CN1194609A - 使用涂料添加剂增强剥离性的带状光缆 - Google Patents

Abstract

一种带状光缆。包括多根涂覆的基本共平面的光纤(2)和使所述多根涂覆光纤(2)保持基本共平面排列的带状光缆基质材料(4)。每根光纤(2)包括玻璃纤芯(6)、围绕并邻近纤芯(6)的包层(8)、和最好含有硅氧烷并围绕且邻近包层(8)的聚合物一次涂层(10)。一次涂层(10)粘合在包层(8)上形成包层—一次涂层界面。通过向该界面施加纵向剥离力,可从包层(8)上基本除去带状光缆基质(4)和一次涂层(10)。

Description

使用涂料添加剂增强剥离性的带状光缆

发明的领域

本发明总体上涉及带状光缆，更具体地说，涉及具有改进剥离性的带状光缆。

发明的背景

目前光纤已很大程度上取代了长距离通信电缆中的铜导体，并且光纤还被广泛地用于数据传输中。由于建立局部光纤网络能向居民和工业用户传送大容量的数据、音频和视频状的信息，因此预计在局部闭路电话和有线电视服务中会越来越多地使用光纤。另外，已经开始并且会越来越多地在家庭和商业中使用光纤进行内部数据、声音和视频通信。

使用光纤的一个主要缺点是难以获得有可接受的光传输损耗的端-端连接。对于良好的连接，两根光纤必须排列得非常精确。目前，与使用金属导体的安装相比，这种安装要求安装工具有高技能，并需要更长的时间和更昂贵的安装工具。另外，尽管这个问题对于长距离传输光纤也是重要的，但是当将光纤用于局部用途时，由于被安装光纤的单位长度的接头数目增加很多而使该问题尤为严重。

带状光缆提供一种标准化的设计，它无需操作单根光纤而简化光缆的结构、安装和保养。带状光缆是由多根光波导构成的，每根光波导通常涂覆有一层或多层用于保护光波导并减震的聚合物涂层。所述多根涂覆的光波导(每根光波导常被称为一根光纤)被带状光缆基质材料以共平面排列，基质材料将单根光纤粘合在一起，或者将多根光纤包裹在常用的外套或外壳中。

使用带状光缆降低了连接单根光纤所耗费的劳动和成本，因为可以通过连接大得多的带状光缆来连接在光缆中的光纤，只要可以精确地固定并保持光缆中的光纤位置即可。在一种常用的连接带状光缆的方法(称为多路熔接制作)中，第一步包括完全除去所有的保护性聚合物涂层和带状光缆基质材料。所述方法依靠一个V-元件(V-block)排列单根光纤。所述V-元件能很好地控制呈角度的排列，只要光波导在与V-元件接触的接触区中无任何突起(如不均匀的残余一次涂层)即可。另外，V-元件能精确地排列两根光波导的端部，只要在所述两个端部上残余的一次涂层材料具有相同的厚度即可。因此，两根光纤的排列和多路熔接制作的成功依赖于保护涂层的除去。事实上，如果涂层材料不能干净并容易地剥离，那么使用V-元件和其它类似部件的连接操作将会严重受阻。

从光波导上完全除去一次涂层的要求必须兼顾涂层在保护光波导免受机械应力、水分渗入(常用于制造光波导的石英材料对其特别敏感)和其它环境因素(hazards)影响方面的作用。保护光波导免遭这些危害很可能成为日益关注的话题，尤其在将光纤用于局部数据、音频和视频信号传输越来越普遍时。与光纤露出点少得多且被很好地包裹的长距离光缆中的相当密封的条件相比，具有很多接头数量的局部光纤更容易受各种环境因素的影响。例如，通常在相邻的支架中进行光纤连接，这些支架通常是不密封的，留出昆虫和动物进出光纤通道，并使光纤暴露在水汽和水分中。另外，发现许多光缆安装在现存的管槽，包括含有蒸气管线的管槽中，在这种管槽中涂层具有热损伤(单独的热损伤和与高湿度作用在一起的损伤)的危险，更不用说直接的蒸气冲击了。涂层保护光波导免遭机械应力和水分影响的性能与一次涂层和光波导之间的湿粘合力强度有关。

一次涂层对光波导的强粘合力以及容易并均匀地被剥离这两个双重的要求对一次涂层配方提出了困难的挑战。本发明的目的在于满足粘合力和剥离性这两个双重的要求。

发明的概述

本发明涉及带状光缆。所述带状光缆包括多根涂覆的基本共平面的光纤和带状光缆基质材料，所述基质材料使多根涂覆光纤呈基本共平面的排列。每根光纤包括纤芯、围绕并邻近纤芯的包层、以及围绕并邻近包层的聚合物一次涂层。所述聚合物一次涂层粘合在包层上形成包层-聚合物一次涂层界面。通过向包层-聚合物一次涂层界面上施加纵向的剥离力，可从包层上基本除去带状光缆基质材料和聚合物一次涂层，留下连续光滑的厚度约小于5微米的聚合物一次涂层材料的残余层。

本发明还涉及一种带状光缆，它包括多根涂覆的基本共平面的光纤，和保持所述多根涂覆的光纤使之基本呈共平面排列的带状光缆基质材料。每根光纤包括纤芯、围绕并邻近纤芯的包层、以及围绕并邻近包层的聚合物一次涂层。所述聚合物一次涂层材料包括硅氧烷。

