ES2311610T3 - Cable optico parovisto de recubrimiento resistente mecanicamente. - Google Patents

Abstract

Cable óptico (10, 40, 50) que comprende: - un núcleo óptico (21, 51) que comprende por lo menos una fibra óptica (13) y una cinta de contención (15); - por lo menos una primera capa de cubierta (31) de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico (21, 51); - por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una primera capa de cubierta (31); y - por lo menos una segunda capa de cubierta (33) de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32); teniendo dicha material polimérico espumado una densidad entre 0,3 y 0,7 kg/dm 3 y un módulo de tracción a 20ºC entre 300 y 700 MPa e inferior al módulo de tracción de dicha por lo menos una primera capa de cubierta (31) y dicha por lo menos una segunda capa de cubierta (33).

Description

Cable óptico provisto de recubrimiento resistente mecánicamente.

La presente invención se refiere a un cable óptico para telecomunicaciones y/o para transmisión de datos, que es particularmente adecuado para instalaciones del tipo terrestre.

En particular, la presente invención se refiere a un cable óptico que comprende por lo menos un elemento para la transmisión de señales ópticas y una estructura de protección de múltiples capas dispuesta en una posición radialmente externa ha dicho por lo menos un elemento, dotando dicha estructura de protección al dicho cable con una alta resistencia mecánica, principalmente respecto a tensiones laterales tales como, por ejemplo, impacto y/o compresión.

En la presente descripción, y en las reivindicaciones adjuntas, el término "elemento para la transmisión de señales ópticas" significa cualquier elemento de transmisión que comprende por lo menos una fibra óptica. Por lo tanto, este término identifica tanto una fibra óptica simple como una pluralidad de fibras ópticas, posiblemente combinadas juntas para formar un manojo de fibras ópticas o dispuestas paralelos entre sí y cubiertas con la misma cubierta para formar una cinta (banda) de fibras ópticas.

Además, este término también está pensado para incluir configuraciones que son más complejas que una fibra óptica simple o una pluralidad de fibras ópticas. Por lo tanto, dicho término incluye una o más fibras ópticas dispuestas en el interior de una estructura de contención como por ejemplo un elemento tubular, una funda, una microfunda o un núcleo ranurado. Preferiblemente, dicho elemento tubular, funda o microfunda está hecho de un material polimérico. Además, dicho elemento tubular, funda o microfunda se puede contener el interior de las ranuras que posee dicho núcleo ranurado.

Según la terminología actual, una o más de dichas estructuras de contención, que encierran una o más fibras ópticas en su interior, se indica de manera convencional mediante la utilización del término "núcleo óptico". Por ejemplo, un núcleo óptico se puede formar mediante una pluralidad de elementos tubulares hechos de material polimérico, trenzados juntos alrededor de un elemento de refuerzo central. Opcionalmente, dicho núcleo óptico puede además incluir tejidos y/o cintas, por ejemplo tejidos y/o cintas que pueden absorber agua, que se pueden utilizar para formar dicho trenzado.

La presente descripción, y en las reivindicaciones adjuntas, el término "cable óptico" significa un cable de fibra óptica, es decir, un cable provisto de por lo menos un elemento para la transmisión de señales ópticas.

Con particular referencia a las aplicaciones del tipo terrestre, durante la etapa de colocación y/o la etapa de transporte de un cable óptico, este último se puede someter a impactos y/o compresiones accidentales, debido por ejemplo a la caída de grandes pedazos de material excavado o de herramientas utilizados durante la instalación del cable, sobre el cable dispuesto en la zanja de colocación del cable.

Esta caída accidental puede provocar no solamente una acción de impacto violenta y substancialmente instantánea sobre el cable, sino también una acción de compresión constante durante un período de tiempo más largo, hasta que el material excavado y/o el equipo de excavación que se apoye de manera advertida o que haya querido sobre la superficie del cable se retire, ejerciendo así una acción de compresión continua.

En consecuencia, para preservar su integridad estructural, un cable óptico está generalmente provisto de por lo menos una cubierta de protección que puede proporcionarle a dicho cable la resistencia mecánica adecuada.

De hecho, debe enfatizarse que, en ausencia de medidas de protección adecuadas, cualquier acción mecánica de impacto y/o de compresión (un golpe), incluso de una magnitud moderada, que actúe sobre el núcleo del cable óptico, se puede transmitir directamente a las fibras ópticas individuales contenidas en el interior de dicho núcleo, provocando en primer lugar un aumento en la atenuación de la señal óptica transmitida mediante dichas fibras, y a continuación, si el fenómeno persiste, la rotura de dichas fibras.

De hecho, las fibras ópticas, por sí mismas o incluso dispuestas en el interior de una estructura de contención, anteriormente, tiene una resistencia mecánica limitada y son particularmente sensibles a acciones mecánicas que actúan sobre las mismas desde el exterior, incluso de baja intensidad.

Las deformaciones mínimas de dichas fibras, así como de las estructuras de contención de estas últimas, especialmente en el caso cuando las estructuras deformadas entran en contacto con las fibras, provocan la deformación de las propias fibras con la consiguiente degradación de sus características de transmisión. El fenómeno de micro deformación de la estructura de una fibra que provoca la atenuación de la señal que se transmite mediante la fibra se indica comúnmente mediante el término "microplegado".

Para el propósito de proporcionar a un cable óptico una resistencia mecánica predeterminada adecuada para asistir las fuerzas externas, tal como un impacto y/o compresión, se conocen la técnica el uso de armaduras, generalmente metálicas, que están dispuestas en una posición radialmente externa respecto al núcleo óptico para protegerlo.

En general, dichas armaduras se prevén aplicando una banda metálica, preferiblemente corrugada, formada de manera longitudinal de alrededor del cable o mediante el trenzado de una pluralidad de alambres metálicos enrollados en una configuración helicoidal. En relación con esto, véase por ejemplo el documento US-4.491.386.

La provisión de un cable óptico con una capa de acolchado hecha de un material suficientemente blando como por ejemplo un material plástico espumado, para protegerlo las fibras ópticas de dicho cable también se conocen en la técnica anterior.

Dicha capa de acolchado se puede combinar con varios elementos constitutivos del cable. Por ejemplo, se puede colocar el interior del núcleo óptico para rodear cada elemento tubular individual que contiene las fibras ópticas o formar el propio elemento tubular, o se puede colocar externamente ha dicho núcleo óptico, por ejemplo en una posición directamente por debajo de de la funda polimérica externa del cable.

Por ejemplo, el documento GB-1.451.232 prevé el uso de una capa de material compresible que puede reducir la deformación de las fibras si el cable óptico se somete a tensiones, tal como someter una o más fibras a tensiones de tracción longitudinal. En presencia de este estado en tensión, una o más fibras ópticas se mueven transversalmente respecto al cable. Sin embargo, como dichas fibras entran en contacto con dicha capa de acolchado compresible, y la comprime hacia el interior, parcialmente

\hbox{penetrando en la
misma, la deformación de las fibras  se reduce de manera
considerable.}

Otro ejemplo de capa de acolchado hecha de un material blando, por ejemplo de material plástico espumado con un módulo elástico preferiblemente inferior a 100 MPa, se describe en el documento DE-3.107.024. Esta capa se utiliza para proteger las fibras ópticas contra las fuerzas transversales que actúan lateralmente sobre el cable óptico.

Otros tipos de realizaciones que implican el uso de capas de acolchado del tipo tal como las anteriores, se describen, por ejemplo, en los documentos GB-2.159.291 y GB-2.184.863.

Otra solución que pretende aumentar las propiedades mecánicas de un cable óptico, en particular la resistencia a impactos en la resistencia a la compresión, se describe en el documento US-4.770.489.

Dicho documento se refiere a un cable óptico que tiene una resistencia la tracción mejorada y un rango más amplio de temperaturas de trabajo respecto a la presencia de por lo menos un elemento de tensión rígido, hecho de material plástico reforzado con fibras, que posee un alto módulo de Young y un bajo coeficiente de expansión térmica, siendo posible hacer dicho elemento en forma de una cubierta o en forma de uno o más hilos que se extiende longitudinalmente respecto al cable y están incorporados en el interior de este último.

