CN102187260A - 光纤组件及其制造方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于制造光缆及光缆组件的方法包括在挤压成形在光纤周围的管内提供颗粒物质。所述粒子可被加速，使得在它们碰撞管时机械附着到管上。

Description

光纤组件及其制造方法和设备
相关申请
本申请要求2008年8月15日申请的美国临时申请61/189,076的权益，其全部内容通过引用组合于此。
本申请与2008年7月31日申请的、题为“Optical Fiber Assemblies Having a Powder or Powder Blend at Least Partially Mechanically Attached”的美国申请12/221,118和2007年6月26日申请的、题为“Optical Fiber Assemblies Having Relatively Low-Levels of Water-Swellable Powder and Methods therefor”的美国申请11/821,933有关，这些申请的全部内容通过引用组合于此。
技术领域
本申请总体上涉及用于传送光信号的光纤组件的制造方法。更具体地，本申请涉及具有相对低水平的机械附着的遇水膨胀粉末的光纤组件的制造及提供用于制造过程的颗粒材料的方法。
背景技术
通信网络用于传送多种信号如话音、视频、数据等。随着通信应用需要更大的带宽，通信网络转变为具有光纤的光缆，因为光缆相较铜导体能传送非常大量的带宽。此外，光缆相较于具有同样带宽容量的铜缆要小得多和轻得多。
在某些应用中，光缆暴露在湿气中，随着时间的过去湿气可能进入光缆。湿气可沿光缆迁移并进入光缆接续盒、建筑物等。为阻挡水迁移，光缆包括一个或多个阻挡水沿光缆迁移的构件。作为例子，传统光缆通过在光缆内使用填充和/或液阻材料如凝胶或润滑脂而阻挡水迁移。填充材料指具有光纤的管或腔体内的凝胶或润滑脂，而液阻材料指在光缆内、但在容纳光纤的腔体外面的凝胶或润滑脂。凝胶或润滑脂填充空隙使得水在光缆内没有沿其而行的通路。另外，凝胶或润滑脂填充材料衬垫和联结光纤。
凝胶或润滑脂填充材料也有缺点。例如，凝胶或润滑脂较脏并可能从光缆端部滴下。当准备进行光连接时，还必须从光纤清除填充材料，这需要技术工人将清除材料带入现场。早期的光缆设计通过在缓冲管外面使用干燥阻水构件如带或纱阻挡水迁移而不需要液阻材料。这些干燥阻水构件通常包括超强吸水聚合物(SAP)，其吸水并膨胀从而阻塞水通路，因而阻挡水沿光缆迁移。总的来说，遇水膨胀构件使用纱或带作为SAP的载体。由于遇水膨胀纱和带首先使用在容纳光纤的腔体外面，除阻水之外，不需要解决另外的功能如联结和光衰减。
最后，光缆在包围光纤的管内使用遇水膨胀纱、带或超强吸水聚合物(SAP)代替凝胶或润滑脂填充材料。总的来说，遇水膨胀纱或带具有足够的阻水能力，但不提供凝胶或润滑脂填充材料的所有功能如衬垫和联结。例如，遇水膨胀带和纱由于相较典型光纤相对较大而体积大和/或可能具有相对粗糙的表面。为此，如果光纤压在光纤上，遇水膨胀纱或带可能引起问题。同样，如果压在光纤上，SAP也可能引起问题。在一些情形下，压在传统遇水膨胀纱、带和/或SAP上的光纤可能经历微弯曲，这可导致不合需要的光衰减水平和/或引起其它问题。此外，如果光缆不是综合设计，所希望的光纤与管的联结水平可能会是问题，既然综合可实现联结。
其它早期光缆设计使用管组件，该管组件使用松散SAP粉末高度填充以阻挡水在光缆内迁移。然而，光缆内传统施加的松散SAP粉末产生问题，因为超强吸水粉末粒子由于未被附着到载体如纱或带上而可能在光缆内迁移到一些位置处/积聚在这些位置。当光缆卷绕在盘上时，由于重力和/或振动，SAP粉末在低点积聚，从而导致光缆内不一致的阻水。同样，松散SAP粉末从管端部自由掉落。
图15和16分别示出了传统干式光纤组件10的横向截面图和纵向截面图，干式光纤组件10具有位于管5内的多根光纤1和示意性示出的松散遇水膨胀粉末粒子3。传统干式光纤组件10在管5内使用相当大量的SAP粉末3以阻挡水在其中迁移。其它传统光缆构件包括将SAP粉末埋置在管的外表面中，如美国专利5,388,175中所述。然而，将SAP埋置在管的外表面中大大降低了粉末的有效性，因为水可能不能达到埋置的粒子。
发明内容
根据一实施例，运动气体和颗粒物质的混合物被传给挤压造型过程。该混合物在第一阶段传给挤压造型过程，并在第二阶段喷入或传入在挤压造型过程中形成的压出锥体，第二阶段具有与第一阶段相当或比第一阶段高的速度。传送颗粒物质使得至少一部分颗粒物质机械附着到压出锥体。因而挤压造型过程得到的管接收施加到其内或空腔表面的颗粒物质。例如，传送的第一阶段可以是综合相流，及第二阶段可以是稀相流。
根据一实施例，运动气体和颗粒物质的混合物通过喷嘴传到压出锥体的内部。颗粒物质通过喷嘴加速使得至少一部分颗粒物质机械附着到压出锥体。
根据另一实施例，运动气体和颗粒物质的混合物通过环形通道传到压出锥体的内部。传送颗粒物质使得至少一部分颗粒物质机械附着到压出锥体。
根据目前实施例的一方面，管可属于用于形成光纤组件的类型，光纤组件具有相当低的颗粒物质浓度但仍保持所希望的阻水性质。
通过结合下面列出的附图阅读下面的详细描述，本领域的技术人员将意识到多个另外的实施例的上述优点及其它优点和好处。
附图说明
根据一般实践，下述附图的各个特征不必按比例绘出。图中的各个特征和元件的尺寸可扩大或减小以更清楚地图解本发明的实施方式。
图1为制造根据本发明实施例的光纤组件的示例性生产线的示意性表示。
图2为图1中的粉末供应的文丘里粉末/气体混合段的部分示意截面立体图。
图3A为粉末/气体混合段的一部分的截面图。
图3B为沿图3A中的线3B-3B的截面图。
图3C为沿图3A中的线3C分离出来的截面图。
图4A为根据本发明实施例的执行挤压造型过程和粉末施加过程的装置的截面图。
图4B为图4A中所示的挤压成形和粉末施加过程分离出来的截面图。
图5A为根据本发明另一实施例的执行挤压造型过程和粉末施加过程的装置的截面图。
图5B为图5A中所示的挤压成形和粉末施加过程分离出来的截面图。
图6A-6D为表明SAP粒子机械附着到管内部的不同放大倍率的图。
图7A-7D为表明SAP粒子机械附着到管内部的不同放大倍率的图。
图8A-8D为表明SAP粒子机械附着到管内部的另一组不同放大倍率的图。
图9为根据本发明制造的光缆的截面图。
图10为图9的光缆的另一截面图。
图11为根据本发明制造的另一光缆的截面图。
图12为表明粉末机械附着到其上的管内壁的放大图的照片，感兴趣区域由加框区域表示。
图13为图12的照片使用软件包识别粉末以确定粉末机械附着到其上的感兴趣区域的表面区域的百分比。
图14为根据本发明制造的另一光缆的截面图。
图15为传统光纤组件的截面图，该传统光纤组件使用相当大量的、松散位于其中的遇水膨胀粉末阻挡水迁移。
图16为图15的传统光纤组件的纵向截面图。
具体实施方式
根据本发明的用于制造光缆及光缆组件的示例性方法相较传统方法具有多个优点。一个优点在于至少一部分颗粒物质(可以是粉末粒子的形式)机械附着到光纤组件的表面(如管或空腔内壁)。前述附着可按使得并非管的所有表面区域均被覆盖但依然有效阻挡水迁移的方式完成。由于低水平的粉末即足够了，管中遇水膨胀粉末的存在对技术工人近乎透明。遇水膨胀粉末可施加到挤压成形管、空腔、基底等的内表面以避免管或空腔中存在过多松散粉末。从而减轻如伴随传统注入和喷雾方法出现的松散粉末迁移。根据在此公开的方法构建的光纤组件的管或空腔相较使用带或纱阻水的传统干式光缆组件具有更小的截面积。相对小量的粉末不太可能形成大的结块，而大的结块可导致光纤中的衰减。
