CN101174008B - 用于以吹送进行安装的光缆 - Google Patents

Abstract

一种用于以吹送进行安装的光缆，包括多个挠性信号传输部件，所述部件被第一层包围以使至少最外的信号传输部件相对于所述第一层的轴向运动被限制，并且连续的热塑性聚合物最外层被设置在所述第一层的外面并且适合于通过在所述第一层上滑动而从所述第一层去除。

Description

用于以吹送进行安装的光缆

本申请是2003年6月26日提交的国际申请PCT/GB2003/002762(2005年1月31日进入中国国家阶段，中国申请号：03818287.4)的分案申请。

技术领域

本发明涉及信号传输线缆，并且更具体而言但不排他地涉及待通过吹送在管道中安装的光缆。

背景技术

EP0108590公开了一种通过使用吹送方法借助流体曳力将光纤线缆安装在管道中的过程。该过程现在代表安装光纤的最有效方法，并且已经有旨在最优化这种线缆的安装性能和信号承载性能两者的大量开发工作。

沿线缆整个长度均匀分布安装力的这种安装方法已使能够对不包含任何加强并且很小且轻型的线缆的开发。这已使影响安装性能的新因素发挥作用。具体而言，静电可在小的轻重量线缆和它被安装到其中的管之间产生足够强的吸引力，从而产生很高水平的摩擦，其可能阻止实现令人满意的安装。

除了摩擦和静电以外，还有影响光纤线缆安装性能的大量其它因素。例如，线缆的刚度是重要的，这是因为安装力一部分是通过推动产生的，表面光洁度是重要的，这是因为它影响线缆的粘性曳力特性，并且空气的压力并因此在管中产生的空气流的体积影响由粘性曳力产生的安装力。

GB2156837公开了一种用于通过以下进行对光纤部件的改进的插入和撤出的方法：通过导管的通路借助流体曳力来推进纤部件，所述导管是通过将诸如防静电剂、滑爽剂或防阻塞剂或者其组合的粘附减小物质添加给纤部件的护套材料或导管材料而获得的。

注意力被集中在对线缆的开发上，其结果是尚无对线缆被安装在其中的管的开发。

US4740053描述了一种包括内护套的光纤线缆，该护套可包括被应用于光纤的覆层或者可通过关于纤的挤出来形成。内护套保持多个光纤以一元矩阵(unitary matrix)被锁定在一起。这具有提供刚度的好处，对于在将线缆吹送到管道中的过程的初始阶段中将线缆推动到管道中是有用的。外护套包括低密度的多孔材料和比内护套明显大的横截面面积。外护套的材料可有利地被选择成接受防静电、防摩擦剂等，并且外护套被方便地直接粘附于内护套。

US4952021公开了一种类似于以上的US 4740053中所公开的设置，但亦公开了防静电和防摩擦剂可被结合在线缆的最外层和管两者中。在此情况下，七个单独的纤被首先用尼龙的实心层(solid layer)涂至1mm的外部直径，然后发泡的低密度聚乙烯外层被应用以实现2mm的最终外部直径。低密度聚乙烯通常被选择是因为它比高密度聚乙烯容易发泡并且产生相对软的外层，其可被容易地去除以暴露各别纤。

这种类型的构造被认为是有益的，主要是因为对于重量的小增加，泡沫外层提供了直径的大增加。泡沫聚乙烯通常是所选择的聚合物并且材料密度典型地可从0.93gms/cc被减小到0.5gms/cc。对于重量的相对小的增加，这产生了直径的大增加，并且亦产生略为粗糙的表面。这两者均产生了粘性曳力的增加，该曳力直接相关于对象的直径并且亦相关于表面粗糙度。

然而，该设计经历了一些明显的缺点。尽管添加了防摩擦剂，低密度聚乙烯的摩擦特性仍是相当差的。还有，尽管由泡沫外层产生的直径的增加使流体曳力增加，它亦在线缆被安装时起到中止沿所述管的空气流的作用。这意味着需要使用相对大的管以实现令人满意的安装距离。要求通常是使用较小的管以最优化已堵塞的网络的使用。进一步的缺点是制造泡沫外层是有问题的，这是因为泡沫密度的不一致性不利地影响光学特性并因此影响纤的信号传输能力。

