CN1458541A

CN1458541A - 一种新型光缆及其制造方法

Info

Publication number: CN1458541A
Application number: CN 03129288
Authority: CN
Inventors: 魏国庆
Original assignee: HANGZHOU FUTONYZHAOHE OPTICAL COMMUNICATION CO Ltd
Current assignee: Hangzhou Futong Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: CN100412591C

Abstract

本发明主要是一种新型光缆结构，同时为这种光缆提供一种制造方法。其特点是将同向延伸的信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件同时穿过挤塑模具的一个通孔，同时向该通孔内挤注热塑性塑料形成将三者包覆在一起的一体式护套而成为光缆，其中所述的信息传输介质为单根光纤或由单根光纤集合而成的光纤束。这种光缆的各部件互相并行，不交叉，受力均匀，可以减小光缆自身所产生的内应力；从而可以有效缓解光纤的受力，确保其信息传输性能。

Description

一种新型光缆及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种结构新颖的光缆及其制造方法，特别是一种能够承受各种外力作用且不因所处环境的因素变化而影响其性能的光缆，使其既能用于建筑群小区，又能用于智能办公大楼、商场、宾馆和居民住宅。

【背景技术】

随着我国通信事业的迅速发展，省间和各大城市间的长途核心网光缆建设已基本形成，本地环路网、用户环路网、有线电视网等网光缆也越来越引起了人们的重视。现常见的通常有中心束管式光缆(如公告号为CN2326969Y的实用新型专利)、层绞式光缆(如公告号为CN2458637Y的实用新型专利)以及骨架式光缆(如公告号为CN2486980Y的实用新型专利)等几种结构形式，这几种结构的光缆，虽然分别从不同的角度保证光缆的性能，但其光纤或光纤带(束)放置在紧套管、松套管或骨架槽内，制造工艺复杂，光缆外径大，制造成本高；适用于建筑群配线盒前的接入网，从经济和方便的方面考虑，不适宜用在建筑群配线盒到楼宇配线架之间以及室内；而且不便于连接时将光纤剥离出来。

而且，由于光缆的核心是以二氧化硅为主要原料制成的光纤，其质脆，作为信息传输介质，不能单独使用，必须对其采用层层保护的方法，即制成光缆后才能使用，这也是上述几种结构的光缆所解决的共同问题。即使如此，当光缆在贮存、运输、敷设或运行时会受到各种外力的作用，同时随光缆所处环境温度的变化以及组成光缆各部件的热膨胀系数不同而产生对光纤的应力，这些因素都会对光纤的传输性能产生不利的影响。公开号为CN1384379A的发明专利申请提供了一种带状光缆的技术方案，以缓冲施加于光纤上的应力，它包括若干并列对齐的光纤、一与光纤并列排置的应力缓冲结构和一保护层，其特征在于保护层将光纤与应力缓冲结构封装成一整体；其中应力缓冲结构具有至少一对加强元件，该加强元件置于这种并列对齐光纤的两侧，且该应力缓冲结构沿光纤纵长方向延伸；而加强元件可以是铜导体或凯夫拉(Kevlar)元件。即使如此，这种结构仍存在诸多缺陷：首先，该带状光缆的光纤带由若干光纤并列组成，当该光缆受到外力作用时，由于光纤带部分较宽，会使光缆产生扭曲现象，势必使光纤受到较大的外力(扭曲和挤压)而影响其传输性能，而且越是具有较大的信息传输能力，需要并列的光纤就越多，光缆的宽度也就越大，在其宽度方向上的不同部位受力越不均匀，不但应力缓冲结构难以分担光缆中部光纤所受到的外力，同时也越容易产生扭曲。其次，作为加强元件的铜导体或凯夫拉(Kevlar)元件承受不了大的外力作用，特别是在室外架空的情况下，外界环境的风、冰等气候因素造成的对光缆的作用，是铜导体或凯夫拉(Kevlar)元件不能承受的，进而必然有较大的外力施加在光纤上而影响光纤的信息传输性能，因而它仅适用于无大外力作用的场合。第三，在使用过程中，受环境因素的变化，比如昼夜温差，会使热膨胀系数不同的光纤、应力缓冲结构和在外面将二者封装一起的保护层产生不同数量级的膨胀，使光缆本身产生较大的内应力，影响光缆的信息传输性能；而且，在制造过程中，尤其是用保护层将光纤、加强元件封装在一起的过程中，同样会产生热应力，而且往往会大过外界环境因素变化所带来的热力膨胀影响，这同样是该带状光缆自身不能克服的。第四，这种由多根光纤并列组成的带状光缆，虽然相邻的光纤之间具有凹槽，但由于光纤的直径只有0.25毫米左右，使得在连接时难以将光纤从保护层中剥离出来，给施工增加了难度；同时，多个凹槽又使制造复杂。此外，在该技术方案中，为制造保护层所提供的材料是聚氯乙烯，由于聚氯乙烯燃烧时，会发生烟雾，产生卤化氢有毒气体，造成严重后果，这也与在人群密度较大的室内(写字楼等)使用埋下隐患。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有光缆产品所存在的不足，提供一种结构简单，适合于多种场所使用，而且可以有效的缓解外力和自身的结构因素产生的内应力对其性能的影响的新型光缆，同时为这种光缆提供一种有效的制造方法。为此，本发明采取下述技术方案：

