專利名稱：低收縮電信光纜及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及低收縮電信光纜以及該低收縮電信光纜的制 造方法。
背景技術：
光纜通常包括(O—根或多根光纖；(2)圍繞該一根或多根 光纖的一個或多個緩沖件；(3)圍繞該一個或多個緩沖件的增強 層；以及(4)外套。光纖用于載運光學信號。通常的光纖包括一 個由包層圍繞的內芯，該包層覆有涂層。緩沖件通常用于圍繞和保 護覆有涂層的光纖。增強層增加光纜的機械強度，以保護內部光纖 不受安裝過程中以及此后施加到光纜上的應力的影響。示例性的增 強層包括芳族聚酰胺紗線、鋼、以及用環(huán)氧樹脂增強的玻璃粗紗。 外套保護光纜不會因擠壓、研磨而產(chǎn)生損壞以及其他物理損壞。外 套還保護光纜不受化學損壞(例如臭氧、堿、酸)。己知的是，光纜內光纖的微小彎曲會對光學性能產(chǎn)生負面影 響。光纜的外套的收縮會導致軸向應力施加到光纖上，這會使光纖 產(chǎn)生微小彎曲。外套收縮的一個原因在于由于溫度減小導致的熱收 縮，另一個收縮的原因在于擠塑后收縮。由于熱收縮產(chǎn)生的收縮通常只是暫性的，而熱膨脹/收縮的量 取決于所涉及的材料的熱膨脹系數(shù)。在通常的光纜中，外套比光纖 的熱膨脹系數(shù)要高。因此，當由于正常環(huán)境溫度循環(huán)而使溫度下降 時，外套比光纖收縮得厲害使得應力施加到光纖上。這些應力通常
僅是暫性的，因為當溫度回復正常時外套會膨脹回到其原始尺寸。擠塑后收縮是用于制造光纜的擠塑工藝的附帶產(chǎn)物。通常，為 了制造光纜，光纖要穿過擠塑模，且熔融塑料繞著光纖的外部被擠 出。隨著熔融塑料從擠塑模中出來，塑料在流動方向上被拉長，然 后穿過冷卻浴槽，在浴槽中塑料的細長形狀被固定。但是，在形狀 固定之后，塑料繼續(xù)具有對預拉伸的形狀的記憶。因此，如果光纜 在后來被加熱時，塑料將在重力作用下朝向其預拉長的形狀，由此 產(chǎn)生光纜外套的擠塑后軸向收縮。如上所述，光纜外套收縮可能會 導致光纖的微小彎曲，從而降低信號質量。與熱收縮導致的收縮不 同的是，上述類型的擠塑后收縮是永久性的。擠塑后收縮在光纖連接領域中是較嚴重的問題。當連接器安裝 在光纜末端時，常常要使用熱固環(huán)氧樹脂將連接器固定到外套和增 強層。當固化循環(huán)中環(huán)氧樹脂被加熱時，光纜外套也被加熱，因而 產(chǎn)生永久性的擠塑后收縮。擠塑后收縮也可能在安裝后由于環(huán)境溫 度變化而產(chǎn)生。發(fā)明內容本發(fā)明公開的內容一方面涉及一種電信光纜，其具有抗擠塑后 收縮的一個層，在一個實施例中，該層是光纜的外套。本發(fā)明的另一方面涉及一種制造電信光纜的方法，該電信光纜 具有抗擠塑后收縮的一個層。本發(fā)明其他各方面如下所述，這些方面涉及各獨立的特征以及 這些特征的結合。應該理解的是，前面的抽象描述以及后面的詳細 描述都僅是示例性的和解釋性的，并不是對要求保護的發(fā)明的限 定。


圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的示例性光纜的透視圖；圖2是具有根據(jù)本發(fā)明原理的結構的電信光纜的一個層；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明原理的光纜的第二實例；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明原理的光纜的第三實例；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明原理的光纜的第四實例；圖6示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明原理的電信光纜的系統(tǒng)；圖6A示出了沿圖6的剖面線6A-6A截取的剖視圖；圖6B示出了沿圖6的剖面線6B-6B截取的剖視圖；圖7示出了可與圖6所示的系統(tǒng)一起使用的十字頭實例。