EP0521710公开了一种用于光纤线缆的可替换设计，其紧凑的多，并且被设计成提供明显改进的安装性能并且具体而言允许使用较小的管。该文档公开了由多于一个层组成的光纤线缆，其中外表面或层已被修改以获得增加的流体曳力和减小的摩擦的好处。粗糙表面具有这样的好处，即增加有效外部直径而不在与具有光滑外部表面的相同直径线缆相同的程度上增加重量。增加有效直径使流体曳力增加。另外，粗糙表面固有地具有较高的流体曳力系数。最后，粗糙表面减小线缆和管之间的接触点的数量并因此减小线缆和管之间的摩擦。所有这些因素改进了安装特性和吹送距离。

然而，亦众所周知的是，制造具有粗糙表面的这种线缆是有问题的。具体而言，已知作为提供粗糙表面的一种方式的对玻璃微球的附着导致表面涂覆的削弱，这可产生纤分出(break out)，其中各个分出覆层，从而导致微弯曲并产生不可接受的信号损失。这种线缆的另一个问题是微球可变成分离的，从而在通过吹送进行安装的过程中产生潜在的危险。

EP 646818公开了一种用于借助应用三个单独的层来克服该制造技术的一些缺点的方法，从而使过程相对复杂、昂贵并且较难以控制。

还有，在被描述于EP646818和EP0521710中的现有技术线缆的情况下，不同覆层被彼此接合或者彼此至少处于紧密接触。为了终结或拼接线缆，有必要使各别纤分出覆层。各别线缆是相当脆弱的并且覆层处于与纤的紧密接触。因此重要的是覆层相对软并且容易去除。然而，这种软材料的缺点是与较硬的材料相比，它们趋向于具有差的摩擦特性，并且具体而言较为容易在安装期间受到磨损的损坏。

US4952021和US4740053公开了所有覆层处于与相邻层的紧密接触的设置。在US4740053的线缆的情况下，外层被方便地直接粘附于内护套。US 4740053陈述了内护套是由具有高弹性模量的相对高密度的材料并且亦是由相对硬且，韧性材料形成的。US4952021描述了这样一种线缆，其中七个纤被首先涂覆了尼龙层，一种相对硬且韧性的材料。因此对于这样的线缆，已成为惯例的是被提供有与线缆中心处的纤相邻而放置的撕裂绳(rip cord)，其可被拉动以切开不易磨损的内层，从而得以接近以便于终结和拼接各个纤。然而，这种途径的缺点是，这样的撕裂绳是昂贵的并且不理想地增加了组件的尺寸。

发明内容

本发明的优选实施例设法克服现有技术的以上缺点。

依照本发明的一个方面，提供了一种借助于压缩空气吹送来安装到管中的线缆组件，包括多个挠性信号传输部件，所述部件被第一层包围以使相对于所述第一层的至少最外的信号传输部件的轴向运动被限制，并且连续的热塑性聚合物最外层在所述第一层的外面被设置成使最外层的聚合物的硬度大于或等于60的肖氏D硬度。

本发明基于以下令人惊讶的发现：如果外层的硬度足够，即使在光滑外层的情况下，可通过提供由至少一种聚合物材料形成的线缆的外层来制造具有极佳光学和吹送特性的轻重量光纤线缆。所述聚合物可被方便地改变以提供适当的防静电和防摩擦特性。这避免了与通过应用玻璃微球、发泡热塑性塑料等来生产粗糙外表面关联的复杂生产问题。该结果是令人惊讶的，首先是因为由粗糙外表面提供的高流体曳力通常被本领域的技术人员认为对提供好吹送性能是基本的。第二，尽管本发明的外层的摩擦特性相对于一些聚合物是好的，但它们次于现有技术设置，例如如在EP0521710中所述。很令人惊讶的是，其吹送性能明显超过这些现有技术线缆的性能。

最外层的聚合物的硬度可大于或等于借助ISO R868所测的60的肖氏硬度。

最外层的厚度可在线缆组件周长的至少10％上小于400微米。

已发现对于外层有益的是相对薄并且一定比US4952021的设置中的发泡低密度聚乙烯的0.5mm薄。这具有以下好处：可使用较硬的材料而无需不利地影响线缆的弯曲特性。