在本说明书中，基底内粒子的“机械附着”，如SAP粉末粒子机械附着在挤压成形管中，意味着至少一部分附着的粒子延伸到或部分嵌入或沉积在基底内，在基底表面的下面，这与借助于粘合剂等手段单独粘附到基底表面上不同。机械附着可通过移动粒子使之碰撞和陷入基底表面实现。除了机械附着之外，还可使用粘合剂，这样两种方法并不彼此排斥。在本说明书中，术语“粉末”理解为包括不同类型和/或粒子大小的粉末的混合物及单成分粉末。在本说明书描述向各个挤压造型过程提供粉末形式的颗粒物质的同时，所公开的向制造过程提供粉末的方法可用于传送任何类型的相当细的颗粒物质。
在本说明书中，气体和颗粒物质的移动通常按穿过通道、离开喷嘴出口或在内部区域中的“速度”进行描述。应当理解，各个气体分子和各个粒子可以不按恒定的速度或方向行进，可以打旋等。因此，在本说明书中，气体、颗粒物质或其混合物的“速度”指多个粒子、气体分子等沿过程或下游方向的平均速度。
本说明书将“运动气体”描述为传送颗粒物质通过生产线。为描述简短，使用“运动气体”并意于包括各个气体的混合及个别气体。
图1为用于制造光纤组件的示例性生产线10的示意性表示。生产线10可包括多个旋转卷轴20，用于沿过程方向12放出多根相应光纤22。也可使用其它手段如飞出以放出一根或多根光纤。所示生产线10示出了利用十二根光纤22的过程，但也可使用其它数量的光纤如1、2、6根等。在一些应用中，光纤22可具有静电荷地离开其相应卷轴20，这可有助于粉末粒子的沉积。例如，光纤22可从卷轴20通过一组导向滚筒28和导向模具30。之后，光纤束22传入粉末施加/挤压造型装置40。粉末施加/挤压造型装置40示意性地示为粉末/运动气体供应装置50通过粉末/运动气体供应通道55连接到挤压造型装置60，前述通道可具有管的一般形状。在装置50、60示意性地示为分开的装置的同时，例如它们可集成为单一装置和/或生产线10的站。
总的来说，粉末施加/挤压造型装置40将管挤压成形在光纤22周围并将颗粒物质(如粉末)施加到管内部，其在光纤周围耗尽以形成未冷却的光纤组件65。粉末/运动气体供应装置50提供粉末和运动气体以将粉末粒子传给挤压成形操作，及挤压造型装置60将管挤压成形在光纤22周围。之后，未冷却的光纤组件65可在冷却装置70中进行冷却，例如其可以是纵向延伸的充满冷却液体如液态水的槽。当光纤组件65沿过程方向12移动时，冷却装置70冷却最近挤压成形的管。之后，所得到的光纤组件100收集在收紧装置90上，例如卷线盘或收紧盘。
粉末/运动气体供应装置
下面结合图2-3C描述向挤压造型装置60提供粉末的粉末/运动气体供应装置50的运行。在下面的描述中，示例性的粉末为用于在光缆中阻水的SAP粉末。下表1包括适合用在本实施例中的SAP粉末的粒子大小分布。然而，所述原理可用于其它相当细的颗粒物质，例如阻燃粒子(如三水合铝、氢氧化镁等)、干燥润滑剂如滑石、石墨、硼等、和/或其混合物。
图2为图1中示意性示出的粉末/运动气体供应装置50的粉末/气体混合段108的部分示意性截面立体图。该段108的文丘里段在图3A和3B中详细图示。粉末/气体混合段108例如可通过振动和/或重力粒子供应装置(未示出)提供粉末粒子。一种商用粉末供料器为可从Eriez Manufacturing Co.获得的6C型振动供料器。振动供料器特别适合与本实施例一起使用，因为挤压造型过程中使用相当低的粉末流量。
粉末/气体混合段108为具有转移漏斗110的文丘里系统的一部分，该漏斗具有开口的、漏斗形状的向下锥形的粉末接收部分112，其接收从供应装置掉下的粉末或其它颗粒物质。转移漏斗110的下端连接到具有纵向锥形通道116的文丘里漏斗114，前述通道终止于位于文丘里块124的上端处的计量或粉末进料孔120。在图2中，文丘里块124的右或入口侧包括攻有螺纹的入口端128，其接收运动气体供应的传送通道，这将在下面结合图3A进一步详细描述。文丘里块124的左或下游出口侧包括梯状通道132，具有攻有螺纹的出口端134，其接收粉末/运动气体供应管55(图1中所示)的上游或入口端。粉末/运动气体供应管55可供应例如挤压造型过程耗用的SAP粉末，如下进一步详细所述。
图3A为粉末/气体混合段108的一部分的截面图，具有与文丘里块124的入口端128螺纹连接的运动气体供应通道或管138和与出口端134螺纹连接的粉末/运动气体供应管55。图3B为沿图3A中的线3B-3B的截面图。参考图3A和3B，在运行时，转移漏斗110的接收部分112的开口顶端接收大气和/或其它气体及粉末粒子135的混合物，其在图3A和3B中象征性地示为颗粒物质并进入锥形转移漏斗110。在漏斗110入口处的周围空气和/或其它气体可以部分真空(即压力低于周围压力)。同时，运动气体流142，其方向如图3A中的箭头所示，例如通过送风机、压缩气源等(未示出)提供给运动气体供应管138。例如，运动气体142可以是加压大气，或一种或多种“干”气，如氮及空气、干气等的混合物。干气也可用于在接收部分112处传送粒子。
仍然参考图3A和3B，运动气体142沿供应通道138向下行进，该通道形成在文丘里块124的上游或入口件144中，穿过入口室146，然后强使通过相当小的运动气体孔口148(图3C中独立示出)。之后，运动气体142在文丘里块124的上端处的计量孔120下面通过，在那里运动气体142与向下的计量供应的粉末粒子135混合并加速。运动气体142穿过气体入口孔口148的移动在文丘里块124的下游件152中的文丘里接收室150中产生部分真空，这有助于向下吸粉末粒子135穿过孔120并进入接收室150。室150中的部分真空通过在运动气体142通过小的运动气体孔口148时对其加速并伴随压降实现，孔口148用作文丘里孔口。运动气体和粉末粒子的加速后的混合物156的方向由图中左边的箭头指示。对简化描述，随粉末粒子135吸入穿过计量孔120的部分真空空气部分当其与运动气体142混合时被视为形成“运动气体”的一部分。具体参考图3B，入口室146经上游件144中的通道160与运动气体孔口148流体连通。
图3C为沿图3A中的线3C分离出来的图，更详细地示出了文丘里块124的运行。参考图3B和3C，文丘里块124的上游件144可通过螺纹连接件166连接到下游件152，O环密封168位于上游件144和下游件152之间以在件144、152之间靠近运动气体入口孔口148处提供气密密封。粉末/运动气体供应管55具有可螺纹连接到文丘里块124的出口端134的外套170，及具有内孔178的同心安装的内通道174，例如内孔具有圆形截面区域。如图3B和3C中所示，梯状孔132包括相当小的文丘里通道180，其将运动气体和粉末粒子的加速后的混合物156通过文丘里块124向下传入粉末/运动气体供应管55。横向监视端口184可形成在文丘里通道180中，用于监视文丘里通道180内的情况如温度、湿度、粒子浓度、压力、流速等。例如文丘里通道180可具有圆形截面。仍然参考图3B和3C，运动气体和粉末粒子的混合物前进通过文丘里通道180并进入粉末/运动气体供应管55的内孔178。之后，该混合物可提供给制造过程，例如在挤压造型装置60中执行的挤压造型过程(图1中所示)。来自粉末/运动气体供应装置50的运动气体和粉末粒子的混合物156在示例性挤压造型过程中使用的例子在下面详细描述。
根据本发明的一方面，文丘里粉末供应装置50利用Bernoulli原理，其中运动气体高速通过运动气体供应孔口148在紧邻孔口148的下游处的室150中产生部分真空。从而粉末135被抽吸通过进料孔120并进入文丘里块124，在那里其与从孔口148出来的相当低压力的运动气体混合。具有低露点(如32℉、0℃或更低)的干燥运动气体142的使用减少了在粉末粒子施加到基底如挤压成形的管或空腔之前粉末结块的机会。运动气体142的速度可通过控制运动气体孔口148上游压力进行调节以确保一致流动穿过运动气体供应孔口148。在运动气体142通过孔口148时其速度也可通过控制孔口148的截面积进行控制。例如，相当小的孔口148可用于产生合乎需要的流速和粉末密度以供应给制造过程。例如，在一些应用中，直径为0.3mm(截面积为约0.08mm2)或更小的运动气体供应孔口148实现高速流过孔口。在另一应用中，可使用直径为0.2mm(截面积为约0.03mm2)或更小的孔口。