另一方面，本发明涉及带状光缆的剥离方法。所述方法包括形成含有多根涂覆的基本共平面的光纤，和使所述多根涂覆光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料的带状光缆。每根涂覆的基本共平面的光纤包括纤芯、围绕并邻近纤芯的包层、以及围绕并邻近包层的聚合物一次涂层。聚合物一次涂层粘合在包层上形成包层-聚合物一次涂层界面。所述方法还包括向包层-聚合物一次涂层的界面施加足以将带状光缆基质材料和聚合物一次涂层材料从包层上剥离的纵向剥离力。聚合物一次涂层材料的组成使得在施加纵向剥离力以后，在包层上留下厚度约小于5微米的连续、光滑的聚合物一次涂层材料的残余层。

本发明还涉及适合于在光学玻璃纤维上形成一次涂层的涂料组合物。所述涂料组合物包括硅氧烷。

本发明带状光缆允许从包层上除去聚合物一次涂层，使得通过该除去方法在包层上残留的聚合物一次涂层的均匀性足以精确地排列(aligment)所述带状光缆。结果，能使用多路熔接制作技术高质量地连接本发明带状光缆。同时，一次涂层与包层之间的粘合力足以防止在潮湿环境下的脱层，并从而防止水分和其它环境因素对包层和纤芯的有害影响。

附图简述

图1是本发明4-芯带状光缆实施例的剖面图。

图2A-2C是本发明用于啮合并剥离带状光缆的带状光缆剥离设备的示意图。

发明的详细描述

本发明涉及带状光缆，所述光缆的剖面图示于图1。

一方面，本发明带状光缆包括多根涂覆的基本共平面的光纤2，和使所述多根涂覆光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料4。每根光纤包括玻璃纤芯6，围绕并邻近玻璃纤芯6的包层8，以及围绕并邻近包层8的聚合物一次涂层10。聚合物一次涂层材料10与包层8相粘合形成包层-聚合物一次涂层的界面12。向包层-聚合物一次涂层的界面12施加纵向的剥离力，可从包层8上基本除去带状光缆基质材料4和聚合物一次涂层10，留下厚度约小于5微米的连续并光滑的聚合物一次涂层10的残余层。

聚合物一次涂层10可任选地被聚合物二次涂层14所围绕并邻接，聚合物二次涂层14可以是紧贴的涂层，或者是松动的管状涂层。无论使用什么类型的二次涂层，二次涂层14的表面最好都能使相邻匝的光纤不发生粘连，从而能从加工卷盘上急拉放光缆(jerky payoff)。

本发明带状光缆的光纤单元还可任选地包括一层着色材料，如用于在光缆中识别各根光纤的彩色油墨涂层。较好的是，任选的油墨涂层围绕并邻近最外层的聚合物涂层。再参照图1，图1中的光纤包括任选的聚合物二次涂层14，油墨涂层16围绕邻近聚合物二次涂层14。

本发明光缆中的光纤包括纤芯。合适的光纤包括突变折射率光纤(纤芯的折射率不随离光纤轴的距离不同而不同，保持恒定)和渐变折射率光纤(纤芯的折射率随着离光纤轴的距离的不同而不同)。可使用任何常规的纤芯材料，如Berkey的美国专利4,486,212(在此引为参考)所述的材料。纤芯通常是石英玻璃，具有圆柱形剖面，单模光纤的直径为5-10微米，多模光纤的直径为20-100微米。纤芯可任选地含有不同量的用于改进其折射率的其它材料，如钛、铊、锗和硼的氧化物。或者，纤芯可以是塑料材料。但是由于塑料纤芯光纤的衰减损耗大，与玻璃纤芯光纤的常低于10dB/km的衰减损耗相比通常为数百dB/km，因此塑料纤芯光纤的使用常局限于很短的路径。

最好用折射率小于纤芯的包层围绕纤芯并与其相邻。可使用各种包层材料，包括塑料的和玻璃的(如石英和硼硅酸盐玻璃)制造常规的光纤。任何这些材料都能用于在本发明带状光缆中形成包层。

在许多应用中，纤芯和包层具有可辨别的纤芯-包层边界。或者，纤芯和包层无明显的边界，例如通常均由玻璃制成的纤芯和包层相互扩散，形成渐变折射率光纤。在另一种结构中，包层可由不同折射率的一系列玻璃或塑料层制成。本发明光缆可包含任何一种具有上述纤芯-包层结构的光纤。

包层被聚合物一次涂层所围绕并与其相邻。聚合物一次涂层的组成要使得向包层-聚合物一次涂层的界面施加纵向剥离力以后，能从包层上基本除去光缆基质材料和聚合物一次涂层，留下连续光滑的聚合物一次涂层材料的残余层。所述聚合物一次涂层的残余层的厚度约小于5微米，较好约小于3微米，最好约小于1微米。

用于去除的剥离力的大小不是关键的。但是，尤其当光缆中所含的光纤数量较大时，纵向剥离力宜小于约5000g，最好小于约4000g。测量纵向剥离力的方法对本领域的熟练技术人员是众所周知的。

基本除去光缆基质材料、聚合物一次涂层、任选的聚合物二次涂层和任选的油墨涂层的一种合适的方法是使用设定在60-140℃、150微米割刀间隙和100mm/min剥离速率的Fujikura HJS-01或Sumitomo JR4A热剥离器。这种类型剥离器的常用剥离工具示于图2A-2C。剥离设备20包括可移动部分22和固定部分24，两部分沿道轨26相互可滑动地啮合。可移动部分22包括可移动的基座部分28和用铰链连接在可移动基座部分28上的可移动盖子30。固定部分24包括固定的基座部分32和用铰链连接在固定的基座部分32上的盖子34。

