CN102576136A - 耐用光纤带与制造光纤带的方法 - Google Patents

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Abstract

通过促进光纤油墨层与带基质材料之间的强接合而形成耐用光纤带。在所述油墨层的固化期间，在制造工艺的固化环境中维持所要的氧含量。

Description

耐用光纤带与制造光纤带的方法
优先权申请
本申请案主张2009年10月7日申请的第61/249,332号美国申请案的权益，所述美国申请案的全部内容以引用的方式并入。
技术领域
本发明涉及用于光纤带基质材料的组合物及含有由此种组合物制备的基质的光纤带。
背景技术
光纤在通信领域中已扮演越来越重要的角色而经常取代现有的铜线。这种趋势对局域网(即，对光纤到户使用来说)有显著影响，局域网已见证了光纤使用的巨大增长。当建立本地光纤网络从而以数据信号、音频信号及视频信号的形式将更大量的信息递送给住宅用户及商业用户时，期望光纤在本地环路电话及电缆TV服务中的使用的进一步增长。此外，期望光纤在家用及商务事业环境中针对内部数据通信、话音通信与视频通信的使用增长。
通常将光纤捆束在一起以形成光纤带。所述带包括已用聚合基质材料包裹或封装的并排且并行的光纤。光纤带的基质部分可包括聚合基质材料的一或更多个层，且每个光纤通常含有双层涂层系统，所述双层涂层系统包括软性内聚合物涂层及硬性保护性外聚合物涂层。在形成带之前，也可用标记油墨的薄经着色层(即，在聚合物基底中)涂覆光纤，以用于在带中进行光纤识别的目的。
虽然基质材料的最基本的功能是将个别光纤或带子单元紧固在平面阵列中，但基质材料也有助于带的使用特性。常见的光纤带的两个重要使用属性为剥离性能及分出性能。剥离是指将基质材料从中跨区或光纤带末端中的光纤移除。举例来说，在不移除任何经着色标记油墨层的情况下，能将基质层从光纤中干净利索地剥离出来被认为是合乎需要的。此外，基质层应可作为完整单元而移除，而不会分裂及在光纤上留下残余物。分出发生在带的末端处，且分出用来提供通向带中的个别光纤的入口。就剥离来说，希望能在分出期间将所有光纤从基质材料中无损伤地移除，而基质材料不会分裂及在光纤上留下残余物。
常规带产品具有某一剥离度及分出光纤接入。有各种方法、设计与工具可用于接入光纤，且所述各种方法、设计与工具均要求光纤与带接合基质材料之间的某一受限或受控的“接合(bond)”。这种接合通常通过UV油墨与基质材料的适当选择及设计来控制。光纤油墨彩色层在惰性环境中的固化也是必要的。惰性环境的目标是在固化的同时显著降低氧含量(通常氧含量小于氮基环境中的约100百万分率(ppm)氧)。如果氧在固化期间以约100ppm以上的含量存在，那么氧将与经形成以用于链增长的自由基反应，且氧将基本上停止油墨彩色层的外表面处的反应。相比之下，使用小于约100ppm的氧含量的固化提供光纤与带基质之间的受控接合，但所述固化最终降低带的韧性或耐用性。举例来说，当将带并入到电缆中且将带拖拉穿过曲折路径且/或扭转带时，带基质的部分可从光纤及/或高应力位置处的断裂分离。“扭转失效(Twistfailure)”及其它形式的带损伤可增加衰减乃至使光纤变暗。
发明内容
根据一个实施例，多光纤带具有经着色光纤，所述经着色光纤具有到带基质的稳固接合。接合产生带状结构，所述带状结构极其坚固且可经校准以防止个别光纤接入。
根据一个方面，当首先固化经着色油墨时，通过使用大于约100ppm的氧含量来减少油墨表面上的固化，从而达到稳固或持久的接合。用所要的氧含量来固化一或更多个光纤的彩色层，使得彩色层具有预定义的表面固化程度。随后可以常规方式使用(例如)UV光进一步固化光纤而经历彩色层的进一步交联。以此方式固化的带具有比常规带高的韧性。举例来说，与常规带相比，所述带具有较高扭转失效点、较高抗破碎性，且在油墨/基质层边界处具有较高抗分层性。
