CN107076948B - 具有抗冲击性缓冲管的光纤电缆 - Google Patents

具有抗冲击性缓冲管的光纤电缆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗压挤性光缆和/或抗压挤性光纤缓冲管。所述电缆大体上包括：管，所述管具有由第一材料形成的至少一个层；以及光纤，所述光纤定位在所述第一管的通道内。所述缓冲管被配置来通过减震动作保护光纤免受压挤或冲击事件。例如，所述第一材料可以是具有小于200MPa的弹性模量的聚合物材料，并且所述管的所述层充当柔性减震层，在向所述管的所述外表面施加径向定向力时，所述柔性减震层至少部分地接触并包围所述光纤的外表面。

Description

具有抗冲击性缓冲管的光纤电缆
相关申请
本申请根据专利法要求2014年8月22日提交的美国临时申请号62/040,652的优先权权益，所述临时申请的内容是本文的基础并以引用的方式整体并入本文。
背景技术
本公开大体上涉及光通信电缆，并且更具体地说，涉及包括由低模量或另外地支撑材料形成的含有光纤的管的光通信电缆，所述光通信电缆可起到在冲击、变形或压挤事件期间使光纤减震并保护光纤的作用。已经看到光通信电缆在多种多样的电子和电信领域中的使用增加。光通信电缆含有或包围一或多个光通信纤维。电缆为电缆内的光纤提供结构和保护。在电缆内，光纤可定位在聚合物管(诸如缓冲管)内。
发明内容
本公开的一个实施方式涉及一种抗压挤性光缆。所述电缆包括电缆主体，所述电缆主体包括限定所述电缆主体内的通道的内表面。所述电缆包括芯元件，所述芯元件定位在所述电缆主体的所述通道内。所述芯元件包括管，所述管包括外表面、内表面以及由所述管的所述内表面限定的通道。所述管包括由第一材料形成的第一层，并且所述第一层限定所述管的所述内表面。所述电缆包括光纤，所述光纤定位在所述管的所述通道内。所述第一层由具有小于100MPa的弹性模量的聚合物材料形成，以使得所述第一层充当柔性减震层，在向所述管的所述外表面施加径向定向力时，所述柔性减震层至少部分地接触并包围所述光纤的外表面。
本公开的另外实施方式涉及一种光缆。所述光缆包括电缆主体，所述电缆主体具有限定所述电缆主体内的通道的内表面。所述电缆包括多个管，每个管包括外表面、内表面以及由所述管的所述内表面限定的通道。每个管包括由第一聚合物材料形成的第一层，并且所述第一层限定所述管的所述内表面。所述电缆包括多个光纤，所述多个光纤定位在每个管的所述通道内。每个光纤包括光芯，所述光芯由具有与所述光芯不同的折射率的包覆包围，并且所述包覆由纤维涂层包围。所述第一聚合物材料的弹性模量小于所述纤维涂层的材料的弹性模量。
本公开的另外实施方式涉及一种抗压挤性光纤缓冲管。所述缓冲管包括外表面、内表面、由所述内表面限定的通道、以及由第一材料形成的第一层。所述第一层限定所述内表面。所述缓冲管包括多个光纤，所述多个光纤定位在所述通道内。每个光纤包括光芯，所述光芯由具有与所述光芯不同的折射率的包覆包围，并且所述包覆由纤维涂层包围。所述第一材料具有小于100MPa的弹性模量，并且所述纤维涂层的材料的弹性模量大于1000MPa。所述缓冲管在所述内表面与所述外表面之间的总径向厚度在0.25mm与0.5mm之间，并且所述第一层的径向厚度是所述缓冲管的所述总径向厚度的至少30％。
本公开的另一个实施方式涉及一种抗冲击性光缆。所述电缆包括电缆主体，所述电缆主体具有限定所述电缆主体内的通道的内表面。所述电缆包括芯元件，所述芯元件定位在所述电缆主体的所述通道内。所述芯元件包括管，所述管包括外表面、内表面以及由所述管的所述内表面限定的通道，并且所述管包括由聚合物材料形成的第一层，所述第一层限定所述管的所述内表面。所述芯元件包括至少一个涂覆光纤，所述至少一个涂覆光纤定位在所述管的所述通道内。所述管被配置成使得在所述管上的冲击引起由所述管赋予在所述至少一个涂覆光纤上的对应于小于或等于2800m-1的冲击参数ρ(rho)的力。
本公开的另一个实施方式涉及一种抗冲击性光缆，所述抗冲击性光缆包括电缆主体，所述电缆主体包括限定所述电缆主体内的通道的内表面。所述电缆包括芯元件，所述芯元件定位在所述电缆主体的所述通道内。所述芯元件包括管，所述管包括外表面、内表面以及由所述管的所述内表面限定的通道，并且所述管具有限定所述管的所述内表面的第一层。所述芯元件具有至少一个涂覆光纤，所述至少一个涂覆光纤定位在所述管的所述通道内。所述第一层由聚合物材料形成并包括麦克斯韦(Maxwell)元件，并且所述管的所述聚合物材料的所述麦克斯韦元件的响应时间(C2/K2)小于或等于1秒。