具體實施方式
本發(fā)明通常涉及電信光纜的層(例如，外套、緩沖件、護皮等)， 其構造成用于抗擠塑后收縮，同時能保持柔韌性。在一個實施例中， 該層包括圍繞著一個或多個帶緊緩沖件的光纖的外套。在另一個實 施例中，該層包括圍繞銅纜的外套。在又一實施例中，該層包括用 于帶松緩沖件的光纜的緩沖管。在還一實施例中，該層包括圍繞一 個或多個光纖的緊緩沖層。在列出了上述示例性應用時，應該意識 到，根據(jù)本發(fā)明原理的層可以使用于電信光纜中需要減少收縮且具 有相對高的柔韌性的任何層。圖1示出了一種光纜20，其組合了一個或多個根據(jù)本發(fā)明原 理的抗收縮層。光纜20包括光纖22、緩沖件24、增強層26、以 及外套28。外套28和/或緩沖件24可以具有抗擠塑后收縮的結構。應該意識到，光纖22可具有任何數(shù)量的傳統(tǒng)結構。例如，光
纖22可以包括由硅基包層圍繞的硅基芯，其中硅基包層的折射指 數(shù)比硅基芯要低。 一個或多個保護性聚合物涂層可以圍繞著該包 層。光纖22可以是單模式光纖也可以是多模式光纖。示例性的光 纖可從紐約的Corning的Corning Inc.購買到。緩沖件24被示出為圍繞著光纖22的緊緩沖層。應該意識到， 緩沖件24也可以具有任何數(shù)量的傳統(tǒng)已知結構。例如，緩沖層24 可以由聚合物材料例如聚氯乙烯(PVC)制成。也可使用其他聚合 物材料(例如，聚乙烯、聚氨基甲酸酯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、 乙烯基乙二醇二乙酸酯、尼龍、聚酯、或其他材料)。在某些實施 例中，緩沖層可以具有抗擠塑后收縮的結構。例如，與下述的外套 28相似，緩沖層可以包括收縮減小件，其嵌在緩沖件中，以阻止 軸向收縮。增強層26用于禁止軸向拉伸負載施加到光纖22上。增強層 26優(yōu)選地在光纜的整個長度上延伸。在某些實施例中，增強層可 以包括紗線、纖維、線、條帶、膜、環(huán)氧、單絲或其他結構。在一 個優(yōu)選實施例中，增強層26包括芳族聚酰胺紗線(例如Kevlar 紗線)，其在長度方向上沿著光纜的整個長度延伸。如圖1所述， 增強層26通常設在緩沖件24和外套28的界面處。參考圖2，外套28具有抗擠塑后收縮的結構。例如，外套28 包括基底材料30和多個離散的收縮減小件32 (例如桿、巻須、延 展件、纖維等)，其嵌在基底材料30內。收縮減小件32優(yōu)選地由 具有比基底材料30的擠塑后收縮特性更好的材料構成。如背景技 術中所述，當基底材料被拉伸時，基底材料保持對預拉伸形狀的記 憶，并在再加熱時重力地朝向預拉伸形狀。在再加熱時收縮減小件 優(yōu)選地證明比基底材料的收縮小。因為收縮減小件嵌在基底材料 中，收縮減小件為基底材料提供抗收縮的增強性能。在一個優(yōu)選實