较硬的材料给较强有力的线缆提供了安装期间对磨损的较好抵抗力和对易碎信号传输部件的改进的保护。下述情况亦是如此：诸如尼龙或高密度聚乙烯的较硬材料具有比其它聚合物固有地好的摩擦特性，所述其它聚合物包括其它现有技术线缆的外层，如低密度聚乙烯和丙烯酸酯聚合物。这样，可能没有必要用防摩擦剂来改性聚合物，从而相当大地减小了外层材料的成本和过程的成本。

最外层在线缆组件周长的至少10％上优选地具有小于200微米的厚度。

最外层在线缆组件周长的至少10％上优选地具有小于125微米的厚度。

在一个优选实施例中，最外层适合于通过在所述第一层上滑动而从所述第一层去除。

亦已发现对于外层有益的是被接合于内层。事实上，优选的是小间隙被提供于两个层之间。这具有以下好处：外部的硬聚合材料可被切割并通过将其滑动于内层上而从内层去除，从而提供对信号传输部件的容易接入以便于终结或拼接。这避免了需要撕裂绳来纵向切割并去除硬聚合护套。层之间的小间隙的第二个优点是它提供了直径的增加而没有重量的增加，这是用于提供增加的流体曳力和改进的安装性能的理想特性。

依照本发明的另一个方面，提供了一种借助于压缩空气吹送来安装到管中的线缆组件，包括多个挠性信号传输部件，所述部件被第一层包围以使相对于所述第一层的至少最外的信号传输部件的轴向运动被限制，并且连续的热塑性聚合物最外层被设置在所述第一层的外面并且在线缆组件周长的至少10％上具有小于400微米的厚度。

最外层在线缆组件周长的至少10％上优选地具有小于200微米的厚度。

最外层在线缆组件周长的至少10％上优选地具有小于125微米的厚度。

依照本发明进一步的方面，提供了一种借助于压缩空气吹送来安装到管中的线缆组件，包括多个挠性信号传输部件，所述部件被第一层包围以使相对于所述第一层的至少最外的信号传输部件的轴向运动被限制，并且连续的热塑性聚合物最外层被设置在所述第一层的外面并且适合于通过在所述第一层上滑动而从所述第一层去除。

所述最外层的内周边可比所述第一层的外周边长以使能从组件去除所述最外层。

最外层可具有大于或等于60的肖氏硬度。

最外层可包括至少一种聚合物材料。

至少一种所述聚合物材料可以是热塑性材料。

至少一种所述聚合物材料可以是高密度聚乙烯。

挠性信号传输部件可被嵌入在所述第一层中。

附图说明

仅为了举例而不是处于任何限制性意义，现在将参照附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1A是本发明第一实施例的光纤线缆的示意性横截面视图；

图1B是本发明第二实施例的光纤线缆的示意性横截面视图；

图1C是本发明第三实施例的光纤线缆的示意性横截面视图；

图1D是本发明第四实施例的光纤线缆的示意性横截面视图；

图2是用于制造图1A到1D的线缆的设备的示意性表示；

图3是被用于测量线缆和适合于通过吹送来安装线缆的管之间的摩擦系数的测试设备的图；

图4a说明与亦包含8个纤的借助EP 0521710和EP 646818中所述的表面改性而构建的现有技术线缆的性能相比，到管道中的图1C的光纤线缆的安装速度和总安装距离；

图4b说明与亦包含12个纤的借助EP 0521710和EP 646818中所述的表面改进而构建的现有技术线缆的性能相比，到管道中的图1B的光纤线缆的安装速度和总安装距离；并且

图5说明在温度的宽范围内图1B的线缆的光学衰减特性。

具体实施方式

参考图1A到1D，光纤线缆1包括主涂覆的光纤2的芯，其对于本领域的技术人员将是熟悉的，被嵌入在丙烯酸酯材料的内层3中，当被固化时，所述材料具有足够的抗张强度以将至少最外的纤2锁定在原地并且为了终结和拼接的目的，仍允许纤容易地分出组件。用于该应用的适当材料是DSM Cabelite 950-706和DSM Cabelite 3287-9-41。这些材料可从DSM Desotech BV获得。丙烯酸酯层3的硬度是这样的：使该捆的至少最外的纤2被限制以不相对于内层3而轴向移动。