本公开的另一个实施方式涉及一种抗冲击性光缆，所述抗冲击性光缆包括电缆主体，所述电缆主体包括限定所述电缆主体内的通道的内表面。所述电缆包括芯元件，所述芯元件定位在所述电缆主体的所述通道内。所述芯元件包括管，所述管包括外表面、内表面以及由所述管的所述内表面限定的通道，并且所述管具有限定所述管的所述内表面的第一层。所述芯元件包括至少一个涂覆光纤，所述至少一个涂覆光纤定位在所述管的所述通道内。所述第一层由聚合物材料形成并包括开尔文(Kelvin)元件，并且所述管材料的所述开尔文元件的响应时间(C1/K1)小于或等于1秒。
另外的特征和优点将在接着的详述中列出，并且部分将根据描述对本领域的技术人员是易于显而易见的，或者通过实践如在书面描述和其权利要求书、以及附图中描述的实施方式来认识。
应理解，以上一般描述和以下详述二者均仅是示例性的，并且意图提供综述或框架以便理解权利要求书的本质和特性。
包括附图以提供进一步理解，并且所述附图并入本说明书并组成本说明书的一部分。图示说明一或多个实施方式，并且与描述一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是根据示例性实施方式的光纤电缆的透视图；
图2是根据示例性实施方式的图1的电缆的芯元件的透视图；
图3是根据示例性实施方式的图2的缓冲管的剖视图；
图4是根据示例性实施方式的示出在径向负载下的变形的图3的缓冲管的剖视图；
图5是根据示例性实施方式的图2的芯元件的光纤的剖视图；
图6是根据另一个示例性实施方式的缓冲管的剖视图；
图7是根据示例性实施方式的在冲击下的抗冲击性缓冲管和涂覆光纤的模型的图形；
图8是选择抗冲击性缓冲管示例模型的示出与标准聚丙烯缓冲管比较的在冲击下的那些缓冲管的时间响应和力分布的图。
具体实施方式
大体上参考附图，示出光通信电缆(例如，纤维光缆、光纤电缆等)和携带光纤的管的各种实施方式。一般来讲，本文所公开的电缆实施方式包括一或多个含有光纤的芯元件。在各种实施方式中，含有光纤的芯元件包括管(例如，缓冲管)，所述管包围定位在所述管内的一或多个光传输元件(例如，光纤)。一般来讲，缓冲管起到保护在多种多样的力下的光纤的作用，电缆可能在制造、安装、处理、使用等期间经受所述力。
具体地说，电缆可能经受的力包括在安装期间或安装之后经受的压缩负载(例如，压缩弯曲、径向压挤等)。例如，电缆可能经受快速高力、短期负载事件(例如，冲击事件)，诸如当在安装期间，在角落、芯轴、垫片等周围拉电缆时对电缆进行冲击的力。在某些安装期间，当电缆延伸到所期望的位置用于安装时，这些高力、短期冲击沿着电缆(其在长度上可以是数千米)的长度间隔重复发生。因此，认为通过提供由具有如本文所讨论的具体确认的弹性和/或粘性特性的一种或多种材料形成的缓冲管，可使用所述缓冲管实现改善的纤维保护，即使在高力、短期冲击事件下也是如此。申请人已发现，由具有本文所讨论的特性的材料形成的缓冲管在短期或冲击负载下具有时间响应，所述时间响应允许缓冲管转移/吸收来自冲击事件的能量，并且从而保护光纤。例如，认为通过使用本文所讨论的缓冲管实施方式来使在压挤或冲击事件期间的光纤减震，光纤和光纤(尤其在纤维交叉处的)的外涂层被保护，并且抵抗或防止损坏，这进而可减少在压挤或冲击事件之后在光纤内经受的信号衰减。
在本文所公开的各种实施方式中，缓冲管包括橡胶状的、柔性的、弹性的和/或粘弹性的材料的一或多个层，所述一或多个层起到在径向或压缩负载(诸如短期冲击事件)期间使管内的光纤减震的作用。在这些实施方式中，缓冲管的柔性材料在负载期间变形并包裹光纤，从而保护光纤。因为本文所讨论的缓冲管的材料具有对负载的响应时间(所述响应时间允许缓冲管在短期冲击负载下吸收和/或转移能量)，所以本文所讨论的缓冲管尤其适于保护光纤免受在安装期间常见的冲击事件。此外，在至少一些实施方式中，一旦移除负载，弹性缓冲管材料就基本上返回其原始形状。
在至少一些实施方式中，本公开的缓冲管利用具有相对低的弹性模量的材料来使光纤减震，而不是利用在传统缓冲管中典型的相对硬的材料。在各种实施方式中，选择柔性缓冲管材料的弹性和/或硬度以对光纤提供足够的保护，同时仍然提供足够的结构以用于在电缆制造期间进行处理和加工。此外，在一些实施方式中，选择缓冲管的材料的粘度以保证在短期或冲击负载下的足够的时间响应，以使得缓冲管可在此负载下转移或吸收能量，从而保护光纤。在一些实施方式中，缓冲管由具有在具体确认的范围(本文所讨论的)内的弹性和粘度的组合的材料形成，申请人已确认所述材料为对光纤提供良好的保护以免受冲击事件。另外，选择缓冲管的柔性层的厚度以允许柔性材料包裹并至少部分地包围在压缩期间和/或在冲击下的光纤。
在具体实施方式中，缓冲管的柔性材料形成内部纤维接触层以便在径向负载期间提供减震，并且缓冲管包括定位在内部纤维接触层的外侧的外部更刚性层。在各种实施方式中，外层比内层基本上更有刚性。在此类实施方式中，外部刚性层在缓冲管储藏期间提供结构，在电缆建造期间提供缓冲管处理等，并且内层对纤维提供保护。