施例中，收縮減小件的熔融溫度高于基底材料的熔融溫度。仍參考圖2，收縮減小件32優(yōu)選地是細長的，并具有與光纜 20的縱軸L-A大體平行對齊的長度。每個收縮減小件32優(yōu)選地不 延伸整個光纜20的長度。取而代之的是，每個件32優(yōu)選地僅與光纜總長度的相對短的一段相一致或沿該長度延伸。例如，在一個實 施例中，至少一些件32的長度范圍為0.2mm-100mm。在另一個實 施例中，至少一些件32的長度范圍為5-60mm。在還一個實施例中， 至少一些件的長度范圍為10-40mm。在某些實施例中，設在基底材 料內的大多數(shù)的收縮減小件可以位于上述尺寸范圍內，也可以位于 其他尺寸范圍內。另外，大多數(shù)件32優(yōu)選地彼此離散或隔開。例 如，許多件32優(yōu)選地通過部分基底材料32彼此隔開或隔離。為進一步提高柔韌性，收縮減小件的濃度與基底材料相比相對 較小。例如，在一個實施例中，收縮減小材料占外套28總重量的 不到2%。在另一實施例中，收縮減小材料占外套28總重量的不到 1.5%。在又一實施例中，收縮減小材料占外套28總重量的不到或 等于1.25%。在還一實施例中，收縮減小材料占外套28總重量的 不到或等于i.o%。雖然優(yōu)選實施例使用的是不到2%重量比的收縮 減小材料時，但本發(fā)明范圍內的其他實施例也可以使用多于2%重 量比的收縮減小材料。在一個實施例中，基底材料是聚合物例如柔性鏈聚合物(即， 其中聚合物鏈的連續(xù)單元相對于彼此自由旋轉，從而聚合物鏈可以 具有隨意的形狀)。示例性的基底材料包括傳統(tǒng)熱塑性聚合物例如 聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯、共聚物、聚苯乙烯、以及苯乙烯共聚 物、聚氯乙烯、聚酰胺(尼龍)、聚酯例如聚乙烯對苯二酸鹽、聚 醚酮醚、聚亞苯硫化物、聚醚酰亞胺、低煙零鹵素聚烯烴、和聚碳 酸酯、以及其他熱塑性材料。也可以向基底材料添加添加劑。示例
性的添加劑包括顏料、填充物、耦聯(lián)劑、耐燃劑、潤滑劑、增塑劑、 紫外線穩(wěn)定劑或其他添加劑?；撞牧弦部梢园ㄉ鲜霾牧系慕M合 以及其他材料的組合。在一個實施例中，收縮減小件由可在擠塑工藝中被軟化和再塑 形的材料制成。在一個優(yōu)選的實施例中，收縮減小件包括液晶聚合物。示例性的液晶聚合物公開在美國專利No 3,991,014; 4,067,852; 4,083,829; 4,130,545; 4，161，470; 4，318，842;以及4，468，364中，這些專利整個結合在此作為參考。液晶聚合物指的是即使在軟化或 液相下也是各向異性和高度定向的聚合物。在一個實施例中，當根據(jù)GR409下的標準Telcordia (由 Telcordia開發(fā)的通用基準409)測試過程，暴露于110°C2下小時 時，外套28在長度上收縮不到3%。在另一實施例中，當受到相同 的測試時，外套28長度收縮不到2%，或不到1%。收縮量直接取 決于所使用的液晶聚合物量。通常，當使用2%重量比的液晶聚合 物時，外套長度收縮平均值不到1%。上述數(shù)據(jù)基于在收縮測試前 去除光纖和增強件后單獨在外套上進行的測試。圖3示出了由兩個光纖壓縮捆綁(zipcord)的光纜220，其具 有兩個光纖222、兩個緩沖件224、兩個芳族聚酰胺增強層226、 以及一個外套228。該外套228優(yōu)選地具有就圖2所示外套28描 述的類型的抗收縮結構。圖4示出了分配光纜320，其具有中央增強件321、多個光纖 322、圍繞每個光纖的緩沖件324、拉伸強度件326、以及一個外套 328。該外套328優(yōu)選地具有就圖2所示外套28描述的類型的抗收 縮結構。圖5示出了松緩沖光纜420，其具有中央增強件421、未緩沖
