CN101120277A - 低收缩电信光缆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电信光缆，其具有层(24、28)，所述层构造成抗挤塑后收缩。所述层包括多个嵌在基底材料中的离散的收缩减小件。所述收缩减小件可由液晶聚合物制成，本发明还涉及用于制造具有可抗挤塑后收缩的层的电信光缆的方法。

Description

低收缩电信光缆及其制造方法
技术领域
本发明一般涉及低收缩电信光缆以及该低收缩电信光缆的制造方法。
背景技术
光缆通常包括：(1)一根或多根光纤；(2)围绕该一根或多根光纤的一个或多个缓冲件；(3)围绕该一个或多个缓冲件的增强层；以及(4)外套。光纤用于载运光学信号。通常的光纤包括一个由包层围绕的内芯，该包层覆有涂层。缓冲件通常用于围绕和保护覆有涂层的光纤。增强层增加光缆的机械强度，以保护内部光纤不受安装过程中以及此后施加到光缆上的应力的影响。示例性的增强层包括芳族聚酰胺纱线、钢、以及用环氧树脂增强的玻璃粗纱。外套保护光缆不会因挤压、研磨而产生损坏以及其他物理损坏。外套还保护光缆不受化学损坏(例如臭氧、碱、酸)。
已知的是，光缆内光纤的微小弯曲会对光学性能产生负面影响。光缆的外套的收缩会导致轴向应力施加到光纤上，这会使光纤产生微小弯曲。外套收缩的一个原因在于由于温度减小导致的热收缩，另一个收缩的原因在于挤塑后收缩。
由于热收缩产生的收缩通常只是暂性的，而热膨胀/收缩的量取决于所涉及的材料的热膨胀系数。在通常的光缆中，外套比光纤的热膨胀系数要高。因此，当由于正常环境温度循环而使温度下降时，外套比光纤收缩得厉害使得应力施加到光纤上。这些应力通常仅是暂性的，因为当温度回复正常时外套会膨胀回到其原始尺寸。
挤塑后收缩是用于制造光缆的挤塑工艺的附带产物。通常，为了制造光缆，光纤要穿过挤塑模，且熔融塑料绕着光纤的外部被挤出。随着熔融塑料从挤塑模中出来，塑料在流动方向上被拉长，然后穿过冷却浴槽，在浴槽中塑料的细长形状被固定。但是，在形状固定之后，塑料继续具有对预拉伸的形状的记忆。因此，如果光缆在后来被加热时，塑料将在重力作用下朝向其预拉长的形状，由此产生光缆外套的挤塑后轴向收缩。如上所述，光缆外套收缩可能会导致光纤的微小弯曲，从而降低信号质量。与热收缩导致的收缩不同的是，上述类型的挤塑后收缩是永久性的。
挤塑后收缩在光纤连接领域中是较严重的问题。当连接器安装在光缆末端时，常常要使用热固环氧树脂将连接器固定到外套和增强层。当固化循环中环氧树脂被加热时，光缆外套也被加热，因而产生永久性的挤塑后收缩。挤塑后收缩也可能在安装后由于环境温度变化而产生。
发明内容
本发明公开的内容一方面涉及一种电信光缆，其具有抗挤塑后收缩的一个层，在一个实施例中，该层是光缆的外套。
本发明的另一方面涉及一种制造电信光缆的方法，该电信光缆具有抗挤塑后收缩的一个层。
本发明其他各方面如下所述，这些方面涉及各独立的特征以及这些特征的结合。应该理解的是，前面的抽象描述以及后面的详细描述都仅是示例性的和解释性的，并不是对要求保护的发明的限定。
附图说明
图1是根据本发明原理的示例性光缆的透视图；
图2是具有根据本发明原理的结构的电信光缆的一个层；
图3示出了根据本发明原理的光缆的第二实例；
图4示出了根据本发明原理的光缆的第三实例；
图5示出了根据本发明原理的光缆的第四实例；
图6示出了用于制造根据本发明原理的电信光缆的系统；
图6A示出了沿图6的剖面线6A-6A截取的剖视图；
图6B示出了沿图6的剖面线6B-6B截取的剖视图；
图7示出了可与图6所示的系统一起使用的十字头实例。
具体实施方式
