CN115524784A - 自装配超密堆叠光纤带、其制备方法、光单元及光纤带缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自装配超密堆叠光纤带、其制备方法、光单元及光纤带缆。其目的在于光纤之间采用柔性的连接部形成竹排状，同时被覆高强度的并带树脂，同时解决柔性和并带稳定性的问题，形成可自装配超密堆叠的光纤带，由此解决现有的光纤带堆叠为光纤带阵列，空间不能充分利用或者蛛网光纤带容易散带的技术问题。所述光单元包括松套管和导光元件，所述导光元件采用多个所述自装配超密堆叠光纤带堆叠而成，收纳于所述松套管中。所述光缆包括所述光单元。本发明提供的光纤带可以形成自装配，减少在后续堆叠过程中出现扭转，翻带等一系列问题；同时光纤带可以进行弯曲，可以填充套管空隙，进一步提升光缆中光纤密度。

Description

自装配超密堆叠光纤带、其制备方法、光单元及光纤带缆

技术领域

本发明属于光通讯领域，更具体地，涉及一种自装配超密堆叠光纤带、其制备方法、光单元及光纤带缆。

背景技术

随着数字化要求不断提升，智慧化转型不断深入，光纤接入网络的需求剧增。但是随着信息技术多年的发展，管道资源日益匮乏，具有高纤容量光纤带光缆，已经被广泛应用于接入网络尤其是接入网主干环路及大型数据中心。不同于常规光缆，光纤带光缆一般装填多根光纤带，每一根光纤带是由多根光纤平行排列组成，光纤带光缆从结构上可分为层绞式、骨架式和中心管式，使用场景有略微差异，但是因其使用光纤带进行信号传输，熔接效率远高于常规光缆。

为进一扩大光纤带光缆装配稳定的使用优势，开发出了一系列光纤带，例如中国专利文献CN114296194A在光纤带上对称设计了两个凸型槽，凹凸槽提高了光纤带堆叠的稳定性，可以解决多个光纤带堆叠后易出现的错位、翻带、扭转等一系列问题。但是问题在于存在凹凸槽配对需精准导致装配复杂，同时，光纤带阵列和松套管形成外圆内方的横截面，无法有效利用圆形套管内部空间，对光缆中光纤密度提高有限。

目前提高带缆的光纤密度的有效方法之一是采用蛛网光纤带，柔性的蛛网光纤带侧向卷曲堆积在松套管中，充分利用了松套管内的空间，然而蛛网光纤带无法自装配，随机的叠加在一起，导致相对脆弱的光纤之间的连接部以一定概率脱落，导致蛛网光纤散带，目前尚无避免蛛网光纤带散带的方法，造成了熔接不便。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自装配超密堆叠光纤带、其制备方法、光单元及光纤带缆，其目的在于光纤之间采用柔性的连接部形成竹排状，同时被覆高强度的并带树脂，同时解决柔性和并带稳定性的问题，形成可自装配超密堆叠的光纤带，由此解决现有的光纤带堆叠为光纤带阵列，空间不能充分利用或者蛛网光纤带容易散带的技术问题。

为了改善这些问题，研发了一种自装配超密堆叠光纤带及带缆，套管中的光纤带密度进一步提高，且光纤带在光缆中能够实现自堆叠，有效解决翻带，弯折等一系列问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，包括并排设置的多根光纤，相邻的光纤之间装填有柔性粘结部，将光纤连接成竹排状；