虽然可将根据本发明实施例的带校准为不适用于无油墨层或光纤损伤的个别光纤接入，但所述带可具有优越的热剥离特性。因此，例如，带中的光纤可作为一个单元而被热剥离，且带中的光纤可作为另一个单元而与多光纤连接器配合。
将理解，前述概括描述与以下详细描述呈现本发明的实施例，且希望提供概述或框架以理解如所主张的本发明的性质及特性。
附图说明
在下文中参阅图示示范性实施例的图来更详细地阐释本发明的实施例；
图1为根据本发明的实施例的光纤带的横截面；
图2为油墨层涂施工艺的示意性说明；
图3图示用于测试光纤带的扭转特性的装置；
图4图示光纤带的抗压测试；
图5图示经历不同程度的扭转的光纤带；
图6为根据本发明实施例的光纤带制造工艺的示意性说明；以及
图7为根据本发明实施例的椭圆形反射镜固化灯系统的横截面。
具体实施方式
本发明实施例涉及光纤带与制造所述带的方法。氧抑制为氧对固化工艺的作用，所述氧抑制终止或延迟聚合速率。
图1为根据本发明实施例的并入有基质材料的光纤带10的横截面。光纤带10包括多个实质上对准的光纤20，所述多个光纤20由带基质30围绕且封装在带基质30内。光纤20中的每一者包括玻璃纤维，所述玻璃纤维具有一或更多个涂层(未图示)。带基质30可为单层基质或双层基质(由内基质材料与外基质材料形成)。在所图示的实施例中，基质30包括内基质34及外基质38。内基质34围绕且接触光纤20，且外基质38围绕且接触内基质34的外表面。
光纤20中的每一者包括经着色油墨涂层40，以允许识别个别光纤20。图1中图示的示范性光纤带10包括布置成1×12带的十二根光纤20。经着色油墨涂层的色彩可为蓝、橙、绿、棕、石蓝、白、红、黑、黄、紫、玫瑰红及浅绿的12色序列。所述1×12带在自身中部可具有厚度44，所述厚度44在(例如)从约250微米到约330微米的范围内。在所图示的实施例中，光纤上的油墨层与基质之间的接合可经校准，以使得无法在不损伤光纤或油墨层的情况下个别地接入光纤。
图2为根据本发明实施例的着色线的示意图，所述着色线是用于为待并入到光纤带中的光纤着色。在示范性工艺中，将未着色的经涂覆光纤100从光纤放线器102中放出，且使所述未着色的经涂覆光纤100穿过油墨头106，在所述油墨头106处，将选定的油墨色彩涂施到光纤100。对图1所示的十二光纤带来说，各光纤20可个别地用油墨涂覆，或多条光纤可在单个装置中着色。在示范性实施例中，光纤20可个别地涂覆、储存在单独线轴上，且随后光纤20可移动到基质涂施工艺。用于为光纤着色的油墨组合物可为(例如)第7,257,299号及第7,289,706号美国专利中所描述的油墨组合物，所述两个专利案的内容特此以全文引用的方式并入本文中。其它油墨组合物也适用。可以(例如)从约1微米到10微米的范围内的厚度，或更具体地，从约2.5微米到约7微米的范围内的厚度来涂施油墨。
经着色但未固化的光纤110随后传递到固化站112。固化站112包括固化气源114。固化气源114提供氮气(N2)与氧气(O2)的混合物，其中供应到固化工艺的氧含量比常规工艺中的氧含量高。使用常规流量计及压力调节器来控制N2(纯度通常为99.999％)及约为21％O2的压缩空气的流速。调节及调整各种气体的流速以实现固化区中所要的O2含量。可从若干单独源或从单个源中提供所述各种气体。根据本发明实施例，从固化气源114供应到固化区的O2气体的含量高于氮基环境中的约100ppm的常规含量。O2浓度在固化区中可为(例如)至少约1000ppm，优选至少约5000ppm，且更优选至少约10000ppm。优选的是，O2浓度可为从约5000ppm到约210000ppm，更优选从约10000ppm到约100000ppm，最优选从约30000ppm到约70000ppm，且更佳优选约50000ppm。
根据一个实施例，大气可充当固化气体。具有约210000ppm的O2浓度的大气实现油墨与基质之间的强接合。因为压缩气体相对便宜，且压缩气体不需要处理压缩O2，所以大气的使用可为首选的。