本发明通常涉及电信光缆的层(例如，外套、缓冲件、护皮等)，其构造成用于抗挤塑后收缩，同时能保持柔韧性。在一个实施例中，该层包括围绕着一个或多个带紧缓冲件的光纤的外套。在另一个实施例中，该层包括围绕铜缆的外套。在又一实施例中，该层包括用于带松缓冲件的光缆的缓冲管。在还一实施例中，该层包括围绕一个或多个光纤的紧缓冲层。在列出了上述示例性应用时，应该意识到，根据本发明原理的层可以使用于电信光缆中需要减少收缩且具有相对高的柔韧性的任何层。
图1示出了一种光缆20，其组合了一个或多个根据本发明原理的抗收缩层。光缆20包括光纤22、缓冲件24、增强层26、以及外套28。外套28和/或缓冲件24可以具有抗挤塑后收缩的结构。
应该意识到，光纤22可具有任何数量的传统结构。例如，光纤22可以包括由硅基包层围绕的硅基芯，其中硅基包层的折射指数比硅基芯要低。一个或多个保护性聚合物涂层可以围绕着该包层。光纤22可以是单模式光纤也可以是多模式光纤。示例性的光纤可从纽约的Corning的Corning Inc.购买到。
缓冲件24被示出为围绕着光纤22的紧缓冲层。应该意识到，缓冲件24也可以具有任何数量的传统已知结构。例如，缓冲层24可以由聚合物材料例如聚氯乙烯(PVC)制成。也可使用其他聚合物材料(例如，聚乙烯、聚氨基甲酸酯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯基乙二醇二乙酸酯、尼龙、聚酯、或其他材料)。在某些实施例中，缓冲层可以具有抗挤塑后收缩的结构。例如，与下述的外套28相似，缓冲层可以包括收缩减小件，其嵌在缓冲件中，以阻止轴向收缩。
增强层26用于禁止轴向拉伸负载施加到光纤22上。增强层26优选地在光缆的整个长度上延伸。在某些实施例中，增强层可以包括纱线、纤维、线、条带、膜、环氧、单丝或其他结构。在一个优选实施例中，增强层26包括芳族聚酰胺纱线(例如Kevlar纱线)，其在长度方向上沿着光缆的整个长度延伸。如图1所述，增强层26通常设在缓冲件24和外套28的界面处。
参考图2，外套28具有抗挤塑后收缩的结构。例如，外套28包括基底材料30和多个离散的收缩减小件32(例如杆、卷须、延展件、纤维等)，其嵌在基底材料30内。收缩减小件32优选地由具有比基底材料30的挤塑后收缩特性更好的材料构成。如背景技术中所述，当基底材料被拉伸时，基底材料保持对预拉伸形状的记忆，并在再加热时重力地朝向预拉伸形状。在再加热时收缩减小件优选地证明比基底材料的收缩小。因为收缩减小件嵌在基底材料中，收缩减小件为基底材料提供抗收缩的增强性能。在一个优选实施例中，收缩减小件的熔融温度高于基底材料的熔融温度。
仍参考图2，收缩减小件32优选地是细长的，并具有与光缆20的纵轴L-A大体平行对齐的长度。每个收缩减小件32优选地不延伸整个光缆20的长度。取而代之的是，每个件32优选地仅与光缆总长度的相对短的一段相一致或沿该长度延伸。例如，在一个实施例中，至少一些件32的长度范围为0.2mm-100mm。在另一个实施例中，至少一些件32的长度范围为5-60mm。在还一个实施例中，至少一些件的长度范围为10-40mm。在某些实施例中，设在基底材料内的大多数的收缩减小件可以位于上述尺寸范围内，也可以位于其他尺寸范围内。另外，大多数件32优选地彼此离散或隔开。例如，许多件32优选地通过部分基底材料32彼此隔开或隔离。
为进一步提高柔韧性，收缩减小件的浓度与基底材料相比相对较小。例如，在一个实施例中，收缩减小材料占外套28总重量的不到2％。在另一实施例中，收缩减小材料占外套28总重量的不到1.5％。在又一实施例中，收缩减小材料占外套28总重量的不到或等于1.25％。在还一实施例中，收缩减小材料占外套28总重量的不到或等于1.0％。虽然优选实施例使用的是不到2％重量比的收缩减小材料时，但本发明范围内的其他实施例也可以使用多于2％重量比的收缩减小材料。