在运行时，将带状光缆36置于光纤架38中，使大约25-30mm的带状光纤36突出光纤架38。如图2A所示在剥离设备20的可移动盖子30和固定盖子34处于开启状态下，根据图2A的箭头A所示将光纤架38放人剥离设备20中。随后闭合可移动盖子30和固定盖子34，使对置的割刀40压入光缆36，使割刀40从相对的两侧切入光缆36，切入深度为割刀间隙的一半。闭合固定盖子34还使光缆36的一部分靠在位于固定基座部分32中并通过导线43与电源(图中未显示)相连的加热器42中，与加热器42接触的光缆36部分被加热至加热器42的温度(通常约5-10秒)。随后，如图2B的箭头B所示，将可移动部分22沿与导轨26平行的方向从固定部分24中拉出，露出剥离的光纤44。现在参照图2C，打开可移动盖子30和固定盖子34，如图2C中的箭头C所示从剥离设备20上取出光纤架38。以管46表示的被剥离的光缆基质材料、聚合物一次涂层、任选的聚合物二次涂层和任选的油墨涂层被留在固定部分24中。

以180°剥离强度值表示的光纤的聚合物一次涂层与包层之间的粘合力最好约50-2g。180°剥离强度的测量方法可参见ASTM D-903(在此引为参考)。

聚合物一次涂层材料最好包括硅氧烷。合适的硅氧烷是含有Si-O-Si键并且通式为(-R¹R²Si-O-)_x的聚有机硅化合物，所述通式中x是至少为2的整数，最好为2-10⁵，R¹和R²可以相同或不同，为烷基部分。较好的是，R¹和R²是未取代的C₁-C₆的烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基、己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、环己基等。最好的是，R¹和R²各自为甲基。合适的硅氧烷包括线型、支链或环状的硅氧烷。合适的线型硅氧烷的一个说明性的例子是六甲基二硅氧烷。较好的环状硅氧烷是那些至少含有3个硅原子，最好含3-6个硅原子的环状硅氧烷，包括六甲基环三硅氧烷，八甲基环四硅氧烷(“OMCTS”)，十甲基环五硅氧烷，十二甲基环六硅氧烷及其混合物。OMCTS特别适用于本发明光缆中。这些和其它多甲基环硅氧烷的制备描述在Baile等的美国专利4,689,420(在此引为参考)中。

较好的是，在聚合物一次涂层材料中硅氧烷的含量由约0.25重量％至硅氧烷在组成聚合物一次涂层材料的一种或多种聚合物中的溶解度极限。通常，所述溶解度极限是不使聚合物一次涂层材料浊化(clouding)的最大硅氧烷浓度。在聚合物一次涂层材料中硅氧烷最好的浓度约为2-10重量％，优选约3-7重量％。

聚合物一次涂层材料最好包括烯键不饱和的可紫外线固化聚合物，如聚烷基丙烯酸烷酯或丙烯酸酯封端的烷基丙烯酸酯。合适的聚烷基丙烯酸烷酯包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等。其它合适的聚合物一次涂层材料(如Levy的美国专利4,324,575(在此引为参考)所述的材料)对本领域的熟练技术人员是显而易见的。

一种特别好的聚合物一次涂层材料是将硅氧烷与Coady等的美国专利5,219,896(简称Coady，在此引为参考)所述的涂层材料混合在一起制成的。

简单地说，所述特别好的涂层材料包括(1)按涂料组合物的总重量计，约30-80重量％数均分子量约2500-8000道尔顿的丙烯酸酯封端的聚氨酯(丙烯酸酯化的聚氨酯)；(2)约20-60重量％未取代的或C₇-C₁₀，最好是C₈-C₉烷基取代的酚的丙烯酸酯，所述酚被C₂-C₄的环氧烷烷氧基化，每摩尔酚含有约1-5摩尔环氧烷；(3)约5-30重量％至少一种玻璃化温度(T_g)约为-90～-45℃，最好低于约-60℃的丙烯酸烷酯；和(4)约2-10重量％，最好为约3-7重量％的硅氧烷。

所述丙烯酸封端的聚氨酯是一种预聚物、有机二异氰酸酯和羟基丙烯酸酯的反应产物。所述预聚物是含有氧和/或氮原子的碳链，使用二异氰酸酯可将丙烯酸酯官能度的端基加入所述碳链。所述预聚物平均具有至少约二个能与异氰酸酯基团反应的预聚物官能团，如羟基。巯基、氨基等。预聚物的数均分子量约为700-2000，较好约800-2000道尔顿。合适的预聚物包括聚碳酸酯、以及聚醚(如聚环氧丙烷和聚(1，4-丁二醇))和聚碳酸酯的混合物。尽管所有上述预聚物都适用于本发明光缆中，但是采用烷氧基化酚的丙烯酸酯时，尤其从水解和氧化稳定性的观点看，聚碳酸酯二醇给出很好的结果，因此是较好的。

聚碳酸酯二醇通常是用烷二醇(如1，4-丁二醇、1，6-己二醇和1，12-十二醇；亚烷基醚二醇，如二缩三乙二醇和二缩三丙二醇；或其混合物)醇解碳酸二乙酯或碳酸二苯酯制得的。合适的聚碳酸酯二醇包括DURACARB 122(购自PPGIndustries)和PERMANOL KM10-1733(购自Permuthane，Inc.，MA)。DURACARB122是用己二醇醇解碳酸二乙酯制得的。