内层3则被松散的薄护套4包围，该护套由具有如借助ISO R868所测大于或等于60的肖氏硬度的高密度聚乙烯和通常均匀分布的滑爽剂的混合物形成，所述滑爽剂包括聚醚改性的聚(二甲基硅氧烷)(polyethermodified poly(dimethylsiloxane))材料，如聚醚改性的羟基官能聚(二甲基硅氧烷)(polyether modified hydroxy functional poly(dimethylsiloxane))材料。形成外层4的混合物借助热和压力来压实。外层4亦可包含诸如碳酸钙和/或二氧化钛的矿物填料以提高在温度变化时外层4的尺度的稳定性。

为了制造图1A到1D的线缆1，主涂覆的光纤2从一组放线卷盘(payoff reel)(未示出)被提供，放线卷盘的数量等于待被包括在线缆1中的纤2的数量。纤2是用通常恒定的牵引力来展开的。纤2然后被捆在一起成为适当形状的捆，并且被传递经过树脂施加站，在这里形成内层3的丙烯酸酯树脂被应用于纤2的捆，丙烯酸酯树脂是UV固化树脂。纤2的经涂覆的组件然后被拉动经过一系列固化炉，其将内层3固化至所需尺度。可通过使用由Nextrom，Vantaa，Helsinki，Finland提供的修改的光纤状线来实施以上工艺。

现在参考图2，由事先已借助热和压力化合的聚合物和摩擦减小材料的混合物形成的外部覆层4通过将经涂覆的纤捆拉动经过如图2中所示的热塑性挤出线而应用于以上所述的经涂覆的光纤捆的内层3。这样的线可从Nextrom Technologies，Nextrom S A，Route du Bois，37PO Box 259，CH-1024Ecublens-Lausanne，Switzerland获得。热塑性挤出线10具有放线台(payoff stand)11，其允许经涂覆的纤捆以通常稳定的状态被松卷离开卷盘(reel)12。拉紧装置13确保经涂覆的捆在进入挤出十字头(extrusion crosshead)14之前是紧绷的，所述十字头以190℃和230℃之间的温度将结合适当硅滑爽剂的高密度聚乙烯的混合物应用于经涂覆的捆。

聚乙烯涂覆的线缆然后被拉动经过真空池15，其通过用水包围它而将真空应用于外覆层4，所述真空处于100mbar和50mbar之间，并且亦在其离开挤出十字头14时冷却纤单元。附加的冷却是通过将线缆拉动经过水槽16而提供的，该水处于近似20℃的温度。接取单元(caterpillarunit)17将纤单元拉动经过整个热塑性挤出线10，线缆1然后借助卷线机19而被卷成盘18。本领域的技术人员将理解，以上所述的两个过程可被设置在单个制造线中并且过程可在单个阶段内被完成。

参考图3，其示出用于测量线缆的摩擦特性的设备。两个线缆，第一个实施本发明而第二个是具有EP 0521710和EP 646818中所述的表面改变的商用线缆，其被测试以测量其相对于在商业上被制造用于在吹送线缆应用中使用的管的摩擦系数。

测试方法包括将10克的重量附着于线缆的一端并将另一端穿线经过管101，绕过滑轮102，经过管103，然后经过一个长度的管104。管104是商用管，其具有5mm的外部直径和3.5mm的内部直径，被制造用于容纳通过吹送进行的线缆安装。管104被缠绕在轮105上以提供总共450度的缠绕。在线缆已被穿线经过管104之后，它然后被插入到牵引机(hauloff)106中，其以10米每分钟的速度拉动线缆。管104在其两端被夹具107夹住，并且在线缆被拉动经过管104时，线缆对管的摩擦将转矩施加给轮105并且旋转杠杆108，其将负载施加于质量天平109。

质量天平109上的负载针对本发明和现有技术两者而被测量，并且摩擦系数是使用以下公式来计算的：

摩擦系数由以下给出

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{\mathrm{\θ}}\ln [\frac{\mathrm{FL}}{\mathrm{Tr}}+1]$

其中

θ管的总缠绕角度(弧度)

F在质量天平处记录的力(N)

L力F的力臂长度(m)

T纤所提起的重量(N)

r主管的弯曲半径(m)

