CN109416448A - 具有包裹焊接护套的光纤电缆和制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光学电缆和用于形成光学电缆的方法。所述电缆包含电缆护套，所述电缆护套包含界定通道的内表面以及外表面，且还包含位于所述通道内的多条光纤。所述电缆包含位于所述电缆护套内的接缝，所述接缝将形成所述电缆护套的包裹热塑性片的相对纵向边缘联接在一起且维持所述电缆护套处于围绕所述多条光纤的包裹配置。所述方法包含通过将热塑性材料片包裹在多个光学芯元件周围而形成外部电缆护套。所述方法包含将所述包裹片的相对纵向边缘的热塑性材料部分熔接在一起以使得形成接缝，所述接缝保持所述热塑性材料片处于围绕所述芯元件的包裹配置。

Description

具有包裹焊接护套的光纤电缆和制造方法

相关申请的交叉引用

本申请依据专利法要求2016年5月31日提交且以引用方式并入本文的第62/343,168号美国临时申请的优先权权益。

背景技术

本公开大体上涉及电缆，且更特定来说涉及具有包裹和焊接电缆护套的光纤电缆。光学电缆已经在广泛多种领域越来越多地使用，包含各种电子和通信领域。光学电缆包含或包围一条或多条光纤。电缆为电缆内的光纤提供结构和保护。

发明内容

本公开的一个实施方案涉及一种光学电缆。所述光学电缆包含多条光纤和外部护套。外部护套包含包裹在所述多条光纤周围的热塑性材料片，使得光纤由所述包裹热塑性材料片包围。外部护套包含所述包裹热塑性材料片的外表面，其界定电缆的最外表面。电缆包含焊接接缝，所述焊接接缝将所述包裹热塑性片的相对纵向边缘联接在一起且维持外部护套处于围绕所述多条光纤的包裹配置。所述焊接接缝由所述包裹热塑性材料片的在熔接在一起的所述相对纵向边缘处的部分形成。

本公开的另外实施方案涉及一种光学电缆。所述光学电缆包含电缆护套，其具有界定通道的内表面以及外表面。所述光学电缆包含位于所述通道内的多个光学传输元件以及在电缆护套内纵向延伸的接缝。所述接缝将形成所述电缆护套的包裹聚合物片的相对纵向边缘联接在一起且维持电缆护套处于围绕所述多个光学传输元件的包裹配置。

本公开的另外实施方案涉及一种形成光学电缆的方法。所述方法包含通过将热塑性材料片包裹在多个光学芯元件周围以使得所述包裹片的相对纵向边缘彼此接触或彼此重叠而形成电缆护套。所述方法包含将所述包裹片的相对纵向边缘的热塑性材料部分熔接在一起以使得形成接缝，所述接缝保持所述热塑性材料片处于围绕所述芯元件的包裹配置。

在随后的详细说明中将陈述另外的特征和优点，且本领域的技术人员从说明中将容易部分地了解这些特征和优点，或者通过书面说明及其权利要求书以及附图中描述那样实践实施方案来了解。

应了解，前述一般说明和以下详细说明都仅仅是示例性的，且希望提供用于理解权利要求的本质和特征的概述或框架。

包含附图以提供进一步理解，且附图并入本说明书且构成本说明书的一部分。附图图示了一个或多个实施方案，且连同说明一起用于阐释各种实施方案的原理和操作。

附图说明

图1示出根据示例性实施方案的用于形成包裹和焊接外部电缆护套的系统。

图2是根据示例性实施方案的光纤电缆的横截面图。

图3是根据示例性实施方案的图2的光纤电缆的详细横截面图。

图4是根据另一示例性实施方案的光纤电缆的横截面图。

图5是根据示例性实施方案的图4的光纤电缆的详细横截面图。

图6示出根据示例性实施方案的用于使电缆护套材料片交联的系统。

图7是根据示例性实施方案的图6的已交联电缆护套材料片的详细视图。

具体实施方式

大体上参见附图，示出光纤电缆和用于制作光纤电缆的方法的各种实施方案。大体上，本文论述的电缆实施方案包含由热塑性材料的预挤压片形成的电缆护套，例如外部电缆护套。外部电缆护套是通过以下方式形成：将热塑性片包裹在各种光学电缆芯组件(例如，光纤、缓冲管、强度元件、防水材料、铠甲层、粘结剂层等)周围，且接着形成接缝以将相对的片边缘联接在一起而将包裹片保持于芯元件周围的所需位置中。在特定实施方案中，所述接缝是通过焊接工艺(例如，高处理量激光焊接工艺)形成，所述工艺将相对的片边缘熔接在一起以使得形成沿圆周邻接的外部电缆护套。