在一个实施例中，基底材料是聚合物例如柔性链聚合物(即，其中聚合物链的连续单元相对于彼此自由旋转，从而聚合物链可以具有随意的形状)。示例性的基底材料包括传统热塑性聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯、共聚物、聚苯乙烯、以及苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚酯例如聚乙烯对苯二酸盐、聚醚酮醚、聚亚苯硫化物、聚醚酰亚胺、低烟零卤素聚烯烃、和聚碳酸酯、以及其他热塑性材料。也可以向基底材料添加添加剂。示例性的添加剂包括颜料、填充物、耦联剂、耐燃剂、润滑剂、增塑剂、紫外线稳定剂或其他添加剂。基底材料也可以包括上述材料的组合以及其他材料的组合。
在一个实施例中，收缩减小件由可在挤塑工艺中被软化和再塑形的材料制成。在一个优选的实施例中，收缩减小件包括液晶聚合物。示例性的液晶聚合物公开在美国专利No 3,991,014；4,067,852；4,083,829；4,130,545；4,161,470；4,318,842；以及4,468,364中，这些专利整个结合在此作为参考。液晶聚合物指的是即使在软化或液相下也是各向异性和高度定向的聚合物。
在一个实施例中，当根据GR409下的标准Telcordia(由Telcordia开发的通用基准409)测试过程，暴露于110℃2下小时时，外套28在长度上收缩不到3％。在另一实施例中，当受到相同的测试时，外套28长度收缩不到2％，或不到1％。收缩量直接取决于所使用的液晶聚合物量。通常，当使用2％重量比的液晶聚合物时，外套长度收缩平均值不到1％。上述数据基于在收缩测试前去除光纤和增强件后单独在外套上进行的测试。
图3示出了由两个光纤压缩捆绑(zipcord)的光缆220，其具有两个光纤222、两个缓冲件224、两个芳族聚酰胺增强层226、以及一个外套228。该外套228优选地具有就图2所示外套28描述的类型的抗收缩结构。
图4示出了分配光缆320，其具有中央增强件321、多个光纤322、围绕每个光纤的缓冲件324、拉伸强度件326、以及一个外套328。该外套328优选地具有就图2所示外套28描述的类型的抗收缩结构。
图5示出了松缓冲光缆420，其具有中央增强件421、未缓冲的光纤422的束，其束缚在缓冲管424内、拉伸强度层426、内护皮427、可选防护层429、以及一个外部可选护皮431。还示出位于光纤422和缓冲管424之间的拉伸强度层423。光纤422绕定位在缓冲管424中的中央增强件433布置。缓冲管424具有就图2所示外套28描述的类型的抗收缩结构。
图6示出了用于制造图1所示的光缆20的系统100。系统100包括十字头102，该十字头容纳来自挤压机104的热塑性材料。给料器106用于将材料进给到挤压机104。第一传送器108将基底材料传送到给料器106。第二传送器110将收缩减小材料传送到给料器106。挤压机104通过加热系统112加热，该加热系统包括一个或多个加热元件，用于将挤压机的区域以及十字头加热到希望的处理温度。带缓冲件的光纤从进给辊114被进给到十字头102中(见图6A)。增强件从一个或多个进给辊116被进给到十字头中(见图6A)。水槽118位于十字头102下游，用于冷却从十字头102出来的已挤出的产品(见图6B)。冷却后的最终产品存储在通过驱动机构122旋转的拾取辊120上。控制器124调整系统100的各元件的操作。
在系统100的使用过程中，分别通过第一和第二传送器108、110将基底材料和收缩减小材料输送到给料器106。在特定实施例中，基底材料和收缩减小材料可以小小粒形式输送到给料器106，且传送器108、110可以包括传送带或推运螺旋。控制器124优选地控制输送到给料器106的基底材料和收缩减小材料的比例。在一个实施例中，收缩减小材料占输送到给料器106的总材料重量的不到2％。在另一个实施例中，收缩减小材料占输送到给料器106的总材料重量的不到1.5％。在又一实施例中，收缩减小材料占输送到给料器106的总材料重量的不到或等于1％。
