專利名稱：具有相當低量的遇水膨脹粉末的光纖組件及相應方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于傳送光信號的光纖組件。更具體地，木發(fā)明涉及具有相當低量的遇水膨脹粉末的光纖組件及其制造方法。
背景技術：
通信網絡用于傳送多種信號如話音、視頻、數據等。隨著通信應用需要更大的帶寬，通信網絡轉變?yōu)榫哂泄饫w的光纜，因為光纜相較銅導體能傳送非常大量的帶寬。此外，光纜相較于具有同樣帶寬容量的銅纜要小得多和輕得多。然而，光纖相較銅導體相對靈敏，因而保持它們的光學性能是富有挑戰(zhàn)性的問題。
在某些應用中，光纜暴露在濕氣中，隨著時間的過去濕氣可能進入光纜。為解決該濕氣問題，用于這些應用的光纜包括一個或多個附擋水沿光纜遷移的構件。作為例子，傳統(tǒng)光纜通過在光纜內使用填充和/或液阻涂覆材料如凝膠或潤滑脂而阻擋水遷移。填充材料指具有光纖的管內的凝膠或潤滑脂，而液阻材料指在光纜內、但在包圍光纖的管外面的凝膠或潤滑脂。凝膠或潤滑脂通過填充空間(即空隙)而起作用，使得水在光纜內沒有沿其而行的通路。另外，除阻水之外，凝膠或潤滑脂填充材料還具有其它優(yōu)點，如襯墊和聯結光纖，這有助于在影響光纜的機械或環(huán)境事件期間保持光學性能。簡言之，凝膠或潤滑脂填充材料為多功能材料。
然而，凝膠或潤滑脂填充材料也有缺點。例如，凝膠或潤滑脂較骯臟并可能從光纜端部滴下。另一缺點是，當準備進行光連接時，必須從光纖清除填充材料，對于技術工人而言這增加了耗時和復雜性。此外，清除凝膠或潤滑脂需要技術工人將用于去除凝膠或潤滑脂的清除材料帶入現場。因而，長期以來需要一種消除凝膠或潤滑脂材料但仍提供與凝膠或潤滑脂材料相關聯的所有好處的光纜。
4早期的光纜設計通過在緩沖管外面使用干燥阻水構件如帶或紗阻擋水沿光纜遷移而消除液阻材料。與凝膠或潤滑脂不同，干燥阻水構件不骯臟且不會留下需要清除的殘留物。這些干燥阻水構件通常包
括超強吸水聚合物(SAP),其吸水并膨脹從而阻塞水通路，因而阻擋水沿光纜遷移?？偟膩碚f，遇水膨脹構件使用紗或帶作為SAP的載體。由于遇水膨脹紗和帶首先使用在包圍光纖的管外面，除阻水之外，不需要解決另外的功能如聯結和光衰減。
最后，光纜在包圍光纖的管內使用遇水膨脹紗和帶代替凝膠或潤滑脂填充材料。總的來說，遇水膨脹紗或帶具有足夠的阻水能力，但不提供凝膠或潤滑脂填充材料的所有功能如襯墊和聯結。例如，遇水膨脹帶和紗由于相較典型光纖相對較大而體積大和/或可能具有相對粗糙的表面。為此，如果光纖壓在遇水膨脹紗或帶上，遇水膨脹紗或帶可能引起問題。換言之，壓在傳統(tǒng)遇水膨脹紗上的光纖可能經歷微彎曲，這可導致不合需要的光衰減水平和/或引起其它問題。此外，如果光纜不是絞合設計，所希望的光纖與管的聯結水平可能會是問題，既然絞合可實現聯結。