与其中与其它电缆组装步骤内联地在芯组件周围挤压外部电缆护套的常规工艺中，相信本申请的系统能够实现通过高速包裹和接缝焊接的更高处理量电缆组装。另外，本文论述的接缝形成工艺提供了设计和选择特定接缝性质的能力。举例来说，在一些实施方案中，以一方式形成接缝以使得接缝比电缆护套的周围区域更弱，从而允许接缝充当使得容易接达电缆芯组件的容易打开的特征。

另外，在具体实施方案中，通过利用预挤压的材料片形成电缆护套，本公开的系统允许电缆护套的材料交联(例如，通过使用电子束、x射线束等)。与常规非交联内联挤压电缆护套相比，相信交联能够增加电缆护套强度且减少电缆护套随时间经历的收缩。此外，相信通过利用预挤压片用于电缆护套，可以在包裹之前将交联能量源施加于预挤压片的两个主表面，从而提供优良水平的交联。

另外，在具体实施方案中，电缆护套材料的预挤压片的邻近于片的纵向相对边缘的部分保持未交联，这便于焊接接缝形成。此外，未交联部分帮助形成比电缆护套的周围交联部分更弱的接缝，这又促进本文论述的接缝用作电缆护套内的容易打开的特征。

参见图1，示出根据示例性实施方案的用于形成例如外部电缆护套等包裹电缆护套的系统10。系统10包含成形块12，其接纳聚合物护套材料(例如，热塑性护套材料)的预挤压片14。片14具有相对的纵向边缘16和18以及纵向轴线20。

片14在纵向轴线20的方向上前进进入成形块12。应了解，由片14形成的电缆护套将包围的所有其它电缆芯组件也前进进入成形块12。在成形块12内，将片14包裹到电缆芯组件周围，使得从包围电缆芯组件的片14形成大体上管状结构。

系统10包含产生激光束24的激光器22。激光束24被朝向片14的相对边缘16和18的材料引导通过成形块12中的开口26，使得激光束24与包裹片14相互作用。具体来说，激光束24使片14的邻近于纵向边缘16和18的部分的热塑性材料完全熔化，使得形成接缝，图示为焊接接缝28。在其它实施方案中，可以使用用于熔化形成接缝28的其它合适装置，例如电阻式加热元件、接触式加热元件等。相信在至少一些实施方案中，利用高速高处理量激光装置22可以允许与常规内联护套挤压工艺通常实现的情形相比以更高速度形成接缝28和相关联电缆。

如图1中所示，接缝28在纵向轴线20的方向上延伸，且接缝28将片14的邻近于纵向边缘16和18的区段联接在一起，使得片14维持于包裹形状。在各种实施方案中，接缝28延伸经过电缆30的全部或基本上全部纵向长度，且在具体实施方案中，接缝28的纵向长度大于10cm、大于1m、大于10m、大于100m等等。在一些实施方案中，通过将相对的纵向边缘16和18带到一起成对接接触且接着用激光束24使它们熔接在一起来形成接缝28。在其它实施方案中，片14的邻近于边缘16和18中的一者的部分与另一相对边缘重叠从而形成重叠区段，且片14的重叠部分熔接在一起从而形成接缝28。

在各种实施方案中，片14由热塑性材料的预挤压片形成。在各种实施方案中，片14可以是用于电缆制造的多种材料，例如聚乙烯、中等密度聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龙、聚酯或聚碳酸酯及其共聚物。另外，片14的材料可以包含少量的其它材料或填充物，这对片14的材料提供不同性质。举例来说，片14可以包含提供着色、UV/光阻挡(例如，炭黑)、抗烧性等的材料。