可单独使用各种二异氰酸酯或使用各种异氰酸酯的混合物制备丙烯酸酯化的聚氨酯。代表性的二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、己二异氰酸酯、亚环己基二异氰酸酯、亚甲基二环己烷二异氰酸酯、2，2，4-三甲基己二异氰酸酯、邻-苯二异氰酸酯、4-氯-1，3-苯二异氰酸酯、4，4’-联苯二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、1，4-丁二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、1，10-癸二异氰酸酯、1，4-亚环己基二异氰酸酯，较好的是异佛尔酮二异氰酸酯(“IPDI”)。

羟基丙烯酸酯可以是单丙烯酸酯或多丙烯酸酯。异氰酸酯基与羟基丙烯酸酯的羟基反应生成氨基甲酸酯键，结果形成丙烯酸酯封端的聚氨酯。合适的单羟基丙烯酸酯是丙烯酸和多丙烯酸羟基C₂-C₄的烷酯，如丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甘油基二丙烯酸酯及其混合物。也可采用上述丙烯酸酯的甲基丙烯酸酯对应物。

为制备丙烯酸酯化的聚氨酯，可将预聚物二醇、二异氰酸酯和羟基丙烯酸酯分别以约1∶2∶2-5∶6∶2的摩尔比与少量催化剂(如约0.03-0.1重量％，最好约0.04重量％二月桂酸二丁基锡)相混合。吹入干燥的气体(如干燥的空气、氮气或二氧化碳)以确保不存在会不利于反应的水分。该反应在约40-80℃的温度下进行，反应的时间足以基本消耗所有的预聚物二醇和羟基丙烯酸酯的羟基官能度以及二异氰酸酯的游离氮-碳-氧基团(“NCO”)。制备丙烯酸酯化的聚氨酯的进一步详细描述可参见Coady(在此引为参考)。

聚合物一次涂层材料可包括少量(通常约0.5-6％)常规的光引发剂和抑制剂、增粘剂和稳定剂。

使用的光引发剂是可光固化的烯键不饱和涂料的常用组分。合适的光引发剂是芳基酮类，如二苯甲酮、苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、苯偶姻、苯偶酰、蒽醌等。市售的光引发剂有IRGACURE 184，它是购自Ciba-Geigy Corp.，Ardsley，NY的羟基环己基苯基酮。必要时，可使用约小于0.1重量％的试剂(如吩噻嗪或丁基化的羟基甲苯)抑制自由基聚合。

硅烷偶联剂是常规的增粘剂，其含量常约为1重量％。硅烷偶联剂的说明性的例子包括购自Huls，Bristol，PA商品名为MEMO的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和购自Union Carbide Corp.(Danbury，CT)商品名为A-189的γ-巯丙基三甲氧基硅烷。

使固化后的组合物具有紫外光稳定性的常规稳定剂(如位阻胺)的含量可约小于1重量％。所述稳定剂说明性的例子包括购自Ciba-Geigy Corp.，Ardsley，NY商品名为TINUVIN 770的癸二酸二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯，和也购自Ciba-Geigy Corp.的商品名为IRGANOX 1035的硫代二亚乙基(3，5-二叔丁基-4-羟基)氢化肉桂酸酯。

用于二次涂层的常用涂料包括用紫外光照射分子会交联的聚氨酯丙烯酸酯液体。其它合适的用作聚合物二次涂层的材料以及这些材料的挑选原则对本领域的熟练技术人员是众所周知的，并可参见例如Chapin等的美国专利4,962,992和5,104,433(简称Chapin的专利，在此引为参考)。还可加入各种能增强涂层的一种或多种性能的添加剂，包括混入聚合物一次涂层材料中的上述添加剂。

包层、各层涂层的厚度以及纤芯的直径对于实施本发明不是关键的。作为例子，对于单模光纤纤芯和包层加在一起的直径一般约为125微米。各层聚合物涂层的厚度约为30微米，结果涂覆光纤的总直径约为250微米。

本发明带状光缆还包括使多根涂覆光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料。可用带状光缆基质材料包封多根光纤，或者用所述基质材料将光纤粘结在一起。所述基质材料可由单层制成或具有复合结构。合适的基质材料包括聚氯乙烯和已知适用于作为一次涂料和二次涂料的其它材料。较好的是，基质材料与用作任选的二次涂层的材料属于同一类材料。

可使用标准方法制造本发明带状光缆。简单地说，所述制造方法包括制备纤芯和包层，用聚合物一次涂料涂覆所述包层，任选地用聚合物二次涂料涂覆所述聚合物一次涂层，任选地在所述二次涂层上涂覆油墨涂层，将多根涂覆光纤以共平面排列，向所述光纤施加带状光缆基质材料以便能随后保持所述平面排列。