材料通过重力从给料器106移动到挤压机104中。在挤压机104中，材料被混合、碾磨、以及加热。在一个实施例中，材料被加热到一个大于基底材料的熔融温度并小于收缩减小材料的熔融温度的温度。所述温度最好足够高到软化收缩减小材料，从而收缩减小材料是可处理以及可挤压的。挤压机104由加热系统112加热。挤压机104还用于将材料传送到十字头102，并且提供压力以迫使材料通过十字头102。
参考图7，挤压机104被示出包括挤压筒140和位于筒140内的麻花钻/型挤压螺杆142。可在挤压机104的出口端设置一个挤压筛144。筛144防止对于挤压而言太大的块料穿过挤压机进入十字头102。
仍参考图7，十字头102包括外套材料输入位置200，其容纳来自挤压机104的热塑性材料。十字头102还包括尖部202和模具204。尖部202限定出内部通道206，带缓冲件的光纤和增强件通过该内部通道被进给。模具204限定环形挤出通道208，其围绕着尖部202的出口。十字头102限定一个用于将热塑性外套材料进给到环形挤出通道208中的环形通道。在十字头内，热塑性材料的流动方向相对于挤压机104的流动方向旋转90度以与带缓冲层的光纤对准。
在十字头102内，由挤压机104提供的材料最好保持在大于基底材料的熔融温度并小于收缩减小材料的熔融温度的温度下。随着热塑性材料被挤压穿过环形挤出通道208，基底材料和收缩减小材料被拉伸。这一拉伸过程使收缩减小材料被再塑形为细长收缩减小件，该收缩减小件的长度大体沿着光缆纵轴方向对齐。然后挤出的光缆在水槽118中被冷却和定形。挤塑工艺可以是压力或半压力挤塑工艺，其中产品以希望的形状离开十字头，或者是环形挤塑工艺，其中产品在挤出后被向下拉。在冷却后，产品收集在拾取辊120上。
示例
现在参考具体的示例来详细描述本发明。应该理解的是，此示例仅是本发明的一个实施例，并不是要限定本发明的保护范围。
一个实验性示例中使用Dow 1638低烟零卤素材料作为基底材料，其混合有液晶聚合物例如Ticona Vectra A950。该基底材料的熔融温度为362，液晶聚合物的熔融温度为536，且其软化温度为293。材料以99％的基底材料和1％的液晶聚合物来混合。材料在螺杆挤压机中被碾磨并加热到452的温度。然后迫使材料穿过十字头，该十字头包括外径为0.062”的尖部和限定内径为0.130”的挤塑开口的模具。十字头被加热到500的温度。行进速度为每分钟12米。挤出的外套外径为0.0787”(2.0mm)，内径为0.061”(1.54mm)。外套在没有内部光学芯的情况下被挤出。在冷却后，外套被切割成150mm的段，并加热到110℃下2小时，以测试收缩。测试表明，基于GR409收缩测试，外套段长度收缩的平均值不到2％。
另一个实验性示例中使用Dow1638低烟零卤素材料作为基底材料，其混合有液晶聚合物例如Ticona Vectra A950。该基底材料的熔融温度为362，液晶聚合物的熔融温度为536，且其软化温度为293。材料以98％的基底材料和2％的液晶聚合物来混合。材料在螺杆挤压机中被碾磨并加热到475的温度。然后迫使材料穿过十字头，该十字头包括外径为0.064”的尖部和限定内径为0.127”的挤塑开口的模具。十字头被加热到500的温度。行进速度为每分钟143米的高速行进。挤出的外套外径为0.0787”(2.0mm)，内径为0.0508”(1.29mm)。外套绕着内部光学芯被挤压。在冷却后，外套被切割成150mm的段，并加热到110℃下2小时，以测试收缩。测试表明，基于GR409收缩测试，外套段长度收缩的平均值不到1％。芯被除去以用于收缩测试。
因为在不偏离本发明的精神和范围下可以有本发明的许多实施例，所以本发明在于后附的权利要求以及其中所公开的特定实施例下的更宽范围的各方面。

Claims (24)