Dicho documento apunta que, para el propósito de proporcionar al cable óptico una alta resistencia los impactos y una alta resistencia de compresión, así como para permitir una alta tensión de instalación sin disminuir las capacidades de transmisión del propio cable, este último debe estar provisto de por lo menos un elemento de tensión rígido como anteriormente y de una funda externa de material plástico reforzado, por ejemplo reforzado con fibras tales como fibras de vidrio, Kevlar®, fibras de grafito incrustadas en una matriz de resina epoxi.

Según algunas realizaciones que se describen, el documento US-4.770.489 prevé, además, que el cable óptico este provisto de una capa de acolchado que pueda aumentar las características de curvatura y plegado de dicho cable. Preferiblemente, dicha capa de acolchado está hecha de un material fibroso tal como Kevlar® o un hilo de polipropileno. Si se requiere, dicha capa puede estar hecha de un material expandido, por ejemplo polietileno.

El documento WO 00/05730, a nombre del mismo solicitante, se refiere a un cable óptico/eléctrico híbrido adecuado para su instalación a lo largo de líneas suspendidas para telecomunicaciones y para la distribución de energía eléctrica, especialmente de media tensión.

Dicho cable comprende un cable eléctrico trifásico con conductores aislados que está enrollado alrededor de una cuerda de transporte que incluye un núcleo óptico encerrado en una estructura tubular que es resistente a la compresión transversal.

Generalmente, dicha estructura tubular consiste en una funda de metal (que también puede ser resistente a la corrosión, por ejemplo aluminio o acero inoxidable) o un material polimérico de alto módulo (por ejemplo polipropileno, polipropileno modificado, tereftalato de polibutileno (PBT), poliéter-imidas, poliéter-sulfonas).

Dicha estructura tubular, además, puede consistir en un material polimérico espumado del tipo descrito en la solicitud de patente WO 98/52197, a nombre del mismo solicitante, capaz de disipar la energía que se deriva de las fuerzas de compresión transversales que puede producirse durante la producción, la instalación y/o el funcionamiento del cable y, tal como se ha mencionado anteriormente, puede dañar las fibras ópticas con la consiguiente atenuación de la señal óptica que se transmite.

Dichas fuerzas de compresión se pueden provocar mediante los conductores de fase aislados, los cuales, bajo la acción de una alta fuerza de tracción, comprimen la cuerda de transporte y así las fibras ópticas contenidas en su interior, o mediante la estructura de soporte del cable que, cuando está bajo tensión, tiende a reducir su propio diámetro y así el espacio interno que aloja dichas fibras.

Según una realización particular descrita en el documento WO 00/05730, dicho cable óptico incluye un núcleo óptico provisto de un elemento de refuerzo de alrededor del cual están dispuestos una pluralidad de elementos tubulares para contener las fibras ópticas incrustadas en un relleno de tampón.

Según dichas realización, los elementos tubulares se mantienen en posición alrededor de dicho elemento de refuerzo, si es necesario trenzados juntos según una configuración helicoidal preferida, mediante una o más cintas que, además de realizar la unión de dicho núcleo, también realizan funciones mecánicas y/o térmicas.

A la vista de las soluciones conocidas en la técnica anterior, el solicitante percibido la necesidad de proporcionar un cable óptico, particularmente adecuado para aplicaciones del tipo terrestre, provisto de altas propiedades mecánicas en términos de resistencia a impactos y resistencia a la compresión y que, al mismo tiempo, pueda garantizar un alto rendimiento en términos de ligereza y de flexibilidad.

De hecho, el solicitante encontrado que las soluciones de la técnica anterior presentan varios inconvenientes.

Por ejemplo, un cable que está provisto de una armadura metálica tiene un aumento de peso considerable, que afecta no solamente a la etapa de instalación de dicho cable, sino que también a la etapa de transporte del cable con un inevitable aumento en los costes.

Además, un cable provisto de dicha armadura tiene una alta rigidez a la flexión que, combinado con dicho aumento en el peso, limita de manera significativa la longitud del cable que se puede instalar, especialmente en el caso de instalaciones en el suelo, en el interior de conductos existentes.

Finalmente, hay inconvenientes bastante considerables para proporcionar una armadura metálica la estructura de un cable. Por ejemplo, en el caso de cables enterrados, la presencia de elementos metálicos requiere la conexión a tierra del cable por razones de seguridad y su protección mediante un acuerdo de protección adecuada para preservar el cable mediante su actuación como un elemento propiciatorio. Por lo tanto, esto significa que tanto el procedimiento de producción como el procedimiento de instalación del cable son complejos y, en consecuencia, caros en términos económicos y en términos de tiempo.

La solución describe en el documento US-4.770.489 es particularmente compleja ya que prevé la colocación de varios elementos de tensión rígida que se colocan en el interior de la estructura de un cable.

Además, esa solución provoca un aumento significativo en el peso, así como en la rigidez a la flexión de dicho cable.

Respecto a las soluciones conocidas en la técnica que prevén el uso de una capa de acolchado para proteger las fibras ópticas incluidas en un cable óptico, el solicitante encontrado que, en vista a la suavidad del material utilizado, dicha capa no puede garantizar una protección suficiente cuando impactos y/o compresiones de una alta magnitud, tal como los provocados por ejemplo mediante la caída de restos de excavaciones colocados en el borde de la zanja de colocación, golpean accidentalmente sobre un cable dispuesto en el fondo de dicha zanja.

El solicitante, empezando a partir de la realización particular descrita en el documento WO 98/52197, citada anteriormente, ha encontrado que es posible optimizar la resistencia los impactos de un elemento para la transmisión de señales ópticas dispuesto en una posición radialmente interna respecto una capa de cubierta de material polimérico espumado.

En particular, el solicitante apercibido que, para el propósito de obtener un cable óptico que sea resistente a impactos y a fuerzas de compresión, así que sea ventajosamente ligero y flexible, en una posición radialmente externa respecto al núcleo óptico de dicho cable, es necesario proporcionar una estructura de protección que comprenda por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado interpuesta entre por lo menos un par de capas de cubierta de material polimérico.

En mayor detalle, el solicitante encontrado que la capa de cubierta de material polimérico espumado de dicha estructura de protección se muestra particularmente efectivo, realizando así de una manera eficiente la función de absorber la energía producida mediante un impacto accidental y/o de soportar una fuerza de compresión dada que actúa sobre el cable, cuando dicha capa de material polimérico espumado está soportada mediante un elemento estructural suficientemente rígido incluido en dicho cable.

En otras palabras, el solicitante encontrado que dicha capa de cubierta de material polimérico espumado realiza las funciones citadas anteriormente con un la mejor de sus capacidades cuando, en una posición radialmente interna a dicha capa, y en una condición de contacto mutuo con esta última, está prevista una capa de cubierta de protección que es suficientemente rígida y capaz de soportar mecánicamente dicha capa de material expandido.

Por lo tanto, según un primer aspecto, la presente invención se refiere a un cable óptico que comprende:

- por lo menos un elemento para transmisión de señales ópticas, y

- una estructura para proteger dicho por lo menos un elemento, estando dispuesta dicha estructura en una posición radialmente externa respecto a dicho por lo menos un elemento,

caracterizado por el hecho de que dicha estructura es una estructura de múltiples capas que comprende:

- por lo menos una primera capa de cubierta de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicho por lo menos un elemento,

- por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una primera capa de cubierta, y

- por lo menos una segunda capa de cubierta de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado,

- un núcleo óptico que comprende por lo menos una fibra óptica y una cinta de contención,

- por lo menos una primera capa de cubierta de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico,

- por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado en una posición radialmente externa respecto a dicha primera capa de cubierta, y

- por lo menos una segunda capa de cubierta de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado,

teniendo dicha material polimérico espumado una densidad entre 0,3 y 0,7 kg/dm^{3} y un módulo de tracción a 20ºC entre 300 y 700 MPa e inferior al módulo de tracción de dicha por lo menos una primera capa de cubierta y dicha por lo menos una segunda capa de cubierta.

Preferiblemente, la capa de cubierta de material polimérico espumado está en una condición de contacto mutuo con dicho por lo menos una primera capa de cubierta para realizar mejor su función de absorber la energía que se deriva de una acción de impacto y/o de compresión de este una fuerza externa que actúa sobre dicho cable.

Preferiblemente, la capa de cubierta de material polimérico espumado está en una condición de contacto mutuo con dicho por lo menos una segunda capa de cubierta.

