CN107076944B - 中心松管式光纤光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及中心松散的光纤光缆。示例性的光纤光缆包括包封松散的光纤的中心缓冲管。绞合加强纱线包围所述中心缓冲管且所述光纤位于所述中心缓冲管的环形空间内，并且光缆护套包围所述粘合加强纱线。

Description

中心松管式光纤光缆
技术领域
本发明涉及光纤光缆，特别是中心松管式光纤光缆(central loose tubeoptical-fiber cables)。
背景技术
光纤在传统的通信线路方面具有优势。与常规的有线网络相比，光纤通信网络可以以明显更高的速度传输明显更多的信息。因此，光纤越来越多地应用于通信网络。
光纤通常集合成光纤光缆，例如中心松管式光缆。这样的光纤光缆有时包括刚性加强构件(rigid strength members)以有助于光纤光缆承受在安装期间产生的且之后作为热膨胀和收缩(contraction)的结果的机械应力。然而，对于需要挠性且不具有择优弯曲轴的光缆配置，刚性加强构件是不切实际的。如果不包括刚性加强构件，则松管式光纤光缆易受过度的温度诱导的收缩(shrinkage)(例如，低于冰点，例如约-20℃与-40℃之间)和光纤衰减伤害。
因此，存在对于在维持可接受的光纤衰减的同时具有令人满意的挠性和强度的中心松管式光纤光缆的需求。
发明内容
因此，在一个方面，本发明涉及包括非刚性强度系统和限制光纤光缆上的收缩力的护套材料的光纤光缆。非刚性强度系统包括包围聚合物缓冲管的绞合加强纱线(stranded strength yarns)和位于聚合物缓冲管的环形空间内的一根以上的光纤；该光纤光缆不具有刚性加强构件且不具有择优弯曲轴。包围绞合加强纱线的光缆护套在-40℃下的总收缩应力为12MPa以下(例如，在-40℃下为11MPa以下)。
前述说明性概述、和本发明的其它示例性目的和/或优势、以及完成其的方式在以下详细说明及其附图中进一步说明。
附图说明
图1示意性示出根据本发明的示例性中心松管式光纤光缆的截面图。
具体实施方式
图1示意性示出包括限定内壁、和外壁、以及中心环形空间的中心聚合物缓冲管12的示例性的中心松散的光纤光缆10。光纤11(例如，松散光纤)位于聚合物缓冲管的环形空间内。绞合加强纱线13包围聚合物缓冲管12和位于聚合物缓冲管的环形空间内的光纤11，并且限定内壁和外壁的光缆护套14包围绞合加强纱线13。如图1中所示，光纤光缆不具有如玻璃纤维棒等刚性加强构件。相反，绞合加强纱线13的层典型地位于聚合物缓冲管的外壁与光缆护套的内壁之间的环形空间内。由于该设计，使得光纤光缆不具有择优弯曲轴，由此便于其安装。在23℃下，光纤光缆典型地实现小于0.3％(例如，约0.25％)、更典型地小于0.2％(例如，0.1％以下)的光纤余长(excess fiber length)(EFL)。
触变性材料16(例如，油脂或油脂类凝胶)通常包括在由缓冲管12限定的中心环形空间内。触变性材料16至少部分地填充缓冲管的内壁与包封的光纤11之间的空间。例如，使用阻水的石油系填充油脂至少部分地填充缓冲管12内部的自由空间有助于阻挡水的进入和输送。进一步，触变性填充油脂有助于将光纤机械地(即，粘性地)结合至周围的缓冲管。
可选择地，阻水元件(例如，水溶胀性纱线和/或水溶胀性带)可以位于缓冲管的环形空间内。例如，包含水溶胀性材料和/或涂布有水溶胀性材料(例如，包括超吸收性聚合物(SAPs)，例如SAP粉末)的纱线、无纺布、织物(例如，带)、泡沫或其它材料可以用于提供阻水性和/或将光纤结合至周围的缓冲管(例如，经由粘合、摩擦和/或压缩)。示例性的水溶胀性元件公开于共同转让的美国专利No.7,515,795中，由此通过参考将其整体引入。
为了便于接近光纤，如图1所示，在缓冲管12与周围的光缆护套14之间可安置一个以上的剥离绳(ripcords)17。