在文丘里块124中，运动气体142和真空气体/粉末138的和等于进入粉末/运动气体供应管55的气体和粉末粒子的总流。粉末/运动气体供应管55从文丘里块124中的相当小的孔文丘里通道180接收该组合流。根据本发明的一实施例，粉末/运动气体供应管的内径178的大小使得气体/粉末混合物的速度在5-20m/s(米/秒)的范围中。
对于低于5m/s的流速，气体/粉末混合物流通常可称为“密相传输”。在密相传输中，气体/粉末混合物可能跨供应管55的截面缺乏均匀性，及很多粉末可能沿粉末/运动气体供应管55的底部(与由运动气体支撑和传输相反)移动或成块。此外，密相传输可导致传输通道中出现高压降。密相传输也不合乎需要，因为其可导致传输管塞住和/或在传输管出口处出现气体/粉末混合物浪涌。
对于高于20m/s的流速，气体/粉末混合物流通常可称为“稀相传输”。在稀相传输中，粉末粒子通常占低于约5％的粉末/气体混合物的体积，尽管对于不同的粒子大小、运动气体等浓度可变化。稀相传输合乎需要，因为气体/粉末混合物通常跨供应管55的截面均匀，当施加到挤压成形的缓冲管的内圆周时这导致粉末更好地散布。然而，增大粉末/运动气体供应管55中的流速可在文丘里块124中导致高背压(如高于大气压)。块124中的高背压可影响文丘里效应，因为文丘里接收室150处的高压可抑制粉末135流动并阻塞粉末计量孔120。
通常落在5-20m/s范围内、在密相和稀相传输范围之间的流速在此称为“综合相传输”。尽管综合相传输可能跨管55的整个截面不能提供稀相流情形那样的粉末粒子大小分布均匀度，但可选择粉末/运动气体供应管55的长度以使供应管55内粉末的浪涌最小化。综合相流可用在粉末施加/挤压造型装置40的所选部分以避免或减轻文丘里装置处与稀相流相关的高背压。按综合相和稀相流传输的粒子的使用在下面两个示例性挤压造型过程的上下文中描述，尽管用于提供前述流的方法和装置可用在其它需要通过运动流体如气体或气体混合物及其它流体传输的颗粒物质流的应用中。
几个参数可用于控制粉末/运动气体供应管55内的速度。例如，供应管55内的气体/粉末混合物的流速随供应管55的截面积的减小而增加。然而，管中的阻力可导致如上所述的高背压。图3A-3C中所示的装置例如可在高达172.3mBar的背压下运行，该背压在监视端口184处测量。较高的背压可在室150处引起正表压。在产生稀相流时经历的背压可通过将通过粉末/运动气体供应管55的气体/粉末速度设定为落在综合相传输的范围内进行减轻。
例1
如图2-3C中所示的粉末/气体混合段108具有直径为0.25mm(约0.05mm2的截面积)的运动气体孔口148。运动气体142进入运动气体孔口148的流量为约2.5l/min(升/分钟)。运动气体离开孔口148的流速至少为1马赫。随粉末135吸入的真空空气的流量为约1.7l/min。文丘里通道180中的运动气体和粉末的混合物以约80m/s的速度稀相传输。粉末135以约2克/分的速率传输通过文丘里块124。之后，该粉末按综合流传输在3.05mm直径通道中传输1.5m距离从而传到挤压造型装置。
用通过环形通道的粉末供应挤压造型
将管挤压成形在光纤周围及将粉末施加在管中的示例性方法在下面结合图1和4A-4C进行描述。
如图1中所示，粉末/运动气体供应装置50经粉末/运动气体供应通道55向挤压造型装置60提供粉末。粉末和运动气体用在挤压造型过程中以用于形成管。图4A为挤压造型装置60的所选部分的部分截面图，其利用来自挤压造型过程的供应通道55的粉末和运动气体。图4A示出了十字头挤压模具200、粉末/运动气体供应组件210、及同心安装在组件210的下游端的挤出尖端212。构件200、212示出了挤压造型装置60的一部分，并可连接到组件210及组合到传统设计的周围十字头挤压造型装置内，为了简要，省略其细节。
参考图4A，粉末/运动气体供应组件210包括中央光纤导向通道214，多根光纤22在挤压造型过程期间穿过该通道。光纤导向通道214例如可具有圆形截面。粉末/运动气体供应组件210包括细长管状外套216和同心安装在外套216内的细长管状内套220。环状通道226形成在内和外套之间并安排成通过粉末/运动气体供应组件210传输粉末和运动气体。粉末/运动气体入口芯柱230形成在粉末施加/挤压成形件210中并经入口端口234与环形通道226连通。粉末/运动气体入口芯柱230适于接收粉末/运动气体供应管55的下游端，或连接到供应通道55的下游端的中间传输如软管。从而，由粉末/运动气体供应装置50提供的运动气体和粉末粒子的混合物传入粉末/运动气体供应组件210的环形通道226。
挤出尖端212与外套216的下游端同心安装，及挤压十字头(未示出)的一部分与外套216上的止挡边缘244邻接。挤出尖端212的下游端和粉末/运动气体供应组件210的下游端相继同心安装在挤压模具200内。挤压模具200和内导向件212之间的区域形成环形通道248，熔融态压出物250通过其提供给挤压造型过程。熔融态压出物的来源(未示出)可以是任何传统手段。
图4B为挤压造型装置60分离出来的截面图，示出了邻近挤压模具200的挤压成形/粉末施加过程。如图4B中所示，挤出尖端212具有终止于圆柱形尖端部分258处的锥形部分254。粉末/运动气体供应组件210的内套220同心延伸通过圆柱形部分258，并可终止于与圆柱形尖端部分258的下游端面相邻的位置处。环形通道226的下游端形成为内套220的下游端和挤出尖端212之间的环形空间。
仍然参考图4B，在运行时，光纤22按过程方向12前进通过内套220中的通道214。随着光纤22前进通过内套220，熔融态压出物250(其处于软的吸能状态)通常按粗黑箭头方向前进通过压出物通道248。压出物250在光纤22周围形成压出锥体262，其最终径向收缩或“向下拉”并在光纤22周围形成管(向下拉的管由图4A中的附图标记264指示)。在示例性实施例中，管为松配合管，尽管其它管形式也是可能的。“压出锥体”通常可定义为压出物流动通道258的下游端和压出物完全向下拉的点之间的熔融或部分熔融压出物250的锥体。例如，压出锥体可延伸到冷却槽内(图1中所示)。应当理解，术语“压出锥体”包括源自完美锥形的压出物形状，及如本领域技术人员所意识到的，例如包括具有凹和/或凸外表面轮廓的锥形压出物形状。在挤压造型过程期间，由粉末/运动气体供应管55提供的运动气体和粉末粒子的混合物按箭头266所示方向行进通过环形通道226，前述方向通常可与过程方向12平行，并引入压出锥体262的内部272。
随着气体/粉末混合物进入热的压出锥体262内，粉末粒子具有足够的动量使得它们碰撞压出锥体262的内部272。气体/粉末混合物可以足够的速度传输通过环形通道226，使得粒子的动量导致所有或大部分粒子射入、嵌入或机械附着到热的压出物的内部，尤其在压出锥体262内。在某些应用中，一部分粉末可粘附到光纤22的外表面。在挤压成形期间，需要引入气流以在压出物管仍然处于熔融态的同时保持该管免于被大气压压扁。来自通道226的运动气体可以为相当低的流率，以在挤压成形期间不会使压出锥体262的形状过分变形，同时还将粉末粒子传入压出锥体262。随着压出锥体262在光纤22周围闭合，未被过程耗用的运动气体和多余的粉末按箭头278的方向(与过程方向12相反)通过光纤导向通道214返回。因此，粉末引入压出锥体，而不会负面影响挤压造型过程的空间稳定性。
如果具有足够的动量，气体/粉末混合物266中的颗粒物质可部分嵌入在压出物中的各个位置处。总的来说，具有至少160℃的温度的压出物提供使颗粒物质至少能部分嵌入的施加区域。为更有效地附着，压出物在附着区可处于至少200℃的温度。
通过环形开口284进入的颗粒粉末的一部分通过部分嵌入可能不会机械附着到挤压成形管的内表面。例如，高达30％重量的提供给挤压造型过程的颗粒物质可机械附着到管上，在一些实施例中高达40％，或更特别地60％，其余部分或在管中保持松散或被丢弃。例如，未附着的粉末的一部分连同运动气体可通过通道214的另一端排出，或者如果需要，再循环以在挤压造型过程中重新使用。例如，总粉末的约10-25％(重量)可排出管。未使用的粉末的一部分也可由光纤22向前传入管内并在管中保持松散。例如，所提供的总颗粒物质的约25-45％(重量)可在管中保持松散。通道214可与过滤器如HEPA过滤器、收集容器、或用于收集排出的未使用的粉末和/或未使用的运动气体的其它装置连通。