的光纖422的束，其束縛在緩沖管424內、拉伸強度層426、內護 皮427、可選防護層429、以及一個外部可選護皮431。還示出位 于光纖422和緩沖管424之間的拉伸強度層423。光纖422繞定位 在緩沖管424中的中央增強件433布置。緩沖管424具有就圖2所 示外套28描述的類型的抗收縮結構。
圖6示出了用于制造圖1所示的光纜20的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100 包括十字頭102，該十字頭容納來自擠壓機104的熱塑性材料。給 料器106用于將材料進給到擠壓機104。第一傳送器108將基底材 料傳送到給料器106。第二傳送器IIO將收縮減小材料傳送到給料 器106。擠壓機104通過加熱系統(tǒng)112加熱，該加熱系統(tǒng)包括一個 或多個加熱元件，用于將擠壓機的區(qū)域以及十字頭加熱到希望的處 理溫度。帶緩沖件的光纖從進給輥114被進給到十字頭102中(見 圖6A)。增強件從一個或多個進給輥116被進給到十字頭中(見圖 6A)。水槽118位于十字頭102下游，用于冷卻從十字頭102出來 的已擠出的產(chǎn)品(見圖6B)。冷卻后的最終產(chǎn)品存儲在通過驅動機 構122旋轉的拾取輥120上?？刂破?24調整系統(tǒng)100的各元件的 操作。在系統(tǒng)100的使用過程中，分別通過第一和第二傳送器108、 110將基底材料和收縮減小材料輸送到給料器106。在特定實施例 中，基底材料和收縮減小材料可以小小粒形式輸送到給料器106， 且傳送器108、 IIO可以包括傳送帶或推運螺旋?？刂破?24優(yōu)選 地控制輸送到給料器106的基底材料和收縮減小材料的比例。在一 個實施例中，收縮減小材料占輸送到給料器106的總材料重量的不 到2%。在另一個實施例中，收縮減小材料占輸送到給料器106的 總材料重量的不到1.5%。在又一實施例中，收縮減小材料占輸送 到給料器106的總材料重量的不到或等于1%。 材料通過重力從給料器106移動到擠壓機104中。在擠壓機 104中，材料被混合、碾磨、以及加熱。在一個實施例中，材料被 加熱到一個大于基底材料的熔融溫度并小于收縮減小材料的熔融 溫度的溫度。所述溫度最好足夠高到軟化收縮減小材料，從而收縮 減小材料是可處理以及可擠壓的。擠壓機104由加熱系統(tǒng)112加熱。 擠壓機104還用于將材料傳送到十字頭102，并且提供壓力以迫使 材料通過十字頭102。參考圖7，擠壓機104被示出包括擠壓筒140和位于筒140內 的麻花鉆/型擠壓螺桿142?？稍跀D壓機104的出口端設置一個擠壓 篩144。篩144防止對于擠壓而言太大的塊料穿過擠壓機進入十字 頭102。仍參考圖7，十字頭102包括外套材料輸入位置200，其容納 來自擠壓機104的熱塑性材料。十字頭102還包括尖部202和模具 204。尖部202限定出內部通道206，帶緩沖件的光纖和增強件通 過該內部通道被進給。模具204限定環(huán)形擠出通道208，其圍繞著 尖部202的出口 。十字頭102限定一個用于將熱塑性外套材料進給 到環(huán)形擠出通道208中的環(huán)形通道。在十字頭內，熱塑性材料的流 動方向相對于擠壓機104的流動方向旋轉90度以與帶緩沖層的光 纖對準。在十字頭102內，由擠壓機104提供的材料最好保持在大于基 底材料的熔融溫度并小于收縮減小材料的熔融溫度的溫度下。隨著 熱塑性材料被擠壓穿過環(huán)形擠出通道208，基底材料和收縮減小材 料被拉伸。這一拉伸過程使收縮減小材料被再塑形為細長收縮減小 件，該收縮減小件的長度大體沿著光纜縱軸方向對齊。然后擠出的 光纜在水槽118中被冷卻和定形。擠塑工藝可以是壓力或半壓力擠 塑工藝，其中產(chǎn)品以希望的形狀離開十字頭，或者是環(huán)形擠塑工藝，