绞合加强纱线通常包括玻璃纤维加强纱线和芳纶(aramid)加强纱线二者。玻璃纤维加强纱线典型地包括在约3重量％与8重量％之间的聚合物(例如，约3.5至6重量％的聚合物)，这便于加工。芳纶加强纱线趋于比玻璃纤维加强纱线更柔软。加强纱线通常具有小于1.0％的在300lbf的负荷下的伸长率和/或小于0.6％的在200lbf的负荷下的伸长率。加强纱线很大程度上限定光纤光缆的额定负荷。在一些实施方案中，加强纱线具有小于0.6％的在250lbf以上(例如，300lbf)的负荷下的伸长率。
任选地，加强纱线可以使用水溶胀性材料来增强以得到阻水加强纱线(例如，水溶胀性芳纶加强纱线)，或可以将阻水元件(例如，水溶胀性纱线和/或水溶胀性带)与绞合加强纱线一起安置于聚合物缓冲管的外壁与光缆护套的内壁之间的环形空间内。例如，纱线、无纺布、织物(例如，带)、泡沫或其它材料可以包含水溶胀性材料和/或涂布有水溶胀性材料，例如超吸收性聚合物(SAPs)。通常，加强纱线13与缓冲管12或光缆护套14之间的自由空间，如果有的话，也非常小(即，光缆护套14紧密地包围加强纱线13和缓冲管12)。
为了在不存在刚性加强构件时实现优异的低温性能，光缆护套通常由热塑性、低收缩性护套材料形成。光缆护套通常具有12MPa以下的在-40℃下的总收缩应力(例如，在-40℃下为11MPa以下)。光缆护套典型地具有2000MPa以下(例如，1000MPa以下)、更典型地500MPa以下的模量。此外，光缆护套通常由热膨胀系数(CTE)在20℃下为140×10-6/℃以下和/或在-40℃下为约100×10-6/℃以下(例如，在-40℃下小于约75×10-6/℃)的低收缩性聚合物形成。如果光缆护套的收缩性超过这些示例性阈值，则低温下的光缆收缩会导致过度的光纤衰减。合适的示例性热塑性护套材料包括线性低密度聚乙烯(LLDPE)或聚丙烯-乙烯-辛烯共聚物。
光缆护套在包围聚合物缓冲管的外壁的绞合加强纱线上以单鞘层(singlesheath layer)挤出。也就是说，使用多层光缆护套在本发明的范围内。光缆护套通常具有圆形截面，但光缆护套选择性地可以具有不规则或非圆形形状(例如，椭圆形、梯形或扁平的截面)。
中心缓冲管通常由如包括氟化聚烯烃的聚烯烃(例如，聚乙烯或聚丙烯，诸如高密度聚乙烯)等热塑性材料形成。示例性缓冲管材料包括成核聚乙烯、成核聚丙烯、或其共聚物或共混物(例如，聚丙烯-乙烯共聚物、或聚丙烯-乙烯-辛烯共聚物)。中心缓冲管还可以由以下形成：例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、成核聚对苯二甲酸丁二醇酯、或低收缩性聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯；例如聚酰胺12(PA12)、无定形聚酰胺12、或聚酰胺11等尼龙；聚氯乙烯(PVC)；无卤素阻燃材料(HFRR)；例如聚氨酯丙烯酸酯等聚氨酯聚合物；和/或这些和其它聚合物材料的共聚物。通常，中心缓冲管可以由一层以上的层形成。所述层在各层内可以是均质的或包括各种材料的混合物或共混物。在该情况下，缓冲管可以被挤出(例如，挤出的聚合物材料)或被拉挤(例如，拉挤的纤维增强塑料)。通过实例的方式，缓冲管可以包括提供耐高温性和耐化学品性的材料(例如，芳族材料或聚砜材料)。示例性缓冲管公开于共同转让的美国专利No.7,970,247中，由此通过参考将其整体引入。
具有圆形截面的示例性缓冲管具有在2.0毫米与4.0毫米之间(例如，2.5-3.5毫米)的外径和在1.2毫米与3.1毫米之间的对应的内径。具有圆形截面的一个示例性缓冲管具有1.4毫米以下的内径和3.0毫米以下的外径。虽然缓冲管通常具有圆形截面，但缓冲管选择性地可以具有不规则或非圆形形状(例如，椭圆形或梯形截面，或具有一个以上的扁平点的基本上圆形的截面)。
光缆护套材料和/或缓冲管材料可以包含例如成核剂、阻燃剂、阻烟剂(smoke-retardants)、抗氧化剂、紫外线吸收剂、和/或增塑剂等添加剂。
如上所述，玻璃纤维加强纱线和芳纶加强纱线一起具有小于1.0％的在300lbf的负荷下的伸长率和/或小于0.6％的在200lbf的负荷下的伸长率。尽管以降低的挠性和增加的重量和体积(bulk)为代价，但使用相对较多的玻璃纤维加强纱线和较少的芳纶加强纱线可以提供对光缆收缩(contraction)(由此降低EFL)和屈曲的较好的耐性。也就是说，全部采用玻璃纤维加强纱线在本发明的范围内。