对于保留在管中的颗粒物质的量，包括松散、机械附着、及小量粘附到光纤的粉末，该量的约45-80％(重量)可机械附着到管的内部。粉末高水平机械附着可通过改变过程参数如颗粒进入的动量而可靠地实现。例如，管中总粉末量的高达60％(重量)，在一些实施例中高达80％甚或90％可机械附着到管内部。机械附着的粉末的总重量百分比可通过对测量或计算的每米长度机械附着的粉末重量除以位于每米长管或空腔内的总粉末重量求平均进行确定。相反，松散粉末的总重量百分比可通过对测量或计算的每米长度松散粉末重量除以位于管或空腔内的总粉末重量求平均进行确定。
根据本发明的实施例，光纤组件也可具有相当小的每米管粉末平均浓度。低平均浓度导致管中的粉末对技术工人近乎透明。管中粉末或其它颗粒物质的“平均浓度”为每单位管长度的颗粒物质的总重量，并可表达为每米管的颗粒物质克数(g/m)，或毫克每毫米(mg/mm)。之后，平均浓度可用于计算“归一化浓度”以通过管内或空腔截面积依比例决定浓度。每平方毫米空腔截面积的归一化浓度通过将平均浓度除以空腔截面积进行计算。术语“归一化浓度”在此用以代替“体积浓度”，因为颗粒物质将不遍及管的内部体积均匀分布。根据本发明实施例的管状光纤组件可形成为具有低平均和归一化粉末浓度，但仍能足够地阻水以在一米长度内将一米压头的自来水阻挡24小时。在一例子中，对于具有2.0毫米内径的管，管具有每米长度约0.02克粉末的平均浓度。约3.14平方毫米的空腔截面产生每米长管组件约0.01克遇水膨胀粉末的归一化浓度值。在另一例子中，管具有1.6mm的内径及每米管约0.0085克的平均浓度。归一化浓度为每平方毫米空腔截面积每米管长约0.004克的粉末。根据本发明的实施例，0.01或更小甚至低至0.005或更小的低粉末归一化浓度提供合乎需要的阻水特性，如在一米长度内阻挡一米压头的自来水24小时的能力。总言之，随着管的空腔的截面积增加，有效阻挡水沿该管迁移所需要的遇水膨胀粉末的量大致成比例地增加以有效阻水。
根据本发明的一方面，粉末粒子可通过同心布置的内套220和挤出尖端212的圆柱形尖部258之间形成的环形开口284传入或进入压出锥体的内部，其形成环形通道226的终端。因此，来自环形开口284的粉末的出口点与部分通过挤出尖端212形成的压出锥体262直接相邻。环形开口284与压出锥体262邻近确保在粉末粒子碰撞压出锥体的内部272之前消耗最小的粉末粒子动能。在来自环形开口284的气体/粉末混合物的出口点，压出锥体262内部截面积远大于环形开口284的截面积。气体/粉末混合物遭遇的截面积的增加可导致气体速度下降到低于跃动速度，这可导致粉末掉出传输气体。然而，粉末粒子的动量允许粒子以大于气体的速度行进短距离并粘附、嵌入或机械附着到压出锥体262的内侧。环形开口284靠近压出锥体262的内部272确保大部分粉末粒子保留足够的动量以机械附着到前述锥体。
参考图4B，根据本发明的一实施例，挤压模具200的下游面(即图4B中右边的面)距挤出尖端212的圆柱形尖部258的下游面的距离D1可在+/-3mm的范围内。圆柱形尖部258的端部可成锥形，使得离开圆柱形通道226的气体/粉末混合物实质上直接碰撞在压出物250上。圆柱形尖部258的下游面距内套220的下游面的距离D2可在+/-3mm的范围内。此外，内套220的下游面及圆柱形尖部258的下游面可以在挤压模具200的下游面的下游。在该结构中，尖部212和套220的末端位于压出锥体262内部，使得粉末粒子从通道226在位于压出锥体262内部的喷入区喷入。在另一实施例中，挤压模具200的下游面可以在圆柱形尖部258的下游面的上游0-5mm。
为提供所希望的粉末粒子对挤压成形管的附着度，环形开口284处的气体/粉末混合物的速度可在2m/s到50m/s的范围中。更特别地，环形开口处的速度至少为5m/s。例如，对于平均粒子大小为约60微米或更小的粉末粒子，在环形开口284处至少5m/s的流速(即综合相流)赋予粒子足够的动量，使得粒子机械附着到熔融态压出物。根据该实施例，粉末和运动气体的混合物可按综合相传输通过粉末/运动气体供应通道55并以综合流速引入挤压造型过程。提供给前述过程的粉末的至少40％(重量)或保留在管中的粉末总量的45-80％(重量)可使用该方法粘附到管内部。
例如，粉末/运动气体供应组件210可构建成使得内套220、挤出尖端212和挤压模具200中的一个或多个的相对轴向位置可改变。例如，挤出尖端212的下游端可相对于挤压模具200进行轴向调节。参考图4A，挤出尖端212可螺纹安装在挤压十字头(未示出)中，使得其可相对于挤压模具200轴向平移。重新参考图4B，距离D1因而可改变以在环形开口284处获得所希望的流动性质。类似地，内套220的轴向位置可相对于挤出尖端212和相对于挤压模具200改变。例如，内套220可螺纹安装在外套216中，到其的距离D2可改变。
例2
挤压造型过程利用粉末/运动气体供应装置50向图4A和4B中所示的挤压造型装置提供粉末和运动气体。粉末/运动气体供应装置50按综合相传输向粉末/运动气体供应通道55提供SAP粉末混合物，具有约10m/s的运动气体速度。运动气体孔口148的直径在0.1和0.3mm之间(截面积为约0.008mm2和0.07mm2)。运动气体142的流量在0.5l/min和5l/min之间。粉末与空气的体积比在0.01-2.0％之间。粉末流量在0.05-10克/分之间。粉末/运动气体混合物随后传给环形通道226，在那里其按综合流以约5m/s的速度进行传输。粉末的平均粒子大小在约30微米的范围内，如表1中一般描述的，大小分布在约0-63微米的范围内。运动气体/粉末混合物以5-8m/s范围内的速度从环形通道226喷射。管为聚丙烯，内径为1.6mm，及在粉末施加区处于约230℃的温度。提供给挤压造型过程的粉末的至少40％(重量)机械附着到挤压成形的管。管中粉末的约45-80％(重量)机械附着。归一化浓度为每平方毫米管内截面积每米管低于0.01克粉末。
利用粉末供应通过喷嘴挤压造型
将管挤压成形在光纤周围及向其施加粉末的另一示例性方法在下面结合图1和5A-5B进行描述。在图5A和5B的实施例中，颗粒物质通过喷嘴而不是环形开口引入挤压造型过程。
参考图1，粉末/运动气体供应装置50经粉末/运动气体供应通道55向挤压造型装置60提供粉末。图5A为挤压造型装置60的部分截面图，其包括十字头挤压模具500、粉末/运动气体供应组件510、及安装在粉末/运动气体供应组件510的下游端的挤出尖端512。构件500、510、512可组合到传统设计的十字头挤压造型装置内，为了简要，省略其细节。
参考图5A，粉末/运动气体供应组件510包括中央光纤导向通道514，多根光纤22在挤压造型过程期间穿过该通道。粉末/运动气体供应组件510包括通过卡圈520和连接螺母522连到入口头518的注入头部516。具有排出端口528的排出件526例如可通过位于横向开口530中的定位器(未示出)连到入口头518。作为备选，入口头518和排出件526可以是单一件。粉末/气体入口端口536形成在入口头518中并与注入头516中的粉末/气体通道540连通。粉末/气体入口芯柱或其它装置(未示出)可形成在与粉末/气体入口端口536连通的入口头518中或与其连接。入口芯柱适于接收粉末/运动气体供应通道55的下游端，或连接到供应通道55的中间传输如软管。从而，由粉末/运动气体供应通道55提供的运动气体和粉末粒子的混合物传入粉末/气体通道540。