光纤带外侧具有一层厚度均匀的并带树脂；

所述柔性粘结部，采用光固化树脂，其弹性模量在5~100MPa之间；

所述光纤带外侧的并带树脂厚度为10~30um；采用丙烯酸酯类光固化并带树脂，其模量在800~2000MPa。

优选地，所述自装配超密堆叠光纤带，其所述柔性粘结部采用的光固化树脂断裂延伸率在50%~300%。

优选地，所述自装配超密堆叠光纤带，其所述柔性粘结部的横截面上下轮廓为向内凹陷的曲线，自然状态下其曲率半径与所述光纤横截面轮廓的曲率半径相当。

优选地，所述自装配超密堆叠光纤带，其所述柔性粘结部的宽度在80~210um，厚度在20~140um。

优选地，所述自装配超密堆叠光纤带，其横截面上所述柔性粘结部与所述并带树脂的面积之比在1~9:1。

优选地，所述自装配超密堆叠光纤带，其所述柔性粘结部采用光固化丙烯酸树脂，其配方含有：质量份数10~50份的改性丙烯酸树脂预聚物、20~60份的活性单体稀释剂、1~8份的光引发剂，1~10份的助剂，5~10份的弹性体，0.01~1份的稳定剂及10~20份的增韧树脂。

优选地，所述自装配超密堆叠光纤带，其所述并带树脂为丙烯酸酯光固化树脂，固化度80%~95%。

按照本发明的另一个方面，提供了所述的自装配超密堆叠光纤带的制备方法，包括以下步骤：

采用压力涂覆方式，在位置固定成排的光纤外侧使用柔性树脂进行涂覆，通过控制柔性树脂用量和涂覆压力，使液态的柔性树脂在表面张力作用下形成预设的柔性粘结部横截面，再进行光固化，形成预粘连的光纤并带；

在所述预粘连的光纤并带外侧，通过模具定径涂覆并带树脂，并进行光固化，获得本发明给提供的自装配超密堆叠光纤带。

按照本发明的另一个方面，提供了一种套管光单元，其包括松套管和导光元件，所述导光元件采用本发明提供的自装配超密堆叠光纤带堆叠而成，收纳于所述松套管中。

按照本发明的另一个方面，提供了一种光纤带缆，其包括本发明提供的套管光单元；

所述带缆为中心管式光缆时，具有一个所述套管光单元，所述套管光单元外侧具有保护用外护套；

所述带缆为层绞式光缆时，具有多个所述套管光单元；还包括中心加强件，所述套管光单元与中心加强件绞合形成缆芯，缆芯外侧具有外护套。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

其一光纤带可以形成自装配，减少在后续堆叠过程中出现扭转，翻带等一系列问题。

其二光纤带可以进行弯曲，可以填充套管空隙，进一步提升光缆中光纤密度。

其三因为光纤带自装配形成的超密堆叠的结构，除了可以在生产过程中减少在光纤带缝隙间填充阻水材料这一步，根据堆叠理论，相对于光纤带阵列堆叠，该自装配超密堆叠方式有效增加套管中光纤带的堆叠层数。

附图说明

图1是本发明提供的自装配超密堆叠光纤带结构示意图；

图2是本发明提供的光纤带自装配示意图；

图3是本发明提供的光纤带局部发生侧向弯曲的示意图；

图4是本发明提供的套管单元结构示意图；

图5是本发明提供的中心管式光缆结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为光纤，2为柔性粘结部，3为并带树脂，4为光纤带，5为外护套，6为松套管，7为抗拉元件，8为纤膏，9为阻水纱，10为开缆绳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的光纤带，如图1所示，包括并排设置的多根相同规格光纤，优选包括2~24根光纤，任意两根光纤不直接接触，相邻的光纤之间装填有柔性粘结部，将光纤连接成竹排状，光纤带外侧具有一层厚度均匀的并带树脂。

相邻的光纤之间的柔性粘连部，使用低模量光固化丙烯酸树脂，弹性模量在5~100MPa，优选断裂延伸率在50%~300%，优选在50%~220%。

所述光纤带外侧的并带树脂厚度为10~30um；采用丙烯酸酯类光固化并带树脂，其模量在800~2000MPa。

光纤带外侧的并带树脂用于支撑光纤带结构，保证光纤带整体外观，避免散带的同时减少光纤带中光纤的自由移动；柔性的粘结部使光纤带具有侧向（光纤排列方向）卷曲的能力，另外柔性的粘结部亦能减小光纤带弯曲时受到并带树脂的约束而产生的应力，降低光纤衰减。