在示例中，中心松散的光纤光缆，如玻璃纤维加强纱线与芳纶加强纱线之间，玻璃纤维加强纱线通常提供复合加强纱线拉伸强度的约55％以上(例如，60-95％)，例如65-90％(例如，70-85％)。实施例1-3(下述)提供了产生充分的拉伸强度的玻璃纤维加强纱线和芳纶加强纱线的示例性组合。
实施例1
在实施例1(上述)中，如玻璃纤维加强纱线与芳纶加强纱线之间，玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的约91％。
实施例2
在实施例2(上述)中，如玻璃纤维加强纱线与芳纶加强纱线之间，玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的约68％。
实施例3
在实施例3(上述)中，如玻璃纤维加强纱线与芳纶加强纱线之间，玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的约58％。
光纤余长(EFL)通常随着光纤光缆的操作温度(例如，-40℃至40℃)而变化。包括加强纱线不仅在缓冲过程中而且在极端温度(例如，-20℃以下)下有助于控制与收缩力(contraction force)和芯刚性的相互作用有关的光纤余长(EFL)。如上所述，在23℃下，本光纤光缆典型地实现小于0.3％、更典型地小于0.2％(例如，0.1％以下)的光纤余长(EFL)。
此外，例如在光纤缓冲管和光缆的中跨贮存(mid-span storage)期间，挤出后收缩(post-extrusion shrinkage)(PES)通常有助于衰减。在聚合物缓冲管和/或聚合物光缆护套经历升温时可发生的挤出后收缩会导致光纤余长(EFL)的不期望的增加。控制松套缓冲管中的光纤余长(EFL)和降低松套缓冲管中的挤出后收缩(PES)的示例性方法公开于共同转让的美国专利No.8,489,219中，由此通过参考将其整体引入。
根据本发明的光纤光缆可以包括多模光纤或单模光纤。
光纤通常构成为例如宽松地位于中心缓冲管的中心环形空间内的离散光纤等非带状光纤，或构成为光纤束。例如，光纤束可以绞合(例如，SZ、S或Z绞合)，然后使用接结物(binders)(例如，螺旋状地或反螺旋状地缠绕的接结纱线或接结带)捆绑在一起以形成光纤束。在本光纤光缆的示例性实施方案中，在中心缓冲管的环形空间内可安置几个光纤束。
在一个实施方案中，用于本光纤光缆中的光纤可以是传统的标准单模纤维(SSMF)。遵从ITU-T G.652.D建议的合适的单模光纤(例如，增强单模纤维(ESMF))可商购自例如Prysmian Group(Claremont,North Carolina,USA)。ITU-T G.652(2009年11月)建议和其各属性(即，A、B、C和D)由此通过参考将其整体引入。
在另一个实施方案中，弯曲不敏感(bend-insensitive)的单模光纤可以用于根据本发明的光纤光缆。弯曲不敏感的光纤较不易受衰减(例如，由微弯曲或宏弯曲导致)影响。用于本光纤光缆的示例性单模玻璃纤维在商品名下可商购自PrysmianGroup(Claremont,North Carolina,USA)，其遵从ITU-T G.652.D建议。也就是说，采用满足ITU-T G.657.A建议(例如，ITU-T G.657.A1(2009年11月)和ITU-T G.657.A2(2009年11月)子分类)和/或ITU-T G.657.B建议(例如，ITU-T G.657.B2(2009年11月)和ITU-T G.657.B3(2009年11月)子分类)的弯曲不敏感的玻璃纤维在本发明的范围内。关于这点，ITU-TG.657.Al(2009年11月)子分类完全涵盖从前的ITU-T G.657.A(2006年12月)分类，并且ITU-T G.657.B2(2009年11月)子分类完全涵盖从前的ITU-T G.657.B(2006年12月)分类。ITU-T G.657.A/B建议由此通过参考将其整体引入。