在固化站112中，经着色未固化光纤110前进经过两个固化灯120、124，所述两个固化灯120、124提供紫外线(UV)辐射以固化涂施到光纤外部的油墨。相对较高含量的氧在油墨固化工艺中的存在用来抑制油墨层的表面上的固化。固化气源114可包括常规O2含量监视器128，以将氧维持在所要含量。因此，油墨表面上具有固化抑制位点，当自由基固化材料的另一层，如基质材料，(例如)在成带工艺期间放置成与油墨层接触时，所述油墨表面可继续链增长。
在成带之前，大体上对应于图1中所示的光纤20的经着色且经固化光纤134随后收卷在绞盘140周围，且所述经着色且经固化光纤134收卷到光纤收线轴144上以用于成带工艺中。
可用已知成带工艺及已知内基质及外基质组合物将根据本文所述的方法着色的光纤并入到带中。根据本发明实施例，基质30包含UV可固化带基质材料。举例来说，内基质34可由从帝斯曼迪索(DSM Desotech)公司购得的化合物DSM 950-706形成。外基质38可由化合物DSM 9D9-518形成。其它已知基质材料也适用。可使用常规工艺来固化内基质材料及外基质材料。由于光纤20的油墨层的固化抑制部分的存在，当将内基质34的材料涂施到光纤且使所述光纤经受UV照射时，油墨的未固化部分与内基质材料交联，以产生油墨与带基质之间的强接合。UV辐射也可用以固化油墨的未固化部分。
根据上述方法，可使用常规设备来生产具有高稳固性及韧性的耐用带。
图6为用来将多根光纤联接到经接合阵列中的带状线的示意图。在此实例中，将个别线轴201上的12根个别经着色及经固化光纤202放出，且使所述12根光纤202穿过工具203。当光纤布置成线性阵列时，涂施带接合材料或基质204。使经着色光纤209的经涂覆线性阵列穿过UV灯205以固化基质。在此固化步骤中使用氮206以允许表面上的快速固化，且因此形成不粘表面。在基质材料的固化期间，油墨层经历进一步交联以产生油墨与带基质之间的强接合。通过绞盘207以受控速率来拉动带完成所述处理，且将带放在收带卷线轴208上进行储存。经着色光纤的此接合阵列称为带。
图7为用于固化光纤上的彩色层的椭圆形反射镜固化灯系统400的横截面。椭圆形反射镜固化灯系统400为位于图2的灯120及124的每一者中的子系统。此系统通常由两个半反射镜、具有位于一个焦点的UV灯泡401的初级反射镜403及具有围绕其它焦点的石英管402的次级反射镜404组成。石英管402或将UV光传输到固化区的任何其它材料为受控固化环境(N2与O2混合物)提供密封。经着色光纤在固化区405中穿过石英管402的中心，且UV光固化油墨层。固化区405的直径通常小于或等于UV灯泡401的内侧直径。
根据以上实施例，可将带生产成具有优越韧性及抗分层性。所述带还具有高扭转失效点及抗破碎性。可校准根据本文中所论述的方法而生产的带以防止个别光纤接入，但具有优越的热剥离性。
实例
实例1-着色工艺参数
配制涂施到光纤的油墨以通过暴露于UV光而硬化或固化。所要波长的UV光将提供足够能量以起始自由基反应，所述自由基反应将使液体油墨交联到硬化的油墨层中。在通过油墨头106向光纤100涂施油墨层之后，经着色未固化光纤100进入图2的固化区112中的UV固化灯120。可处理任何UV可固化材料的速度与总UV暴露有关。在光纤与涂墨光纤的固化中，固化速度通常为固化灯、灯泡类型、灯泡大小及系统功率的函数。本发明的实例使用以下固化条件。按从3微米到10微米的厚度来涂施油墨。线速为1500m/min。在图2的固化站112中使用2个费尔逊(Fusion)6000瓦灯。灯120及124中的每一者含有经调焦椭圆形反射镜400，如图7中所示。费尔逊灯中的每一者为具有10英寸长、直径11mm的灯泡的600watt/in.灯。所得的对光纤的UV暴露等于20.3msec。
可使用基质剥离测试来评估及量化基质剥离质量。一个用于测试剥离的程序如下：1.使用带10的大概为12英寸的样品，与末端远离约1英寸，用拇指及食指握住带的顶端，且在一个方向上将带末端扭转90°，且随后在基质材料30应从光纤20中脱离出来的另一方向上将带末端扭转90°；以及2.抓住带的一侧上的基质层30，且向下拉以从光纤20中移除基质30。根据表1中详述的标度来评定剥离。
