CN1238465A - 一种具有容纳至少一根光导和吸氢物质的基本气密金属管的缆线 - Google Patents

一种具有容纳至少一根光导和吸氢物质的基本气密金属管的缆线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有容纳至少一根光导和吸氢物质的基本气密金属管的缆线。管子的内侧至少部分地覆盖一层用于催化使吸氢物质吸收氢气的化学反应的催化剂物质，诸如镍或铬。所述的层本身被至少一层吸氢物质覆盖，该物质构成管子的填充材料，或仅形成一层沉积在催化剂物质层上的层。

Description

一种具有容纳至少一根光导和吸氢 物质的基本气密金属管的缆线
本发明涉及一种具有容纳一或多根光导和吸氢物质的基本气密金属管的缆线。
光导通常用于电讯领域。一般来说，石英基质的光纤在1300nm或1550nm波长附近以光学方式传输数据。每根光纤都由聚合物材料层保护，并且该保护层常用一些其它染色的聚合物覆盖。
可将一组光纤组合成光纤带。在此情况下，光纤带的材料也是聚合物。
单根光纤或光纤带被放置在金属管或塑料管内。
公知的是，由于气体会降低光纤的传输特性且可能降低其机械性能，光纤不能暴露在氢环境中。光纤所承受的局部氢气压力越高，这种降低幅度越大。
氢气主要来源于构成光纤覆盖物的聚合物以及将光纤组合成光纤带的材料的分解。它也可能来源于填充物的分解，这些填充物一般被置于管中，以保持管中的光纤和防止其由于运输过程中管子被刺破或剥蚀而受潮。
这种分解会因老化而自然发生。
当用塑料制造管子时，该材料的透气性可以使氢气分散。当管子由金属材料或其它一些无孔材料制成时，氢气受到约束而留在管子内，且光纤的光学特性将因此而逐渐降低。
为了解决这一问题，一种解决方案包括：采用不锈钢制的管子以避免发生有氢生成的腐蚀；和提供有吸氢特性的填充材料。例如，填充材料可以是聚合物，尤其是通常掺有催化剂(如钯)的不饱和聚合物。
不锈钢和这种聚合物与催化剂形成的混合物属于昂贵材料。
本发明弥补了这种缺点。可以省略不锈钢和这种聚合物的混合物。
在本发明中，至少部分地，最好是基本全部地，用一层便于氢气吸收的专用催化剂物质覆盖缆线金属管的内表面，所述这一层本身至少部分地且最好是基本上全部地被至少一层吸氢物质覆盖。在一个实施方案中，这种吸氢物质构成填充材料。在另一个实施方案中，吸氢物质仅仅形成一层与催化剂接触的物质。
从本发明可见，不需要将催化剂与通常为有机物的吸氢材料相混合，而仅需要使催化剂与吸氢物质接触即可，最适合的位置是管子的内表面。从原理上讲，采用这样的结构，其催化效果比催化剂与填充材料混合时要小，因为采用本发明，与吸氢物质接触的催化剂比表面积小于催化剂与填充材料混合时的比表面积。但已经发现：尽管有这种缺点但吸氢效果还是令人满意的。
但是，可以提高与吸氢物质接触的比表面积，即通过选择催化剂表面的粗糙度来提高催化剂的效力。例如可以通过在颗粒状催化剂上喷涂，或通过在催化剂的表面上提供凹槽尤其是长形的槽，来使其具备表面粗糙度。
管子可以由内表面覆盖着催化剂物质的金属带制成，对该带进行成型以制成管子的形状；将光导和填充物放入成型的管中之后，随即将金属带的纵向边缘焊接在一起。
在一种变型的方式中，该边缘不是被焊接在一起的，而是将该金属带的一条纵向边缘与另一纵向边缘相接触，再将两边缘粘在一起。当吸氢物质形成一个与催化剂接触的层时，可以借助所述的例如由共聚物构成的层实现粘接。采用这种变型方式，管子的气密性比焊接时的差一些。但是，这种泄露不足以使氢气自行逸出，所以需要设置吸氢物质。但是在此情况下，氢气的吸收无需象管子是气密的情况下一样的有效。
催化剂最好选择为能使金属管免受腐蚀的物质。由此，不必采用不锈钢材料。还可以用与覆盖其内表面相同的材料覆盖管子的外表面。
按照一种实施例，金属管含有钢(尤其是低碳钢)，并且管子内表面上的覆盖层含有镍和/或铬，该层兼有催化剂和用于保护钢材免受腐蚀之保护层的组合功能。在此情况下，最好是两面(内和外)镀镍和/或镀铬，以全面保护管子免受腐蚀。
举例来说，吸氢物质可以包括选自由乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)或者由乙烯-丙烯酸乙烯酯(EEA)组成的一组聚合物。例如，最好可以选择市售钢材作为制造管子的金属，尤其是覆盖着一金属层(如镍和/或铬)的低碳钢，而金属层本身覆盖着一层聚合物，如EVA和/或EEA，最好可以采用能使管子在成型时粘合在一起的聚合物层。