优选方案，所述柔性粘结部的横截面上下轮廓为向内凹陷的曲线，自然状态下其曲率半径与所述光纤横截面轮廓的曲率半径相当。这种柔性粘结部的外形，使柔性粘结部与光纤部分容易侧向嵌合，帮助自装配的堆叠结构稳定，充分利用管内空间，获得更高的光纤密度，如图2。

更具体的，所述柔性粘结部，具有一定宽度，即相邻光纤之间的距离，柔性粘结部的宽度在80~210um。柔性粘结部宽度不易过小，否则会影响光纤带的轴向弯曲性能，宽度太大则容易断裂，甚至影响成缆后光缆的抗压强度。同时应具有一定的厚度，所述柔性粘结部和外层包裹的并带树脂直接接触。为保证自装配特性及可弯折特性，柔性粘结部需要保证20~140um的厚度。柔性粘结部作为粘结部的主要组成部分，为光纤带弯折时主要作用部分，过厚会提升空间位阻，使光纤带整体难以侧向卷曲，导致光纤带分离及弯折困难；则导致光纤带竹排结构不稳定，高模量的并带树脂相对比例较高也降低了光纤带侧向弯曲的韧性。总之过厚与过薄的柔性粘结部，都会导致侧向卷曲性能下降。

优选方案，所述内层柔性粘结部厚度20~140um，其横截面上所述柔性粘结部与所述外层并带树脂的面积之比在1~9:1。同时柔性粘结部的面积占比不宜过多，过多会导致光纤带完整状态下的抗压性能下降。

现有的光纤带技术中，蛛网光纤可以实现柔性，一根蛛网光纤带可通过卷曲实现自装配，但是粘结部容易断裂，一直以来是蛛网光纤带的技术痛点。对于本发明双层复合光纤带，在提高光纤带柔性的同时，减少粘结部断裂可能性。柔性虽相对蛛网光纤带较差，所以光纤粘结部有一定的宽度要求，形成中间凹陷的长条状，通过多根光纤带一定程度的弯曲，自然形成相互装配结构，从而实现超密堆叠。

所述光纤柔性粘结部，因为其使用的并带树脂可以因其弹性形变在横向方向上进行弯折，且因为发生弯折的部位在粘结部，所以不会影响光纤的光学性能。如图3所示，因为光纤带的弯折性能，自装配光纤带除了可以在光缆中形成紧密排列外，光纤带还可以自由弯曲用于填充套管缝隙，形成超高密度光缆的缆芯，如图4所示。

光纤带的整体结构，在保留光纤带粘结部侧向卷曲性能的同时，兼具良好的结构强度，可以生产中实现自装配高密度堆叠，有别于现有的光纤带阵列的装配方式，其光纤密度明显的提升；而相对于目前通过减少连接部轴向分配的蛛网光纤带，则具有光纤带整体强度高，不易散脱的优势。

所述自装配光纤带，因光纤带整体结构上柔性粘结部延轴向形成大小与光纤部分配合的凹槽，在生产过程中，光纤带自放线架放出后，在集带模处形成自装配结构，两根相邻光纤带之间紧密相连，超密堆叠形成类蜂巢结构。同时，不同于蛛网光纤带过于随意的堆叠，本发明提供的自装配光纤带可有效避免光纤带在堆叠时容易出现的扭转，翻带等一系列问题。套管其他空隙填入可自由弯折的自装配光纤带，进一步提升光缆中光纤的密度。

所述光纤粘结部使用柔性材料，主要成分为低模量光固化丙烯酸树脂，所述材料的典型配方含有：质量份数10~50份的改性丙烯酸树脂预聚物、20~60份的活性单体稀释剂、1~8份的光引发剂，1~10份的助剂，5~10份的弹性体，0.01~1份的稳定剂及10~20份的增韧树脂。