一种新型光缆，包括由单根光纤或由单根光纤集合而成的光纤束充当的信息传输介质以及包覆在信息传输介质上的护套，其特征是所述的护套内还包覆有与信息传输介质同向延伸的应力承载部件和应力分散部件。

所述的新型光缆，其特征是所述的光纤束由单根光纤按照线性阵列的方式排列而成。

所述的新型光缆，其特征是所述的应力分散部件为两根位于信息传输介质上下两侧的线膨胀系数与光纤同数量级、其拉伸杨氏模量、弯曲杨氏模量至少为50GPa的玻璃纤维加强塑料件(GFRP)，所述的应力承载部件为一根位于应力分散部件外侧的拉伸杨氏模量至少为190GPa的高强度钢丝。

所述的新型光缆，其特征是所述的护套上位于应力承载部件与应力分散部件之间的部位为一颈部，所述护套的左右两侧具有“V”形槽。

所述的新型光缆，其特征是所述的护套由热塑性塑料制成。

一种制造光缆的方法，其特征是将同向延伸的信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件同时穿过挤塑模具的一个通孔，同时向该通孔内挤注热塑性塑料形成将三者包覆在一起的一体式护套而成为光缆，其中所述的信息传输介质为单根光纤或由单根光纤集合而成的光纤束。

所述的制造光缆的方法，其特征是所述的应力分散部件为两根位于信息传输介质上下两侧的玻璃纤维加强塑料件(GFRP)，所述的应力承载部件为一根为应力分散部件外侧的高强度钢丝。

所述的制造光缆的方法，其特征是所述的挤塑模具由内模和外模构成，所述的外模上具有由细缝相连的圆孔和腰形孔，腰形孔内的中部两侧具有相对的凸块；所述的内模上具有与上述圆孔和腰形孔对应的供信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件分别穿过的四个定位孔，这四个定位孔具有对信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件定位的作用，从而使信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件按照要求的排列位置通过外模上的圆孔和腰形孔，形成外型一致的光缆；内、外模之间具有用于挤注热塑性塑料的环状通道。

所述的制造光缆的方法，其特征是所述的信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件的张力分别为10～20牛顿、5～10牛顿、100～200克力；热塑性塑料的挤出温度为120～180℃。在该参数下制得的光缆可以减小光纤在光缆中的残余应力。

所述的制造光缆的方法，其特征是所述的光纤束由单根光纤按照线性阵列的方式排列而成。

本发明的特点在于：

(1)、用护套将信息传输介质、与信息传输介质同向延伸的应力承载部件和应力分散部件包覆在一起而成为其截面向两个相互垂直的方向延展的光缆，从而即使增加光缆的信息传输能力，也不会使光缆的端面尺寸仅向一个方向延展而导致其在该方向上的尺寸过宽而产生扭曲现象，保证其受力均匀。

(2)、应力承载部件是一根高强度的涂膜钢丝，其拉伸杨氏模量应在190GPa以上，且具有一定的柔性，平直度好；应力分散部件为两根拉伸杨氏模量、弯曲杨氏模量均大于50GPa的玻璃纤维加强塑料件(GFRP)；当外力施加于本光缆时，由高强度的金属应力承载部件和非金属应力分散部件共同承担：应力承载部件的高拉伸模量能使光缆足以承受光缆敷设、运输、运行时受到的拉力、压力、冲击、弯曲等外力的作用；在户外架空时，狂风、冰凌、振动、自身重量大部分也由该金属承载部件承受，小部分由应力分散部件承受，而应力分散部件则更多的用以承受侧压力的作用，从而保证本光缆在大的外力作用下，光纤尽可能不受力，光缆性能不受影响。另外，由于受力部件具有一定的柔性和高的弯曲杨氏模量，从而增加了光缆的柔韧性。