粉末/运动气体供应组件510可通过将注入头516插入挤压造型装置(图5A中从左到右)直到锥形部分548邻接挤压造型装置为止而安装到十字头挤压造型装置。连接螺母522连同卡圈520在注入头516上滑动。之后，入口头518通过旋转卡圈而与卡圈520螺纹连接。端口536和入口头518中的短纵向通道例如可通过榫钉(未示出)与注入头516中的粉末/气体通道540对准，榫钉防止注入头516和入口头518之间的相对旋转。挤出尖端512与注入头516的下游端同心安装并与挤压模具500形成通道550，熔融态压出物554在挤压成形期间从其流过。
图5B为挤压造型装置60分离出来的截面图，示出了邻近挤压模具500的挤压成形/粉末施加过程。如图5B中所示，挤出尖端512具有终止于圆柱形部分564下游终端(即图5B中的左边)处的锥形部分560。注入头516的末端同心延伸穿过圆柱形部分564的内部并位于其内(如可能邻接)，并可终止于与圆柱形部分564的末端相邻的位置处。
在运行时，光纤22沿过程方向12前进通过粉末/运动气体供应组件510。随着光纤22前进，熔融态压出物554(其处于软的吸能状态)按粗黑箭头方向前进通过通道550并在光纤22周围形成压出锥体570，其最终向下拉并在光纤22周围形成管576。例如管576为松配合管，尽管紧密配合管形式如紧密缓冲管也是可能的。在挤压造型过程期间，由粉末/运动气体供应管55提供的运动气体和粉末粒子的混合物行进通过粉末/气体通道540，并引入压出锥体570的内部572。
随着气体/粉末混合物进入压出锥体570内，粉末粒子碰撞热的压出锥体570的内部572。粒子的动量导致大部分粒子粘附、嵌入或机械附着到热的压出物的内部，尤其在压出锥体570内。在某些应用中，一部分粉末可粘附到光纤22。在挤压成形期间，运动气体可用于在挤压成形期间保持压出锥体570的形状，及还用于将粉末传入压出锥体570。
如上所述，通过喷嘴580进入的总颗粒粉末的一部分可能不会机械附着到挤压成形管的内表面。随着压出锥体570在光纤22周围闭合并粘附到光纤22以形成管576，未被过程耗用的粉末和运动气体按箭头578的方向通过光纤导向通道514返回。运动气体和未附着的粉末的一部分通过排出件526中的排出端口528排出(图5A)。未附着的粉末的一部分也可由光纤22向前传入管内并在管中保持松散。排出端口528可与过滤器如HEPA过滤器、收集容器、或用于收集未使用的粉末和/或未使用的运动气体的其它装置连通。未使用的粉末的一部分也可通过光纤22向前传输。
根据本发明的一方面，截面积比粉末/气体通道540小(如直径更小)的喷嘴580可包括在通道540末端处以加速气体和粉末流。例如，喷嘴580可构建成在前述流从喷嘴出口放出时将其加速到稀相速度。在来自喷嘴580的气体/粉末混合物的出口点，压出锥体570内部截面积远大于粉末/气体通道540的截面积。气体/粉末混合物遭遇的截面积的增加可导致气体速度下降到低于跃动速度，这可导致粉末掉出传输气体。然而，可选择粉末粒子的动量以允许粒子以大于气体的速度行进短距离并粘附、嵌入或机械附着到压出锥体570的内侧。
为提供足够的粉末粒子对挤压成形管的附着度，气体/粉末混合物离开喷嘴580的速度可在2m/s到100m/s的范围中。例如，对于具有如表1中所示的粒子大小分布的粉末，在喷嘴580处至少20m/s的流速赋予粒子足够的动量，使得所提供的粒子的至少40％机械附着到熔融态压出物。喷嘴580的出口可相当靠近压出锥体的内表面。例如，喷嘴出口可在挤压模具500的下游面的+/-7mm内。
参考图5B，喷嘴580的出口点可定位成使得其与挤出尖端512的末端齐平或几乎齐平(例如在+/-0.5mm内)。在该实施例中，离开喷嘴580的颗粒物质当其碰撞压出锥体570时保留其大部分喷射速度。因而，将喷嘴580定位成极靠近压出锥体570确保粒子的高嵌入速率。
例如，粉末/运动气体供应组件510及周围的挤压造型装置可构建成使得注入头516相对于挤出尖端512的相对轴向位置可改变。例如，注入头516可进行螺纹安装以改变相对于挤出尖端512的下游端面的距离。进而可改变从喷嘴580到挤出尖端512的下游端的距离D3，因而改变喷嘴580到压出物的距离。挤出尖端512也可进行螺纹安装使得挤出尖端512和/或注入头516可相对于挤压模具500的下游端轴向平移。喷嘴580相对于挤压模具500和相对于挤出尖端512的轴向位置因此可改变以获得所希望的气体和颗粒物质的混合物的喷射性质。
喷嘴580相对于管内表面的布置使能向压出锥体570定向施加粉末。如图5B中所示，粉末粒子在喷嘴580的出口处将具有其最大动量，其相对于压出锥体570、光纤22和挤压模具500末端的轴向中心线偏移。压出锥体570的内部的目标部分因此接收大部分颗粒物质。定向施加粉末粒子的例子在下面结合图11进行描述。
例3
挤压造型过程利用粉末/运动气体供应装置50向图5A和5B中所示的挤压造型装置提供粉末和运动气体。粉末/运动气体供应装置50按综合相流向粉末/运动气体供应通道55提供SAP粉末混合物，具有3-20m/s范围内的运动气体速度。运动气体孔口148的直径在0.05和0.3mm之间(截面积为约0.002mm2和0.07mm2)。粉末/运动气体混合物随后传给粉末/气体通道540，在那里其按综合相流以3-20m/s范围中的速度进行传输。粉末的平均大小在约0-63微米的范围内，具有表1中一般描述的大小分布。运动气体/粉末混合物以至少20m/s的速度从喷嘴580喷射。提供给挤压造型过程的粉末的至少45％(重量)机械附着到挤压成形的管。管中粉末的约45-80％(重量)机械附着。归一化粉末浓度为每平方毫米管内截面积每米管低于0.01克粉末。
上述挤压成形方法公开了在挤压造型过程期间将粒子机械附着到挤压成形管内部的方法。图6A-6D、7A-7D和8A-8D为示出SAP粒子与管内部的不同机械附着度的照片。这些照片使用扫描电子显微镜获得。为获得这些照片，光纤组件使用剃刀纵向切割、涂覆碳、及在扫描电子显微镜中以55度倾斜拍照。图中所示的粒子700使用与图5A和5B中所示的喷嘴类似的喷嘴组件施加。
图6A-6D为具有如表1中所述大小分布的管组件的管在不同放大率下的一组扫描电子显微镜照片。在照片中，机械附着的SAP粒子700可看见附着到管708的内表面705。附着标记或“足迹”710也可看见。内表面705中的足迹710可指示内表面的机械变形的部分，技术人员已去除那里附着的粒子以示出表面形变的深度。通过喷嘴喷射赋予粒子700的动量使部分粒子能使管壁变形并至少部分嵌入在管壁中。
图7A-7D为光缆组件的管在不同放大率下的另一组扫描电子显微镜照片。机械附着的SAP粒子700和足迹710可在管708的内表面705上看见。
图8A-8D为光缆组件的管在不同放大率下的另一组扫描电子显微镜照片。机械附着的SAP粒子700和足迹710可在管708的内表面705上看见。
具有机械附着的粉末的光纤组件
图9和10分别示意性地示出了根据上述方法制造的光纤组件800(即管组件)的截面图和放大纵向截面图。光纤组件800包括管805内的遇水膨胀粉末或粉末混合物804和延伸穿过管的多根光纤822。在本说明书中描述的光纤822可以是任何适当类型的光波导。此外，光纤可以是光纤带、光纤束等的一部分。换言之，所示光纤822为非紧密缓冲光纤，但本发明的方法也可与具有其它构造的光纤如紧密缓冲、带化、综合光纤一起使用。包括微模块的光缆也可根据本发明的原理进行构造，具有微模块管，例如包括机械附着的粉末。如图所示，总的来说，遇水膨胀粉末804表示为布置在管805的内表面附近，其至少一部分机械附着到管内壁。此外，遇水膨胀粉末804机械附着到管内壁的相当小百分比的表面区域上。在其阻水性能令人惊讶地有效的同时，粉末的存在对技术工人近乎透明。
组件800具有相当高比例的机械附着的遇水膨胀粉末804，但仍能在一米长的管组件内将一米压头的自来水阻挡24小时。如在此使用的，“自来水”定义为盐水平为1％(重量)或更小的水。类似地，在此公开的光纤管组件也能在3米内将高达3％(重量)的盐溶液阻挡24小时，根据设计，该阻挡性能甚至可在约1米内使3％的盐溶液逗留24小时。粉末的机械附着使附着的遇水膨胀粒子的一部分突出在表面之外，使得如果水进入空腔则其可与粒子接触。理论上，在水接触遇水膨胀粒子并开始膨胀之后，粒子的部分突破到表面的外面使得它们可完全膨胀和/或移动以与其它粒子形成阻水塞子。