所述外层并带树脂为丙烯酸酯光固化树脂，含有丙烯酸酯预聚物、单体稀释剂、以及紫外引发剂，丙烯酸酯光固化树脂透明均质，使用紫外光（UV）对其进行固化，固化度80%~95%。

对于光纤带整体而言，相邻光纤之间使用连续的柔性并带树脂进行连接，所有光纤及粘结部外面还包裹一层并带树脂进行固定，使得光纤带保持一定的结构强度，影响整体呈带纤的形式。

本发明提供的套管单元，如图4所示，包括松套管和导光元件，所述导光元件采用多个本发明提供的自装配超密堆叠光纤带堆叠而成，收纳于所述松套管中。

本发明提供的光纤带光缆，包括所述的套管光单元；

所述光缆为中心管式光缆时，具有一个所述套管光单元，所述套管光单元外侧具有保护用外护套；典型结构如图5所示。

所述光缆为层绞式光缆时，具有多个所述套管光单元；还包括中心加强件，所述套管光单元与中心加强件绞合形成缆芯，缆芯外侧具有外护套。所述松套管中装填多根自装配光纤带及阻水材料，按照预设的节距以SZ绞合的方式绕在中心加强件周围；所述节距值为：200~500mm；所述护套层包覆于缆芯外侧。

所述层绞式自装配超密堆叠光纤带光缆，具有多个填充有阻水材料套管的光单元；还包括中心加强件，所述光单元与中心加强件绞合形成缆芯，缆芯外侧具有外护套，套管内放置多根自装配超密堆叠光纤带。

本发明提供的自装配超密堆叠光纤带的制备方法，包括以下步骤：

采用压力涂覆方式，在位置固定成排的光纤外侧使用柔性树脂进行涂覆，通过控制柔性树脂用量和涂覆压力，使液态的柔性树脂在表面张力作用下形成预设的柔性粘结部横截面，再进行光固化，形成预粘连的光纤并带；

在所述预粘连的光纤并带外侧，通过模具定径涂覆并带树脂，并进行光固化，获得本发明给提供的自装配超密堆叠光纤带。

以下为实施例：

本实施例提供的自装配光纤带，光纤带中光纤之间装填有柔性粘结部，相邻两根光纤平行排列，外侧包裹了一层厚度均匀的并带树脂。光纤带的整体结构，在保留光纤带粘结部弯曲性能的同时，还具有一定的结构强度，在生产中实现自装配。

实施例1

如图1所示，以12芯自装配光纤带为例，光纤带中有12根光纤，光纤之间有柔性粘结部。光纤包层圆度（%）≤1.0%，芯包同心度误差（um）≤0.5%，包层直径约为125um，着色后的涂层直径约为250um。12根光纤之间平行排布，光纤中有柔性粘结部，光纤带整体外层包裹有一层15um厚的并带树脂。

所述光纤带的柔性粘结部，需要满足80~210um的宽度要求，粘连材料宽度过小，会影响光纤带的轴向弯曲性能，宽度太大则容易断裂。柔性粘结部的厚度要求是为了满足光纤带自装配特性。从横截面上看，所述光纤带粘结部主要由两部分构成，分别为内层柔性粘结部及外层并带树脂，内层柔性粘结部厚度要求20~140um，柔性粘结部与外层并带树脂的面积之比在1~9:1，

通过改变粘结部的尺寸，制作了五种自装配光纤带，并组合为送套管单元，并测试光纤带的自装配堆叠性能及弯曲性能。

柔性粘结部的配方为：20份改性丙烯酸树脂预聚物，48份的活性单体稀释剂，12份增韧树脂，5份弹性体，1份稳定剂及6份光引发剂及8份助剂。

并带树脂的配方为：50~80份环氧丙烯酸树脂，5~30份丙烯酸酯，1~9份光引发剂及0~12份助剂。

光纤带柔性连接部以及并带树脂的参数、性能测试如下表1所示：

表1 实施例1光纤带柔性粘结部以及并带树脂参数及性能

实施例2

如图1所示，以12芯自装配光纤带为例，光纤带中有12根光纤，光纤之间有柔性粘结部。光纤包层圆度（%）≤1.0%，芯包同心度误差（um）≤0.5%，包层直径约为125um，着色后的涂层直径约为250um。12根光纤之间平行排布，光纤中有柔性粘结部，光纤带整体外层包裹有一层15um厚的并带树脂。