(3)、GFRP还因具有与光纤同数量级的热膨胀系数(10^-61/℃)，当光缆所处环境温度变化时，可以减小光缆自身所产生的内应力；同时还可以承受在制造过程中光缆自身所产生的内应力，从而可以有效缓解光纤的受力，确保其信息传输性能。

(4)、在护套上位于应力承载部件与应力分散部件之间的部位为一颈部，护套的左右两侧具有“V”形槽，使光缆终端连接时容易剥离出光纤和钢丝，降低施工难度，提高施工效率。

(5)、本光缆的信息传输介质可以选用单模或多模光纤，或用单芯、双芯光纤，或用单层二芯(或四芯)光纤束、双层二芯(或四芯)光纤束，与应力承载部件、应力分散部件、颈部等相结合而使本光缆成为非对称型结构；光纤芯数多时采用二层4芯光纤束在其厚度方向上叠合，使光缆的宽度相对变小，这就大大减少了由于光缆宽度过大容易受力不均匀而发生光缆扭曲的现象，有效缓解和预防光纤产生内应力，保证其传输性能不受影响。

(6)、本发明的光缆护套由常规的热塑性塑料制成，易于取材；而在聚烯烃基料中加入填充无机物、硅烷催化剂、适量的抗氧剂和碳黑的低烟无卤阻燃聚乙烯塑料具有抗紫外线照射、抗环境的化学物质腐蚀、耐热氧作用和阻燃的功能，而且燃烧时，无卤低烟，对人体无毒，符合当今室内安全要求。

作为制造该光缆的方法，采用一种全新的构思，光纤既不放在紧套管、松套管或骨架槽中，也不是圆形、扁平形结构，而是在一条生产线上、采用一个挤塑模具将按照要求排列且同向延伸的信息传输介质、应力承载部件、应力缓冲部件一次挤制在由热塑性塑料作为原料的护套中，组成一个完整的整体，工艺简单，且可以保证信息传输介质、应力承载部件、应力缓冲部件在其长度方向保持一致，各部件互相并行，不交叉，确保光缆的信息传输性能。

【附图说明】

图1～4是本发明光缆的四个实施例的截面示意图。

图5是本发明制造方法的工艺流程示意图。

图6是本发明的制造方法中所采用的挤塑模具的结构示意图。

图7是图6中的E-E向剖视图。

【具体实施方式】

实施例一：图1所示的光缆，其制造步骤为(见图5)：分别经钢丝放线装置51、GFRP放线装置53、放纤装置54放出的钢丝、GFRP线状加强件和单根光纤分别通过会线装置55、挤塑机56的挤塑模具(见图6)、冷却水槽57、牵引轮58，最后由张力控制收排线装置59卷取(其中钢丝还经过去污校直装置52)；其间，钢丝、两根GFRP加强件、光纤首先分别穿过内模6上的四个定位孔61、62、63、64，接着再一起使钢丝穿过外模7上的圆孔71、两根GFRP加强件和光纤穿过外模上的腰形孔73，并使光纤与腰形孔内的“V”形凸块74对应；通过环状通道8向内、外模具间挤注低烟无卤阻燃聚乙烯塑料，挤塑机的挤出温度控制在140℃左右，以防止阻燃剂在挤出过程中的分解而失去阻燃的作用；从而经此挤塑模具挤制出的光缆(如图1所示)包括一根光纤1a，一根应力承载部件13，二根应力分散部件14，一护套15，其中应力承载部件13位于光纤11的一侧，应力分散部件14位于光纤11的两侧，光纤11的中心在应力承载部件13、应力分散部件14的中心连线上，该连线即为该光缆的轴向对称线，且护套15将各部件包裹在内，在应力承载部件13与由光纤11、应力分散部件14组成的结构间形成颈部16，护套15上与外模7上的细缝72对应处形成一V字形槽道17。

其中护套15采用市售的低烟无卤阻燃聚乙烯塑料(如美国联碳公司生产的牌号为1642BK的低烟无卤阻燃聚乙烯塑料，该塑料是在聚烯烃基料中加入填充无机物、硅烷催化剂、抗氧剂和碳黑所形成)；而且，针对钢丝与护套料结合力差的特点，对钢丝可以先采用涂膜等表面处理以增加其与护套的粘附力。