通常用本领域中众所周知的方法用独立的操作制备纤芯和包层。合适的方法包括例如Midwinter，Optical Fibers for Transmission，New York：John Wiley，pp.166-178(1979)(在此引为参考)所述的双坩埚法；管棒(rod-in-tube)法和石英沉积掺杂(“DDS”)法(通常也称为化学气相沉积(“CVD”)法或气相氧化(“VPO”)法)。各种DDS方法是已知的并适合于制造用于本发明带状光缆中的纤芯和包层。所述各种DDS方法包括例如Blakenship等在“The Outside Vapor DepositionMethod of Fabricating Optical Waveguide Fibers”IEEE J.Quantum Electron.，18：1418-1423(1982)(在此引为参考)中描述的外部CVD；例如Inada在，“RecentProgress in Fiber Fabrication Techniques by Vapor-phase Axial Deposition”IEEE J.Quantum Electron.，18：1424-1431(在此引为参考)中描述的轴向气相沉积(“AVD”)法；以及例如Nagel等在“An Overview of the Modified Chemical VaporDeposition(MCVD)Process and Performance，”IEEE J.Quantum Electron.，18：459-476(1982)(在此引为参考)中描述的内部CVD(通常也称为改进的CVD(“MCVD”)或内部气相沉积(IVD))。

一次涂料是用常规方法涂覆在玻璃纤维上的。所述涂覆方法可用于单根光纤上或用于多根光纤上。

从局部均匀加热至约2000℃的特制圆柱形预制件上拉制玻璃光纤是众所周知的。当加热所述预制件(如将预制件加入并使之通过一加热炉)时，可从该熔融的材料中拉制玻璃纤维。当从预制件上拉得玻璃纤维后，最好立即将一次涂料和任选的二次涂料施涂在该玻璃纤维上。一般来说，常使玻璃纤维通过一个充有未固化的或溶解的聚合物一次涂料的池中，以将未固化的或溶液状的聚合物一次涂料施涂在玻璃纤维上。随后使涂料固化或随后除去溶剂制得固化涂覆光纤。固化方法可使用热方法和光方法，如根据聚合物涂料的性能和使用的引发剂，可将经涂覆的未固化聚合物涂层置于紫外光下。在拉制过程中依次施涂聚合物一次涂料和聚合物二次涂料通常是有利的。向移动的玻璃纤维施涂两层涂层的一种方法可参见Taylor的美国专利4,474,830(在此引为参考)。在玻璃纤维上施涂两层涂料的另一种方法可参见Rennell等的美国专利4,851,165(在此引为参考)。同样，可施涂油墨层。

接着将涂覆的光纤以共平面排列，并在施加未固化的带状光缆基质材料和进行固化时保持该排列。在某些情况下，尤其是光纤的拉制、涂覆和带状光缆的制造的最佳速率明显不同时，先制得多个涂覆光纤的线盘，随后单独地制备带状光缆是有利的。

一般可UV固化的带状光缆基质材料是一种包括树脂、稀释剂和光引发剂的混合物。所述树脂可包括由羟基封端的丙烯酸烷酯和分子量为1000-6000道尔顿的聚醚多醇的聚酯与脂族或芳族二异氰酸酯的反应产物反应合成的二烯键封端的树脂。或者，所述树脂可包括由丙烯酸缩水甘油酯与分子量为1000-6000道尔顿的羧基封端的聚合物或聚醚反应合成的二烯键封端的树脂。所述稀释剂可包括分子量为100-1000道尔顿的单官能或多官能丙烯酸酯，N-乙烯基吡咯烷酮或乙烯基己内酰胺。适用于带状光缆基质材料的光引发剂包括酮化合物，如二乙氧基苯乙酮、苯乙酮、二苯酮、苯偶姻、蒽醌和苄基二甲醛缩苯乙酮。在一般组合物中，带状光缆基质材料包括50-90重量％树脂、5-40重量％稀释剂和1-10重量％的光引发剂。也可使用其它合适的添加剂，如甲基丙烯酸酯、UV固化的环氧树脂或不饱和聚酯。

将光纤包封在带状光缆基质材料中的各种方法是众所周知的。简单地说，在剖面基本呈矩形的涂覆室中使多根涂覆光纤平排通过液态带状光缆基质材料，所述光缆基质材料最好是用压力或真空输送的。包封光缆的制造方法的更详细资料可参见Mayr的美国专利4,752,112和Oestreich等的美国专利5,486,378(均在此引为参考)。

在带状光缆基质材料与最外层的聚合物涂层是相同的时，可在使相邻光纤相互间以相切接触的同时向最外层的聚合物涂层施加合适的溶剂以形成带状光缆基质材料。溶剂使最外层的聚合物涂层部分溶解，并通过蒸去溶剂使相邻的光纤相互间融合在一起，从而形成带状光缆。在这个方法中，可通过将光缆置于环境大气中，或者例如向移动的带状光缆导入吸收溶剂的气体以帮助溶剂干燥。在卷在线盘上进行储存前，最好向光缆洒上粉末(如硬脂酸钙)以降低置于溶剂中产生的任何残余的粘性。为用最外层聚合物涂层制造带状光缆基质材料，必须仔细挑选溶剂并施加控制的量和浓度。如果溶剂作用太大，会将最外层聚合物涂层完全剥离。另一方面，作用太小的溶剂不足以溶解涂层。用溶剂焊接方法制造带状光缆的更详细描述可参见Eichenbaum等的英国专利1,570,624和美国专利4,147,407(均在此引为参考)。