本发明的线缆具有0.27的摩擦系数，而现有技术的线缆具有0.21的摩擦系数。因此与现有技术相比，本发明的摩擦特性是低下的。

现在参考图4a和4b，依照以上过程制造的线缆的吹送性能是通过测量到适当管道中的纤单元的安装速度和总安装距离来评估的。该比较包含工业标准测试，其中被制造用于容纳通过吹送进行的线缆安装的具有5mm的外部直径和3.5mm的内部直径的500米商用管被绕到具有500mm桶直径(barrel diameter)的鼓上。

在图4a的情况下，两个光纤线缆被比较，第一个是图1C的线缆(曲线A)而第二个是具有EP 0521710和EP 646818中所述的表面修改的商用线缆(曲线B)。每个线缆都包含被设置在其相应覆层中的8个纤。现有技术和本发明的线缆是使用工业标准吹送设备、处于10bar压力的压缩空气和对于两个线缆相同的技术而吹送到管中的。

在图4a中，两个线缆的吹送性能被比较。可以看出，现有技术产品在已安装了仅250米之后开始慢下来。在430米处，安装速度已下降到仅10m/min。另一方面，本发明的线缆以24m/min的恒定速度完成了测试路线。在图4b中，该比较被重复，除了这次线缆的每个都包含12个纤，即本发明的线缆是图1B的线缆。在此情况下，现有技术线缆(曲线D)在完全停止之前安装了仅24米，而本发明的线缆(曲线C)在停止之前完成了375米的距离。

图4a和4b的吹送性能表示与现有技术相比的明显且意外的改进，考虑到以下事实则尤其如此：本发明的线缆具有低下的摩擦特性并且具有尚未以任何方式在物理上被改进以提高流体曳力的表面。

现在参考图5，与依照以上过程制造的线缆关联的宽温度范围内的信号损失被示出。不同的曲线示出了图1B的线缆的各个纤2中的信号衰减。可以看出，线缆1可抵抗对宽温度范围的暴露。这是令人惊讶的结果。结合了聚乙烯外层的如在EP0157610中描述的现有技术线缆显示了近似B20℃以下的差的光学性能。这通常是归因于在该温度左右聚乙烯的相变，为此聚乙烯在正常情况下不被选择用于对光纤元件的紧致护套加装(tight jacketing)。

本领域的技术人员将理解，仅仅为了举例而没有任何限制性意义而描述了以上实施例，并且如所附权利要求所限定的本发明的范围内的各种改变和修改是可能的。例如，作为对在以上实施例中描述的摩擦减小材料的替换，或者除了该材料以外，芥酸酰胺(erucamide)和/或油酰胺(oleamide)材料亦可被用作滑爽剂。此外，尽管本发明的线缆组件包括内层和外层，然而对本领域的技术人员将显而易见的是，它可由多于两个层来构建。

Claims (11)

1.一种借助于压缩空气吹送来安装到管中的线缆组件，该组件包括多个挠性信号传输部件，所述部件被第一层包围以使至少最外的信号传输部件相对于所述第一层的轴向运动被限制，并且连续的热塑性聚合物最外层被设置在所述第一层的外面并且适合于通过在所述第一层上滑动而从所述第一层去除。

2.权利要求1的线缆组件，其中所述最外层的内周边比所述第一层的外周边长以使能从组件去除所述最外层。

3.权利要求1的线缆组件，其中最外层具有大于或等于60的肖氏硬度。

4.权利要求3的线缆组件，其中最外层的聚合物的硬度大于或等于借助ISO R868所测的60的肖氏硬度。

5.权利要求1的线缆组件，其中最外层的厚度在线缆组件周长的至少10％上小于400微米。

6.权利要求5的线缆组件，其中最外层在线缆组件周长的至少10％上具有小于200微米的厚度。

7.权利要求6的线缆组件，其中最外层在线缆组件周长的至少10％上具有小于125微米的厚度。

8.权利要求1的线缆组件，其中最外层包括至少一种聚合物材料。

9.权利要求8的线缆组件，其中至少一种所述聚合物材料是热塑性材料。

10.权利要求8的线缆组件，其中至少一个所述聚合物材料是高密度聚乙烯。

11.权利要求1的线缆组件，其中所述挠性信号传输部件被嵌入在所述第一层中。

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