遇水膨胀粉末804位于其内壁每米长度具有给定表面积的挤压成形管内。在一实施例中，管内壁约30％或更少的表面积具有机械附着的遇水膨胀粉末和/或粉末混合物，但其它百分比也是可能的，如25％或更少。此外，机械附着通常可均匀位于表面上，如前所述的整个表面的30％或更少。
作为备选，机械附着可集中在管内壁中的纵向条、带中(或间断或连续)。例如，100％或更少的机械附着处于覆盖30％或更小的表面区域的一个或多个条带中，更具体地至少70％，及在其它位置实质上没有机械附着，如图11中示意性所示。该结构可另外表述为将粉末施加在管内部的弧形扇区内。例如，90度或更小、或60度或更小的弧形可具有机械附着的粉末粒子，而管内部的其余部分没有机械附着的粒子。该类型的目标机械附着例如可通过实现图5B中所示的从喷嘴580定向延伸完成，使得粉末流碰撞在压出物锥体570的特定区域上。
图12为在任何松散遇水膨胀粉末或粉末混合物已被去除之后使用I-Solutions软件查看的、通过上述方法使粉末机械附着到其的挤压成形管内壁的放大图(约50倍)。图13为与图12中所示同样的图，感兴趣区域850内的粉末使用前述软件识别以确定感兴趣区域850内机械附着有粉末的表面区域百分比。前述软件使能测量机械附着有粉末的表面区域的百分比，因为灰度差异能相对于管壁显现具有粉末机械附着到其的表面区域。当使用软件确定具有机械附着的表面区域的百分比时，应适当调节极限照明以查看区域之间的反差。图13中所示的感兴趣区域850具有粉末机械附着到感兴趣区域850的约30％或更少，如图所示。在其他实施例中，粉末可机械附着到该表面区域的25％或更少。此外，从该图像可观察粉末的大小和形状。
根据本发明实施例的一方面，相当低的粉末水平可用于减少光纤组件中的衰减。例如，在传统光缆中，当弄湿时，过多的阻水粉末可聚集和成块。成块的粉末可达到使得其压靠一根或多根光纤并引起衰减量的大小。
可影响光学性能的一个因素是遇水膨胀粉末的最大粒子大小、平均粒子和/或粒子大小分布，如果光纤接触遇水膨胀粒子(即压在遇水膨胀粒子上)，这可影响微弯曲。遇水膨胀粉末的平均粒子大小优选为约150微米或更小，但其它适当的平均粒子大小也是可能的，如60微米或更小。技术人员理解，由于粉末使用适当大小的网进行过筛，其具有粒子大小的分布。例如，个别粒子可能具有在一方向仍然适合穿过筛网的纵横比(即比宽度长)及大于平均粒子大小。使用具有稍大的平均最大粒子大小的SAP仍可提供可接受的性能，但使用较大的最大粒子大小增加遭受光衰减增大的可能性。一种说明性遇水膨胀粉末可从北卡罗来纳州Greensboro的Evonik，Inc.按商品名Cabloc GR-211获得的交联聚丙烯酸钠。该粉末的粒子分布由表1给出。
表1：说明性遇水膨胀粉末的粒子分布
  粒子大小   近似百分比
  大于63微米   0.2％
  45-63微米   25.7％
  25-44微米   28.2％
  小于25微米   45.9％
当然，包括其它粉末、粉末混合物和/或其它粒子分布的颗粒物质也是可能的。另一适当的交联聚丙烯酸钠可从Absorbent Technologies，Inc.按商品名Aquakeep J550P获得，但其它类型的遇水膨胀材料也是可能的。作为例子，另一适当的遇水膨胀粉末为丙烯酸盐和聚丙烯酰胺的共聚物，其就盐溶液有效。此外，两种或两种以上材料和/或遇水膨胀粉末的粉末混合物也是可能的，如慢速膨胀遇水膨胀粉末和快速膨胀遇水膨胀粉末的混合物。同样，遇水膨胀粉末的混合物可包括对盐溶液高度有效的第一遇水膨胀粉末和对自来水有效的第二遇水膨胀粉末。粉末混合物还可包括本来遇水不可膨胀的成分。作为例子，小量硅石如高达3％的煅制氧化硅可添加到遇水膨胀粉末中以改善流动性质和/或抑制因湿气吸收引起的防结块。另外，本发明的概念使能使用有或没有遇水膨胀粒子的其它类型的粒子，如阻燃粒子(如三水合铝、氢氧化镁等)、干燥润滑剂如滑石、石墨、硼等。
在选择遇水膨胀材料时要考虑的另一因素为其吸收容量。吸收容量是单位遇水膨胀材料可吸收的水量且通常按每克遇水膨胀材料吸收的水的克数进行测量。在一实施例中，在此所述的方法中使用的遇水膨胀材料优选具有每克遇水膨胀材料至少约100克水的吸收容量，但更低或更高的其它值也是可能的。例如，遇水膨胀材料可具有每克材料约200克或更高、每克材料约300克或更高、每克材料约400克或更高的吸收容量。
根据本发明的另一方面，在此所述的过程中使用的粉末或粉末混合物无须使用分隔层或其它材料即可抑制光纤和管之间的粘附。具体地，在管挤压成形在光纤周围时处于熔融状态时光纤组件具有光纤接触并粘附到管的问题。如果光纤粘附到管的内侧，这可导致光纤通路变形(即光纤被防止在该点移动)，这可产生不合需要的光衰减水平。如图9和10中所示，管805位于光纤组件800的光纤822的周围，没有使用另外的材料或构件作为分隔层(如没有凝胶、润滑脂、纱、带等)来抑制光纤和熔融管之间的接触。由于遇水膨胀粉末为交联材料，在典型挤压成形温度下这种遇水膨胀粉末不助长向其进行的粘附，从而抑制粘附。因而，遇水膨胀粉末804往往用作分隔层，因为其在制造期间抑制光纤822粘附到熔融管。
遇水膨胀粉末804还通过用作滑层而用于降低光纤和管或空腔壁之间的摩擦。颗粒物质有效用作光纤822和管内壁之间的球轴承以减小摩擦及减小光纤中的张力。光纤822还可包括外层如油墨，其具有适当的润滑剂以在挤压成形期间抑制光纤822粘附到熔融管805。管805可包括一种或多种适当的聚合物填料，从而抑制光纤与管的粘附。另外，管使用其它聚合材料如高度填充的PVC也可抑制光纤粘附到管。
在本说明书中讨论的挤压成形管可使用任何适当的聚合材料用于包围和保护其中的光纤822进行构造。例如，管805和在挤压成形方法中描述的管可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或多种材料的混合物如PE和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的混合物。在其它实施例中，管805由阻燃材料形成如阻燃聚乙烯、阻燃聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)或聚偏二氟乙烯PVDF，从而形成阻燃光缆的一部分。然而，为制造阻燃光缆，管805不必须由阻燃材料形成。在其它实施例中，管805可包括在不使用工具的情形下可容易由技术工人撕裂的薄护套。例如，由高度填充的材料形成的管致使其由技术工人仅使用手指即可容易撕裂。作为例子，可容易撕裂的管可包括填充材料如聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)、聚碳酸酯和/或聚乙烯(PE)材料和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或其具有填料如白垩、滑石等的其它混合物；然而，其它适当的材料也是可能的，如可UV固化丙烯酸酯。总的来说，在所有其它条件均一样的情况下，相较包括遇水膨胀纱、带或细丝(即SAP的载体)及光纤的干式管组件，管805可具有更小的内径ID。这是因为，管805不必既为光纤又为SAP的载体(即纱或带)提供空间，因而管的内径可以更小。较小的内径也使外径较小、具有较小弯曲半径(这可减少扭折)的更柔软的组件、每单位长度的重量更轻、及在卷轴上可卷绕更长的长度。
图14为根据本发明制造的光缆900的截面图。光缆包括安排在中央加强件908周围并包围在护套920内的多个子单元902。防火层924布置在护套920的内部上，及遇水膨胀层928布置在层924的内部上。每一子单元902具有包围多根光纤944的管。管940可使用在此所述的方法挤压成形，使得遇水膨胀粒子嵌入在内管表面948中。子单元902可具有相当低水平的遇水膨胀粉末，例如小于0.01的归一化浓度。
