CN1073546A - 具有提供阻水和强度特性的缆芯包覆层扎线的通信电缆 - Google Patents

Abstract

一种通信电缆包括一含多个传输介质的缆芯，一 相对柔软的塑料材料层卷绕于缆芯周围。围绕塑料 材料层设置有一相对硬的内护套。围绕内护套设有 铠装系统的附加部件。在柔软的塑料层和护套之间 设有阻水系统，它包括两根细长的线状材料，这两根 细长的线状材料以相反的螺旋方向卷绕在塑料层周 围，其特征是，它是包含阻水丝部分和相对高强度丝 部分的线混合体。该线状材料可有效阻止水沿电缆 在相对柔软的塑料层和相邻护套之间流动。此外，线 状材料的相对高抗拉强度提供了附加的结构支撑，以 维持柔软塑料紧密地围绕传输介质。

Description

本发明涉及一种具有提供阻水和强度特性的缆芯包覆层扎线的通信电缆。

在电缆工业中，环境条件的变化会导致铠装系统的塑料电缆护套的内外汽压产生差异，这是众所周知的。这通常会引起湿气从电缆外向电缆内单方向扩散。最终，这将导致电缆内呈现不希望的高湿度，尤其是在塑料护套是唯一的湿气侵入阻挡层的情况下。电缆铠装系统内的高湿度对电缆的传输特性会有不利的影响。

进一步，由于铠装系统的破坏会损害电缆的完整性，水会进入电缆中。虽然在光纤电缆内水本身的存在对其工作无害，但水沿电缆内部流至连接点、端口或闭路内相联的设备会引起各种问题，因而应防止。

在现有技术中，为防止水通过电缆的铠装系统侵入并进入缆芯，采用了各种技术。例如，常用于保护电缆免受电磁干扰的金属屏蔽设置一条纵向密封接缝。此外，采用填充材料充填缆芯，并采用无规（立构）的或浸渍的材料覆盖电缆铠装系统的各部分，如金属屏蔽的外表面。

现在，许多市场上可买到的电缆还包括一条水致膨胀带，用来防止水穿过铠装系统流动并进入缆芯，且同样防止水沿电缆纵向流动。这种带通常是叠层结构的，在两层纤维质物之间夹装有水致膨胀粉末。进一步或许还包括一层聚酯织物，它用于为叠层带提供抗拉强度。

对于电缆的阻水系统，必须考虑的另一个因素是，塑料电缆护套与其内的金属屏蔽间的粘结。在这种粘结对电缆的工作是重要的地方，必须仔细操作，不能将阻水部件置于其间，这会损害所希望的粘结。作为解决上述问题的一个方法，现有技术的系统包含一带状或线状形式的阻水部件，它仅覆盖电缆内周边的一个薄弱部分。在此方法中，该带或线只是将护套的一个薄弱部分与铠装系统的其它部分分离。进一步，现有技术公开了阻水部件可沿电缆直线或螺旋形延伸。

另一个问题涉及包括一个内护套的电缆，该护套可用于覆盖塑料缆芯包覆层，如Mylar

塑料。如果金属屏蔽与该塑料缆芯包覆材料接触，此缆芯包覆材料可由无规（立构）材料浸渍，以便阻水之用。这里再次提及的这种作为无规（立构）的浸渍化合物的材料是不受技工欢迎的，因为这些技工将来或许不得不再处理（reenter）该电缆并面临整理组装问题。

为解决上述的相同问题，共同转让的序号为NO.662，054的美国专利申请公开了下述技术方案，用两根以相反方向绕塑料缆芯包覆材料螺旋形缠绕的线替代无规（立构）的浸渍化合物。由Arroyo公开的这种结构允许一个厚度均匀的内护套置于缆芯包覆层和金属屏蔽之间。此外，用更均匀可阻水的线替代浸渍材料，这样由于内层的浸渍材料的非均质而在护套中产生的不希望的结块就可消除。

包括塑料缆芯包覆材料的现有技术电缆结构的再一个问题涉及需要将缆芯包覆层紧密地置于通信介质周围。为将缆芯包覆层维持在希望的位置，需要一种具有高抗拉强度的材料。已知的现有阻水材料不能呈现足以使塑料缆芯包覆层定位所需的抗拉强度。

到目前为止，为达到所希望的阻水能力并呈现满足预期应用的充分的抗拉强度，进行了各种尝试。过去，将独立的阻水线螺旋形缠绕在一强度较高的聚酯线的外周边，或者以另一种方式，将纤维质增强部件和超吸收材料绞合在一起，参见共同转让的序号为No.662，054的美国专利申请。