吸氢物质包括有机材料，它们最好是具有在催化剂存在下打开的双键(二烯烃)并且容易在打开的双键上结合氢的聚合物。这类聚合物的优点是不存在因氢气转化成水而带来水在缆线中的聚集，尤其是在缆线基本上为气密的情况下，于是，光纤因水存在而出现疲劳的可能性较小。作为举例，填充材料可以用硅酮或聚烯烃为基材，且在后者的情况下，它是聚丁二烯或聚乙二醇或两者的组合。
当吸氢物质以聚合物为基质时，至少一种铂系金属，即元素周期表上第4,5和6周期第Ⅷ族的元素可以用作催化剂，除了镍以外，优选的是钴，钯和铬。
结合附图描述的特定实施方案将使本发明的其它特征和优点愈为清晰，其中：
图1是本发明缆线一种变型的截面图；
图2是说明本发明缆线制造方法的示意图；
图3是制造本发明缆线另一种变型所用条形物的示意图。
图1所示的缆线包括置于低碳钢管20内的多根光纤10,12,14,16，和18，该管子的内表面覆盖着一层镍和/或铬22。其厚度并不重要。但是由于实际制造的原因，该催化剂层的厚度最好至少为1μ(微米)。管子20的外表面也覆盖着一个保护层24，而且也是镍和/或铬制的。
调节构成管子20所用钢的碳含量以便获得这样的硬度：首先能使管子变形，如图2所示，其次提供这类缆线所需的强度。
管子20中填充着填充材料30，光纤10至18埋在其中。该填充材料首先用于防止管子出现意外泄露时水进入管子内，其次用于构成吸收氢的物质。以层22的形式覆盖着管子20内表面的镍和/或铬，构成了借助吸氢物质30吸收氢的反应的催化剂。
作为举例，吸氢物质可以用硅酮和聚烯烃为基质。在后者的情况下，它可以是聚丁二烯或聚乙二醇或两者的组合。一般地，该填充材料具有在催化剂存在下打开的双键(二烯烃)，并且容易在打开的双键上结合氢。作为这种填充材料，可以是通过聚合以下单体而得到的不饱和均聚物选择的不饱和聚合物：丁二烯，戊二烯，甲基丁二烯，和2-氯丁二烯。也可以从通过聚合以下第一单体和第二单体和/或第三单体而获得的不饱和共聚物或三元共聚物中选择：第一单体选自丁二烯，戊二烯，甲基丁二烯，和2-氯丁二烯；第二和/或第三单体选自苯乙烯，4-乙烯基吡啶和丙烯腈。也可以选择通过将单体接枝到不饱和均聚物、或不饱和共聚物或三元共聚物上而得到的不饱和聚合物，这些单体包含至少一个以下的不饱和基团：乙烯基，烯丙基以及它们的混合；这些单体在接枝步骤之后还包含至少一个不饱和基团。
当吸氢物质以硅酮为基材时，可以采用对应于以下通式的饱和硅酮型的有机化合物：
在该式中，R和R′可以是相同的或不同的，代表烷基，烯基或芳基；R″和R可以是相同的或不同的，代表烯基；n是整数。在上式中，还可以从饱和的或不饱和的脂族基团和芳族基团中选择R和R′，在此情况下，R″和R为不饱和脂族基团。
吸氢物质还可以用金属氧化物为基质，如法国专利申请FR-A-2588388所述。
为了制造图1所示的管子，可以进行下文参考图2描述的过程。
用两个侧面都镀有镍和/或铬的低碳钢带32形成管子20，且在其上方有光纤辊34,36,38。带32在工作台40上成形为管子20。填充材料在成形工作台40上被送入管子内。填充装置在图中示意性地用管道42代表。
成形工作台40的下游，设有焊接工作台44，如进行电焊和激光热焊的工作台，以便在带32成形之后将其纵向边缘焊接在一起。
焊接工作台44的下游，设有管子型锻工作台46。在该型锻工作台之后，将全部完成缆线制造。
在一种变型中，吸氢物质形成一层沉积在催化剂层上的层。在此情况下，作为防止潮气在缆线中传递的填充材料本身是否具有吸氢特性不是主要的。在此变型中，还可以利用构成吸氢层的物质的粘合特性从而避免将金属带的纵向边缘焊接在一起。在此情况下，带的边缘仅仅需要相互重叠即可。
图3表示了一个带50，它包括金属带本身20和形成在金属带一面上的催化剂镍和/或铬层22，以及沉积在催化剂层22上的吸氢物质层52。作为举例，层52可以由EVA和/或EEA等聚合物构成，优点是在管子成形时可以使其粘合在一起。
无论采用哪种实施方式，其目的都在于最大限度地增大与吸氢物质相接触的催化剂的比表面积。为此，催化剂层22最好有一个粗糙的表面。例如，可以通过在金属表面喷射镍和/或铬粉，或通过在催化剂层上开槽，尤其是纵向凹槽来获得粗糙度。