参考图1，示出根据示例性实施方式的光缆，示为电缆10。电缆10包括示为电缆外壳12的电缆主体，其具有限定示为中心孔16的通道的内表面14。示为光纤18的多个光传输元件定位在孔16内。在各种实施方式中，光纤18可包括多种多样的光纤，所述光纤包括多模纤维、单模纤维、弯曲不敏感纤维、多芯光纤等。通常，电缆10对光纤18提供结构以及在安装期间和安装之后的保护(例如，处理期间的保护、免受自然力的保护、免受害虫的保护等)。
在图1所示的实施方式中，电缆10包括定位在中心孔16内的多个芯元件。第一种类型的芯元件是光传输芯元件，并且这些芯元件包括定位在示为缓冲管20的管内的成束光纤18。示为填充杆22的一或多个另外的芯元件也可定位在孔16内。填充杆22和缓冲管20布置在示为中心加强构件24的细长杆周围，中心加强构件24由诸如玻璃-强化塑料或金属(例如，钢)的材料形成。
在所示的实施方式中，填充杆22和缓冲管20以在中心加强构件24周围的螺旋绞合模式(诸如SZ绞合模式)示出。螺旋缠绕绑带26卷绕在缓冲管20和填充杆22周围，以便将这些元件固定在加强构件24周围的适当位置。在一些实施方式中，薄膜挤出包皮层可用于取代绑带26。阻隔层材料(诸如水阻隔层28)定位在卷绕的缓冲管20和填充杆22周围。在各种实施方式中，电缆10可在层28与外壳12之间包括强化片或层,诸如波纹形铠装层，并且在此类实施方式中，铠装层通常对电缆10内的光纤18提供另外层的保护，并且可提供抗损坏(例如，安装期间由接触或压缩导致的损坏、来自自然力的损坏、来自啮齿动物的损坏等)性。在一些实施方式中，用于室内应用而设计的电缆10可包括抗火性材料，诸如嵌在外壳12内的抗火性材料和/或定位在通道16内的抗火性膨胀颗粒。
参考图2，示出根据示例性实施方式的缓冲管20和光纤18。缓冲管20包括：外表面30，其限定缓冲管的外部表面；和内表面32，其限定示为中心孔34的通道。光纤18定位在中心孔34内。在各种实施方式中，光纤18可松散地捆扎在缓冲管20内(例如，“松缓冲”)，并且在此类实施方式中，电缆10是松管电缆。在各种实施方式中，中心孔34可包括另外材料，所述另外材料包括阻水材料，诸如水可溶胀凝胶。
一般来讲，如以上所指出的，在各种实施方式中，缓冲管20包括至少一层柔性的、橡胶状的、弹性的或粘弹性的材料，所述材料起到使在缓冲管20内的光纤18减震的作用。在各种实施方式中，缓冲管20的柔性材料定位成使得由缓冲管20的柔性材料来限定内表面32。以这种方式，柔性材料形成直接接触并接合在压缩、压挤、冲击或缓冲管可能经受的其他径向定向力下的光纤18。
参考图3，示出根据示例性实施方式的缓冲管20的剖视图。在图3的实施方式中，缓冲管20由单层柔性聚合物材料形成。在此实施方式中，缓冲管20由基本上连续且邻接的单个挤出聚合物层形成，所述聚合物层限定缓冲管20的外表面30和内表面32两者。图3大体上示出处于松弛状态(即，没有相当大的径向负载)的缓冲管20，并且如可看到的，在径向负载之前，缓冲管20是大体上圆柱形管。
参考图4，示出在由箭头42表示的径向负载下的缓冲管20。当缓冲管20经受压挤事件、冲击、压缩或其他径向负载(示意性地表示为力42)时，缓冲管20的柔性材料变形并且至少部分地包裹光纤18。因此，在力42下，缓冲管20的内表面32接合外纤维表面40的至少一部分并且通常变形，从而符合光纤18的形状。管20从图3所示的圆柱形状变形到图4的椭圆形状可起到吸收缓冲管20经受的力42中的一些的作用，并且通过包裹光纤18，缓冲管20的柔性材料起到转移光纤18周围的力42的至少一部分的作用，而不是将力全部赋予到纤维18，这可以其他方式导致纤维损坏。另外，认为缓冲管20的材料的柔性性质允许在压挤事件期间的纤维有更多空间，并且由于缓冲管20的顺从性而使外力消散，即使在高压缩率下也是如此。如以下更详细地讨论的，申请人已确定(通过以下讨论的建模)，在某些实施方式中，由具有确认范围的弹性和粘度的粘弹性材料形成缓冲管20，缓冲管20能够包裹光纤18，并且使能量消散，即使在安装期间经受的短期高负载冲击事件类型期间也是如此。因为缓冲管20的材料的弹性性质，所以一旦移除力42，缓冲管20就返回如大体上图3所示的有很少或没有永久性变形的形状。
在本文所讨论的各种实施方式中，缓冲管20通过相对尺寸、通过材料类型和/或通过材料特性来构造，以便保护在各种类型的径向负载期间的光纤18。例如，在各种实施方式中，缓冲管20由足够强度和刚性的柔性弹性材料形成，以便保护光纤18，同时还允许在光缆的建造期间储藏并处理缓冲管20。在一个实施方式中，缓冲管20由能够从大变形中快速恢复的橡胶状聚合物形成，并且在具体实施方式中，缓冲管20由一种材料形成，所述材料在室温下拉伸到其长度的两倍，并且在释放之前持续1分钟之后，在1分钟内回缩到小于其原始长度的1.5倍。