在接缝28的形成后，光学电缆30退出成形块12，从而具有包围电缆芯元件的包裹管状外部电缆护套32。参见图2，示出根据示例性实施方案的包含例如外部电缆护套32的包裹电缆护套的光学电缆30的横截面图。外部电缆护套32具有：内表面34，其界定内部通路或腔，图示为中心孔36；以及外表面38，其大体上界定电缆30的最外表面。应大体上了解，护套32的内表面34界定内部区域或区，本文论述的各种电缆组件位于所述内部区域或区内，且通过将包裹片14的相对边缘接合在一起的焊接接缝28，护套32保持于图2中所示的包裹配置。此外，虽然图2示出由片14形成的外部电缆护套32，但片14可以被包裹且焊接以形成多种其它热塑性电缆层，例如内部电缆护套、热塑性粘结层等等。申请人相信通过利用预挤压片14(与在电缆组件周围挤压护套材料相反)，提供了用于形成光学电缆的更高处理量和/或更低成本工艺。

电缆30包含一个或多个光学传输元件或光学波导，图示为光纤40。在图示的实施方案中，多组光纤40位于多个缓冲管42中，且缓冲管42包裹(例如，以SZ绞股方式)在中心强度部件44周围。中心强度部件44可以是任何合适的轴向强度部件，例如玻璃加强塑料杆、钢杆/钢丝等等。大体上，电缆30在安装期间和之后对光纤40提供结构和保护(例如，在搬运期间的保护、隔开多种因素的保护、隔开环境的保护、隔开害虫的保护等等)。在其它实施方案中，电缆30的光纤是任何光纤传输布置，包含紧密缓冲光纤、光纤带、光纤带堆叠等等。

在各种实施方案中，电缆30还包含铠甲层，图示为铠甲46。大体上，铠甲46由包裹在缓冲管42周围且沿圆周包围缓冲管42的一条金属材料(例如，金属带、扁平长形连续材料片等等)形成。如图2中所示，铠甲46邻近于外部护套32的内表面定位，使得这两个层彼此接触。在具体实施方案中，铠甲46是包裹在电缆30的内部部分周围的波纹钢带材料，且在一些此类实施方案中，铠甲46纵向折叠从而形成纵向重叠区段，在此处带的相对边缘重叠而完全包围缓冲管42(和电缆30的任何其它内部组件)。在其它实施方案中，铠甲46可以是螺旋地包裹在缓冲管42周围的一条金属带材料，使得铠甲46形成沿圆周包围缓冲管42的层。大体上，铠甲层46对电缆30内的光纤40提供额外保护层，且可以防止损坏(例如，由在安装期间的接触或压缩造成的损坏、来自因素的损坏、来自啮齿动物的损坏等等)。电缆30可以包含多种其它组件或层，例如螺旋地包裹的粘结剂、圆周紧缩薄膜粘结剂、防水带材料、防水纤维材料等等。

参见图3，更详细地示出接缝28。如图3中所示，接缝28是熔化焊接接缝，其在径向方向上延伸护套32的整个厚度。在此类实施方案中，接缝28从内表面34延伸到外表面38。此外，接缝28具有图示为长度A的弧长度，且护套32的在接缝28外部的部分具有图示为B的弧长度。将了解，弧长度A和B一起总共为360度。在特定实施方案中，长度A是护套32的总圆周的相对小部分。在特定实施方案中，长度A小于40度，具体来说小于20度，更具体来说小于10度，且甚至更具体来说小于5度。在各种实施方案中，在接缝28外部的长度B大于270度，具体来说大于300度，更具体来说大于330度，且甚至更具体来说大于350度。

在特定实施方案中，接缝28充当维持护套32处于包裹配置的联接机构以及护套32内的容易打开的结构。将了解，在至少一些光学电缆安装中，护套32由用户打开以接达护套32内的光纤40，且在许多常规电缆设计中，例如开伞索等另外的容易打开的结构位于电缆护套中以便于打开。在特定实施方案中，不是单独利用另外的容易打开的结构，而是接缝28单独地或与例如开伞索等其它结构组合地充当电缆护套32内的容易打开的特征。