Claims (16)

1．一种具有容纳至少一根光导和吸氢物质的基本气密金属管的缆线，其中，该管子的内侧至少部分地覆盖有一层用于催化使吸氢物质吸收氢气的化学反应的催化剂物质，所述的层本身至少部分地覆盖着至少一层吸氢物质。
2．根据权利要求1的缆线，其中催化剂物质层是粗糙的。
3．根据权利要求2的缆线，其中催化剂物质层有凹槽。
4．根据以上任一项权利要求的缆线，其中管至少部分外表面上有用于保护其不受腐蚀的保护层，该层基本上包括与其内表面上相同的催化剂物质
5．根据以上任一项权利要求的缆线，其中吸氢物质包括至少一种聚合物。
6．根据权利要求5的缆线，其中所述聚合物是从选自乙烯-乙酸乙烯酯与乙烯-丙烯酸乙烯酯共聚物。
7．根据权利要求5的缆线，其中所述的聚合物具有在催化剂存在下打开的双键，以使氢结合在打开的双键上。
8．根据以上任一项权利要求的缆线，其中催化剂包括元素周期表上第4,5和6周期第Ⅷ族的一种元素。
9．根据权利要求8的缆线，其中催化剂包括镍或铬。
10．根据权利要求1-9中任一项的缆线，其中的气密管是低碳钢管。
11．根据权利要求1-10中任一项的缆线，其中吸氢物质构成管子的填充材料。
12．根据权利要求1～10中任一项的缆线，其中吸氢物质仅形成一层沉积在催化剂物质上的层。
13．根据权利要求12的缆线，其中吸氢物质层具有粘合特性。
14．一种制造权利要求11的缆线的方法，其中首先用催化剂物质覆盖金属带的内表面，将金属带成形为管子的形状，在管子中置入光导体和填充材料，沿着金属带材的纵向边缘焊接，在焊接完成之后型锻所述成形的管子。
15．一种制造权利要求12或13的缆线的方法，其中首先用催化剂物质覆盖金属带的内表面，再用吸氢物质覆盖催化剂物质本身，将金属带成形为管子的形状，使金属带的纵向边缘相互重叠，然后粘合重叠的边缘。
16．根据权利要求15的方法，其中吸氢物质层用于粘合。
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