在各种实施方式中，缓冲管20由具有相对低的弹性模量(例如，与典型地用于缓冲管建造的材料比较)的材料形成。在各种实施方式中，缓冲管20由一种材料，并且具体地说，由聚合物材料制成，所述聚合物材料具有小于200MPa的弹性模量或者具有小于100MPa的弹性模量。在其他实施方式中，缓冲管20由聚合物材料制成，所述聚合物材料具有小于30MPa，具体地说小于10MPa，并且更具体地说小于5MPa的弹性模量。在各种实施方式中，缓冲管20由具有小于100MPa的弹性模量的线性材料形成。在各种实施方式中，本文所讨论的不同材料的每个弹性模量是在材料的弹性区域中的模量。在各种实施方式中，缓冲管20由具有在0.5以下的应力应变乘数的材料制成(例如，用于使用与聚丙烯类似的非线性材料来形成缓冲管20)。在各种实施方式中，认为基于各种测试数据，由具有本文所讨论的物理特性中的一种或多种的材料形成的缓冲管20将保护纤维(并且尤其是纤维涂层)免受损坏，即使在相对高的压缩力(例如，每毫米的纤维长度24N)下也是如此。
在各种实施方式中，缓冲管20由具有相对低的硬度(例如，与典型地用于缓冲管建造的材料比较)的材料形成。在各种实施方式中，缓冲管20由一种材料，并且具体地说，由聚合物材料制成，所述聚合物材料具有在40A与40D之间的肖氏硬度(Shore hardness)。在各种实施方式中，缓冲管20的材料具有低压缩形变，并且是可挤出的。在各种实施方式中，缓冲管20由具有如由在ASTM D395中定义的测试方法确定的小于25％压缩形变的材料制成。
在各种实施方式中，缓冲管20由一种材料形成，所述材料可基本上变形，同时仍然返回其原始形状而具有很少或没有永久性变形。在各种实施方式中，缓冲管20的材料在材料的屈服点具有相对高百分比的伸长率。在各种实施方式中，缓冲管20的材料在屈服点具有大于30％，具体地说大于40％，并且更具体地说50％的百分比伸长率。
在各种实施方式中，缓冲管20可由具有如本文所讨论的物理特性的多种多样的材料形成。在各种实施方式中，缓冲管20可由具有如本文所讨论的物理特性的可挤出聚合物材料形成。在各种实施方式中，缓冲管20可由如具有本文所讨论的物理特性的橡胶状聚合物材料形成。在具体实施方式中，缓冲管20可由热塑性弹性体材料或热塑性聚氨酯材料形成。热塑性弹性体与热固性橡胶、具有橡胶相的共聚物或具有高伸长率的其他材料之间的形态差异在于结合到具有不同熔点的硬塑料区域或嵌段的软橡胶相或嵌段的存在。这允许使用常规的热塑性方法和设备(诸如挤出或注塑成型)来加工热塑性弹性体。热塑性弹性体表现地像硫化橡胶，直至外部应力施加超过永久变形(由于硬嵌段和软嵌段之间的键合的损失)的应变点。因此，认为由于至少这些原因，如本文所讨论的各种热塑性弹性体材料具有合适的物理特质以用于在压挤事件期间保护光纤18。
在具体实施方式中，缓冲管20可由弹性体PVC材料形成。在各种实施方式中，缓冲管20的聚合物材料可以是来自以下聚合物类别的热塑性弹性体材料：嵌段共聚物、热塑性烯烃(诸如Vistaflex和Telcar)、弹性体合金(诸如Santoprene和Alcryn)、聚酰胺(诸如Pebax和Vestamid)、聚氨酯(诸如Texin和Pellethane)、共聚酯(诸如Amitel或Hytrel)、或苯乙烯(诸如Kraton和Finneprene)。在其他实施方式中，缓冲管20可由具有本文所讨论的物理特性中的一种或多种的任何类别的热塑性弹性体材料形成。
在各种实施方式中，缓冲管20尺寸设定成对光纤18提供足够的保护。一般来讲，通过利用对缓冲管20的减震弹性材料，缓冲管20可比典型的缓冲管更薄和/或更小，同时维持足够的压挤性能。在图3所示的实施方式中，缓冲管20具有示为T1的厚度、示为OD1的外径、以及示为ID1的内径。在各种实施方式中，在径向力下的扭曲之前，缓冲管20的T1在0.25mm与0.5mm之间，具体地说在0.3mm与0.4mm之间，并且具体地说约0.35mm(例如，0.35mm加或减0.01mm)。在一些实施方式中，在径向力下的扭曲之前，缓冲管20的T1小于0.75mm，具体地说在0.1mm与0.75mm之间，更具体地说在0.4mm与0.6mm之间，并且甚至更具体地说约0.5mm(例如，0.5mm加或减0.01mm)。如图3所示，在径向力下的扭曲之前，缓冲管20的OD1在1.5mm与3.5mm之间，具体地说在1.8mm与2.4mm之间，并且更具体地说在2mm与2.25mm之间。另外，在径向力下的扭曲之前，缓冲管20的ID1在1.2mm与1.9mm之间，具体地说在1.5mm与1.7mm之间，并且更具体地说在1.55mm与1.6mm之间。
在各种实施方式中，缓冲管20的厚度T1和/或缓冲管20的减震材料的弹性模量可相对于光纤18的尺寸和材料特性来进行描述。参考图5，示出光纤18的示例性实施方式。在各种实施方式中，每个光纤18具有由包覆层62包围的光芯60，所述包覆层62可由一层或多层包覆材料形成。包覆层62具有与光芯60不同的折射率，并且通过全内反射帮助使光沿光纤的光芯60导向。另外，每个光纤18包括包围包覆层62的至少一个聚合物纤维涂层64。在各种实施方式中，每个光纤18具有示为FR的纤维半径，所述纤维半径是从光芯60的中心点到纤维涂层64的最外表面的径向距离。在各种实施方式中，光纤18的FR在75微米与175微米之间，具体地说在100微米与140微米之间，并且更具体地说约121微米(例如，121微米加或减1％)。在各种实施方式中，聚合物纤维涂层64可以是UV固化聚合物材料，诸如丙烯酸酯材料。在具体实施方式中，光纤18是242微米可购自Corning公司的CPC6i涂覆纤维。