在所附权利要求范围内的本发明的许多修改和其它实施方式对本领域技术人员而言显而易见。例如，本发明的概念可与任何适当的光缆设计和/或制造方法一起使用。例如，所示实施例可包括其它适当的光缆构件如铠装层、联结元件、不同的截面形状等。因而，本发明意于覆盖这些修改和实施方式及对本领域技术人员显而易见的那些实施方式。

Claims (92)

1.一种制造光纤组件的方法，包括：
提供至少一光纤；
将管施加在所述至少一光纤周围；及
将运动气体和颗粒物质的混合物以足够的速度传到所述管的内部，使得所述颗粒物质的至少一部分使所述管的内表面变形并机械附着到所述管上。
2.根据权利要求1的方法，其中所述颗粒物质包括遇水膨胀粉末。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述管通过挤压施加在所述至少一光纤周围，及在颗粒物质使所述管的内表面变形时形成所述管的压出物至少部分熔融。
4.根据权利要求1或2的方法，其中所述管通过挤压施加在所述至少一光纤周围，及在颗粒物质使所述管的内表面变形时形成所述管的压出物处于至少160℃的温度。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其中运动气体和颗粒物质的混合物通过环形通道传到所述管的内部。
6.根据权利要求5的方法，其中运动气体和颗粒物质的混合物以至少5m/s的速度离开所述环形通道。
7.根据权利要求5-6任一所述的方法，其中当挤压成形管时，运动气体和颗粒物质的混合物以距所述管的内表面的最近部分小于5mm的距离离开所述环形通道。
8.根据权利要求1-4任一所述的方法，其中运动气体和颗粒物质的混合物通过喷嘴传到所述管的内部。
9.根据权利要求8的方法，其中运动气体和颗粒物质的混合物以至少5m/s的速度离开所述喷嘴。
10.根据权利要求8-9任一所述的方法，其中运动气体和颗粒物质的混合物以距所述管的内表面的最近部分小于5mm的距离离开所述喷嘴。
11.根据权利要求1-10任一所述的方法，其中所述颗粒物质的平均粒子大小在20-40微米之间。
12.根据权利要求1-11任一所述的方法，其中所述管由至少一聚合物材料挤压成形。
13.根据权利要求1-12任一所述的方法，其中传到管内部的颗粒物质的至少30％机械附着到所述管的内表面。
14.根据权利要求1-12任一所述的方法，其中传到管内部的颗粒物质的至少60％机械附着到所述管的内表面。
15.根据权利要求13-14任一所述的方法，其中传到管内部的颗粒物质的一部分在施加管期间从管内部去除。
16.根据权利要求1-15任一所述的方法，其中管中的颗粒物质的归一化浓度小于0.005克每米每平方毫米管内截面积。
17.根据权利要求1-15任一所述的方法，其中管中的颗粒物质的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
18.一种制造光纤组件的方法，包括：
提供至少一光纤；
将聚合管施加在所述至少一光纤周围；及
在将管挤压成形在所述至少一光纤周围且所述管处于至少200℃的温度时将多个遇水膨胀粉末粒子的至少一部分施加到管内部。
19.根据权利要求18的方法，其中所述粉末粒子在至少5m/s速度的运动气体中传到管内部。
20.根据权利要求19的方法，其中所述粉末粒子通过环形通道传到所述管的内部。
21.根据权利要求18的方法，其中所述粉末粒子在至少20m/s速度的运动气体中传到管内部。
22.根据权利要求21的方法，其中所述粉末粒子通过喷嘴传到所述管的内部。
23.根据权利要求18-22任一所述的方法，还包括：在将粉末施加到管内部之前通过通道在综合相流中传输粉末粒子。
24.根据权利要求19-22任一所述的方法，还包括：
使运动气体通过文丘里喷嘴；及
使遇水膨胀粉末粒子与运动气体在文丘里喷嘴下游混合。
25.根据权利要求19-22任一所述的方法，其中传到管内部的遇水膨胀粉末粒子的至少30％机械附着到所述管的内部。
26.根据权利要求19-22任一所述的方法，其中管中的遇水膨胀粉末粒子的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
27.一种制造光纤组件的方法，包括：
提供至少一光纤；
将管挤压成形在所述至少一光纤周围；
通过通道连续传输颗粒物质和运动气体；及
通过喷嘴加速颗粒物质，使得颗粒物质的至少一部分机械附着到管内部，其中颗粒物质以至少20m/s的平均速度离开喷嘴。
28.根据权利要求27的方法，其中所述颗粒物质为遇水膨胀粉末。
29.根据权利要求27-28任一所述的方法，其中在挤压成形管时所述喷嘴与所述管相邻。
30.根据权利要求27-29任一所述的方法，其中所述喷嘴的出口在距挤压模具的下游端5mm轴向距离内。
31.根据权利要求27-30任一所述的方法，其中通过所述通道传输的颗粒物质的至少30％机械附着到所述管的内部。
32.根据权利要求27-30任一所述的方法，其中通过所述通道传输的颗粒物质的至少60％机械附着到所述管的内部。
33.根据权利要求27-32任一所述的方法，还包括：
使运动气体通过文丘里喷嘴；及
使运动气体与颗粒物质在文丘里喷嘴下游混合。
34.根据权利要求27-33任一所述的方法，其中所述管包括聚合物。
35.根据权利要求27-33任一所述的方法，其中管中的颗粒物质的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
36.一种制造光纤组件的方法，包括：
提供至少一光纤；
将管挤压成形在所述至少一光纤周围；
通过通道连续传输颗粒物质和运动气体；及
通过环形通道传输颗粒物质，使得颗粒物质的至少一部分机械附着到管内部，其中颗粒物质以至少5m/s的速度离开所述环形通道。
37.根据权利要求36的方法，其中所述颗粒物质为遇水膨胀粉末。
38.根据权利要求36-37任一所述的方法，其中在挤压成形管时所述环形通道的出口端与所述管相邻。
39.根据权利要求36-38任一所述的方法，其中所述环形通道的出口在距挤压模具的下游端5mm轴向距离内。
40.根据权利要求36-39任一所述的方法，其中通过所述环形通道传输的颗粒物质的至少30％机械附着到所述管的内部。
41.根据权利要求36-39任一所述的方法，其中通过所述环形通道传输的颗粒物质的至少60％机械附着到所述管的内部。
42.根据权利要求36-41任一所述的方法，其中所述运动气体包括至少两种气体的混合物。
43.根据权利要求36-42任一所述的方法，其中管中的颗粒物质的归一化浓度小于0.005克每米每平方毫米管内截面积。
44.根据权利要求36-42任一所述的方法，其中管中的颗粒物质的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
45.一种制造光纤组件的方法，包括：
提供至少一光纤；
将聚合管挤压成形在所述至少一光纤周围；
通过通道传输多个遇水膨胀粉末粒子；及
通过喷嘴加速粉末粒子，其中至少部分粉末粒子碰撞管内部并施加到小于管内表面区域的40％的施加区域。
46.根据权利要求45的方法，其中所述施加区域小于所述管的内表面区域的30％。
47.根据权利要求45-46任一所述的方法，其中加速到所述管的内部的粉末粒子的至少30％机械附着到所述管的内表面。
48.根据权利要求45-47任一所述的方法，其中管中的粉末的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
49.用于制造光纤组件的生产线，包括：
光纤源；
粉末/运动气体供应装置，该粉末/运动气体供应装置包括：
用于接收粉末粒子的接收部分；
运动气体供应装置；
安排成加速来自运动气体供应装置的运动气体的喷嘴；及
粉末粒子和加速后的运动气体从其通过的喷嘴下游的通路；及
与粉末/运动气体供应装置流体连通以接收粉末粒子和运动气体的挤压造型装置。
50.根据权利要求49的生产线，其中所述喷嘴具有0.3mm或更小的直径。
