利要求1的光缆(1)，其所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)在缓冲管(1011)内具有与所述至少一个光波导(10101，10102)和所述至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)相邻的间隙(1013)，并且可以通过膨胀材料的膨胀以水密封的方式密封。
4.如权利要求1至3之一的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)的至少一个膨胀元件(10111)形成为设置在缓冲管(1011)内沿所述至少一个光波导(10101，10102)设置的光纤。
5.如权利要求1至3之一的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)的至少一个膨胀元件(10113)被设置为缓冲管(1011)内表面的一层。
6.如权利要求1至3之一的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)的至少一个膨胀元件(10112)被设置在至少一个光波导(10101)的外表面上。
7.如权利要求1至3之一的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)的至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)由熔融的可膨胀聚合物挤压形成。
8.如权利要求1至3之一的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)的至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)包括一个基质聚合物和一个埋入基质聚合物内的可膨胀填充物。
9.如权利要求1的光缆(1)，其中，所述纤维股线包括聚酯。
10.如权利要求1或2的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)具有在该缓冲管(1011)与所述光波导(10101，10102)之间的间隙(1013)，在该间隙(1013)中设置有粉末，并且所述粉末包括至少一种膨胀元素(10115)。
11.如权利要求10的光缆(1)，其中，该粉末包括另一种填充物。
12.如权利要求1至3之一的光缆(1)，其中，所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个的缓冲管(1011)包括一种具有高可塑剂成分的基质聚合物和一种填充物，并且，填充物在整个基质聚合物和填充物中的质量百分比在20％和90％之间。
13.如权利要求12的光缆(1)，具有高可塑性成分的基质聚合物包括乙烷乙酸乙烯和聚氯乙烯中的一种材料，并且，填充物包括膨胀粉末(10115)。
14.如权利要求1至3之一的光缆(1)，所述至少一种光波导(10101)包括设置在该光波导(10101)的外表面的光纤包层(101011)，该光纤包层(101011)包括丙烯酸脂。
15.如权利要求1至3之一的光缆，其中，膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)的膨胀材料包括聚丙烯酸或聚丙烯酸盐。
16.一种生产光缆的方法，包括步骤：
产生至少两个光传输元件(101，102)，所述至少两个光传输元件(101，102)中的至少一个(101)通过下述步骤产生：
提供至少一个光波导(10101，10102)；
产生至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)；
挤压围绕所述至少一个光波导(10101，10102)且围绕所述至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)的缓冲管(1011)；以及
围绕位于中心的膨胀纤维(12)设置所述至少两个光传输元件(101，102)；并且使得：所述至少两个光传输元件(101，102)中的所述至少一个(101)包括至少一个具有膨胀材料的纤维股线(1012)，该纤维股线在缓冲管(1011)内并沿所述至少一个光波导(10101，10102)延伸，并且所述至少两个光传输元件中的至少一个(101)的所述至少一个膨胀元件(10114)被设置成在所述至少一条纤维股线(1012)的外表面上的一层。
17.如权利要求16的方法，产生所述至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)的步骤包括：
制备熔融的可膨胀聚合物；
通过将可膨胀聚合物挤压成为纤维来形成所述至少一个膨胀元件(10111)。
18.如权利要求16的方法，产生所述至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)的步骤包括：
制备熔融的可膨胀聚合物；
通过将可膨胀聚合物挤压成为围绕至少一个光波导(10101，10102)的可膨胀护套来形成所述至少一个膨胀元件(10112，10113)。
19.如权利要求16的方法，产生所述至少一个膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)的步骤包括：
制备可膨胀填充物和基质聚合物的混合物；
由熔融的混合物产生围绕所述至少一个光波导(10101，10102)的可膨胀护套(10112，10113)。
20.如权利要求16的方法，产生所述至少一个膨胀元件(10114)的步骤包括：
制备至少一根纤维股线(1012)；
用可膨胀材料涂覆至少一根纤维股线(1012)。
21.如权利要求16的方法，产生所述至少一个膨胀元件(10115)的步骤包括提供具有可膨胀材料的粉末。
22.如权利要求16的方法，产生所述至少一个膨胀元件(10115)的步骤包括提供可膨胀材料并提供另外的填充物。
23.如权利要求16至22之一的方法，其中，所述膨胀元件(10111，10112，10113，10114，10115)包括一种聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯盐。
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