在各种实施方式中，选择缓冲管20的T1以使得缓冲管20对在径向负载下的光纤18提供足够的减震。在一个实施方式中，缓冲管20的T1大于FR，以使得容许缓冲管20基本上或完全包裹在负载下的纤维18。在各种实施方式中，T1是至少1.5倍FR，是至少2倍FR，是至少5倍FR，并且是至少10倍FR。在具体实施方式中，T1大于光纤18的直径的1.5倍，并且更具体地说大于光纤18的直径的2倍。
如以上所指出的，光纤18可包括朝向包围光芯的包覆层的外侧定位的聚合物纤维涂层64。在各种实施方式中，缓冲管20的材料具有比聚合物纤维涂层低的模量。在各种实施方式中，聚合物纤维涂层64具有大于500MPa，具体地说大于1000MPa，并且更具体地说大于1500MPa的弹性模量。在具体实施方式中，聚合物纤维涂层64包括具有低弹性模量(例如，小于5MPa、小于0.5MPa)的材料的内层和具有高弹性模量(例如，大于500MPa、大于1000MPa、大于1500MPa)的材料的外层。
参考图3，如以上所指出的，光纤18通常松散地捆扎在缓冲管20内(例如，“松缓冲”)。在此类实施方式中，缓冲管通道34的横截面积基本上大于管20内的纤维18占据的横截面积。在各种实施方式中，缓冲管通道34的横截面积是管20内的纤维18占据的横截面积的尺寸的至少两倍。因此，与光纤带设计相比，缓冲管20利用柔性聚合物缓冲管20，同时提供松散地在缓冲管内的光纤。
参考图6，示出根据另一个示例性实施方式的缓冲管50。除如本文所讨论的，缓冲管50与缓冲管20基本上相同。与缓冲管20相比，缓冲管50具有多层形成缓冲管50的材料。在示出的实施方式中，缓冲管50具有示为内层52的第一层和示为外层54的第二层。在此实施方式中，内层52包括限定缓冲管内表面32的内表面，并且外层54包括限定缓冲管外表面30的外表面。如图所示，内层52是包围光纤18的材料的基本上邻接且连续的层，并且外层54是定位在内层52的外侧并包围内层52的材料的基本上邻接且连续的层。在图6的两层实施方式中，内层52和外层54组合限定缓冲管50的径向厚度，缓冲管50的径向厚度与以上所讨论的缓冲管20的T1相同。
一般来讲，因为内层52限定缓冲管50的内表面并且将接触在负载下的光纤18，所以内层52由以上关于缓冲管20所讨论的柔性的、弹性的和保护性材料中的任一种形成。在此类实施方式中，外层54可由与内层52比较的相对硬且非弹性的材料制成。在此类实施方式中，内层52对光纤18提供压挤保护，同时外层54提供结构和刚性，以便有助于缓冲管50的储藏和处理。应理解，在其他实施方式中，缓冲管50可包括多于两层，并且在此类实施方式中，最内层是与本文所讨论的内层52类似的减震弹性层。
在各种实施方式中，外层54由可挤出聚合物材料形成。在各种实施方式中，外层54由一种材料，并且具体地说，由聚合物材料制成，所述聚合物材料具有大于500MPa的弹性模量。在其他实施方式中，外层54由具有大于1000MPa的弹性模量的聚合物材料制成。因此，在各种实施方式中，外层54可由一种材料制成，所述材料具有的弹性模量是内层52的模量的10倍，是内层52的模量的50倍，是内层52的模量的100倍，或者是内层52的模量的200倍。在各种实施方式中，内层52和外层54可以是共挤出层。
在各种实施方式中，外层54还可由比内层52的材料硬的材料形成。在各种实施方式中，外层54的材料具有大于或等于80的洛氏硬度(Rockwell hardness)。
在各种实施方式中，外层54可由具有以上所讨论的物理特性的适于缓冲管建造的任何聚合物制成。在一个实施方式中，外层54由聚丙烯材料形成。在另一个实施方式中，外层54由聚碳酸酯(PC)材料形成。在其他实施方式中，外层54由一种或多种聚合物材料形成，所述聚合物材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚(乙烯-共-四氟乙烯)(ETFE)等。在各种实施方式中，内层52由在共挤出期间与外层54的材料形成键的材料形成。在外层54是聚烯烃(诸如聚丙烯)的实施方式中，内层52可由热塑性烯烃材料或弹性体合金材料形成，以便有助于共挤出期间的键合。
参考图6，内层52具有示为T2的在径向方向上的厚度，并且外层54具有示为T3的在径向方向上的厚度。如以上所指出的，T2和T3一起计为如以上所讨论的总厚度T1。在各种实施方式中，T2大于或等于T3。在各种实施方式中，T2是T1的至少30％。在各种实施方式中，T2在T1的30％与90％之间。在具体实施方式中，T2和T3基本上相等(例如，在彼此的10％之内)。