Preferiblemente, el cable óptico según la presente invención, en una posición radialmente externa respecto al núcleo óptico de dicho cable, tiene por lo menos una capa de refuerzo que es resistente a la tensión, por ejemplo del tipo aramídico, que puede proporcionar al dicho cable una resistencia la tracción adecuada.

Además, el solicitante encontrado que es posible conseguir una alta resistencia al impacto y/o una alta resistencia a la compresión proporcionando una estructura de protección de múltiples capas que comprende por lo menos una capa de cubierta intermedia interpuesta entre por lo menos un par de capas de cubierta adicionales, respectivamente una capa radialmente interna y una capa radialmente externa respecto a dicha capa intermedia, esta última teniendo un módulo de tracción menor que el que tiene dicho par de capas adicionales.

Por lo tanto, en un segundo aspecto, la presente invención se refiere a una estructura de protección de múltiples capas para la protección de por lo menos un elemento para la transmisión de señales ópticas, comprendiendo dicha estructura de múltiples capas, dispuesto en una posición radialmente externa respecto a dicho por lo menos un elemento:

- por lo menos una primera capa de cubierta de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicho por lo menos un elemento;

- por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una primera capa de cubierta; y

- por lo menos una segunda capa de cubierta de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado;

teniendo dicha material polimérico espumado un módulo de tracción menor que el módulo de tracción de dicha por lo menos una primera capa de cubierta y dicha por lo menos una segunda capa de cubierta.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la protección de manera mecánica de un núcleo óptico que comprende por lo menos una fibra óptica, y una cinta de contención, comprendiendo en dicho procedimiento la etapa de colocar una estructura de múltiples capas en una posición radialmente externa respecto al dicho núcleo óptico, comprendiendo dicha estructura de múltiples capas por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado interpuesta entre por lo menos un par de capas de cubierta de material polimérico, teniendo dicha material polimérico espumado un módulo de tracción menor que el módulo de tracción de dicho por lo menos un par de capas de cubierta, teniendo dicha material polimérico espumado una densidad entre 0,3 y 0,7 kg/dm^{3} y un módulo de tracción a 20ºC entre 300 y 700 MPa.

Dicha descripción, proporcionada a continuación, se refiere a los dibujos adjuntos, proporcionados puramente por motivos explicación y sin ninguna intención de limitación, en los cuales:

- la figura 1 muestra, en sección transversal recta, una primera realización del cable óptico según la invención;

- las figuras 2 y 3 muestran, en sección transversal recta, dos realizaciones diferentes de un núcleo óptico;

- la figura 4 muestra un cable óptico que está fuera del alcance de la invención reivindicada; y

- la figura 5 muestra, en sección transversal recta, una realización diferente del cable óptico según la invención.

Por motivos de simplicidad de la descripción, en los dibujos adjuntos, los mismos signos de referencia corresponden a componentes similares o idénticos.

Un cable óptico 10 para telecomunicaciones y/o para la transmisión de datos según la presente invención se muestra en una sección transversal recta en la figura 1.

Según la realización mostrada, dicho cable óptico 10 comprende, en la posición radialmente más interna, un elemento de refuerzo central 11 alrededor del cual están previstos uno o más elementos tubulares 12, en el interior de los cuales se aloja por lo menos una fibra óptica 13.

Preferiblemente, dichos elementos tubulares 12 están hechos de polietileno (PE), polipropileno (PP) o tereftalato de polibutileno (PBT).

Preferiblemente, dicho elemento de refuerzo central 12 está hecho de un material dieléctrico tal como plástico reforzado con fibra de vidrio, hilos de aramida (por ejemplo de Kevlar®) combinados con una resina, o hilos de refuerzo en general incrustados en una matriz usual de material polimérico termoplástico o reticulado.

Generalmente, en el interior de dichos elementos tubulares 12, dichas fibras ópticas 13 están sumergidas en un relleno de tampón (un material a modo de gelatina) 14 que realiza la función de bloquear cualquier propagación longitudinal de agua que sigue a un daño accidental del cable.

El material utilizado como el relleno de tampón es usualmente una composición basada en un aceite del tipo de silicona, aceite mineral (nafténico o parafínico) o aceite sintético, al cual se añade un agente de índice de viscosidad, por ejemplo un polímero elastomérico que tiene una baja temperatura de transición vítrea (por ejemplo poliisobutileno) y, si es necesario, un espesante en un agente para hacerlo tixotrópico (por ejemplo sílice pirogénica), así como un antioxidante. Es preferible utilizar agentes de tampón basados en hidrocarburos o que son en cualquier caso compatibles con los materiales de poliolefina que forman los elementos tubulares, donde se utilizan dichos
materiales.

Si se requiere, el relleno de tampón también puede realizar la función de absorber hidrógeno. En este caso, se dispersa en el mismo un relleno, por ejemplo carbono recubierto de paladio, que puede absorber hidrógeno.

En la realización mostrada en la figura 1, el conjunto que comprende un elemento tubular 12, en el cual están contenidas una o más fibras ópticas 13, forma un elemento 20 para la transmisión de señales ópticas tal como se ha definido anteriormente.

La figura 1 muestra seis elementos 20 para la transmisión de señales ópticas distribuidos alrededor de dicho elemento do refuerzo central 11 y mantenidos en posición mediante una unión y una cinta 15 de contención.

Ventajosamente, dicha cinta 15 consiste en una o más vueltas de cintas típicamente basadas en poliésteres que realizan funciones mecánicas y funciones de aislamiento térmico.

Preferiblemente, dichas cintas son también del tipo que absorben agua, es decir, que pueden absorber cuando entran en contacto con el agua para obstruir el flujo longitudinal de agua en el interior del cable.

Finalmente, una pantalla metálica, por ejemplo de aluminio, está dispuesta en una posición radialmente externa respecto a dicha cinta 15. En general, dicha pantalla se utiliza como una barrera para la propagación de humedad en la dirección radial, y generalmente tienen un espesor comprendido entre 0,15 y 0,2 mm.

Como una alternativa al uso de cintas de pantalla que absorben agua, de una manera similar a las descritas para los elementos tubulares y contienen las fibras ópticas, los elementos tubulares citados anteriormente 12 también se pueden sumergir en un relleno de tampón 16 adecuado.

Preferiblemente, dichos elementos tubulares 12 están trenzados juntos alrededor de dicho elemento de refuerzo central 11 según una configuración helicoidal con un paso predeterminado, de manera continua o, preferiblemente, de manera alterna (del tipo S-Z).

Según la realización mostrada en la figura 1, el conjunto que comprende dichos elementos 20 par la transmisión de señales ópticas dispuestos en el interior de dicho elemento de refuerzo central 11 y mantenidos en posición mediante dichas cintas de contención 15 forma el llamado núcleo óptico 21 del cable 10 tal como se ha definido anteriormente.

Otro tipo de núcleo óptico 21' es, por ejemplo, el mostrado en la figura 2 y comprende un elemento de refuerzo central 11, en la posición radialmente más interna, alrededor del cual se extrude un cuerpo rígido 22, provisto de una pluralidad de ranuras 23.

Dichas ranuras 23 están hechas en porciones radialmente externas de dicho cuerpo rígido 22 y se extiende longitudinalmente, a lo largo de la superficie externa de dicho cuerpo, según una configuración helicoidal continua o con una configuración del tipo S-Z.

Dichas ranuras 23 están rellenas con un material de tampón 14 del tipo descrito anteriormente y están diseñadas para alojar por lo menos una fibra óptica 13.

En una posición radialmente externa respecto al dicho cuerpo rígido 22, el núcleo ranurado 21' tiene, además, una cinta de contención 15 del tipo descrito anteriormente con referencia a la figura 1.

La figura 3 muestra, en una sección transversal recta, un tipo adicional de núcleo óptico 21'' que comprende un único elemento tubular 12 que contiene por lo menos una fibra óptica 13, dispuesta preferiblemente de una manera floja sumergida en un material de tampón 14 del tipo descrito anteriormente.

Con referencia a la realización mostrada en la figura 1, el cable óptico 10 según la presente invención comprende una estructura de protección de múltiples capas 30 dispuesto en una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico 21.

En mayor detalle, moviéndose radialmente desde el interior al exterior, dicha estructura de protección de múltiples capas 30 comprende: una primera capa de cubierta 31 de material polimérico, una capa de cubierta 32 de material polimérico espumado y una segunda capa de cubierta 33 de material polimérico.