本发明还涉及剥离带状光缆的方法。所述方法包括形成带状光缆，所述光缆含有多根涂覆的基本共平面的光纤和使所述多个涂覆光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料，每根涂覆的基本共平面的光纤包括玻璃纤芯、围绕并邻近所述玻璃纤芯的包层，围绕并邻近所述包层的聚合物一次涂层，任选的围绕并邻近所述聚合物一次涂层的聚合物二次涂层，以及任选的围绕并邻近所述聚合物二次涂层(在不使用任选的聚合物二次涂层的情况下，围绕并邻近所述聚合物一次涂层)的油墨涂层。聚合物一次涂层粘合在包层上形成包层-聚合物一次涂层的界面。所述方法还包括向所述包层-聚合物一次涂层界面施加能有效地从包层上基本除去带状光缆基质材料和聚合物一次涂层(以及任选的聚合物二次涂层和任选的油墨涂层，如有的话)的纵向剥离力。带状光缆基质材料的组成使得在施加纵向剥离力以后留下厚度约小于5微米的连续光滑的聚合物一次涂层材料的残余层。

纵向剥离力是用剥离工具施加在包层-聚合物一次涂层的界面上的。所述剥离工具具有一对对置的割刀，割刀间隙等于或稍微大于纤芯和包层的总直径(即等于或稍微大于纤芯直径和两倍包层厚度之和)。将靠近一端的光缆插入剥离工具，使要除去涂层的光缆部分伸出割刀的前端，闭合两把割刀使之的间距等于割刀间隙。这个操作切割了光缆基质材料、任选的油墨涂层、任选的聚合物二次涂层、和大部分聚合物一次涂层的相对的两侧，从而使涂层和带状光缆基质材料能很好地断开。在保持闭合状态的同时，使割刀朝要剥离的带状光缆的端部移动，从而向包层-聚合物一次涂层的界面施加纵向(即平行于光纤轴的方向)剥离力。在许多情况下，在施加纵向力以前向要除去的带状光缆基质材料部分的表面加热(通常在约80-110℃加热小于1秒至数分钟)可减少除去涂层和带状光缆基质材料所需的纵向剥离力的量。

特别适用于剥离操作的工具可市售购得。较好的剥离工具包括设定在60-140℃和150微米割刀间隙的Fujikura HJS-01和Sumitomo JR4A热剥离器。它们的结构和使用方法示于图2A-2C并如上所述。

通过下列实施例将进一步说明本发明。

实施例

实施例1：制备一次涂料组合物

以下表1所述的量在合适的容器中混合丙烯酸2-羟基乙酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、丙烯酸辛/癸酯和吩噻嗪制得丙烯酸酯封端的聚氨酯。在反应过程中保持搅拌并吹入干燥的空气。使混合物的温度升至约40℃并在该温度保持约2小时。随后，将表1所列量的聚碳酸酯二醇加入所述容器并与所述混合物混合。将混合物的温度升至约70℃，并使混合物保持该温度的时间足以消耗基本所有的游离NCO。

                          表1：

            丙烯酸酯封端的聚碳酸酯二醇基聚氨酯

                组分                      重量份

                聚碳酸酯二醇              55.50

                丙烯酸2-羟基乙酯          5.46

                异佛尔酮二异氰酸酯        19.01

                丙烯酸辛/癸酯             19.94

                二月桂酸二丁基锡          0.06

                吩噻嗪                    0.03

在配方中使用的聚碳酸酯二醇为购自Permuthane Coatings，Peabody，MA的PERMANOL KM 10-1733，使用的丙烯酸辛/癸酯购自Radcure Specialities，Inc.，Louisville，KY的ODA。

将部分上述丙烯酸酯化的聚氨酯与丙烯酸烷氧基化酚酯和丙烯酸苯氧基乙酯以表2涂料A所示的比例混合。

                表2：一次涂料组合物

                                     重量分

         组分                    涂料A    涂料B

         丙烯酸酯化的聚氨酯^a    6.23     57.9

         丙烯酸苯氧基乙酯        33.1     30.8

         IRGACURE 184^b          2.0      1.9

         PAPO^c                  1.0      0.9

         硅烷^d                  1.0      0.9

         IRGANOX 1035^e          0.5      0.5

         POLYCAT DBU^f           0.1      0.1

         OMCTS^g                 -        7.0

^a使用根据表1制得的丙烯酸酯化的聚氨酯；

^b购自Ciba-Geigy Corp.，Ardsley，NY的芳基酮光引发剂；

^c购自Ciba-Geigy Corp.，Ardsley，NY的酰基膦氧化物光引发剂；

^d购自Union Carbide Corp.，Danbury，CT.的A-189增粘剂；

^e购自Ciba-Geigy Corp.，Ardsley，NY的稳定剂；

^f购自Air Products and Chemicals，Inc.，Allentown，PA的胺催化剂；

^g八甲基环四硅氧烷。

向5个含有组合物A的小瓶中分别加入1重量％、3重量％、5重量％和10重量％的OMCTS。将小瓶盖上盖子并反复颠倒以混合组分。除了含有10重量％OMCTS的小瓶稍微混浊以外，所有小瓶均为透明的，表明在一次涂料组合物A中OMCTS的溶解极限约为10重量％。为了将硅氧烷对剥离性的影响减至最小并避免不溶的OMCTS可能造成问题复杂化，配制一次涂料B时使用7重量％的OMCTS。

将7份OMCTS加入93份一次涂料组合物A中并将混合物混合过夜制得组成如表l所列的含OMCTS的一次涂料B。第二天早晨观察到非浑浊的溶液。

实施例2：制备带状光缆

拉制购自康宁公司(Corning，NY)的标准1528单模光纤，并用Chapin专利(在此引为参考)中描述的涂覆方法用一次涂料组合物A或一次涂料组合物B涂覆之。随后用二次涂料如配方物950-044以及用LTS油墨组合物(均购自DSMDesotech，Inc.(Elgin，IL))涂覆所述光纤。