在各种实施方式中，选择T2以对光纤18提供足够的保护。在一个实施方式中，T2大于光纤18的FR，以使得容许缓冲管50的内层52基本上或完全包裹在负载下的纤维18。在各种实施方式中，T2是至少2倍FR，至少5倍FR，并且至少10倍FR。
重新参考图1，在各种实施方式中，电缆外壳12可由与缓冲管50类似的多层形成。在具体实施方式中，电缆外壳12可具有限定内表面14的内层和限定电缆外壳12的外表面的外层。在一个此类实施方式中，电缆外壳12的内层由与缓冲管50的内层52相同的材料形成，并且电缆外壳12的外层由与缓冲管50的外层54相同的材料形成。在此类实施方式中，多层电缆外壳12对电缆10提供另外的抗压挤性。
在各种实施方式中，电缆外壳12可由在电缆制造中使用的多种多样的材料制成，所述多种多样的材料诸如中密度聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、尼龙、聚酯或聚碳酸酯以及其共聚物。另外，电缆外壳12的材料可包括对电缆外壳12的材料提供不同特性的少量的其他材料或填料。例如，电缆外壳12的材料可包括提供着色、挡UV/光(例如，炭黑)、抗烧性等的材料。
参考图7和8，在各种实施方式中，缓冲管20和或缓冲管50可被配置来(例如，通过选择厚度、具有特定材料特性的材料、外部形状、内部通道形状的形状等)保护在冲击负载(例如，短期高力负载)下的光纤18免受损坏。在此类实施方式中，缓冲管在冲击下的行为和具体地缓冲管如何将冲击力转移到光纤可如图7所示建模，并且可根据建模来选择满足各种冲击性能参数的缓冲管的特性。类似地，通过根据模型的测试，可确定给定的缓冲管设计(例如，特定尺寸、形状、厚度、材料等的缓冲管)是否包括具有以下讨论的性能参数(例如，冲击因数、建模的麦克斯韦元件的响应时间、建模的开尔文元件的响应时间)中的一或多个的建模元件中的一或多个。
在冲击负载下的缓冲管的粘弹性和蠕变行为已使用图7示出的系统100建模。冲击物102具有质量M1，并且以速度V0对缓冲管20进行冲击。通过将具有厚度δ(delta)和质量M2的缓冲管设想为具有串联的开尔文元件104和麦克斯韦元件106的伯格斯(Burgers)材料，已对缓冲管20的减震效应建模。如将通常理解的，开尔文元件104描述当缓冲管在蠕变变形区域中时，减震缓冲管响应于冲击的特性和行为，并且麦克斯韦元件106描述当缓冲管在弹性变形区域中时，减震缓冲管响应于冲击的特性和行为。
开尔文元件104描述为由平行的弹簧108和消震器110(本文中还称为阻尼器和或冲击吸收器)组成。开尔文元件弹簧108具有弹簧常数K1，K1等于在蠕变变形区域中的缓冲管材料的开尔文元件的弹性模量，并且开尔文元件104的消震器110具有消震器常数C1，C1等于在蠕变变形区域中的缓冲管材料的开尔文元件的粘度。
麦克斯韦元件106描述为由串联的弹簧112和消震器114组成。麦克斯韦元件弹簧112具有弹簧常数K2，K2等于在弹性区域中的缓冲管材料的麦克斯韦元件的弹性模量，并且麦克斯韦元件消震器114具有消震器常数C2，C2等于在塑性变形区域中的缓冲管材料的麦克斯韦元件的粘度。应理解，图7描述单层缓冲管(诸如缓冲管20)的行为。然而，描述多层缓冲管(诸如缓冲管50)的模型将包括用于缓冲管的每个另外的材料层的开尔文和麦克斯韦元件(与元件104和106类似)的另外的组。
通过缓冲管减震的涂覆光纤18和表面的总质量是M3。通过将缓冲管20内的涂覆光纤设想为具有平行的弹簧18和消震器120的开尔文元件116，已对涂覆光纤18的粘弹性行为建模。光纤开尔文元件弹簧118具有弹簧常数K3，K3等于在粘弹性区域中的涂覆光纤的开尔文元件的弹性模量，并且光纤开尔文元件消震器具有消震器常数C3，C3等于在粘弹性区域中的涂覆光纤的开尔文元件的粘度。
项xl和x2分别指代M2和M3距离其初始位置的位移。应理解，缓冲管材料的开尔文和麦克斯韦元件以及涂覆光纤的开尔文元件的弹簧和消震器常数可通过本领域中的一种技术来确定，所述技术是通过对用于形成给定缓冲管或涂覆光纤的特定材料的蠕变和粘弹性响应进行分析，例如使用拉力测试或DMA用于根据剪切速率来测量特性。以下所示的示例中的涂覆光纤包括玻璃芯和玻璃包覆(所述玻璃芯和玻璃包覆一起具有125微米的玻璃外径)和具有约250微米的外径的光纤聚合物涂层。另外的示例利用具有约200微米的外径的光纤聚合物涂层。
使用如图7所示的代表性的系统模型100，可基于各种缓冲管和光纤构形来计算缓冲管的变形、缓冲管赋予在涂覆光纤上的力以及缓冲管吸收的能量。在各种实施方式中，选择缓冲管20的材料起到通过减小由于来自冲击物102的在缓冲管20上的力而由缓冲管20赋予到涂覆纤维上18的力F来保护光纤18的作用。由缓冲管20提供的减震效应(例如，力减小)与冲击因数ρ(rho)有关，所述冲击因数在对给定厚度的缓冲管的以下等式1中列出：