作為例子，美國專利4，909，592公開了在具有光纖的緩沖管內使用的傳統(tǒng)遇水膨脹構件的一個例子。但是，在緩沖管內包括傳統(tǒng)遇水膨脹構件仍可導致光纜性能方面的問題，其限制使用和/或其它設計變更。例如，在緩沖管內使用傳統(tǒng)遇水膨脹紗的光纜需要較大的緩沖管以使傳統(tǒng)遇水膨脹紗和光纖之間的交互作用最小化和/或限制使用光纜的環(huán)境。
其它早期光纜設計使用管組件，該管組件使用疏松SAP粉末高度填充以阻擋水在光纜內遷移。然而，在光纜內使用疏松遇水膨脹粉末產生問題，因為SAP粉末由于未被附著到載體如紗或帶上而可能在光纜內的一些位置處積聚/遷移(即，當巻繞在盤上時由于重力和/或振動，SAP粉末在低點積聚)，從而導致光纜內不一致的阻水。同樣，疏松遇水膨脹粉末從管端部自由掉落。圖1和2分別示出了傳統(tǒng)干式光纖組件10的截面圖和縱向截面圖，干式光纖組件10具有位于管5.內的多根光纖1和遇水膨脹粉末3，如圖示意性所示。如圖所示， 傳統(tǒng)干式光纖組件10在管5內使用相當大量的遇水膨脹粉末3以阻 擋水在其中遷移。為減少遇水膨脹粉末的量，其它光纜設計已結合其 它有效阻水的光纜構件使用遇水膨脹粉末，如美國專利6，253，012所 公開的設計。
本發(fā)明解決長期以來對提供適當光學和機械性能同時可為技術 工人接受的干式光纖組件的需要。
發(fā)明內容
.本發(fā)明涉及干式光纖組件，該干式光纖組件使用相當低量的遇水 膨脹粉末用于阻擋水沿其遷移。光纖組件包括位于管、空腔、光纜等 內的一根或多根光纖和遇水膨脹粉末。此外， 一個或多個光纖組件可 使用在光纜中或其本身可形成光纜。另外，本發(fā)明的實施方式可有效 地阻擋自來水或鹽水如3%重量百分比的鹽水的遷移。
本發(fā)明的一方面涉及光纖組件，其具有位于管內的至少一光纖和 遇水膨脹粉末，其中管具有約2.0毫米或更小的內徑。遇水膨脹粉末 位于管內以阻擋水沿管長度方向遷移，遇水膨脹粉末的平均濃度為每 米光纖組件約0.02克或更小。此外，光纖組件能夠在一米長的管中 將一米壓頭的自來水阻擋24小時。
本發(fā)明的另一方面涉及光纖組件如具有多個管的絞合松管光纜， 至少一光纖位于多個管之一內，從而形成管組件。遇水膨脹粉末位于 管組件內以阻擋水沿相應管組件長度方向遷移，其中遇水膨脹粉末的 平均濃度為每米管組件約0.02克或更小。管組件能夠在一米長的管 中將一米壓頭的自來水阻擋24小時。另外，光纖組件具有通常包圍 多個管的光纜護套。
本發(fā)明的另一方面涉及光纖組件.，其中管空腔內的遇水膨脹粉末 的濃度與空腔的大小成比例。該光纖組件包括位于管內的至少一光 纖，其中管具有按平方毫米測量的空腔截面積，及包括位于管內的遇 水膨脹粉末，用于阻擋水沿管長度方向遷移。遇水膨脹粉末具有每平方毫米空腔截面積每米組件約0.01克或更小的歸一化濃度，用于計 算在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時所需要的按克毎 米計的遇水膨脹粉末平均濃度。
本發(fā)明的又一方面涉及制造光纖組件的方法，包括步驟提供至
少一光纖，向至少一光纖施加邁水膨脹粉末，及在至少一光纖和遇水