A continuación en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, el término "material polimérico espumado" significa un material polimérico con un porcentaje predeterminado de espacio "libre" en el interior del material, es decir, espacio han ocupado mediante el material polimérico, sino por gas o aire.

En general, este porcentaje de espacio libre en un material polimérico espumado se expresa mediante el llamado "grado de expansión" (G), definido como sigue:

(1)G = (d_{0}/d_{e} - 1) * 100

donde d_{0} indica la densidad del polímero no expandido y d_{e} indican la densidad aparente medida en el polímero expandido (la densidad final).

Según la presente invención, el material polimérico expansible se puede seleccionar entre el grupo que comprende: poliolefinas, copolímeros de varias olefinas, copolímeros de olefinas con ésteres insaturados, poliésteres, policarbonatos, polisulfonas, resinas fenólicas, resinas de urea, y mezclas de los mismos. Ejemplos de polímeros preferidos son polietileno (PE), especialmente PE de baja densidad (LDPE), PE de media densidad (MDPE), PE de alta densidad (HDPE) y PE de baja densidad lineal (LLDPE); polipropileno (PP); copolímeros de etileno-propileno elastoméricos (EPR) o terpolímeros de etileno-propileno-dieno (EPDM); caucho natural; caucho de butilo; copolímeros de etileno/vinil éster, por ejemplo etileno/vinil acetato (EVA); copolímeros de etileno/acrilato, especialmente etileno/metacrilato (EMA), etileno/etilacrilato (EEA), etileno/butilacrilato (EBA); copolímeros termoplásticos de etileno/b-olefina; poliestireno; resinas de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS); polímeros halogenados, especialmente cloruro de polivinilo (PVC); poliuretano (PUR); poliamidas; poliésteres aromáticos, tal como polietilenotereftalato (PET) o polibutilenotereftalato (PBT); y copolímeros o mezclas mecánicas de los mismos.

Preferiblemente, el material polimérico es un polímero o copolímero poliolefínico basado en etileno y/o propileno, y en particular se selecciona entre:

(a) copolímeros de etileno con un éster etilénicamente insaturados, por ejemplo vinil acetato o butil acetato, en el que la cantidad de éster insaturados está generalmente comprendido entre el 5% y el 80% en peso, preferiblemente entre el 10% y el 50% en peso;

(b) copolímeros elastoméricos de etileno con por lo menos una C_{3}-C_{12} b-olefina, y opcionalmente un dieno, preferiblemente copolímeros de etileno-propileno (EPR) o etileno-propileno-dieno (EPDM), que tienen preferiblemente la siguiente composición: 35-90% mol. de etileno, 10-65% mol. de b-olefina, 0-10% mol. de dieno (por ejemplo, 1,4-hexadieno o 5-etilideno-2-norborneno);

(c) copolímeros de etileno con por lo menos una C_{4}-C_{12} b-olefina, preferiblemente 1-hexeno, 1-octeno y similares, y opcionalmente un dieno, que tiene generalmente una densidad entre 0,86 y 0,90 g/cm^{3} y la siguiente composición: 75-97% mol. de etileno, 3-25% mol. de b-olefina, 0-5% mol. de un dieno;

(d) polipropileno modificado con copolímeros de etileno/C_{3}-C_{12} b-olefina, donde la relación en peso entre el polipropileno y el copolímero de etileno/C_{3}-C_{12} b-olefina está comprendida entre 90/10 y 30/70, preferiblemente entre 50/50 y 30/70.

Por ejemplo, la clase (a) incluye los productos comerciales Elvax® (Du Pont), Levapren® (Bayer), Lotryl® (Elf-Atochem); la clase (b) incluye los productos Dutral® (Enichem) o Nordel® (Dow-Du Pont); la clase (c) incluye los productos Engage® (Dow-Du Pont) o Exact® (Exxon), mientras que el polipropileno modificado con copolímeros de etileno/b-olefina están comercialmente disponibles con los nombres comerciales Moplen® o Hifax® (Basell), o Fina-Pro® (Fina), y similares.

Particularmente preferidos, en la clase (d) son los elastómeros termoplásticos que comprenden una matriz continua de un polímero termoplástico, por ejemplo polipropileno, y pequeñas partículas (que tiene generalmente un diámetro del orden de 1-10 \mum) de un polímero elastomérico vulcanizado, por ejemplo EPR o EPDM reticulado, dispersas en la matriz termoplástica. El polímero elastomérico se puede incorporar en la matriz termoplástica en el estado no vulcanizado y a continuación se puede reticular de manera dinámica durante el proceso añadiendo una cantidad adecuada de un agente de reticulación. Alternativamente, el polímero elastomérico se puede vulcanizar por separado y se puede dispersar a continuación en la matriz termoplástica en forma de pequeñas partículas. Elastómeros termoplásticos de este tipo se describen como por ejemplo, en los documentos US-4.104.210 o EP-324.430.

Entre los materiales poliméricos, un polipropileno de alta resistencia la fusión, tal como se describe por ejemplo en la patente US-4.916.198, comercialmente disponible bajo la marca Profax® (Basell), se prefiere particularmente. Dicho documento describe un proceso para la producción de dicho polipropileno en una etapa de irradiación de un polipropileno lineal realizado utilizando radiación de ionización de alta energía durante un período de tiempo su y para asegurar la formación de una gran cantidad de ramificaciones largas de la cadena, estando seguida esa tapa mediante un tratamiento adecuado del material irradiado para desactivar los radicales libres presentes en el material
irradiado.

Incluso más preferiblemente, particularmente favorecido entre los materiales poliméricos hay una composición polimérica que comprende el polipropileno citado anteriormente con un alto índice de ramificaciones, generalmente en una cantidad entre el 30 y el 70% en peso, mezclado con un elastómero termoplástico del tipo que pertenece a la clase (d) anterior, en una cantidad generalmente entre el 30 y el 70% en peso, expresándose dichos porcentajes respecto al peso total de la composición de polímero.

Según la presente invención, el grado de expansión del material polimérico de dicha capa de cubierta 32 de material polimérico espumado puede variar entre el 20% y el 250%, preferiblemente entre el 50% y el 150%.

El material polimérico espumado de la capa de cubierta 32 de dicha estructura de protección de múltiples capas 30 según la presente invención, para garantizar unos resultados óptimos en términos de resistencia al impacto y/o de compresión, ha de poseer una densidad (es decir, la densidad final d_{e} de la fórmula (1) anterior) entre 0,3 y 0,7 kg/dm^{3}, preferiblemente entre 0,4 y 0,6 kg/dm^{3}.

Además, preferiblemente, dicho material polimérico espumado de la capa de cubierta 32 tiene un módulo de tracción a 20ºC comprendido entre 300 y 700 MPa, preferiblemente entre 400 y 600 MPa.

El material polimérico expansible inicial, seleccionado entre el grupo anterior, tiene una densidad (es decir la densidad d_{0} de la fórmula (1) anterior) entre 0,85 y 1,10 kg/dm^{3}.

Además, dicho material polimérico expansible inicial tiene un módulo de tracción a 20ºC entre 700 y 1100 MPa.

En general, la capa de cubierta 32 hecha de material polimérico espumado tiene un espesor entre 0,5 y 3,0 mm, preferiblemente entre 1,0 y 2,5 mm.

Generalmente, dicha primera capa de cubierta 31 y dicha segunda capa de cubierta 33 que dicha estructura de protección de múltiples capas 30 según la invención están hechas del mismo material polimérico.

Preferiblemente, dicho material polimérico se selecciona entre el grupo que comprende: polietileno de baja densidad (LDPE) (d = 0,910-0,925 g/cm^{3}); polietileno de densidad media (MDPE) (d = 0,926-0,940 g/cm^{3}); polietileno de alta densidad (HDPE) (d = 0,941-0,965 g/cm^{3}); copolímeros de etileno con b-olefinas; polipropileno (PP); cauchos de etileno/b-olefina, en particular cauchos de etileno/propileno (EPR), cauchos de etileno/propileno/dieno (EPDM); caucho natural; cauchos de butilo; y mezclas de los mismos.

Los copolímeros obtenibles mediante copolimerización de etileno con por lo menos una b-olefina que tiene entre 3 y 12 átomos de carbono, y posiblemente con un dieno, en presencia de un catalizador de "sitio único", en particular un catalizador de metaloceno o un catalizador de geometría restringida, se prefieren particularmente.