在此类实施方案中，接缝28以一方式配置使得在接缝28处的撕裂强度小于接缝28外部的护套32的撕裂强度。此差异撕裂强度允许用户沿着接缝28打开护套32而接达光纤40。在具体实施方案中，能够在不使用切割工具的情况下允许此打开，且在某些实施方案中，电缆30不包含护套嵌入打开结构，例如开伞索，这进一步简化了电缆30的构造。

参见图4和图5，示出根据示例性实施方案的包含接缝50的电缆30。除此处论述之处外，接缝50与接缝28基本上相同。如图4和图5中所示，接缝50是熔化焊接接缝，其并不在径向方向上延伸通过护套32的整个厚度。在此类实施方案中，接缝50具有图示为T1的平均径向厚度，且护套32具有图示为T2的平均径向厚度。如图4中所示，T1小于T2。在具体实施方案中，T1在T1的50％与99％之间，具体来说在T2的60％与95％之间，且更具体来说在T2的85％与95％之间。在各种实施方案中，接缝50的厚度T1是通过在接缝形成期间控制激光器22(例如，将激光器22聚焦到不同深度)来控制。在各种实施方案中，申请人相信通过形成不延伸完全通过护套32的接缝50可以控制或改进由本文论述的焊接接缝布置提供的容易打开的功能。

如图5中所示，在接缝50的位置处形成纵向延伸的表面凹陷，例如缺口52。大体上，缺口52来自于片14的相对边缘16和18的在接缝50的结构内未完全熔化的外部部分。在此布置中，缺口52在径向方向上与接缝50对准，且因此提供接缝50的位置的视觉或触觉指示。此外，缺口52导致在接缝50的位置处护套32的总平均厚度小于护套32的平均厚度T2，这又促进了电缆护套32沿着接缝50的打开。

如图5中所示，缺口52具有径向深度D1。在各种实施方案中，D1在T2的0.1％与50％之间，且具体来说在T2的1％与20％之间。如图5中可见，在具体实施方案中，缺口52的深度D1以及接缝50的径向厚度T1加在一起等于电缆护套32的总厚度T2。

参见图6，示出根据示例性实施方案的用于形成预挤压片14的系统60。如图所示，系统60包含挤压器62，其挤压聚合物材料的片14，具体来说是热塑性材料。系统60还包含交联装置，图示为电子枪64。大体上，片14从挤压器62运送通过电子枪64，电子枪将电子束66指向片14的一部分。

如图6中所示，电子枪64被配制成将电子束66指向片14的两个主表面(例如，在图6的定向上的上部和下部表面)，使得在片14的两个主表面上发生交联。因此，系统60实现从片14的两侧的交联，这与其中在形成管状电缆护套之后提供交联的交联布置形成对比。大体上，电子束66造成片14的接收电子束66的聚合物分子之间的交联。通过使片14的聚合物材料的至少一部分交联，改进了由片14形成的电缆护套的强度，且电缆护套随时间将经历的收缩量减少。虽然图6将系统60的交联装置示出为电子枪64，但系统60的交联装置可以是任何合适的交联装置，包含UV枪、x射线枪、伽马射线枪等等。

如图7中所示，系统60被配置成形成交联区段，图示为中心交联区段68。交联区段68具有图示为W1的宽度，其小于片14的总宽度，使得未交联区段70形成于纵向边缘16和18与中心交联区段68之间。在各种实施方案中，W1在片14的总宽度的50％与95％之间，具体来说在片14的总宽度的75％与95％之间，且更具体来说在片14的总宽度的80％与90％之间。在各种实施方案中，区段68内的交联的程度大于区段70内的交联的程度，且未交联区段70内的聚合物材料是基本上未交联的，使得区段70内的交联的程度小于区段68内的交联的程度。

返回参见图5，在特定实施方案中，接缝50(或接缝28)是通过将相对的未交联区段70的至少部分熔接在一起而形成。因此，当包裹和焊接片14时，所得电缆护套30具有由片14的包围接缝50的未交联区段70形成的未交联区域72，且护套32也包含由片14的沿圆周位于接缝50和包围未交联区域72外部的交联区段68形成的交联区域74。在各种实施方案中，未交联区域72具有弧长度C，且交联区域74具有弧长度D。在各种实施方案中，C小于40度，且D大于270度。