关于这点，用于本发明的示例性的弯曲不敏感的单模玻璃纤维在商品名和BendBright-EliteTM下可商购自Prysmian Group(Claremont,NorthCarolina,USA)。光纤和BendBright-EliteTM光纤不仅遵从ITU-TG.652.D和ITU-T G.657.A/B建议，而且对于宏弯曲和微弯曲二者显示明显的改善。与这样的弯曲不敏感的单模光纤相比，传统的单模光纤通常不遵从ITU-T G.657.A建议或ITU-TG.657.B建议，但通常遵从ITU-T G.652建议(例如，ITU-T G.652.D建议)。
如共同转让的美国专利No.8,265,442、美国专利No.8,145,027、美国专利No.8,385,705和国际专利申请公开No.WO 2009/062131 A1中所述，将弯曲不敏感的玻璃纤维(例如，在商品名下可获得的Prysmian Group的单模玻璃纤维)和具有非常低的模量的一次涂层配对实现了具有异常低的损耗(例如，与采用传统涂布系统的单模光纤相比，微弯曲敏感度降低了至少l0×)的光纤。根据本发明的光纤光缆在单模光纤或多模光纤的情况下可以采用美国专利No.8,265,442、美国专利No.8,145,027、美国专利No.8,385,705和国际专利申请公开No.WO 2009/062131 A1中公开的光纤涂层，由此通过参考将其整体引入。
在另一个实施方案中，用于本光纤光缆的光纤是具有50微米芯且遵从ITU-TG.651.1建议的传统的多模光纤(例如，OM2多模光纤)。ITU-T G.651.1(2007年7月)建议由此通过参考将其整体引入。可以采用的示例性多模光纤包括MaxCapTM多模光纤(OM2+、OM3或OM4)，其可商购自Prysmian Group(Claremont,North Carolina,USA)。
可选择地，本光纤光缆可以包括弯曲不敏感的多模光纤，例如，可商购自PrysmianGroup(Claremont,North Carolina,USA)的MaxCapTM-BB-OMx多模光纤。关于这点，弯曲不敏感的多模光纤通常(i)在围绕弯曲半径为15毫米的卷轴缠绕两周时、在850纳米的波长下具有不大于0.1dB的宏弯曲损耗和(ii)在围绕弯曲半径为15毫米的卷轴缠绕两周时、在1300纳米的波长下具有不大于0.3dB的宏弯曲损耗。
相反地，依照ITU-T G.651.1建议的传统的多模光纤(i)在围绕弯曲半径为15毫米的卷轴缠绕两周时、在850纳米的波长下具有不大于1dB的宏弯曲损耗和(ii)在围绕弯曲半径为15毫米的卷轴缠绕两周时、在1300纳米的波长下具有不大于1dB的宏弯曲损耗。此外，如使用围绕弯曲半径为15毫米的卷轴缠绕两周来测量，传统的多模光纤通常(i)在850纳米的波长下具有大于0.1dB、更典型地大于0.2dB(例如，0.3dB以上)的宏弯曲损耗和(ii)在1300纳米的波长下具有大于0.3dB、更典型地大于0.4dB(例如，0.5dB以上)的宏弯曲损耗。
虽然使用具有较小直径的光纤可以应用于本光纤光缆，但光纤通常具有在约235微米与265微米之间的外径。
通过实例的方式，组分玻璃纤维可以具有约125微米的外径。对于光纤的包围涂层，一次涂层可以具有在约175微米与195微米之间的外径(即，在约25微米与35微米之间的一次涂层厚度)，并且二次涂层可以具有在约235微米与265微米之间的外径(即，在约20微米与45微米之间的二次涂层厚度)。任选地，光纤可以包括最外墨层，其通常在2与10微米之间。
在说明书和/或附图中，已经公开了本发明的典型实施方案。本发明不限于这样的示例性实施方案。术语"和/或"的使用包括相关列出项目的任一种和一种以上的全部组合。附图是示意性表示，所以不必然按比例绘制。除非另有说明，否则特定术语已经用于一般的且描述性的意义上而不是为了限制的目的。

Claims (18)

1.一种光纤光缆，其包括：
限定内壁和外壁以及环形空间的聚合物缓冲管，和位于所述聚合物缓冲管的环形空间内的多根光纤；