表面上看，现有技术未公开具有单层构件的电缆，该单层构件不仅可充分地防止水沿电缆纵向流动，而且还可呈现足够的抗拉强度，以便用作缆芯包覆层扎线。所需要的而且市场上未见应用的是一种较高强度的电缆阻水系统，该系统较便宜且不显著地增加电缆的直径。这种系统应是在电缆制造工艺中容易制成的一种。

现有技术的前述问题可被如下所述的通信电缆的特性所克服：

一种通信电缆，它包括：一个缆芯，该缆芯具有一纵轴并至少包含一根传输介质;一相对柔软的塑料层，它围绕所述缆芯设置;一相对硬的护套，它由塑料材料构成，并围绕所述塑料材料层设置;其特征是具有相对均匀的厚度;和至少一个纵向延伸的线状部件，它围绕所述相对柔软的塑料材料层设置并螺旋形卷绕，其特征是，它是一个包含阻水丝部分和较高强度的丝部分的线混合体。

图1是一种通信电缆的透视图，该电缆具有一个铠装系统，该系统包括一阻水系统，为清楚起见，铠装系统的各层是截断的，并且某些层的厚度是夸大的;

图2是图1中的电缆的横剖面图，它更详细地描绘出该电缆的某些部件;

图3是一种电缆的透视图，该电缆包括一个缠绕有较柔软的塑料层的缆芯，例如，它具有在其附近绕装的线以及一个围绕这些线设置的塑料护套;

图4是图3的电缆的横剖视图。

现参照图1和2，这里示出了一个以数字20总体标示的通信电缆。此电缆20具有一个纵轴21并包含一个缆芯22，缆芯22包括一根或多根传输介质，如一对或多对绝缘的金属导线24-24，该电缆还充填有合适的阻水材料25。围绕缆芯设置有较柔韧的塑料层26，它通常被称为缆芯包覆层。通常，塑料层26包括一条聚乙烯对酞酸盐塑料带，例如，它围绕缆芯卷绕形成一纵向延伸的接缝。在现有的通信电缆中，缆芯包覆层26对于提供结构性圆周支撑来说是必需的，以便使多根传输介质保持在一紧密的聚集束中。因此，用作缆芯包覆层26的材料具有较高的抗拉强度是重要的。

围绕缆芯包覆层26设置有铠装系统27，它包括一个较硬的内护套28，该内护套28由塑料制成并包绕缆芯包覆层和绝缘的金属导线。内护套28通常是被挤压成形于缆芯包覆层26上，并由聚乙烯构成。

一个波纹状内金属屏蔽系统29围绕内护套28设置。正如图1和2中可看到的那样，内屏蔽系统29包括一个波纹状铝屏蔽套31和一个波纹状钢屏蔽套33，铝屏蔽套31绕缆芯纵向卷绕形成一隙缝，为清楚起见，图1中的隙缝是夸大的，钢屏蔽套31具有一纵向的叠交缝。

一个中间塑料护套35围绕波纹状钢屏蔽套设置。通常，此中间护套35包括聚乙烯塑料。

铠装系统27还包括一个具有一纵向叠交缝的外波纹状钢屏蔽套37和一个塑料外护套39。通常，外塑料护套39也包括聚乙烯塑料材料。

在一些现有的电缆中，为防止水沿电缆纵向流动，采取了附加的预防措施。在如图1和2所示的电缆20中，水或许会在电缆内缆芯包覆层26和内护套28之间流动。在共同未决和共同转让的序号为NO.662，054的美国专利申请中，Arroyo等人公开了一种在缆芯包覆层26和内护套28之间的阻水系统40的设置。通过引入线可基本上防止这种水流动，所述线只覆盖缆芯包覆层26的周边的一个薄弱部分，且被置于缆芯包覆层和内护套28之间。

阻水系统40包括线42和44（见图1），每根线均包含有水致膨胀材料。线42和44虽然在结构和组成方面是相同的，但围绕包覆层26以相反方向螺旋形延伸。在本发明的优选实施例中，线如此卷绕，即每米长的电缆上每根线均绕大约三圈。不过，应当指出，任何可机械地将线绕在缆芯包覆层上的公知方法均可认为是本发明范围内的设计选择。此外，在每米长电缆上所含的特定圈数可根据特定用途的要求而变化。

与现有通信电缆相比，本发明公开了具有足够抗拉强度的一种特殊纤维混合体的应用，这种混合体被用作缆芯包覆层扎线，并且还可提供防止水沿电缆内部纵向流动的阻水特性。本发明的这种纤维混合体包含一种水致膨胀纤维材料的丝线（filaments    of    threads），同样也包含一种柔韧的纤维质增强部件的丝线。因此，此复合线混合体是一种具有足够高的抗拉强度的超吸收线，以便用作缆芯包覆层扎线。