膨脹粉末周圍施加管，其中遇水膨脹粉末在管空腔內具有約0.02克 每米或更小的平均濃度。另外，根據本發(fā)明的方法可選地包括其它步 驟如施加加強件、聯結元件、和/或使光纖通過電離器。
另外，本發(fā)明的另一方面涉及制造光纜的方法，包括步驟提供
至少一光纖，向至少一光纖施加遇水膨脹粉末，提供第一加強件和第 二加強件，及在至少一光纖和遇水膨脹粉末周圍施加管。第一加強件 和第二加強件附著到管上甚至可由管封裝。在制造期間施加管的同時 第一加強件和第二加強件被彈性應變，從而在至少一光纖中產生預定 水平的光纖余長。
應當理解，前面的一般描述和下面的詳細描述均提供本發(fā)明的實 施方式，及提供用于理解本發(fā)明的實質和特征的概述或框架。包括附 圖以進一步理解本發(fā)明，及所述附圖組合到本說明書中并構成本說明
書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的多個實施例，其連同詳細描述一起 用于闡釋本發(fā)明的工作原理。
圖.l為傳統(tǒng)光纖組件的截面圖，該傳統(tǒng)光纖組件使用相當大量的 遇水膨脹粉末阻擋水在其內遷移。
圖2為圖1的傳統(tǒng)光纖組件的縱向截面圖。 圖3為根據本發(fā)明的光纖組件的截面圖，其使用相當低量的遇水 膨脹粉末阻擋水遷移。
圖4為圖3的根據本發(fā)明的光纖組件的縱向截面圖。
圖5為制造根據本發(fā)明的光纖組件的說明性生產線的示意性表圖6為根據本發(fā)明的使用圖3的光纖組件的光纜的截面圖。
圖7為根據本發(fā)明的另一光纜的截面圖。
圖8為根據本發(fā)明的另一光纜的截面圖。
圖9為根據本發(fā)明的另一光纜的截面圖。
圖IO為根據本發(fā)明的另一光纜的截面圖。
圖11為根據本發(fā)明的另一光纜的截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明相較使用遇水膨脹粉末的傳統(tǒng)干式光纖組件具有幾個優(yōu) 點。 一個優(yōu)點是本發(fā)明光纖組件使用相當低量的遇水膨脹粉末但仍能 有效阻擋水沿其遷移。此外，光纖組件或光纜內遇水膨脹粉末的存在 對技術工人近乎透明，因為只需要低量遇水膨脹粉末。另外，在接連 接器之前不必進行清除凝膠或潤滑脂那樣的光纖清潔，也不需要去除 或切割構件如遇水膨脹帶或紗。本發(fā)明的另一優(yōu)點是，總的來說，遇 水膨脹粉末轉移和/或主要附著到管、空腔、光纖等的內表面而不 是能夠在管或空腔內遷移的疏松粉末。換言之，遇水膨脹粉末與管或 空腔的內表面接觸且本來不會因重力而掉落，而是需要擦拭、噴吹或 其它攪動才能去除其大部分。另外，光纖組件的管或空腔相較使用帶 或紗的傳統(tǒng)干式光纜組件具有更小的尺寸。如在此使用的，光纖組件 包括不含加強件的管組件、具有加強件的管組件、光纜等。