所述光纤带柔性粘结部，宽度为160um，厚度为70um，满足光纤带自装配特性，且不容易发生断裂。

柔性粘结部配方为：质量份数10~50份的改性丙烯酸树脂预聚物、20~60份的活性单体稀释剂、1~8份的光引发剂，1~10份的助剂，5~10份的弹性体，0.01~1份的稳定剂及10~20份的增韧树脂。

并带树脂的配方为：60份环氧丙烯酸树脂，10份丙烯酸酯，2份光引发剂及5份助剂。

通过改变改性丙烯酸树脂预聚物，活性单体稀释剂及增韧树脂的比例，及调整柔性连接部以及并带树脂的模量，制作了五种自装配光纤带，并组合为松套管单元，测试光纤带的自装配堆叠性能及弯曲性能。

光纤带柔性连接部以及并带树脂的参数、性能测试如下表2所示：

表2 实施例2光纤带柔性粘结部以及并带树脂参数及性能

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，包括并排设置的多根光纤，相邻的光纤之间装填有柔性粘结部，将光纤连接成竹排状；

光纤带外侧具有一层厚度均匀的并带树脂；

所述柔性粘结部，采用光固化树脂，其弹性模量在5~100MPa之间；

所述光纤带外侧的并带树脂厚度为10~30um；采用丙烯酸酯类光固化并带树脂，其模量在800~2000MPa。

2.如权利要求1所述的自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，所述柔性粘结部采用的光固化树脂断裂延伸率在50%~300%。

3.如权利要求1所述的自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，所述柔性粘结部的横截面上下轮廓为向内凹陷的曲线，自然状态下其曲率半径与所述光纤横截面轮廓的曲率半径相当。

4.如权利要求1所述的自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，所述柔性粘结部的宽度在80~210um，厚度在20~140um。

5.如权利要求4所述的自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，其横截面上所述柔性粘结部与所述并带树脂的面积之比在1~9:1。

6.如权利要求1所述的自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，所述柔性粘结部采用光固化丙烯酸树脂，其配方含有：质量份数10~50份的改性丙烯酸树脂预聚物、20~60份的活性单体稀释剂、1~8份的光引发剂，1~10份的助剂，5~10份的弹性体，0.01~1份的稳定剂及10~20份的增韧树脂。

7.如权利要求1所述的自装配超密堆叠光纤带，其特征在于，所述并带树脂为丙烯酸酯光固化树脂，固化度80%~95%。

8.如权利要求1至7任意一项所述的自装配超密堆叠光纤带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用压力涂覆方式，在位置固定成排的光纤外侧使用柔性树脂进行涂覆，通过控制柔性树脂用量和涂覆压力，使液态的柔性树脂在表面张力作用下形成预设的柔性粘结部横截面，再进行光固化，形成预粘连的光纤并带；

在所述预粘连的光纤并带外侧，通过模具定径涂覆并带树脂，并进行光固化，获得本发明给提供的自装配超密堆叠光纤带。

9.一种套管光单元，其特征在于，包括松套管和导光元件，所述导光元件采用多个如权利要求1至7任意一项所述的自装配超密堆叠光纤带堆叠而成，收纳于所述松套管中。

10.一种光纤带缆，其特征在于，包括如权利要求9所述的套管光单元；

所述带缆为中心管式光缆时，具有一个所述套管光单元，所述套管光单元外侧具有内置保护用外护套；

所述带缆为层绞式光缆时，具有多个所述套管光单元；还包括中心加强件，所述套管光单元与中心加强件绞合形成缆芯，缆芯外侧具有外护套。

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