等式1：
以下表1A-1C基于K1、K2、K3、C1、C2和C3的不同值，提供用于减震缓冲管20的各种示例的系统模型100的输出。如将理解的，基于表1A-1C中的信息，本领域的技术人员可配置减震缓冲管(例如，通过材料的设计/选择、缓冲管尺寸、形状等)，以提供如以下表所示的缓冲管的不同建模元件的由ρ(rho)和/或各种时间响应表示的特定和选择的冲击性能。以下表2提供由传统缓冲管材料形成的缓冲管的比较性示例。如以下表1和2所示，系统模型100用于确定具有不同组合的开尔文元件104和麦克斯韦元件106参数K1和K2{以帕斯卡(Pa[10- 6MPa]的单位报告)}以及C1和C2{以帕斯卡·秒(Pa·s[10-6MPa·s]的单位报告)}的缓冲管材料的冲击参数ρ。表还示出具有不同组合的开尔文元件104和麦克斯韦元件106参数K1、K2、C1和C2的缓冲管示例的不同建模元件的响应时间。表还示出在粘弹性区域中的涂覆光纤18的开尔文元件116的模量K3(以Pa为单位)以及在粘弹性区域中的涂覆光纤18的开尔文元件的粘度C3(以Pa·s为单位)。以下表1和2中的数据对室温(例如，20-25℃)下的材料建模。
表1A-减震缓冲管示例
表1B-减震缓冲管示例
表1C-减震缓冲管示例
表2A-比较性缓冲管示例
表2B-比较性缓冲管示例
表2C-比较性缓冲管示例
如从表1C和表2C的比较可见，不同减震缓冲管示例中的许多的开尔文元件、麦克斯韦元件的响应时间和/或冲击因数ρ(rho)基本上小于由标准缓冲管材料形成的比较性缓冲管。图8示出选择缓冲管示例以及聚丙烯比较性示例的ф(phi)相对于((时间x冲击速度)/充填层厚度)的曲线图。应指出，在以上表和图8中，充填厚度是缓冲管壁厚。申请人认为，至少在一些实施方式中，确认的响应时间和冲击因数与缓冲管保护在压挤事件下，并且尤其在短期高负载事件(诸如在以上讨论的不同安装过程期间经受的冲击事件)下的光纤18的能力有关。应理解，以上表中的数据基于具有0.05cm的壁厚的缓冲管。
因此，在一些实施方式中，缓冲管20被配置成使得在缓冲管上的冲击引起由缓冲管赋予在涂覆光纤上的对应于小于或等于2800m-1的冲击参数ρ的力F。在一些其他实施方式中，缓冲管20被配置成使得在缓冲管上的冲击引起由缓冲管赋予在涂覆光纤上的对应于小于或等于1000m-1的冲击参数ρ的力F。在另一些实施方式中，缓冲管20被配置成使得在缓冲管上的冲击引起由缓冲管赋予在涂覆光纤上的对应于小于或等于500m-1的冲击参数ρ的力F。
在又一些实施方式中，缓冲管20被配置成使得在缓冲管上的冲击引起由缓冲管赋予在涂覆光纤上的对应于大于或等于100m-1，具体地说100m-1≤ρ≤2800m-1的,并且更具体地说100m-1≤ρ≤1000m-1的冲击参数ρ的力F。
在一些实施方式中，在弹性区域中的缓冲管20的材料的弹性模量(K2)小于或等于200MPa。在一些其他实施方式中，在弹性区域中的缓冲管20的材料的弹性模量(K2)小于或等于100MPa。在另一些实施方式中，在弹性区域中的缓冲管20的材料的弹性模量(K2)小于或等于50MPa。在又一些实施方式中，在弹性区域中的缓冲管20的材料的弹性模量(K2)大于或等于10MPa。在一些实施方式中，缓冲管20的材料的弹性模量落在10MPa≤K2≤150MPa的范围内，并且具体地说落在10MPa≤K2≤50MPa的范围内。
在一些实施方式中，缓冲管20的材料的麦克斯韦元件的响应时间(C2/K2)小于或等于1秒。在一些其他实施方式中，缓冲管20的材料的麦克斯韦元件的响应时间(C2/K2)小于或等于0.1秒。在另一些实施方式中，缓冲管20的材料的麦克斯韦元件的响应时间(C2/K2)小于或等于0.01秒。在又一些实施方式中，缓冲管20的材料的麦克斯韦元件的响应时间(C2/K2)小于或等于0.001秒。在又一些实施方式中，缓冲管20的材料的麦克斯韦元件的响应时间(C2/K2)小于或等于0.0001秒，具体地说是0.0001秒≤C2/K2≤1秒，并且更具体地说是0.0001秒≤C2/K2≤0.01秒。
在一些实施方式中，缓冲管20的材料的开尔文元件的响应时间(C1/K1)小于或等于1秒。在一些其他实施方式中，缓冲管20的材料的开尔文元件的响应时间(C1/K1)小于或等于0.1秒。在另一些实施方式中，缓冲管20的材料的开尔文元件的响应时间(C1/K1)小于0.01秒。在又一些实施方式中，缓冲管20的材料的开尔文元件的响应时间(C1/K1)小于或等于0.001秒。在又一些实施方式中，缓冲管20的材料的开尔文元件的响应时间(C1/K1)小于或等于0.0001秒，具体地说是0.0001秒≤C1/K1≤1秒，并且更具体地说是0.0001秒≤C1/K1≤0.01秒。在各种实施方式中，缓冲管20可由具有本文所讨论的特性(例如，厚度、弹性模量、硬度、麦克斯韦响应时间、开尔文响应时间、冲击因数等)的任何组合或子组合的材料形成。