現在將詳細提及本發(fā)明目前的優(yōu)選實施方式，其例子在附圖中示 出。只要可能，在所有附圖中，同一附圖標記用于指相同或類似部分。 圖3和4分別示出了根據本發(fā)明的光纖組件100 (即管組件)的截面 圖和縱向截面圖。光纖組件100包括多根光纖102、遇水膨脹粉末104 和管106。光纖102可以是任何適當類型的已知或今后開發(fā)的光波導。 此外，光纖可以是光纖帶、光纖束等的一部分。在該實施例中，光纖 102由外油墨層(不可見)涂顏色以進行標識及松散地布置在管106 內。換言之，光纖102為非緩沖光纖，但本發(fā)明的概念也可與具有其 它構造的光纖如緩沖、帶化光纖一起使用。如圖所示，總的來說，由于在此所述的制造光纖組件100的方法，遇水膨脹粉末104均勻地布 置在管106的內表面附近。此外，遇水膨脹粉末104具有相當小的每 米平均濃度，使得其在光纖組件100中的使用對技術工人近乎透明， 但由于提供足夠的阻水性能而令人驚訝地有效。另外，光纖組件100 在管106內不包括另外的用于阻擋水遷移的構件。
與傳統(tǒng)光纖管組件不同，本發(fā)明光纖管組件使用相當低量的遇水 膨脹粉末104，.但仍能在一米長的管組件內將一米壓頭的自來水阻擋 24小時。如在此使用的，自來水定義為鹽水平為1% (重量)或更小 的水。類似地，本發(fā)明的光纖管組件使用同樣低量的遇水膨脹粉末也 能在3米內將高達3% (重量)的鹽溶液阻擋24小時，根據設計，該 阻擋性能甚至可在約1米內使3%的鹽溶液逗留24小時。作為例子、 遇水膨脹粉末104具有每米光纖組件100約0.02克或更小的平均濃 度，其中管106具有約2,0毫米或更小的內徑。另外，本發(fā)明的概念 可縮放，例如，2.0毫米內徑的管的空腔截面積為約3.14平方毫米， 從而產生每米長管組件約0.01克遇水膨脹粉末的歸一化濃度值(即， 每平方毫米空腔截面積的歸一化濃度這樣給出每米長0.02克遇水 膨脹粉末的平均濃度除以約3平方毫米的空腔截面積以產生每平方 毫米管空腔截面積約0.01克(當向上舍入時)遇水膨脹粉末的歸一 化濃度值)。因此，對于具有預定截面積的管或光纜的空腔，按克每 米計的遇水膨脹粉末平均濃度可通過使用歸一化濃度值如每平方毫 米空腔截面積每米長0.01克遇水膨脹粉末進行相應縮放(即計算)。 在其它實施例中，對于具有類似2.0毫米內徑的管，遇水膨脹粉末可 具有更低的遇水膨脹粉末平均濃度值如每米光纖組件100約0.01克 或更少，這產生更低的每平方毫米管空腔截面積約0.004克(當向上 舍入時)遇水膨脹粉末的歸一化濃度值。簡言之，隨著管等的空腔截 面積增加，有效阻擋水沿管遷移所需要的遇水膨脹粉末的量通?？沙?比例地增加，如在此所述。
光纖組件中遇水膨脹粉末的重量使用下述過程進行計算。從光纖 管組件切割有代表性數量的樣本如5個一米樣本進行測試。優(yōu)選沿光纖組件的不同縱向部分取這些樣本，而不是從光纖組件順序切割這些 樣本。使用適當精確和準確的秤稱管中具有光纖和遇水膨脹粉末的每 一一米樣本的重量以確定樣本的總重量。其后，光纖(連同管、空腔