Otros componentes convencionales, tales como antioxidantes, coadyuvantes de procesamiento, lubricantes, pigmentos, otros rellenos y similares, se pueden añadir al material polimérico citado anteriormente. Antioxidantes convencionales adecuados para el propósito son, por ejemplo: trimetildihidroquinolina polimerizada, 4,4-tiobis (3-metil-6-ter-butil) fenol; pentaeritril-tetra [3-(3,5-diter-butil-4-hidroxifenil) propionato], 2,2'-tiodietileno-bis [3-(3,5)-diter-butil-4-hidroxifenil) propionato] y similares, o mezclas de los mismos.

En una realización particular, dicha primera capa de cubierta 31 y dicha segunda capa de cubierta 33 de dicha estructura de protección de múltiples capas 30 según la invención están hechas de materiales diferentes.

Por ejemplo, en campos particulares de aplicación es apropiado que dicha segunda capa de cubierta 33 sea, ventajosamente, una cubierta del tipo a prueba de fuego.

Preferiblemente, la segunda capa de cubierta 33 es más gruesa que la primera capa de cubierta 31.

Generalmente, a primera capa de cubierta 31 hecha de un material polimérico tiene un espesor entre 0,5 y 2,0 mm, preferiblemente entre 0,7 y 1,5 mm.

Generalmente, la segunda capa de cubierta 33 hecha de material polimérico tiene un espesor entre 0,5 y 3,0 mm, preferiblemente entre 0,9 y 2,0 mm.

Según la realización mostrada en la figura 1, el cable óptico 10 según la presente invención también comprende una capa de refuerzo 34 de tipo dieléctrico que puede proporcionar ha dicho cable una resistencia la tracción adecuada, que es particularmente deseable especialmente durante la colocación del cable.

Preferiblemente, dicha capa de refuerzo 34 está hecha de hilos de aramida y/o hilos de fibra de vidrio. Opcionalmente, dicha capa de refuerzo 34 está hecha de hilos de fibra de carbono o de hilos basados en poliéster o polipropileno.

Preferiblemente, dicha capa de refuerzo 34 está dispuesta en una posición radialmente externa respecto a dicha capa de cubierta 32 de material polimérico es malo, en un estado de contacto mutuo con esta última.

Para aplicaciones del tipo terrestre, preferiblemente dicha capa de refuerzo 34 tiene un espesor entre 0,2 y 0,6 mm, dependiendo dicha espesor del número de hilos utilizados. Sin embargo, debe indicarse que en el uso de cables suspendidos dicho espesor también puede ser mayor, ya que generalmente se utiliza un gran número de hilos.

La figura 4 muestra, en sección transversal recta, un cable óptico 40 adicional que comprende una estructura de protección de múltiples capas 30 que está fuera del alcance de la invención reivindicada.

En detalle, según la realización mostrada en la figura 4, el elemento 20 para la transmisión de señales ópticas, tal como se definió anteriormente, de dicho cable óptico 40 se representa mediante una pluralidad de fibras ópticas 13, sumergidas en un relleno de tampón 14.

Por lo tanto, la realización citada anteriormente, la primera capa de cubierta 31 de dicha estructura de protección de múltiples capas 30 también constituye la estructura par la contención de dichas fibras ópticas sumergidas en dicho relleno de tampón.

La figura 5 muestra en sección transversal recta, otra realización de un cable óptico 50 que comprende una estructura de protección de múltiples capas 30 según la presente invención.

El más detalle, el cable óptico 50 de un núcleo óptico 51 del tipo ranurado (similar al mostrado en la figura 2) en una posición radialmente externa en la que está dispuesta dicha estructura de protección de múltiples capas 30.

Respecto al proceso de fabricación de un cable óptico según la presente invención, las etapas principales que caracterizan el proceso anterior, en el caso de un cable óptico del tipo mostrado en la figura 1 que se debe producir, se describen a continuación.

El núcleo óptico 21 de dicho cable óptico se obtiene según técnicas convencionales y por lo tanto no se describirán en detalle.

El núcleo óptico 21, enrollado sobre una bobina se suministra a una primera línea de extrusión para extrudir sobre dicho núcleo óptico 21 la primera capa de cubierta 31 de material polimérico de la estructura de protección de múltiples capas 30 según la invención.

Después de dicha primera extrusión, el núcleo óptico 21 cubierto con dicha primera capa de cubierta 31 se somete a un ciclo de enfriamiento. Preferiblemente, dicho enfriamiento se realiza moviendo todo el núcleo óptico y la primera capa de cubierta en el interior de un canal de refrigeración en el cual se coloca un fluido adecuado, típicamente agua a una temperatura predeterminada, usualmente entre 10 y 25ºC, dependiendo de la longitud del canal de refrigeración y de la velocidad lineal de la propia línea.

Una vez enfriado, dicho conjunto se recoge sobre una bobina de almacenamiento.

El proceso de fabricación del cable óptico a continuación prevé una segunda etapa de extrusión para colocar la capa de cubierta 32 de material polimérico espumado en una posición radialmente externa en dicha primera capa de cubierta polimérica 31.

Según el documento WO 98/52197 citado anteriormente, la etapa de expansión del material polimérico constituye dicha capa de cubierta 32 se efectúa durante la operación de extrusión.

Esta expansión puede realizarse químicamente, mediante la adición durante la etapa de preparación de la composición de polímero de un agente de expansión adecuado que puede producir un gas en unas condiciones de presión y temperatura adecuadas, o físicamente, inyectando gas a alta presión directamente en el barril del extrusor. Ejemplos de agentes de expansión adecuados son: azodicarbamida, paratoluenosulfonulhidracida, mezclas de ácidos orgánicos (por ejemplo ácido cítrico) con carbonatos y/o bicarbonato bicarbonatos (por ejemplo, bicarbonato de sodio), y similares. Ejemplos de gases que se puede inyectar a alta presión en el barril del extrusor son: nitrógeno, dióxido de carbono, aire, hidrocarburos de baja ebullición (por ejemplo propano o butano), hidrocarburos halogenados (por ejemplo cloruro de metileno, triclorofluorometano, 1-cloro-1,1-difluoroetano y similares), o sus mezclas.

Se ha observado que, para condiciones de extrusión idénticas (tal como la velocidad de rotación del tornillo, la velocidad de la línea de extrusión, el diámetro del cabezal de extrusión) una de las variables de proceso que tiene una mayor influencia en el grado de expansión es la temperatura de extrusión. En general, para temperaturas de extrusión por debajo de 130ºC es difícil obtener un grado de expansión suficiente; la temperatura de extrusión es preferiblemente de por lo menos 140ºC, y especialmente de 180ºC aproximadamente. Generalmente, un aumento en la temperatura de extrusión se corresponde un mayor grado de expansión.

Además, en alguna extensión es posible controlar el grado de expansión del polímero actuando sobre el índice de refrigeración. Así, retrasando o anticipando de manera adecuada la refrigeración del polímero que forma la capa de cubierta expandida a la salida del extrusor, es posible aumentar o disminuir el grado de expansión de dicho material polimérico.

Después de la segunda etapa de extrusión, el núcleo óptico, así cubierto, se somete a un ciclo de refrigeración adecuado, tal como se ha mencionado anteriormente, y se enrolla sobre una bobina de almacenamiento adicional.

A continuación, el proceso de fabricación del cable óptico prevé que, en una posición radialmente externa respecto a la capa de cubierta polimérica espumada 32, se coloque una capa de refuerzo 34 (si está previsto, por ejemplo de hilos de Kevlar®) de una manera bien conocida y a continuación, en una etapa de extrusión adicional, se aplica la segunda capa de cubierta 33 de material polimérico de dicha estructura de protección de múltiples capas 30.

Preferiblemente, dicha capa de refuerzo 34 y dicha segunda capa de cubierta 33 se aplican en la misma línea.

Otra vez, después de dicha etapa de extrusión adicional, el cable óptico así formado se enfría y se recoge sobre una bobina.

El proceso de producción tal como se ha descrito anteriormente prevé, tal como se ha mencionado, varias etapas de extrusión sucesivas. Ventajosamente, dicho proceso se puede realizar en un único paso, por ejemplo mediante una técnica de "tándem", mediante la utilización de varios extrusores separados dispuestos en serie. Como una alternativa adicional, en dicho proceso también se puede realizar mediante coextrusión mediante la utilización de un único cabezal de extrusión.