表1-剥离评定标度：应用于剥离板上的地毯胶带的带
Figure BPA00001534849800071
可使用以下程序来评估及量化经历第一光纤的光纤分出的12光纤带的分出质量：1.使用大概为18英寸的带10的样品，在距离带10的末端约1英寸到2英寸处，用拇指及食指握住带10的顶端，且在一个方向上将带末端扭转90°，且随后在基质材料30应从光纤20中脱离出来的另一方向上将带末端扭转90°；2.移除末端光纤且从末端光纤中移除任何基质30；以及3.用一只手抓住剩下的11根光纤20，且用另一只手握住基质30并试着同时移除所述11根光纤20。当已移除全部光纤之后，检查基质30是否有损伤，且根据表2中详述的评定标度来评定12光纤分出性能。
表2-12光纤分出评定标度
Figure BPA00001534849800072
可使用以下程序来评估及量化12光纤带的单光纤分出质量：1.使用大概为18英寸的带10的样品，在距离末端约1英寸到2英寸处，用拇指及食指握住带10的顶端，且在一个方向上将末端扭转90°，且随后在另一方向上将末端扭转90°。基质材料30应从光纤20中脱离出来；2.移除末端光纤并从末端光纤20中移除任何基质30；且一次移除剩余光纤20中的一根光纤。根据表3中详述的评定标度来评定带10的总单光纤分出。
表3-单光纤分出评定标度
Figure BPA00001534849800081
实例2-根据O2含量的NPR性能
没有剥离带(NPR)是定义为将不剥离或具有光纤接入(在12光纤分出期间或在单光纤分出测试期间)的带。等级5表示带将不剥离或带将允许光纤分出。通过当氧含量在着色层的固化期间为10000ppm或以上时而制备的带来一致地达到此等级，如下表中所示。然而，依据材料及处理条件，可通过当氧含量在着色层的固化期间介于约1000ppm与10000ppm之间时而制备的带来达到令人满意的结果。可通过降低对光纤的固化剂量(例如，通过增加线路馈送)、降低灯强度，或修改材料成分(例如，通过增加光引发剂浓度)及类似方法来最优化所述效果。
根据本发明实施例而制备的NPR展示超越根据现有技术而制备的标准剥离带(SPR)的经改进的剥离及分出性能。而且，在着色层的固化期间，在100000ppm的氧含量下，必须小心以避免从卷筒移除光纤中的处理问题。
Figure BPA00001534849800091
实例3-NPR扭转性能
图3图示用于测量光纤带的扭转特性的装置。FOTP-141为测量带的扭转循环特性的已知标准。FOTP-141陈述：带的300mm长的样品必须在每分钟15到20次扭转循环下经受20次循环。一循环由使带顺时针旋转180°、逆时针旋转360°、随后顺时针旋转180°组成。在扭转失效测试中，将带样品装载在扭转工作台上，且在一个方向上围绕扭转工作台本身来扭转带样品，直到基质失效为止。通过测力传感器(load cell)来检测失效，且通过计算机来记录失效旋转点。对带来说，失效可被检测为基质/彩色界面的分层或两根光纤之间的基质断裂。
根据本发明实施例而制备的NPR展示超越根据现有技术而制备的SPR的改进的扭转性能，如以下表中所示。所得增加的扭转失效(TTF)在从135℃到175℃的温度上一致至多达30分钟。
在着色层的固化期间，使用50000ppm的氧来制造下表中所有的NPR。
Figure BPA00001534849800101
图5图示经历不同数量的扭转的带。根据本发明实施例而生产的带能在300mm长的光纤上经历至多达九或十次扭转而无失效迹象。
实例4-NRP抗压性能
NPR展示超越根据现有技术而制备的SPR的改进的抗压性能，如下表中所示。所得的提高的抗压性能在从135℃到175℃的温度上一致至多达30分钟。
在着色层的固化期间，使用50000ppm的氧来制造下表中所有的NPR。