等內的任何其它可拆卸光纜構件)被從管中拉出。用精細紙擦拭光纖 (及任何其它光纜構件)以除去其上的任何遇水膨脹粉末，之后對光 纖(及其它光纜構件)進行稱重以確定其沒有遇水膨脹粉末時的重量。 接下來，使用適當的工具沿管縱向長度打開管，使得其中的遇水膨脹 粉末可從管擦去，應小心以確保所有遇水膨脹粉末被完全除去，然后 稱擦拭后的管的重量以確定其沒有遇水膨脹粉末時的重量。其后，光 纖(及其它光纜構件)的重量連同管的重量的和與樣本的總重量相減
以確定相應樣本中遇水膨脹粉末的重量。對有代表性數量的樣本中的 每一樣本重復該過程。通過對所有計算的樣本遇水膨脹粉末重量相加
然后除以樣本數量可計算遇水膨脹粉末的平均濃度，從而獲得每米光 纖組件的遇水膨脹粉末平均濃度。
除了用相當低量的遇水膨脹粉末阻水之外，本發(fā)明的光纖管組件
和/或光纜如光纖組件100還保持其中的光纖102的光學性能。例如， 光纖管組件的光纖在GR;-20下的標準溫度循環(huán)期間(將溫度向下循 環(huán)到-40'C )在1550納米基準波長具有約0.25db/km或更小的光衰減。 此外，有利地，光纖管組件已使用與GR-20類似的過程在1550納米 基準波長向下溫度循環(huán)到-60'C，但在不必修改設計的情況下仍具有 約0.25db/km或更小的衰減量。
可影響光學性能的一個因素是遇水膨脹粉末104的最大粒子大 小、平均粒子和/或粒子大小分布，如果光纖接觸遇水膨脹粒子(即 壓在遇水膨脹粒子上)，這可影響微彎曲。此外，使用具有相當小粒 子的遇水膨脹粉末提高了在管打開時遇水膨脹粉末對技術工人的透 明性。遇水膨脹粉末的平均粒子大小優(yōu)選為約IOO微米或更小，但其 它適當的最大粒子大小也是可能的，如60微米或更小。使用具有稍 大的最大粒子大小的SAP仍可提供可接受的性能，但使用較大的最 大粒子大小增加遭受光衰減增大的可能性。另外，粒子的形狀也可影響遭受光衰減增大的可能性。 一種說明性遇水膨脹粉末可從北卡羅來
納州Greensbor6的Stockhausen, Inc.按商品名Cabloc GR-211獲得的 交聯聚丙烯酸鈉。該說明性遇水膨脹粉末的粒子分布由表l給出。 表l:說明性遇水膨脹粉末的粒子分布
粒子大小近似百分比
大于63微米0.2 %
45-63微米25.7 %
25-44微米28.2 %
小于25微米45.9%
當然，其它遇水膨脹粉末和/或其它粒子分布也是可能的。另一
適當的交聯聚丙烯酸鈉可從Absorbent Technologies, Inc.按商品名 AquakeepJ550P獲得，但其它類型的遇水膨脹材料也是可能的。作為 例子，另一適當的遇水膨脹粉末為丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺的共聚物， 其就鹽溶液有效。此外，兩種或兩種以上材料和/或遇水膨脹粉末的 混合物也是可能的，如慢速膨脹遇水膨脹粉末和快速膨脹遇水膨脹粉 末的混合物。同樣，遇水膨脹粉末的混合物可包括對鹽溶液高度有效 的第一遇水膨脹粉末和對自來水有效的第二遇水膨脹粉末。遇水膨脹 粉末的混合物還可包括本來不可遇水膨脹的成分。作為例子，小量如 1%的硅石可添加到遇水膨脹粉末中以改善流動性質和/或抑制因濕氣 吸收引起的防結塊。.