1.一种电信光缆，包括：
用于承载电信信号的至少一个元件；以及
围绕该元件的一个层，所述层包括热塑性基底材料和嵌在该基底材料中用于抵抗基底材料收缩的液晶聚合物，所述液晶聚合物占该层的重量比不到2％。
2.根据权利要求1所述的电信光缆，其特征在于，所述至少一个元件包括至少一根光纤。
3.根据权利要求2所述的电信光缆，其特征在于，所述层形成围绕所述光纤的外套。
4.根据权利要求2所述的电信光缆，其特征在于，所述层形成围绕所述光纤的缓冲层。
5.根据权利要求1所述的电信光缆，其特征在于，还包括增强层，用于为所述电信光缆提供抗拉伸增强特性。
6.根据权利要求5所述的电信光缆，其特征在于，所述增强层包括芳族聚酰胺纱线。
7.根据权利要求1所述的电信光缆，其特征在于，所述液晶聚合物形成嵌在基底材料中的多个离散的细长的收缩减小件。
8.根据权利要求7所述的电信光缆，其特征在于，至少一些所述收缩减小件的长度范围为0.2-100mm。
9.根据权利要求8所述的电信光缆，其特征在于，大部分所述收缩减小件的长度范围为10-40mm。
10.根据权利要求1所述的电信光缆，其特征在于，通过将所述层暴露于110℃下2小时且与用于承载电信信号的所述元件分开而测试时，所述层的长度收缩小于3％。
11.根据权利要求1所述的电信光缆，其特征在于，通过将所述层暴露于110℃下2小时且与用于承载电信信号的所述元件分开而测试时，所述层的长度收缩小于2％。
12.根据权利要求1所述的电信光缆，其特征在于，通过将所述层暴露于110℃下2小时且与用于承载电信信号的所述元件分开而测试时，所述层的长度收缩小于1％。
13.一种电信光缆，包括：
用于承载电信信号的至少一个元件；以及
围绕所述元件的一个层，所述层包括热塑性基底材料和嵌在该热塑性基底材料中的多个离散的收缩减小件，至少一些所述收缩减小件的长度范围为0.2-100mm，该收缩减小件包括液晶聚合物。
14.根据权利要求13所述的电信光缆，其特征在于，所述至少一个元件包括至少一根光纤。
15.根据权利要求14所述的电信光缆，其特征在于，所述层形成围绕所述光纤的外套。
16.根据权利要求14所述的电信光缆，其特征在于，所述层形成围绕所述光纤的缓冲层。
17.根据权利要求13所述的电信光缆，其特征在于，还包括增强层，用于为所述电信光缆提供抗拉伸增强特性。
18.根据权利要求17所述的电信光缆，其特征在于，所述增强层包括芳族聚酰胺纱线。
19.根据权利要求13所述的电信光缆，其特征在于，通过将所述层暴露于110℃下2小时且与用于承载电信信号的所述元件分开而测试时，所述层的长度收缩小于3％。
20.根据权利要求13所述的电信光缆，其特征在于，通过将所述层暴露于110℃下2小时且与用于承载电信信号的所述元件分开而测试时，所述层的长度收缩小于2％。
21.根据权利要求13所述的电信光缆，其特征在于，通过将所述层暴露于110℃下2小时且与用于承载电信信号的所述元件分开而测试时，所述层的长度收缩小于1％。
22.一种电信光缆，包括：
光纤；
用于为该光缆提供抗拉伸增强特性的增强层；以及
围绕所述光纤和所述增强层的外套，所述外套包括热塑性基底材料和多个嵌在该热塑性基底材料中的离散的收缩减小件，所述收缩减小件包括液晶聚合物。
23.根据权利要求22所述的电信光缆，其特征在于，所述增强层包括芳族聚酰胺纱线。
24.一种用于制造光缆的方法，包括：
在挤压机中将基底材料和收缩减小材料混合；
通过挤塑模具挤压基底材料和收缩减小材料的混合物；
随着基底材料的收缩减小材料通过挤塑模具被挤出，将收缩减小材料再塑形为多个细长增强件，其中所述收缩减小件包括多个离散的收缩减小件，每个收缩减小件的长度都仅与光缆整个长度的一小段相一致。
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