Figure BPA00001534849800102
图4图示抗压测试带的方法。在抗压测试中，具有用于带的槽的两个板安装在英斯特朗机(Instron machine)上。施加恒定张力，且当力或负载突然下降时发生失效。
前述内容为在此仅以实例的方式给出的各种实施例的描述。尽管已参考优选实施例及所述优选实施例的实例描述了基质材料，但其它实施例及实例可执行类似的功能及/或取得类似的结果。所有此类等效实施例及实例均在本发明的精神及范围内，且既定由所附权利要求书涵盖。

Claims (19)

1.一种形成光纤带的方法，所述方法包含：
提供多个光纤；
将经着色油墨层涂施到所述多个光纤中的每一个；
在具有至少约1000ppm的量的O2内容物的固化环境中，固化所述经着色油墨层，以形成多个经固化经着色光纤；
将带基质材料涂施到所述多个经固化经着色光纤上；以及
固化所述带基质材料以形成带基质，所述光纤嵌入所述带基质中。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述O2内容物以至少约5000ppm的量存在于所述固化环境中。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述O2内容物以至少约10000ppm的量存在于所述固化环境中。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述O2内容物以从约5000ppm到约210000ppm的量存在于所述固化环境中。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述O2内容物以从约10000ppm到约100000ppm的量存在于所述固化环境中。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述O2内容物以从约30000ppm到约70000ppm的量存在于所述固化环境中。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述O2内容物以约50000ppm的量存在于所述固化环境中。
8.如权利要求1到7中一或更多个权利要求所述的方法，其中固化所述经着色油墨层包含向所述固化环境提供大气。
9.如权利要求1到8中一或更多个权利要求所述的方法，其中固化所述带基质材料包含用紫外线辐射来照射所述基质材料。
10.如权利要求1到9中一或更多个权利要求所述的方法，其中提供多个光纤包含提供至少一个经涂覆光纤。
11.如权利要求1到10中一或更多个权利要求所述的方法，其中固化所述经着色油墨层包含监视所述固化环境的氧含量。
12.如权利要求1到11中一或更多个权利要求所述的方法，其中所述带基质包含内基质及外基质。
13.如权利要求1到12中一或更多个权利要求所述的方法，其中所述光纤并行对准。
14.如权利要求1到13中一或更多个权利要求所述的方法，其中以从约1微米到约10微米的范围内的厚度来涂施所述经着色油墨层。
15.如权利要求1到14中一或更多个权利要求所述的方法，其中所述带基质在自身中点处具有从约250微米到约330微米的厚度。
16.一种光纤带，所述光纤带包含：
多个并行对准的光纤；
多个油墨着色层，每个光纤上有一个着色层；以及
围绕及包裹所述光纤的带基质，其中
无法在不损伤所述基质或光纤的情况下从所述带基质接入个别光纤。
17.如权利要求16所述的光纤带，其中所述带基质包含内基质及外基质。
18.如权利要求16或17所述的光纤带，其中所述带基质在自身中点处具有250微米到330微米的厚度。
19.如权利要求16到18中一或更多个权利要求所述的光纤，其中无法在不损伤所述光纤上的所述油墨着色层的情况下从所述带基质接入个别光纤。
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