包围所述聚合物缓冲管和位于所述聚合物缓冲管的环形空间内的所述多根光纤的光缆护套，所述光缆护套限定内壁和外壁，其中在-40℃下，所述光缆护套的总收缩应力为12MPa以下；和
位于所述聚合物缓冲管的外壁与所述光缆护套的内壁之间的绞合加强纱线的层，所述绞合加强纱线包括玻璃纤维加强纱线和芳纶加强纱线二者，其中(i)所述加强纱线具有小于0.6％的在200lbf的负荷下的伸长率并且(ii)所述玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的至少55％；
其中所述光纤光缆不具有刚性加强构件。
2.根据权利要求1所述的光纤光缆，其中，在-40℃下，所述光缆护套的总收缩应力为11MPa以下。
3.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述光缆护套包括热膨胀系数在20℃下为140×10-6/℃以下且在-40℃下为75×10-6/℃以下的低收缩性聚合物。
4.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中，在-40℃下，所述光缆护套具有100×10-6/℃以下的热膨胀系数和2000MPa以下的模量。
5.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中，在20℃下，所述光缆护套具有500MPa以下的模量。
6.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述光缆护套包括线性低密度聚乙烯或聚丙烯-乙烯-辛烯共聚物。
7.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中总光缆光纤余长在23℃下小于0.3％。
8.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中总光缆光纤余长在23℃下小于0.2％。
9.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中总光缆光纤余长在23℃下小于0.1％。
10.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的60％-95％。
11.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的65％-90％。
12.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述玻璃纤维加强纱线提供复合加强纱线拉伸强度的70％-85％。
13.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述玻璃纤维加强纱线包括在3重量％至8重量％之间的聚合物。
14.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述加强纱线具有小于1.0％的在300lbf的负荷下的伸长率。
15.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述加强纱线包括水溶胀性芳纶加强纱线。
16.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述聚合物缓冲管包括聚丙烯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。
17.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述聚合物缓冲管包括成核聚乙烯、成核聚丙烯、或其共聚物或共混物。
18.根据权利要求1或2所述的光纤光缆，其中所述聚合物缓冲管具有(i)1.4毫米以下的内径和(ii)3.0毫米以下的外径。
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