使用Oestreich等的美国专利5,486,378(在此引为参考)所述的方法和设备和带状光缆基质材料(购自DSM Desotech，Inc.(Elgin，IL)的配方物950-706)制得两根12-芯光缆。一根光缆使用由一次涂料组合物A制得的光纤，另一根光缆使用由一次涂料组合物B制得的光纤。

实施例3：单根光纤评价

分别对不含OMCTS和含有7重量％OMCTS的单根标准光纤A和B评价干和湿剥离力(EIA/TIA-455-178)以及干和湿拉出力(ITM-5)。

表3所列的单根光纤数据表明与不含OMCTS的光纤相比，含OMCTS的光纤无论在于还是在湿状态都表现出较小的拉出力。较小的拉出力是光纤在光缆形态表现出增强的剥离性能的常见特性。

                       表3：单根光纤的评价结果

	光纤A	光纤B
			一次涂料中OMCTS的浓度	0％	7重量％
干剥离力(lbs)	0.54	0.45
			湿剥离力(lbs)	0.54	0.42
干拉出力(lbs)	1.49	0.56
			湿拉出力(lbs)	0.79	0.85
％吸水性	0.77	0.99
			％水萃取物	0.33	0.57
室温水浸泡2天8天14天30天	TYP1不脱层TYP不脱层不脱层不脱层	1(0.02)不脱层不脱层不脱层
			70℃水浸泡2天8天14天30天	TYP不脱层TYP不脱层2(0.16)1(0.19)	不脱层1(2.3)不脱层不脱层
30天70℃水浸泡衰减1300nm1550nm	TYP＜0.05db/kmTYP＜0.05dB/km	0.01dB/km0.02dB/km

¹TYP是指所示的数据是由本试样和相同材料的其它试样所获得的数据的平均值。

为了评价OMCTS对包层和一次涂层之间的粘合力的影响，在室温和70℃将各光纤在水中浸泡30天。分别在浸泡的2、8、14和30天进行与脱层程度非常相关的MIS试验作为水浸泡的结果。表3所列的MIS试验结果表明加入OMCTS未抑制一次涂层和包层之间的粘合力形成。含OMCTS的光纤在70℃浸泡30天后在1300nm和1550nm的信号衰减未增加进一步证实了未发生脱层。如果发生脱层，将可预计到在水浸泡情况下衰减明显增加。这进一步证实加入OMCTS不会影响一次涂层的粘合情况。

两种涂层还表现出几乎相同的吸水性和水萃取特性。

实施例4：评价带状光缆

对两根12-芯带状光缆测定剥离力、洁净度等级和除管(tube off)等级。使用设定在100℃和150微米割刀间隙的Fujikura(Alcoa Fujikura Ltd.，Duncan，SC)热剥离器测定带状光缆的剥离力。以100mm/min速率剥离试样，在200Hz监测剥离力，记录各次试验的峰值剥离力。将洁净度分成5级，其中1表示无残留地完全干净地剥离，5表示剥离后残留物不能用醇擦去。

带状光缆的数据列于表4。由这些数据可见剥离力有了很大的下降，从不含OMCTS的带状光缆(带状光缆A)的5800g降至含OMCTS的带状光缆(带状光缆B)的3974g。与标准带状光缆相比含OMCTS的带状光缆的洁净度等级明显较低(表明带状光缆更干净)。

                   表4：带状光缆评价

	带状光缆A	带状光缆B
			一次涂料中OMCTS的浓度	0％	7重量％
剥离力100℃ & 30mm/sec100℃ & 100mm/sec	6203g5800g	4053g3974g
			洁净度等级100℃ & 30mm/sec100℃ & 100mm/sec	4.23.8	2.82.6
除管等级100℃ & 30mm/sec100℃ & 100mm/sec	2.22.6	11

尽管出于说明的目的对本发明进行了详细的描述，但是应该理解这种详细描述完全为了说明的目的，在不偏离所附的本发明权利要求的精神和范围的情况下，本领域的熟练技术人员可对本发明进行各种变化。

Claims (47)

1.一种带状光缆，它包括：

多根涂覆的基本共平面的光纤和使所述多根涂覆光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料，每根所述光纤包括纤芯、围绕并邻近所述纤芯的包层以及围绕并邻近所述包层的聚合物一次涂层，其中所述聚合物一次涂层粘合在包层上形成包层-聚合物一次涂层的界面，通过向所述包层-聚合物一次涂层的界面施加纵向剥离力，可将所述带状光缆基质材料和所述聚合物一次涂层从所述包层上基本除去，留下连续光滑的厚度约小于5微米的聚合物一次涂层材料的残余层。

2.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述残余层约小于1微米厚。

3.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述残余层约小于5000g。

4.如权利要求3所述的带状光缆，其特征在于所述纵向剥离力小于4000g。

5.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层以约50-2g的180°剥离强度粘合在所述包层上。

6.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述带状光缆基质材料围绕所述多根涂覆光纤。

7.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述带状光缆基质材料包括烯键不饱和的可紫外光固化的聚合物。

8.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层包括烯键不饱和的可紫外光固化的聚合物。

9.如权利要求8所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层包括聚烷基丙烯酸烷酯。

10.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层包括丙烯酸酯封端的聚氨酯。

11.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层还包括硅氧烷。

12.如权利要求11所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷在所述聚合物一次涂层中的含量约为2-10重量％。

13.如权利要求12所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷在所述聚合物一次涂层中的含量约为3-7重量％。