总地说来，以上参考的Arroyo等人的申请公开了下述技术特征，将已知的线42和44用下列材料浸渍：（1）包含有聚丙烯酸的材料;（2）含有聚丙烯酰胺的材料;（3）第（1）和第（2）种材料或其盐的混合物;或（4）丙烯酸和丙烯酸酰胺及其盐的共聚物;以及其它相似的超吸收材料。

概括而言，本发明的线混合体具有改进的特性，该特性允许单层线替代以前所需的两种材料。特别是，本发明的线混合体的增大的抗拉强度减弱了对分离的和独立的两种线的需要，其中，一种线具有阻水能力，另一种线提供所需强度。而本发明提供了一种单体线，此线既含有阻水纤维丝又含有较高强度的聚酯纤维丝。由于这里公开的这种特殊线混合体，现在一股线不仅呈现出足够强的阻水能力，同时也提供了从现有阻水材料精选出的增大的抗拉强度。

与现有技术不同，本发明公开了直接围绕缆芯包覆层26设置的单体线混合体，并特别拉伸至具有足够的抗拉强度，以提供显著的辅助作用，而将多根通信介质诸如绝缘的铜导线保持在一密集束中。

正如前面所述，现在使用的阻水材料中存在的主要不足是，缺乏足够高的抗拉强度来提供对通信电缆的各组件的附加结构支撑。为了消除这种不足，本发明包括一种具超吸收纤维丝的纤维质增强部件的单体线混合体。一般情况下，纤维质增强部件可以是任何一种具有较高抗拉强度的已知聚酯材料。

这里所采用的聚酯材料是指一种人造纤维，其中纤维形成物质可以是任何长链合成聚合物，它含有至少85%重量的由二元乙醇和对酞酸构成的酯。此聚合物是通过乙二醇和对酞酸或其衍生物反应制成的。总之，制成的纤维形状是长纤维、短纤维和纤维束，它们是在真空高温条件下完成聚合的。这些纤维可以在熔体纺丝工艺中纺制，然后拉长为原始长度的几倍，它使长链分子定向并给出纤维强度。可替代地另一种可接受的纤维质增强部件是KEVLAR

线，这是一种可从E.I.DuPont de Nemours购到的产品。KEVLAR 是一个用于芳族聚酰胺纤维系列的DuPont商标。这种纤维质材料可以是短纤维也可以是连续的长纤维丝。它具有相当高的抗拉强度，其特性报导于1980年6月的信息公报（Inforemation Bulletin）K-506A上，题目为“在机电电缆和光纤中KEVLAR 29和KEVLAR 49的特性和使用（Properties and Uses of KEVLAR 29 and KEVLAR 49 In Electromechanical Cables and Fiber Optics）”。不过，由于KEVLAR 较昂贵，更便宜的聚酯纤维可能更是实现所需强度所希望的。

适于用作线42和44的水致膨胀或超吸收部分的一种特定纤维是日本大阪的Toyobo，Ltd.生产的，商品牌号为“Lanseal-F”

的超吸收纤维，它可从Chori America，Inc.购到。构成该优选实施例的一种线的处理过的5登尼尔（denier）×51mm纤维的特征是，其吸水能力在蒸馏水中为150ml/g，在0.9%的NaCl溶液中为50ml/g。这种轻纤维的保水能力对于1%重量的NaCl溶液而言是20ml/g，并且在运输时其含水量不超过7%。各纤维的特征是，抗拉强度（干）至少为1.6g/d，伸长率（干）为15-25%。这些特性记载于名称为“Lanseal-F” 超吸收纤维的公报中。

用于形成本发明的线混合体的特定制备工艺可以是任何一种在纺织工业中所知和所用的公知方法。一般，这种制备过程包括下列工序：梳理、拉伸、还原（redclcing）、精纺单纱络筒、最终的卷绕和扭绞。不过，应当指出，用于制备本发明中所用的线混合体的这种特定方法并不能认为是本发明的新颖性的特殊之处。因此，在以上总体描述的制备方法中可增加或减少各种工序，只要仍可制造出本发明所期望和包含的线混合体即可。尤其是，所期望的阻水纤维与增强纤维的百分比可在拉伸工序中实现，该拉伸工序在上面的纺织工艺方法中列为第二步。

正如前面所指出的，在线混合体中采用的阻水纤维对增强纤维的恰当比率一般只是设计选择问题。不过，业已发现，如果线混合体中聚酯纤维大致为30%或更多，那么此线混合体会呈现出通常在纯聚酯线中发现的加工特性。与纯阻水纤维的或大部分为阻水纤维的线相比，这种加工特性允许更容易地加工和处理线混合体。