51.根据权利要求49-50任一所述的生产线，其中所述通路包括与所述喷嘴相邻的文丘里通道。
52.根据权利要求49-51任一所述的生产线，其中所述接收部分的下端包括与所述喷嘴相邻且粉末粒子从其通过的计量孔。
53.根据权利要求49-52任一所述的生产线，其中所述挤压造型装置包括其中具有环形通道的挤压模具，所述环形通道与所述通路流体连通。
54.根据权利要求49-52任一所述的生产线，其中所述挤压造型装置包括其中具有喷射喷嘴的挤压模具，所述喷射喷嘴与所述通路流体连通。
55.粉末/运动气体供应装置，包括：
用于接收粉末粒子的接收部分；
运动气体供应装置；
文丘里块，该文丘里块包括安排成加速来自运动气体供应装置的运动气体的喷嘴；
位于所述喷嘴上面的计量孔；及
连接到所述文丘里块的粉末/运动气体供应管，该粉末/运动气体供应管具有粉末粒子和加速后的运动气体从其通过的喷嘴下游通路。
56.根据权利要求55的粉末/运动气体供应装置，其中所述喷嘴具有0.3mm或更小的直径。
57.根据权利要求55-56任一所述的粉末/运动气体供应装置，其中所述通路包括与所述喷嘴相邻的文丘里通道。
58.根据权利要求55-57任一所述的粉末/运动气体供应装置，其中所述文丘里块包括喷嘴下游的、运动气体和粉末粒子在其中混合的文丘里室。
59.根据权利要求55-57任一所述的粉末/运动气体供应装置，其中所述文丘里块包括所述喷嘴上游的入口室。
60.一种挤压造型装置，包括：
颗粒物质/运动气体供应组件，该颗粒物质/运动气体供应组件具有延伸穿过其的粉末/运动气体通道；及
挤压模具，颗粒物质/运动气体供应组件的下游端至少部分延伸到挤压模具内，其中
颗粒物质/运动气体供应组件的下游端包括喷嘴，该喷嘴安排成将来自粉末/运动气体通道的颗粒物质和运动气体加速到由挤压模具形成的压出锥体内。
61.根据权利要求60的挤压造型装置，还包括聚合物压出物源。
62.根据权利要求61的挤压造型装置，其中压出物从其流过的压出物通道形成在颗粒物质/运动气体供应组件和挤压模具之间。
63.根据权利要求62的挤压造型装置，其中所述喷嘴与压出物通道相邻布置，使得颗粒物质和运动气体可从喷嘴喷射到压出锥体内。
64.根据权利要求60-63任一所述的挤压造型装置，其中光纤导向通道与粉末/运动气体通道相邻延伸。
65.根据权利要求60-64任一所述的挤压造型装置，其中所述喷嘴的轴向位置可相对于挤压模具改变。
66.根据权利要求60-65任一所述的挤压造型装置，其中所述喷嘴具有比粉末/运动气体通道的截面积小的最小截面积。
67.一种挤压造型装置，包括：
颗粒物质/运动气体供应组件，该颗粒物质/运动气体供应组件具有延伸穿过其的环形粉末/运动气体通道；及
挤压模具，颗粒物质/运动气体供应组件的末端至少部分延伸到挤压模具内，其中
所述环形粉末/运动气体通道的末端安排成将来自粉末/运动气体通道的颗粒物质和运动气体传到由挤压模具形成的压出锥体内。
68.根据权利要求67的挤压造型装置，还包括聚合物压出物源。
69.根据权利要求68的挤压造型装置，其中压出物通道形成在颗粒物质/运动气体供应组件和挤压模具之间。
70.根据权利要求69的挤压造型装置，其中所述环形粉末/运动气体通道与所述压出物通道同心布置，使得颗粒物质可传入压出锥体。
71.根据权利要求67-70任一所述的挤压造型装置，其中光纤导向通道同心安排在所述环形粉末/运动气体通道内。
72.根据权利要求67-70任一所述的挤压造型装置，其中所述环形粉末/运动气体通道的轴向位置可相对于挤压模具改变。
73.根据权利要求67-70任一所述的挤压造型装置，其中所述环形粉末/运动气体通道形成在挤出尖端和同心安装在挤出尖端内的内套之间。
74.将粒子机械附着到基底的方法：
提供粒子；
提供运动气体；
将所述运动气体加速到至少5m/s的速度；
使所述粒子与所述运动气体混合；
将运动气体和粒子的混合物加速到至少20m/s的速度；及
在至少部分熔融基底处加速运动气体和粒子的混合物。
75.根据权利要求74的方法，其中至少30％的粒子机械附着到所述基底。
76.根据权利要求74的方法，其中至少40％的粒子机械附着到所述基底。
77.根据权利要求74的方法，其中至少60％的粒子机械附着到所述基底。
78.根据权利要求74-77任一所述的方法，其中加速运动气体和粒子的混合物包括通过喷嘴将所述混合物加速到至少1马赫的速度。
79.一种光纤组件，包括：
至少一光纤；
管，所述管具有内壁，所述内壁具有每米表面积，及所述至少一光纤位于所述管内；及
位于所述管内以阻挡水迁移的遇水膨胀粉末，遇水膨胀粉末的一部分机械附着到所述管的内壁，其中约30％或更少的管内壁表面积机械附着有遇水膨胀粉末。
80.根据权利要求79的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
81.根据权利要求79的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.005克每米每平方毫米管内截面积。
82.一种光纤组件，包括：
至少一光纤；
管，所述管具有内壁，及所述至少一光纤位于所述管内；及
位于所述管内以阻挡水迁移的遇水膨胀粉末，遇水膨胀粉末的一部分机械附着到所述管的内壁，其中每米约45％或更重的遇水膨胀粉末机械附着到管内壁，及每米约5％或更重的遇水膨胀粉末松散布置在管内。
83.根据权利要求82的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
84.根据权利要求82的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.005克每米每平方毫米管内截面积。
85.一种光纤组件，包括：
至少一光纤；
管，所述管具有内壁，所述内壁具有每米表面积，及所述至少一光纤位于所述管内；及
位于所述管内的粉末混合物，粉末混合物的一部分机械附着到所述管的内壁，其中约30％或更少的管内壁每米表面积机械附着有粉末混合物。
86.根据权利要求85的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
87.根据权利要求85的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.005克每米每平方毫米管内截面积。
88.一种光纤组件，包括：
至少一光纤；
管，所述管具有内壁，及所述至少一光纤位于所述管内；及
位于所述管内的粉末混合物，粉末混合物的一部分机械附着到所述管的内壁，其中每米约45％或更重的粉末混合物机械附着到管内壁，及每米约5％或更重的粉末混合物松散布置在管内。
89.根据权利要求88的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.01克每米每平方毫米管内截面积。
90.根据权利要求88的光纤组件，其中管中的遇水膨胀粉末的归一化浓度小于0.005克每米每平方毫米管内截面积。
91.一种光纤组件，包括：
至少一光纤；
管，所述管具有内壁，所述内壁具有按平方毫米度量的每米表面积和空腔截面积，其中所述至少一光纤位于所述管内；及
位于所述管内以阻挡水迁移的遇水膨胀粉末，遇水膨胀粉末的一部分机械附着到所述管的内壁，其中约30％或更少的管内壁表面积机械附着有遇水膨胀粉末，及所述遇水膨胀粉末的归一化浓度为约0.005克每米管每平方毫米空腔截面积或更小。
92.一种光纤组件，包括：
至少一光纤；
管，所述管具有内壁，所述内壁具有按平方毫米度量的每米表面积和空腔截面积，其中所述至少一光纤位于所述管内；及
位于所述管内以阻挡水迁移的遇水膨胀粉末，遇水膨胀粉末的一部分机械附着到所述管的内壁，其中每米约45％或更重的粉末混合物机械附着到管内壁，及每米约5％或更重的粉末混合物松散布置在管内，及所述遇水膨胀粉末的归一化浓度为约0.005克每米管每平方毫米空腔截面积或更小。
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