其中產(chǎn)品在擠出后被向下拉。在冷卻后，產(chǎn)品收集在拾取輥120上。 示例現(xiàn)在參考具體的示例來詳細描述本發(fā)明。應該理解的是，此示 例僅是本發(fā)明的一個實施例，并不是要限定本發(fā)明的保護范圍。一個實驗性示例中使用Dowl638低煙零鹵素材料作為基底材 料，其混合有液晶聚合物例如Ticona Vectra A950。該基底材料的 熔融溫度為362° F，液晶聚合物的熔融溫度為536° F，且其軟化 溫度為293° F。材料以99。/。的基底材料和1%的液晶聚合物來混合。 材料在螺桿擠壓機中被碾磨并加熱到452° F的溫度。然后迫使材 料穿過十字頭，該十字頭包括外徑為0.062"的尖部和限定內徑為 0.130"的擠塑開口的模具。十字頭被加熱到50(T F的溫度。行進 速度為每分鐘12米。擠出的外套外徑為0.0787" (2.0mm)，內徑 為0.061" (1.54mm)。外套在沒有內部光學芯的情況下被擠出。在 冷卻后，外套被切割成150mm的段，并加熱到ll(TC下2小時， 以測試收縮。測試表明，基于GR409收縮測試，外套段長度收縮 的平均值不到2%。另一個實驗性示例中使用Dowl638低煙零鹵素材料作為基底 材料，其混合有液晶聚合物例如Ticona Vectra A950。該基底材料 的熔融溫度為362° F，液晶聚合物的熔融溫度為536° F，且其軟 化溫度為293° F。材料以98%的基底材料和2%的液晶聚合物來混 合。材料在螺桿擠壓機中被碾磨并加熱到475° F的溫度。然后迫 使材料穿過十字頭，該十字頭包括外徑為0.064"的尖部和限定內徑 為0.127"的擠塑開口的模具。十字頭被加熱到500。 F的溫度。行 進速度為每分鐘143米的高速行進。擠出的外套外徑為0.0787" (2.0mm)，內徑為0.0508" (1.29mm)。外套繞著內部光學芯被擠 壓。在冷卻后，外套被切割成150mm的段，并加熱到IIO'C下2 小時，以測試收縮。測試表明，基于GR409收縮測試，外套段長 度收縮的平均值不到1%。芯被除去以用于收縮測試。因為在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以有本發(fā)明的許多實 施例，所以本發(fā)明在于后附的權利要求以及其中所公開的特定實施 例下的更寬范圍的各方面。
權利要求
1.一種電信光纜，包括用于承載電信信號的至少一個元件；以及圍繞該元件的一個層，所述層包括熱塑性基底材料和嵌在該基底材料中用于抵抗基底材料收縮的液晶聚合物，所述液晶聚合物占該層的重量比不到2％。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電信光纜，其特征在于，所述至少 一個元件包括至少一根光纖。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電信光纜，其特征在于，所述層形 成圍繞所述光纖的外套。
4. 根據(jù)權利要求2所述的電信光纜，其特征在于，所述層形 成圍繞所述光纖的緩沖層。
5. 根據(jù)權利要求1所述的電信光纜，其特征在于，還包括增 強層，用于為所述電信光纜提供抗拉伸增強特性。
6. 根據(jù)權利要求5所述的電信光纜，其特征在于，所述增強 層包括芳族聚酰胺紗線。
7. 根據(jù)權利要求1所述的電信光纜，其特征在于，所述液晶 聚合物形成嵌在基底材料中的多個離散的細長的收縮減小件。
8. 根據(jù)權利要求7所述的電信光纜，其特征在于，至少一些 所述收縮減小件的長度范圍為0.2-100mm。