Si se debe producir un cable óptico diferente del mostrado en la figura 1, por ejemplo un cable óptico del tipo mostrado en las figuras 4 y 5, el proceso de producción descrito anteriormente se puede modificar de manera apropiada sobre la base de las instrucciones suministradas y del conocimiento técnico que tiene un experto en la materia.

Para una descripción adicional de la invención, se proporcionan a continuación algunos ejemplos ilustrativos.

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Ejemplo 1

La fabricación de un cable óptico para telecomunicaciones y/o para la transmisión de datos se realizó según el diseño de la figura 1.

El núcleo óptico de dicho cable comprende un elemento de refuerzo central de plástico reforzado con fibra de vidrio, con un módulo de tracción a 20ºC igual a 50.000 MPa. El diámetro de dicho elemento central era de 2,7 mm.

Dicho núcleo óptico comprende, además, 6 elementos tubulares, cada uno de los cuales contenía 12 fibras ópticas sumergidas en un relleno de tampón basado en hidrocarburos (gelatina). Cada elemento tubular tenía un diámetro interno de 1,8 mm y un diámetro externo de 2,5 mm. Dichos elementos tubulares se transaron juntos según una configuración helicoidal abierta obtenida ejecutando, de manera alternativa, 8 giros hacia la izquierda (es decir, tipo S) y 8 giros hacia la derecha (es decir, tipo Z). Dicha hélice tenía un paso promedio de 85 mm. Dicho trazado se realizó utilizando un hilo convencional de unión basado en polipropileno.

Dicho núcleo se completó con una cinta de los elementos tubulares citados anteriormente, realizado con una cinta basada en poliéster que incluye un polvo que puede absorber agua que puede bloquear, como resultado de la absorción, cualquier infiltración de agua hacia el interior del cable. El espesor de dicha cinta era de aproximadamente 0,4 mm.

Una estructura de protección de múltiples capas según la invención, que comprende respectivamente, moviéndose radialmente hacia el exterior del cable: a) una primera capa de cubierta de polietileno; b) una capa de cubierta de material polimérico espumado; c) una capa de refuerzo del tipo de aramida; d) una segunda capa de cubierta de polietileno, estaba prevista en una posición radialmente externa respecto al núcleo óptico así obtenido.

En detalle, dicha primera capa de cubierta y dicha segunda capa de cubierta se hicieron de polietileno de baja densidad, que tenía un módulo de tracción a 20ºC entre 800 y 1400 MPa. El espesor de dicha primera capa de cubierta era de 1 mm, mientras que el espesor de dicha segunda capa de cubierta era de 1,5 mm.

La capa cubierta de material polimérico espumado se obtuvo utilizando, como el material de base polimérico, HIGRAN SD 817® (polipropileno de alta resistencia a la fusión fabricado por Basell). El espesor de dicha capa de cubierta de material polimérico espumado era de 1,5 mm.

La expansión de dicha capa de cubierta se realizó químicamente, añadiendo, en una tolva de extrusor, un 1,5% en peso (respecto al total) de agente de expansión Hydrocerol® CF 70 (ácido carboxílico/bicarbonato de sodio), hecho por Boehringer Ingelheim.

La capa de cubierta expandida tenía una densidad final de 0,4 kg/dm^{3} y un grado de expansión de aproximadamente el 130%.

La capa de refuerzo del tipo de aramida anterior se obtuvo proporcionando una primera capa que comprende 15 hilos de Twaron 2200® trenzado según una configuración del tipo S, y una segunda capa, su propuesta a la primera capa, que comprende 15 hilos de Twaron 2200® trenzados con una configuración del tipo Z. Dichos hilos tenían una cuenta (densidad lineal) igual a 1620 dTex (dTex indica el peso en gramos de 10.000 m de hilo). El número total de hilos de aramida utilizados era igual a 36 y el espesor de la capa resultante de hilos era igual a 0,15 mm.

La tabla 1 resume los detalles de diseño del cable descrito anteriormente, así como los detalles de diseño de los cables descritos en los siguientes ejemplos comparativos, junto con los resultados de las pruebas realizadas en dichos cables.

El cable óptico así obtenido se probó para su resistencia al impacto y para su resistencia a la compresión, tal como se define a continuación con referencia al estándar internacional IEC 794-1 respecto a las condiciones para realizar las pruebas.

Prueba para la determinación de la resistencia al impacto

La prueba de impacto consistió en dejar caer, desde una altura fija de 1 m, un elemento de golpeo de un peso predeterminado, y de una forma esférica con un radio de curvatura de 10 mm. El uso de un radio de curvatura reducido de la superficie de volteo, de hecho, hacen posible conseguir la transferencia de la energía del impacto sobre una zona restringida particularmente del espécimen, provocando una severidad aumentada de la prueba.

Para determinar la resistencia al impacto, una pluralidad de pruebas de impacto sucesivas se realizaron sobre una muestra de cable mediante la utilización de elementos de golpeo que tenían un peso que aumentaba gradualmente. Las pruebas de impacto se realizaron sobre el mismo espécimen, pero en puntos diferentes del mismo, para evitar golpear dos o más veces en el mismo punto.

Al final de cada impacto, se realizó una determinación de los daños tanto mediante un examen visual de la capa de cubierta más externa (es decir, la segunda capa de cubierta polimérica de la estructura de protección de múltiples capas según la invención) del cable en el punto de impacto, como mediante la verificación de la capacidad de transmisión de las fibras ópticas, contenidas en dicho cable, inmediatamente después del impacto.

La capacidad de transmisión del cable óptico se evaluó mediante la monitorización de todas las fibras ópticas conectadas en un "bucle", es decir conectando dichas fibras en serie y comprobando cualquier cambio en la atenuación de la señal óptica transmitida debido al impacto.

La prueba se detuvo cuando se detectó un daño de la capa de cubierta externa del cable y/o cuando se detectó una mínima atenuación temporal de la señal óptica transmitida mediante dicho cable.

Con referencia al cable óptico descrito anteriormente, dicho cable mostró una considerable resistencia el impacto, soportando energías del orden de 40 J. En otras palabras, el cable óptico anterior no mostró daños superficiales y/o atenuación de la señal óptica, incluso temporalmente, para valores de energía de impacto menores o iguales a
40 J.

Prueba para la determinación de la resistencia a la compresión

Esta prueba de compresión consistió en aplicar durante un período de tiempo predeterminado, de aproximadamente 15 minutos, una fuerza de compresión en una dirección perpendicular a la superficie externa de una muestra del cable óptico anterior.

En mayor detalle, dicha fuerza de compresión se aplicó a la muestra del cable de manera indirecta, es decir, interponiendo un bloque de acero de dimensiones predefinidas (longitud igual a 100 mm) de acuerdo con el estándar IEC 794-1.

La prueba consistió en verificar la capacidad de transmisión del cable óptico durante el período de 15 minutos de aplicación de la fuerza de compresión. La capacidad de transmisión se verificó de una manera similar a la descrita en la prueba de impacto. La prueba se repitió varias veces sobre la muestra del cable variando la intensidad de la fuerza de compresión aplicada, y se consideró completa cuando, durante la aplicación de dicha fuerza, se midió una disminución, incluso mínima, en la señal óptica transmitida mediante dicho cable durante la aplicación de la
carga.

Además, la prueba consistió en el examen visual de los daños de la capa de cubierta más externa del cable en el punto de aplicación de la fuerza de compresión.

Con referencia al cable óptico descrito anteriormente, este último mostró una considerable resistencia a compresión soportando valores de compresión del orden de 4 kN. En otras palabras, el cable óptico anterior no mostró ninguna atenuación de la señal óptica, incluso temporal, para fuerzas de compresión menores o iguales a 4 kN.

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Ejemplo 2

(Comparativo)

Se realizó la fabricación de un cable óptico, provisto del mismo núcleo óptico que en el ejemplo 1, en una posición radialmente externa en el cual se colocaron respectivamente las siguientes capas: a) una capa de material polimérico espumado; b) una capa de refuerzo de tipo de aramida; c) una capa de cubierta externa de polietileno.

En detalle, dicha capa de material polimérico espumado se obtuvo utilizando la misma composición que en el ejemplo 1 y la expansión se realizó químicamente añadiendo, en la torva del extrusor, un 1,3% en peso (respecto al total) de la gente de expansión Hydrocerol® BIH-40. La capa de material polimérico espumado tenía una densidad final de 0,5 kg/dm^{3}, un grado de expansión de aproximadamente el 85% y un espesor de 1 mm.