14.如权利要求11所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷是一种含有Si-O-Si键并且通式为(-R¹R²Si-O-)_x的聚有机硅化合物，所述通式中x是2-10⁵的整数，R¹和R²可以相同或不同，为烷基部分。

15.如权利要求11所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷是含3-6个硅原子的环硅氧烷。

16.如权利要求15所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷是八甲基环四硅氧烷。

17.如权利要求1所述的带状光缆，其特征在于每根所述涂覆的、基本共平面的光纤还包括围绕并邻近所述聚合物一次涂层的聚合物二次涂层。

18.如权利要求17所述的带状光缆，其特征在于每根所述涂覆的、基本共平面的光纤还包括围绕并邻近所述聚合物二次涂层的油墨涂层。

19.一种带状光缆，它包括：

多根涂覆的基本共平面的光纤和使所述多根涂覆的光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料，每根所述光纤包括纤芯、围绕并与邻近所述纤芯的包层以及围绕并邻近所述包层的聚合物一次涂层，其中所述聚合物一次涂层含有硅氧烷。

20.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层还包括烯键不饱和的可紫外光固化的聚合物。

21.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述聚合物一次涂层还包括丙烯酸酯封端的聚氨酯。

22.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷在所述聚合物一次涂层中的含量约为2-10重量％。

23.如权利要求22所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷在所述聚合物一次涂层中的含量约为3-7重量％。

24.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷是一种含有Si-O-Si键并且通式为(-R¹R²Si-O-)_x的聚有机硅化合物，所述通式中x是2-10⁵的整数，R¹和R²可以相同或不同，为烷基部分。

25.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷是含3-6个硅原子的环硅氧烷。

26.如权利要求25所述的带状光缆，其特征在于所述硅氧烷是八甲基环四硅氧烷。

27.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述带状光缆基质材料围绕所述多根涂覆光纤。

28.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于所述带状光缆基质材料包括烯键不饱和的可紫外光固化的聚合物。

29.如权利要求19所述的带状光缆，其特征在于每根所述涂覆的基本共平面的光纤还包括围绕并邻近聚合物一次涂层的聚合物二次涂层。

30.如权利要求29所述的带状光缆，其特征在于每根所述光纤还包括围绕并邻近所述聚合物二次涂层的油墨涂层。

31.一种剥离带状光缆的方法，它包括：

形成含有多根涂覆的基本共平面的光纤和使所述多根涂覆光纤保持基本共平面排列的带状光缆基质材料的带状光缆，其中每根涂覆的基本共平面的光纤包括纤芯、围绕并邻近所述纤芯的包层、以及围绕并邻近所述包层的聚合物一次涂层，所述聚合物一次涂层粘合在所述包层上形成包层-聚合物一次涂层界面，以及

向所述包层-聚合物一次涂层的界面施加能有效地将带状光缆基质材料和聚合物一次涂层材料从包层上基本除去的纵向剥离力，聚合物一次涂层的组成使得施加纵向剥离力以后，在包层上留下厚度约小于5微米的连续、光滑的聚合物一次涂层材料的残余层。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述残余层约小于1微米厚。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述纵向剥离力小于5000g。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于所述纵向剥离力小于4000g。

35.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述聚合物一次涂层以约50-2g的180°剥离强度粘合在所述包层上。

36.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述带状光缆基质材料围绕所述多根涂覆的光纤。

37.如权利要求31所述的方法，其特征在于所述聚合物一次涂层还包括硅氧烷。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于所述硅氧烷在所述聚合物一次涂层中的含量约为2-10重量％。

39.如权利要求31所述的方法，其特征在于每根所述涂覆的基本共平面的光纤还包括围绕并邻近所述聚合物一次涂层的聚合物二次涂层，并且所述施加在包层-聚合物一次涂层的界面上的纵向剥离力除去所述聚合物二次涂层。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于每根所述涂覆的基本共平面的光纤还包括围绕并邻近所述聚合物二次涂层的油墨涂层，并且所述施加在包层-聚合物一次涂层的界面上的纵向剥离力除去所述油墨涂层。

41.一种适合于在玻璃光纤上形成一次涂层的涂料组合物，它包括：

一种硅氧烷。

42.如权利要求41所述的涂料组合物，其特征在于所述硅氧烷在所述涂料组合物中的含量约为2-10重量％。

43.如权利要求42所述的涂料组合物，其特征在于所述硅氧烷在所述涂料组合物中的含量约为3-7重量％。

44.如权利要求41所述的涂料组合物，其特征在于所述硅氧烷是一种含有Si-O-Si键并且通式为(-R¹R²Si-O-)_x的聚有机硅化合物，所述通式中x是2-10⁵的整数，R¹和R²可以相同或不同，为烷基部分。

45.如权利要求41所述的涂料组合物，其特征在于所述硅氧烷是含3-6个硅原子的环硅氧烷。

46.如权利要求45所述的涂料组合物，其特征在于所述硅氧烷是八甲基环四硅氧烷。

47.如权利要求41所述的涂料组合物，它包括：

约30-80重量％丙烯酸酯封端的聚氨酯；

约20-60重量％未取代的或C₇-C₁₀烷基取代的酚的丙烯酸酯，所述酚被C₂-C₄的环氧烷烷氧基化，每摩尔酚约含有1-5摩尔所述环氧烷；

约5-30重量％至少一种丙烯酸烷酯；和

约2-10重量％所述硅氧烷。

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