每根线42和44还必须具有其它特性。例如，由于此线要被装备于电缆中，因此此线具有较高的抗拉强度是有益的。对于优选实施例，各线具有约12磅（lbs）的抗拉强度。为了给线混合体的优选组成具体确定一个可接受的抗拉强度，公知的扎线紧箍方法已被认可，这种扎线紧箍方法可产生足够大的缆芯压力，以防止水浸透。因此又为避免系统破裂或维护问题增加了谨慎的安全系数。这种方法表明，由大约70%的Lanseal-F 纤维和大约30%的聚酯纤维组成的线混合体提供了所希望的强度要求，并且显著地优于现有阻水线的强度性能。应当指出，制备线混合体的特定方法通常对材料所呈现出的最终强度特性有直接影响。

有利的是，由于与水接触，电缆结构中的超吸收材料膨胀，从而阻止水在纵向流动。当线接触水时，各纤维的阻水部分由于吸水而充分膨胀。超吸收材料还形成一种胶滞体并改变了与超吸收材料接触点处侵入的水的粘滞性，使之更具粘性并因而对水流形成更大的阻力。结果，从侵入点开始水沿电缆纵向的流动被显著地减少了。

大家记得，与一些光缆不同，此电缆20不包括沿电缆螺旋形或纵向地延伸的独立的增强部件，因而在与增强部件的交迭点处，单股螺旋形延伸的线会阻止水。为阻止水可能沿任一线形成的通道流动，本发明的电缆20包括两根阻水线，由于它们的复合结构，它还显示出充分的织构强度，以促使缆芯包覆层26紧密地绕装于通信介质24周围。进一步，正如图1和3中所看到的，本发明中结构相同的线42和44以相反方向螺旋形缠绕于多根通信介质24的周围。

在任何给定的电缆纵轴21的横截面中，阻水系统只在该平面中该电缆的内周边的一个薄弱部分延伸。电缆直径基本上未因线42和44的存在而增加。另外，线42和44在成本方面明显低于其中采用阻水材料或无规（立构）的浸渍材料带的系统。

本发明的电缆的阻水系统40有利于内护套28的挤压成形。由于在缆芯包覆层26和内护套28之间使用的无规（立构）材料已被省除并由占用周边的相对小部分的螺旋形延伸的线替代，内护套被挤压于一个相对平滑的表面上。结果，内护套具有相对均匀的厚度并且不会出现突起部分。

现参照图3和4，这里示出了一种电缆50，它包括一个缆芯52，缆芯52由一对或多对塑料绝缘的金属导线53-53组成。缆芯52可充填阻水材料。相对柔韧材料制成的塑料缆芯包覆层54缠绕在缆芯周围，通常由聚乙烯制成的塑料护套56围绕缆芯包覆层54设置。两根线60和62装在缆芯包覆层54和护套56之间，它们以相反的螺旋方向绕缆芯包覆层延伸。每根线可与图1电缆中的线相同，或者由具有合适的强度特性的线和具有合适的阻水特性的线联合组成。

Claims (9)

1、一种通信电缆，其特征在于，它包括：

一个缆芯，该缆芯具有一纵轴并至少包含一根传输介质；

一相对柔软的塑料层，它围绕所述缆芯设置；

一相对硬的护套，它由塑料材料构成，并围绕所述塑料材料层设置，其特征是具有相对均匀的厚度；和

至少一个纵向延伸的线状部件，它围绕所述相对柔软的塑料材料层设置并螺旋形卷绕，其特征是，它是一个包含阻水丝部分和较高强度的丝部分的线混合体。

2、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的线状部件包括一第一和第二线混合体，两条线混合体围绕所述的相对柔软的塑料材料层设置并以相反方向螺旋形卷绕。

3、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的护套是一个内护套，并且所述电缆还包括：

一第一金属屏蔽套，它围绕所述内护套设置;

一第二金属屏蔽套，它围绕所述第一金属屏蔽套设置;

一中间护套，它由塑料材料构成并围绕所述第二金属屏蔽套设置;

一第三金属屏蔽套，它围绕所述中间护套设置;和

一外护套，它由塑料材料构成并围绕所述第三金属屏蔽套设置。

4、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的相对高强度的丝是聚酯。

5、根据权利要求2所述的电缆，其特征在于，所述的各线的一部分是由包含具有阻水能力的丙烯酸系纤维的纤维质材料构成的。

6、根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，经处理的各纤维包括由聚丙烯腈构成的部分，它使线混合体具有相对高的抗拉强度。

7、根据权利要求6所述的电缆，其特征在于，所述的各根线混合体是这样构成的，即其主要部分由阻水纤维构成，剩余的次要部分由强度增强聚酯构成。

8、根据权利要求7所述的电缆，其特征在于，各线混合体包含约70%的阻水纤维和约30%重量的强度增强聚酯。

9、根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的各阻水部件以下述方式缠绕在所述的相对柔软塑料材料周围，即特征在于每米长电缆上大约绕三圈。

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