La capa de refuerzo del tipo de aramida era la misma que en el ejemplo 1 y la capa de cubierta de polietileno, idéntica a la del ejemplo 1, tenía un espesor de 1,5 mm.

De una manera similar al ejemplo 1, el cable óptico así obtenido se sometió a una prueba de impacto y a una prueba de compresión.

En detalle, el cable óptico pudo soportar una energía de impacto del orden de 20 J y una fuerza de compresión del orden de 2,5 kN, sin mostrar, en esos valores, cambios en la atenuación, incluso de manera temporal.

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Ejemplo 3

(Comparativo)

La fabricación del mismo cable óptico que en el ejemplo 2 se realizó con la única diferencia de que la capa de material polimérico espumado, obtenida mediante el uso de la misma composición que en el ejemplo 1, tenía una densidad final igual a 0,4 kg/dm^{3} (la expansión se realizó químicamente añadiendo, en la tolva del extrusor, un 1,7% en peso respecto al total de la gente de expansión Hydrocerol® BIH-40), un grado de expansión de aproximadamente el 130% y un espesor de 1,9 mm.

El cable óptico así obtenido podía soportar una energía de impacto de aproximadamente 25 J y una fuerza de compresión de aproximadamente 2,5 kN, sin mostrar, en esos valores, cambios en la atenuación, incluso de manera temporal.

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Ejemplo 4

(Comparativo)

El mismo cable óptico que en el ejemplo 3 se fabricó, con la única diferencia de que la capa de material polimérico espumado tenía una densidad final de 0,5 kg/dm^{3} y un grado de expansión del 85%.

El cable óptico así obtenido podía soportar una energía de impacto de aproximadamente 30 J y una fuerza de compresión de aproximadamente 3 kN.

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Ejemplo 5

(Comparativo)

La fabricación del mismo cable óptico que en el ejemplo 4 se realizó con la única diferencia de que la capa de material polimérico espumado tenía un espesor de 2,5 mm.

El cable óptico así obtenido pudo soportar una energía de impacto de aproximadamente 35 J y una fuerza de compresión de aproximadamente 3,25 kN.

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Ejemplo 6

(Comparativo)

Se realizó la fabricación de un cable óptico provisto del mismo núcleo óptico que en el ejemplo 1. En una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico, se entrevistó respectivamente las siguientes capas: a) una capa de cubierta de polietileno, y b) una capa externa de un material polimérico espumado.

En detalle, la capa de material polimérico espumado tenía las mismas características que en el ejemplo 1 (densidad final igual a 0,4 kg/dm^{3}, grado de expansión de aproximadamente el 130%, espesor de 1,5 mm), mientras que la capa de cubierta de polietileno, idéntica a la del ejemplo 1, tenía un espesor de 1 mm.

El cable óptico así obtenido soportó una energía de impacto de aproximadamente 10 J y una fuerza de compresión de aproximadamente 3,25 kN.

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Ejemplo 7

(Comparativo)

Se realizó la fabricación de un cable óptico con el mismo núcleo óptico que en el ejemplo 1, previendo respectivamente las siguientes capas en una posición radialmente externa respecto a la última: a) una primera capa de cubierta de polietileno; b) una segunda capa de cubierta polietileno; c) una capa de refuerzo del tipo de aramida; d) una tercera capa de cubierta de polietileno.

En detalle, las capas de cubierta citados anteriormente de polietileno se obtuvieron mediante la utilización del mismo material descrito en el ejemplo 1 y tenían, respectivamente, un espesor de 1 mm para la primera capa de cubierta, 1,5 mm para la segunda capa de cubierta y 1,5 mm para la tercera capa de cubierta.

La capa de refuerzo del tipo de aramida era la misma que la del ejemplo 1.

El cable óptico así obtenido soportó una energía de impacto de aproximadamente 30 J y una fuerza de compresión de aproximadamente 4 kN.

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Ejemplo 8

(Comparativo)

Se realizó la fabricación de un cable óptico provisto del mismo núcleo óptico provisto del mismo núcleo óptico que en el ejemplo 1, previendo respectivamente las siguientes capas en una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico: a) una primera capa de cubierta de polietileno; b) una capa de refuerzo de hilos de aramida; c) una armadura metálica convencional; d) una segunda capa de cubierta externa de polietileno.

En detalle, las capas de cubierta citados anteriormente de polietileno se obtuvieron mediante la utilización del mismo material descrito en el ejemplo 1 y tenían, respectivamente, un espesor de 1 mm para la primera capa de cubierta y un espesor de 1,5 mm para la segunda capa de cubierta.

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La capa de refuerzo del tipo de aramida era la misma que para el ejemplo 1.

La armadura metálica consistía en una banda de acero chapada en ambos lados, de espesor en el acero igual a 0,15 mm, formada en un tubo sobre el cable después de conjugarse primero y a continuación soldarse térmicamente de manera longitudinal con un solapado de aproximadamente 7 mm.

El cable óptico así obtenido soportó una energía de impacto de aproximadamente 20 J y una fuerza de compresión de aproximadamente 4,25 kN.

Para clarificar mejor la descripción, los resultados de las pruebas para la resistencia al impacto y la resistencia a compresión con relación a los ejemplos anteriores se representan en la siguiente tabla 1.

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TABLA 1

1

El análisis de las pruebas realizadas sobre los cables anteriores lleva a las siguientes conclusiones.

En primer lugar, la configuración del cable descrito en la figura 1 muestra una resistencia al impacto mayor, mayor que la de los cables de comparación tomados en consideración, así como una alta resistencia a la compresión, substancialmente comparable con la de un cable provisto de una armadura del tipo metálico (ejemplo 8).

Además, la colocación de una capa de material polimérico espumado, es decir de un bajo módulo de elasticidad, como la capa de cubierta más externa de un cable óptico (ejemplo 6) se probó que era una solución bastante inapropiada ya que no proporcionó ha dicho cable una contribución significativa de resistencia de impactos, permaneciendo este último en valores muy bajos (igual a 10 J en el ejemplo 6 anterior).

A partir de la configuración descrita en el ejemplo 2, se puede deducir que, mediante la colocación de dicha capa de material polimérico espumado por debajo de la capa de cubierta más externa de un cable óptico, la resistencia a los impactos conferida sobre este último aumenta de manera considerable (doblando en valor, de 10 J en el ejemplo 6 a 20 J en el ejemplo 2). Esto es debido esencialmente al hecho de que en el ejemplo 2 del impacto se produce sobre la capa externa (de polietileno) con un alto módulo de elasticidad respecto a la capa de material polimérico espumado. Por lo tanto, como la capa externa se puede penetrar menos fácilmente mediante el elemento de golpeo de prueba, la deformación creada por este último se transfiere a la capa subyacente de material polimérico espumado sobre un área mayor. Así, esto produce una deformación más extensiva que dicha capa subyacente que a continuación proporciona una mayor absorción de la energía del impacto, resultando en menos transferencia de esta última sobre el núcleo óptico subyacente.

Sin embargo, aunque mejora en gran medida la resistencia a los impactos, la presencia de dicha capa de material polimérico espumado por debajo de la capa de cubierta externa de polietileno (ejemplo 2) provoca una disminución apreciable en la resistencia a la compresión comparado con el caso donde dicha capa de material polimérico espumado es la capa más externa del cable (ejemplo 6). El solicitante considera que estos debido al hecho de que la capa de material polimérico espumado del ejemplo 2 no puede ofrecer una suficiente resistencia a la fuerza de compresión que actúa sobre el cable, porque dicha capa de material polimérico espumado no está soportada mediante una capa que sea suficientemente rígida para soportarla.

Además, comparando los ejemplos 2, 4 y 5, se puede apreciar que, con una densidad final igual del material expandido, un aumento en el espesor de la capa de material polimérico espumado provoca un aumento ventajoso en la resistencia al impacto y en la resistencia a la compresión, proporcionando dicho aumento en el espesor una mayor absorción de la energía que actúa sobre el cable.