因为交联大体上升高片14的热塑性材料的熔化温度，所以此布置允许在比交联片14的整个宽度的情况更低的温度下通过熔化形成接缝50，同时仍为护套32的大部分提供改进的强度和由交联提供的收缩限制。另外，通过从围绕接缝50的区排除交联和伴随的加强，通过相对于护套32的其余部分进一步减小接缝50的强度而改进接缝50的容易打开的功能。

虽然本文论述且在附图中示出的具体电缆实施方案主要涉及具有界定基本上圆柱形内部孔的基本上圆形横截面形状的电缆，但在其它实施方案中，本文论述的电缆可以具有任何数目的横截面形状。举例来说，在各种实施方案中，电缆护套32可以具有卵形、椭圆形、正方形、矩形、三角形或其它横截面形状。在此类实施方案中，电缆的通路或内腔可以是与电缆护套32的形状相同的形状或不同的形状。在一些实施方案中，电缆护套32可以界定多于一个通道或通路。在此类实施方案中，多个通道可以具有彼此相同的大小和形状，或者可以各自具有不同的大小或形状。

本文论述的光学传输元件包含光纤，其可为由玻璃或塑料制成的柔性透明光纤。光纤可以用作波导以在光纤的两端之间传输光。光纤可以包含透明芯，其由具有较低折射率的透明包层材料包围。光可以通过全内反射保持于芯中。玻璃光纤可以包括二氧化硅，但也可以使用一些其它材料，例如氟锆酸盐、氟铝酸盐和硫属化物玻璃，以及晶体材料，例如蓝宝石。可以通过具有较低折射率的光学包层沿着光纤的芯引导光，所述光学包层通过全内反射在芯中截留光。包层可以涂覆有缓冲物和/或另一涂层，这保护包层免于潮湿和/或物理损坏。这些涂层可以是在牵拉工艺期间施加于光纤的外部的UV固化聚氨酯丙烯酸酯复合材料。涂层可以保护玻璃纤维束。本文论述的光学传输元件可包含广泛多种光纤，包含多模光纤、单模光纤、弯曲不敏感/抗弯光纤等等。在其它实施方案中，本文论述的光学电缆可以包含多芯光纤，且在此实施方案中，每一光学传输元件可以是具有多个光学传输元件(例如，由包层包围的多个光学芯)的单个一体式光学结构。

除非另外明确陈述，否则绝不希望本文阐述的任何方法被解释为要求所述方法的步骤按特定次序执行。因此，在方法权利要求并未实际陈述按其步骤遵循的次序或者在权利要求或说明书中未另外具体陈述步骤限于特定次序的情况下，绝不希望推断出任何特定次序。另外，本文使用的冠词“一”希望包含一个或多于一个组件或元件，且不希望解释为意味着仅仅一个。

本领域的技术人员将了解，在不脱离所公开实施方案的精神或范围的情况下可以做出各种修改和变化。由于本领域的技术人员可能想到带有实施方案的精神和实质的对所公开实施方案的修改、组合、子组合和变化，因此所公开实施方案应当解释为包含属于所附权利要求书及其等效物的范围内的任何事物。

Claims (20)

1.一种光学电缆，其包括：

多条光纤；

外部护套，其包括包裹在所述多条光纤周围的热塑性材料片，使得所述光纤由所述包裹热塑性材料片包围且所述包裹热塑性材料片的外表面界定所述电缆的最外表面；以及

焊接接缝，其将所述包裹热塑性片的相对纵向边缘联接在一起且维持所述外部护套处于围绕所述多条光纤的包裹配置，所述焊接接缝由所述包裹热塑性材料片的在熔接在一起的所述相对纵向边缘处的部分形成。

2.根据权利要求1所述的光学电缆，其中所述焊接接缝在径向方向上的厚度小于所述外部护套在所述径向方向上的平均厚度，其中所述焊接接缝沿着所述外部护套内在纵向方向上延伸。

3.根据权利要求2所述的光学电缆，另外包括沿着所述包裹热塑性材料片的所述外表面定位的纵向延伸的表面凹陷，所述表面凹陷与所述焊接接缝径向对准，使得在所述焊接接缝的位置处的所述外部护套的所述平均厚度小于所述外部护套的所述平均厚度。