图8是来自表1和2的力x充填厚度/冲击体的质量/(冲击速度2)的示例中的若干个作为(时间x冲击速度)/充填层厚度的函数的图表。对缓冲管在涂覆纤维上的冲击的第一周期的结果进行绘图，并且显示示出的选择减震的缓冲管的最大ф(phy)＝ρ*充填厚度小于2(约0.2至约1.4)，并且相比之下，比较性示例聚丙烯缓冲管的最大ф大于3(3.53)。结果还显示，示出的选择减震的缓冲管示例比比较性聚丙烯和PBT-PTMG示例在更广泛的时间标度上(更好的力阻尼)并且显著更好地分布力。
虽然本文所讨论并在附图中所示的具体电缆实施方式主要涉及具有限定基本上圆柱形内腔的基本上圆形横截面形状的电缆和芯元件，但是在其他实施方式中，本文所讨论的电缆和芯元件可具有任何数量的横截面形状。例如，在各种实施方式中，电缆外壳和/或缓冲管可具有正方形、矩形、三角形或其他多边形横截面形状。在此类实施方式中，电缆或缓冲管的通路或管腔可以是与电缆外壳和/或缓冲管的形状相同的形状或不同的形状。在一些实施方式中，电缆外壳和/或缓冲管可限定多于一个通道或通路。在此类实施方式中，多个通道可具有与彼此相同的尺寸和形状，或者每个具有不同的尺寸或形状。
本文所讨论的光纤可以是由玻璃或塑料制成的柔软的透明光纤。光纤可用作波导来在光纤的两端之间传输光。光纤可包括透明芯，所述透明芯由具有较低折射率的透明包覆材料包围。光可通过全内反射保持在芯内。玻璃光纤可包含二氧化硅，但是可使用一些其他材料，诸如氟锆酸盐、氟铝酸盐和硫属元素化物玻璃，以及结晶材料，诸如蓝宝石。光可通过具有较低折射率的光学包覆沿光纤的芯导向，所述光学包覆通过全内反射将光捕集在芯内。包覆可由缓冲层和/或保护其免受水分和/或物理损坏的另一个涂层涂覆。这些涂层可以是在拉伸过程期间施加到光纤的外侧的UV固化聚氨酯丙烯酸酯复合材料。涂层可保护玻璃纤维股线。
除非另外明确陈述，否则决不意图将本文列出的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求项没有实际叙述其步骤所遵循的顺序或者在权利要求书或描述中没有另外具体陈述各步骤限于特定顺序的情况下，决不意图推断任何特定顺序。另外，如本文所用，冠词“一个(a)”意图包括一个或多于一个部件或元件，并且并不意图解释为意思只有一个。
对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离所公开的实施方式的精神或范围的情况下进行各种修改和变更。由于本领域的技术人员可想到所公开的实施方式的并入本实施方式的精神和实质的修改组合、子组合以及变更，因此所公开的实施方式应被解释为包括在所附权利要求书和其等同物的范围内的一切。

Claims (5)

1.一种光缆，包括：
电缆主体，所述电缆主体包括限定所述电缆主体内的通道的内表面；以及
多个管，各自包括外表面、内表面以及由所述管的所述内表面限定的通道，其中每个管包括由第一材料形成的第一层，所述第一层限定所述管的所述内表面；以及
多个光纤，定位在每个管的所述通道内，其中每个光纤包括光芯，所述光芯由具有与所述光芯不同的折射率的包覆包围，所述包覆由纤维涂层包围，并且其中每个光纤具有从所述光芯的中心点到所述纤维涂层的外表面限定的纤维半径，其中所述多个管中的每个的所述第一层在径向方向上的厚度大于所述纤维半径；
其中所述多个管中的每个的所述第一材料的弹性模量是在弹性区域中的模量并小于30MPa，并且其中所述纤维涂层包括在所述弹性区域中具有小于5MPa的弹性模量的内涂层、以及在所述弹性区域中具有大于1000MPa的弹性模量的外涂层，
其中所述多个管中的每个的所述通道具有横截面积，其中所述管中的每个的所述通道的所述横截面积是定位在所述管中的每个内的所述多个光纤中的所有光纤的总横截面积的至少两倍。
2.如权利要求1所述的光缆，其中所述多个管中的每个还包括由第二材料形成、定位在所述第一层周围和外侧的第二层，其中所述第二材料的弹性模量是所述第一材料的弹性模量的至少10倍。
3.如权利要求2所述的光缆，其中所述多个管中的每个的所述第一材料的弹性模量小于30MPa，其中所述多个管中的每个的所述第二材料的弹性模量大于500MPa，其中所述第一层的径向厚度等于或大于所述第二层的径向厚度。
4.如权利要求3所述的光缆，其中每个管的内表面与外表面之间的径向厚度在0.25mm与0.5mm之间。
5.如权利要求3所述的光缆，其中所述第一层的所述第一材料是以下中的至少一种：热塑性烯烃、热塑性聚氨酯、热塑性共聚物和热塑性聚酰胺，其中所述第二层的所述第二材料是聚丙烯，其中所述纤维涂层的材料是UV固化聚合物层。
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