9. 根據(jù)權利要求8所述的電信光纜，其特征在于，大部分所 述收縮減小件的長度范圍為10-40mm。
10. 根據(jù)權利要求l所述的電信光纜，其特征在于，通過將所 述層暴露于110'C下2小時且與用于承載電信信號的所述元件分開 而測試時，所述層的長度收縮小于3%。
11. 根據(jù)權利要求1所述的電信光纜，其特征在于，通過將所 述層暴露于11(TC下2小時且與用于承載電信信號的所述元件分開 而測試時，所述層的長度收縮小于2%。
12. 根據(jù)權利要求l所述的電信光纜，其特征在于，通過將所 述層暴露于11(TC下2小時且與用于承載電信信號的所述元件分開 而測試時，所述層的長度收縮小于1%。
13. —種電信光纜，包括-用于承載電信信號的至少一個元件；以及圍繞所述元件的一個層，所述層包括熱塑性基底材料和嵌在 該熱塑性基底材料中的多個離散的收縮減小件，至少一些所述收 縮減小件的長度范圍為0.2-100mm，該收縮減小件包括液晶聚合 物。
14. 根據(jù)權利要求13所述的電信光纜，其特征在于，所述至 少一個元件包括至少一根光纖。
15. 根據(jù)權利要求14所述的電信光纜，其特征在于，所述層 形成圍繞所述光纖的外套。
16. 根據(jù)權利要求14所述的電信光纜，其特征在于，所述層 形成圍繞所述光纖的緩沖層。
17. 根據(jù)權利要求13所述的電信光纜，其特征在于，還包括 增強層，用于為所述電信光纜提供抗拉伸增強特性。
18. 根據(jù)權利要求17所述的電信光纜，其特征在于，所述增 強層包括芳族聚酰胺紗線。
19. 根據(jù)權利要求13所述的電信光纜，其特征在于，通過將 所述層暴露于110'C下2小時且與用于承載電信信號的所述元件分 開而測試時，所述層的長度收縮小于3%。
20. 根據(jù)權利要求13所述的電信光纜，其特征在于，通過將 所述層暴露于11(TC下2小時且與用于承載電信信號的所述元件分 開而測試時，所述層的長度收縮小于2%。
21. 根據(jù)權利要求13所述的電信光纜，其特征在于，通過將 所述層暴露于110'C下2小時且與用于承載電信信號的所述元件分 開而測試時，所述層的長度收縮小于1%。
22. —種電信光纜，包括 光纖；用于為該光纜提供抗拉伸增強特性的增強層；以及圍繞所述光纖和所述增強層的外套，所述外套包括熱塑性基 底材料和多個嵌在該熱塑性基底材料中的離散的收縮減小件，所 述收縮減小件包括液晶聚合物。
23. 根據(jù)權利要求22所述的電信光纜，其特征在于，所述增 強層包括芳族聚酰胺紗線。
24. —種用于制造光纜的方法，包括在擠壓機中將基底材料和收縮減小材料混合；通過擠塑模具擠壓基底材料和收縮減小材料的混合物；隨著基底材料的收縮減小材料通過擠塑模具被擠出，將收縮 減小材料再塑形為多個細長增強件，其中所述收縮減小件包括多 個離散的收縮減小件，每個收縮減小件的長度都僅與光纜整個長 度的一小段相一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電信光纜，其具有層(24、28)，所述層構造成抗擠塑后收縮。所述層包括多個嵌在基底材料中的離散的收縮減小件。所述收縮減小件可由液晶聚合物制成，本發(fā)明還涉及用于制造具有可抗擠塑后收縮的層的電信光纜的方法。
文檔編號G02B6/44GK101120277SQ200680005231
公開日2008年2月6日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權日2005年1月18日
發(fā)明者W·M·卡奇馬爾 申請人:Adc電信公司