Comparando los ejemplos 1, 5 y 7, se puede apreciar que, con un diámetro igual (dichos ejemplos de hecho prevén un espesor de 4 mm sobre la parte superior del mismo núcleo óptico), la estructura de protección de múltiples capas según la invención se prueba que es particularmente ventajosa. De hecho, dicha estructura, que comprende una capa de cubierta con un bajo módulo de elasticidad (es decir, la capa de cubierta de material polimérico espumado) interpuesta entre un par de capas de cubierta con un módulo de elasticidad mayor (es decir, las capas de cubierta de material polimérico - polietileno en los ejemplos), garantiza una alta resistencia al impacto y resistencia a compresión en comparación con una configuración de cable en el cual la capa de cubierta de material polimérico espumado, aunque se ha de un espesor mayor (igual a 2,5 mm en el ejemplo 5), éste en contacto directo con el núcleo óptico, y con una configuración de cable en la cual la estructura de múltiples capas radialmente externa a núcleo óptico comprende materiales con módulos de elasticidad mayores (ejemplo 7). Además, dicha última solución también prueba que no es ventajosa en términos del peso total del cable óptico.

Además, comparando los ejemplos 3 y 4 se puede deducir que, con un espesor igual, un aumento en la densidad (y por lo tanto el módulo elástico) de la capa de cubierta del material polimérico espumado está acompañado por una mejora de aproximadamente el 20% en la resistencia al impacto (que aumenta de 25 J a 30 J) y en la resistencia a compresión (que aumenta de 2,5 kN a 3 kN). Sin embargo, comparando los ejemplos 7 y 8, se puede apreciar que un aumento excesivo en la densidad (y por lo tanto el módulo de elasticidad) de la capa de cubierta intermedia (que es de polietileno en el ejemplo 7 y de acero en el ejemplo 8) provoca una disminución considerable en la resistencia al impacto del cable (que disminuye de 30 J en el ejemplo 7, valor es comparable al del ejemplo 4, a 20 J del
ejemplo 8).

A partir del anterior, la estructura de protección de múltiples capas según la invención puede proporcionar al cable óptico, con el cual está combinado dicha estructura, tanto una alta resistencia al impacto como una alta resistencia a la compresión, gracias a la presencia de una capa de cubierta el material polimérico espumado interpuesta entre por lo menos un par de capas de cubierta de material polimérico.

Así, tal como se ha indicado anteriormente, para garantizar una estructura de protección efectiva contra impactos y compresión, la capa de cubierta intermedia que dicha estructura ha de poseer valores de densidad final, y por lo tanto de módulo elástico, menores que los de dicho par de capas de cubierta.

Otras ventajas que posee el cable óptico según la presente invención incluyen un peso moderado del propio cable, así como una mayor flexibilidad el cable.

Además, la presencia de una capa de cubierta de material espumado interpuesta entre dicho par de capas de cubierta con un módulo de tracción mayor respecto al de dicha capa de cubierta de material espumado garantiza una operación más segura del cable a bajas temperaturas de servicio, ya que provoca menos encogimiento de dicho cable.

Finalmente, la estructura de protección de múltiples capas según la presente invención, respecto a su ligereza, flexibilidad y resistencia mecánica, se prueba que es particularmente ventajosa para aplicaciones del tipo elevado también.

En este último caso, de hecho, los cables elevados pueden estar en la condición de soportar, por ejemplo, el impacto de perdigones disparados por cazadores, y la solución de múltiples capas según la presente invención se prueba particularmente adecuada para la protección del núcleo óptico contra el impacto de dichos perdigones.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US4491386A [0014]

\bullet GB1451232A [0017]

\bullet DE3107024 [0018]

\bullet GB2159291A [0019]

\bullet GB2184863A [0019]

\bullet US4770489A [0020] [0023] [0036]

\bullet WO0005730A [0024] [0029]

\bullet WO9852197A [0027] [0039] [0112]

\bullet US4104210A [0079]

\bullet EP324430A [0079]

\bullet US4916198A [0080]

Claims (19)

1. Cable óptico (10, 40, 50) que comprende:

- un núcleo óptico (21, 51) que comprende por lo menos una fibra óptica (13) y una cinta de contención (15);

- por lo menos una primera capa de cubierta (31) de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico (21, 51);

- por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una primera capa de cubierta (31); y

- por lo menos una segunda capa de cubierta (33) de material polimérico en una posición radialmente externa respecto a dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32);

teniendo dicha material polimérico espumado una densidad entre 0,3 y 0,7 kg/dm^{3} y un módulo de tracción a 20ºC entre 300 y 700 MPa e inferior al módulo de tracción de dicha por lo menos una primera capa de cubierta (31) y dicha por lo menos una segunda capa de cubierta (33).

2. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha capa de cubierta de material polimérico espumado (32) está en un estado de contacto mutuo con dicha por lo menos una primera capa de cubierta (31).

3. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha capa de cubierta de material polimérico espumado (32) está en un estado de contacto mutuo con dicho por lo menos una segunda capa de cubierta (33).

4. Cable óptico (10) según la reivindicación 1, que comprende una capa de refuerzo (34) en una posición radialmente externa respecto a dicha capa de cubierta de material polimérico espumado (32).

5. Cable óptico (10) según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que dicha capa de refuerzo (34) comprende hilos y eléctricos seleccionados entre el grupo que comprende: hilos aramídicos, hilos de fibra de vidrio, hilos de fibra de carbono, hilos basados en poliéster o polipropileno.

6. Cable óptico (10, 40, 50) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el material polimérico expansible de dicho por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) se selecciona entre:

a) copolímeros de etileno con un éster etilénicamente insaturado, en el que la cantidad de éster insaturado está entre el 5% y el 80% en peso;

b) copolímeros elastoméricos de etileno con por lo menos una C_{3}-C_{12} \alpha-olefina, y opcionalmente un dieno, que tiene la siguiente composición: 30-90% mol. de etileno, 10-65% mol. de \alpha-olefina, 0-10% mol. de dieno;

c) copolímeros de etileno con por lo menos una C_{4}-C_{12} \alpha-olefina, y opcionalmente un dieno, que tiene una densidad entre 0,86 y 0,90 g/cm^{3};

d) polipropileno modificado con copolímeros de etileno/C_{3}-C_{12} \alpha-olefina, donde la relación en peso entre el polipropileno y el copolímeros de etileno/C_{3}-C_{12} \alpha-olefina está entre 90/10 y 30/70.

7. Cable óptico (10, 40, 50) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el grado de expansión de dicho material polimérico espumado está entre el 20% y el 250%.

8. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que dicho grado de expansión está entre el 50% y el 150%.

9. Cable óptico (10, 40, 50) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el espesor de dicho por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) está comprendido entre 0,5 y 3,0 mm.

10. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dicho espesor está comprendido entre 1,0 y 2,5 mm.

11. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho material polimérico espumado tiene una densidad comprendida entre 0,4 y 0,6 kg/dm^{3}.

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12. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho material polimérico espumado tiene un módulo de tracción a 20ºC entre 400 y 600 MPa.

13. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el material polimérico expansible de dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) tiene una densidad comprendida entre 0,85 y 1,10 kg/dm^{3}.

14. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación numeró uno, caracterizado por el hecho de que el material polimérico expansible de dicha por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) tiene un módulo de tracción a 20ºC comprendido entre 700 y 1100 MPa.

15. Cable óptico (10, 40, 50) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el espesor de dicha por lo menos una primera capa de cubierta (31) está comprendido entre 0,5 y 2,0 mm.

16. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho de que dicho espesor está comprendido entre 0,7 y 1,5 mm.

17. Cable óptico (10, 40, 50) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el espesor de dicha por lo menos una segunda capa de cubierta (33) está comprendido entre 0,5 y 3,0 mm.

18. Cable óptico (10, 40, 50) según la reivindicación 17, caracterizado por el hecho de que dicho espesor está comprendido entre 0,9 y 2,0 mm.

19. Procedimiento para la protección de un núcleo óptico (21, 51) que comprende por lo menos una fibra óptica (13), y una cinta de contención (15), que comprende la etapa de colocar una estructura de múltiples capas (30) en una posición radialmente externa respecto a dicho núcleo óptico (21, 51), comprendiendo dicha estructura de múltiples capas (30) por lo menos una capa de cubierta de material polimérico espumado (32) interpuesta entre por lo menos un par de capas de cubierta (31, 33) de material polimérico, teniendo dicha material polimérico espumado un módulo de tracción menor que el módulo de tracción de dicho por lo menos un par de capas de cubierta (31, 33), teniendo dicha material polimérico espumado una densidad entre 0,3 y 0,7 kg/dm^{3} y un módulo de tracción a 20ºC entre 300 y 700 MPa.