4.根据权利要求1所述的光学电缆，其中所述焊接接缝形成于所述包裹热塑性材料片的相对圆周面对的边缘表面之间。

5.根据权利要求1所述的光学电缆，其中所述焊接接缝形成于所述包裹热塑性材料片的重叠部分之间。

6.根据权利要求1所述的光学电缆，其中位于所述焊接接缝外部的所述外部护套的聚合物交联在一起且所述焊接接缝内的聚合物未交联，使得所述焊接接缝内的交联的程度小于所述外部护套的在所述焊接接缝外部的部分内的交联的程度。

7.根据权利要求6所述的光学电缆，其中在所述焊接接缝处的撕裂强度小于在所述交联部分内的所述外部护套的所述撕裂强度。

8.根据权利要求6所述的光学电缆，其中所述焊接接缝的圆周弧长度小于40度，且所述电缆护套的包含交联聚合物的部分的圆周弧长度大于270度。

9.根据权利要求1所述的光学电缆，另外包括：

中心强度部件；以及

多个缓冲管，其包裹在所述中心强度部件周围，每一缓冲管包围所述多条光纤中的至少一条；

其中所述外部护套包围所述中心强度部件和所述多条缓冲管；

其中所述外部护套的所述热塑性材料是聚乙烯材料或聚氯乙烯材料中的至少一种。

10.一种光学电缆，其包括：

电缆护套，其包含界定通道的内表面，和外表面；

多个光学传输元件，其位于所述通道内；以及

接缝，其在所述电缆护套内纵向延伸，其中所述接缝将形成所述电缆护套的包裹聚合物片的相对纵向边缘联接在一起，且维持所述电缆护套处于围绕所述多个光学传输元件的包裹配置。

11.根据权利要求10所述的光学电缆，其中所述电缆护套是外部电缆护套，且所述电缆护套的所述外表面是所述电缆的最外表面，其中所述接缝具有至少10cm的纵向长度。

12.根据权利要求11所述的光学电缆，另外包括沿着所述外部电缆护套的所述外表面纵向延伸的表面凹陷，所述表面凹陷与所述接缝径向对准，使得在所述接缝的位置处的所述外部护套的平均厚度小于所述外部护套的平均厚度。

13.根据权利要求10所述的光学电缆，其中所述聚合物片是热塑性材料，且所述接缝是由所述包裹聚合物片的邻近于熔接在一起的所述相对纵向边缘的部分形成的焊接接缝。

14.根据权利要求13所述的光学电缆，其中所述电缆护套的位于所述接缝外部的部分内的聚合物交联在一起且所述接缝内的聚合物基本上未交联，使得所述接缝内的交联的程度小于所述电缆护套的在所述接缝外部的所述部分内的交联的程度。

15.根据权利要求14所述的光学电缆，其中所述接缝的圆周弧长度小于40度，且所述交联部分的圆周弧长度大于270度。

16.一种形成光学电缆的方法，其包括：

通过将热塑性材料片包裹在多个光学芯元件周围以使得所述包裹片的相对纵向边缘彼此接触或彼此重叠而形成电缆护套；以及

将所述包裹片的所述相对纵向边缘的热塑性材料的部分熔接在一起以使得形成接缝，所述接缝保持所述热塑性材料片处于围绕所述芯元件的包裹配置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中熔接包括将激光束指向所述包裹热塑性材料片的所述相对纵向边缘，使得在所述相对纵向边缘处的所述热塑性材料熔接在一起从而形成所述接缝。

18.根据权利要求16所述的方法，另外包括通过在包裹之前将能量束指向所述热塑性材料片的上部和下部表面而形成所述热塑性材料片内的交联区段。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述交联区段在所述热塑性材料片的纵向方向上延伸，其中所述交联区段具有垂直于所述纵向方向的宽度且所述热塑性材料片具有垂直于所述纵向方向的宽度，其中所述交联区段的所述宽度在所述热塑性材料片的所述宽度的50％与95％之间，使得纵向延伸的未交联区段位于所述交联区段与所述热塑性材料片的所述纵向边缘中的每一者之间。

20.根据权利要求19所述的方法，其中熔接在一起以形成所述接缝的所述热塑性材料部分是所述未交联区段。