按照上述过程，选用外径分别为1.0～1.4毫米、0.3～0.6毫米的应力承载部件、应力分散部件和光纤(应力承载部件的拉伸杨氏模量在190Gpa以上，应力分散部件的拉伸杨氏模量、弯曲杨氏模量在50Gpa以上)，且其张力分别控制在10牛顿、5牛顿、80克力左右，挤塑机的挤出温度控制在140℃左右，制得最大外轮廓尺寸为3.8毫米×2.0毫米的光缆。经性能检测，其衰减常数为：1310nm窗口0.32～0.40dB/km，1550nm窗口0.18～0.25dB/km，并在660牛顿的拉力及1000牛顿/100毫米的压扁力试验条件下光纤的衰减变化小于0.03dB/km。

实施例二：按照实施例一的制造步骤，将信息传输介质由一根光纤换为两根的光纤1b，光纤放线采用两个放线架，可制得如图2所示的光缆，其最大外轮廓尺寸为4.0毫米×2.0毫米。经性能检测，该光缆的衰减常数为：1310nm窗口0.32～0.40dB/km，1550nm窗口0.18～0.25dB/km，且在660牛顿的拉力及1000牛顿/100毫米的压扁力试验条件下光纤的衰减变化小于0.03dB/km。

实施例三：按照实施例一的步骤，将信息传输介质换为一根四芯光纤束1c(该光纤束是截面为矩形的束状物)，光纤束放线采用单个光纤束放线架，光纤束1c的放线张力控制在175克力左右，即可制得如图3所示的光缆，其最大外轮廓尺寸为6.0毫米×2.0毫米。经性能检测，该光缆的衰减常数为：1310nm窗口0.32～0.40dB/km，1550nm窗口0.18～0.25dB/km，并在660牛顿的拉力及1000牛顿/100毫米的压扁力试验条件下光纤的衰减变化小于0.03dB/km。

实施例四：按照实施例一的步骤，将信息传输介质换为两根在厚度方向上并列的四芯光纤束1d，光纤束放线采用两个光纤束放线架，光纤束1d的放线张力控制在175克力左右，即可制得如图4所示的光缆，其最大外轮廓尺寸为6.0毫米×2.5毫米。经性能检测，该光缆的衰减常数为：1310nm窗口0.32～0.40dB/km，1550nm窗口0.18～0.25dB/km，并在660牛顿的拉力及1000牛顿/100毫米的压扁力试验条件下光纤的衰减变化小于0.03dB/km。

Claims

1、一种新型光缆，包括由单根光纤或由单根光纤集合而成的光纤束充当的信息传输介质以及包覆在信息传输介质上的护套，其特征是所述的护套内还包覆有与信息传输介质同向延伸的应力承载部件和应力分散部件。

2、根据权利要求1所述的新型光缆，其特征是所述的光纤束由单根光纤按照线性阵列的方式排列而成。

3、根据权利要求1或2所述的新型光缆，其特征是所述的应力分散部件为两根位于信息传输介质上下两侧的线膨胀系数与光纤同数量级、其拉伸杨氏模量、弯曲杨氏模量至少为50GPa的玻璃纤维加强塑料件(GFRP)，所述的应力承载部件为一根位于应力分散部件外侧的拉伸杨氏模量至少为190GPa的高强度钢丝。

4、根据权利要求3所述的新型光缆，其特征是所述的护套上位于应力承载部件与应力分散部件之间的部位为一颈部，所述护套的左右两侧具有“V”形槽。

5、根据权利要求3所述的新型光缆，其特征是所述的护套由热塑性塑料制成。

6、一种制造光缆的方法，其特征是将同向延伸的信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件同时穿过挤塑模具的一个通孔，同时向该通孔内挤注热塑性塑料形成将三者包覆在一起的一体式护套而成为光缆，其中所述的信息传输介质为单根光纤或由单根光纤集合而成的光纤束。

7、根据权利要求6所述的制造光缆的方法，其特征是所述的应力分散部件为两根位于信息传输介质上下两侧的玻璃纤维加强塑料件(GFRP)，所述的应力承载部件为一根为应力分散部件外侧的高强度钢丝。

8、根据权利要求6或7所述的制造光缆的方法，其特征是所述的挤塑模具由内模和外模构成，所述的外模上具有由细缝相连的圆孔和腰形孔，腰形孔内的中部两侧具有相对的凸块；所述的内模上具有与上述圆孔和腰形孔对应的供信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件分别穿过的四个定位孔；内、外模之间具有用于挤注热塑性塑料的环状通道。

9、根据权利要求6或7所述的制造光缆的方法，其特征是所述的信息传输介质、应力承载部件和应力分散部件的张力分别为10～20牛顿、5～10牛顿、100～200克力；热塑性塑料的挤出温度为120～180℃。

10、根据权利要求6所述的制造光缆的方法，其特征是所述的光纤束由单根光纤按照线性阵列的方式排列而成。