影響光學性能的另一因素是光纖余長(EFL)或光纖帶余長 (ERL)。如在此使用的，光纖余長可指EFL或ERL，但總的來說， ERL僅指光纖帶余長。本發(fā)明的光纖組件如圖3中所示的光纖組件優(yōu) 選具有在約-0.1 %到約0.3%的范圍中的光纖余長以根據管內徑產生可 接受的收縮和拉伸窗口 ，但特別適于其它構造的光纖組件的其它適當 的光纖余長或光纖帶余長值也是可能的。此外，本發(fā)明無須使用分隔層或其它材料即可抑制光纖和管之間 的粘附。具體地，在管擠壓成形在光纖周圍時處于熔融狀態(tài)吋光纖組 件具有光纖接觸并粘附到管的問題。如果光纖粘附到管的內側，這可 導致光纖通路變形(即光纖被防止在該點移動)，這可產生不合需要
的光衰減水平。如圖3和4中所示，管106位于光纖組件100的光纖 102的周圍，沒有使用另外的材料或構件作為分隔層(如沒有凝膠、 潤滑脂、紗、帶、滑石粉等)來抑制光纖和熔融管之間的接觸。由于 遇水膨脹粉末為交聯材料，在典型擠壓成形溫度下這種遇水膨脹粉末 不助長向其進行的粘附，從而抑制粘附。因而，遇水膨脹粉末104往 往用作分隔層，因為其在制造期間抑制光纖102粘附到熔融管。然而， 其它光纜構件也可包括在管或空腔內。
此外，遇水膨脹粉末104通過用作滑層而用于降低光纖和管或空 腔壁之間的摩擦。簡言之，遇水膨脹粉末104的粒子就像光纖102和 管內壁之間的球軸承，用于降低其間的摩擦并使光纖能移到"放松狀 態(tài)"。在其它變化中，本發(fā)明的實施方式可選地在光纖外層之中或之 上使用潤滑劑，從而降低光纖粘附到擠壓成形管的風險和/或降低其 間的摩擦。例如，光纖102可包括外層如油墨，其具有適當的潤滑劑 以在管擠壓成形期間抑制光纖102粘附到熔融管106。適當的潤滑劑 包括按適量使用的硅酮油、滑石粉、硅石等，其將抑制"結塊"并位 于外層之中或之上。其它方法也可用于抑制光纖與管的粘附。例如， 管106可包括一種或多種適當的聚合物填料，從而抑制光纖與管的粘 附。另外，使用其它聚合材料的管如高度填充的PVC也可抑制光纖 粘附到管。此外，管106可具有雙層結構，管的內層具有一種或多種 適當的聚合物填料以抑制粘附。抑制光纖粘附的另一方法是在管形成 之后立刻向管或空腔的內壁施加潤滑劑。
管106可使用任何適當的聚合材料用于包圍和保護其中的光纖 102。例如，管106可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或多種材料 的混合物如PE和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的混合物。在其它實 施例中，管106由阻燃材料形成如阻燃聚乙烯、阻燃聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)或PVDF，從而形成阻燃光纜的一部分。然而，為制造阻 燃光纜，管106不必須由阻燃材料形成?？偟膩碚f，在所有其它條件 均一樣的情況下，相較包括遇水膨脹紗、帶或細絲(即SAP的載體) 及光纖的干式管組件，管106可具有更小的內徑ID。這是因為，管 106不必既為光纖又為SAP的載體(即紗或帶)提供空間，因而內徑 ID可以更小。例如，管106具有較小的內徑ID也是有利的，因為這 使外徑較小，具有較小彎曲半徑(這可減少扭折)的更柔軟的組件每 單位長度的重量更輕，及在巻軸上可安裝更長的長度。
說明性地，具有約1.2毫米總直徑的12根標準大小的250微米 光纖可包圍在具有內徑ID及低至40'C仍具有適當性能的管或空腔 中，前述內徑如約1.7毫米或更小，如1.6毫米，甚至1.5毫米或1.4 毫米。其它適當的管內徑ID也是可能的，及ID可取決于管或空腔內 的光纖數量。用作比較，具有12根光纖和多根遇水膨脹紗的傳統(tǒng)光 纖組件要求約2.0毫米的內徑以同時容納遇水膨脹紗和光纖。
圖5為使用根據本發(fā)明的靜電方法制造光纖組件IOO(即管組件) 的說明性生產線的示意性表示。在此公開的靜電方法有利，因為，總 的來說，其將遇水膨脹粉末104攜入管或空腔內，從而在內壁、光纖 或其它構件上提供遇水膨脹粉末薄層。此外，遇水膨脹粉末被抑制像 直接注入方法或噴霧方法(即使光纖通過空氣傳播的粉末云)那樣沿 管或空腔遷移，其可重力下移動。如圖所示，生產線包括用于開巻放 出多根相應光纖102的多個巻軸51。該說明性的生產線包括12根光 纖102，但其它適當數量的光纖也可能。光纖102離開其相應的巻軸 51并具有正的靜電荷。下面討論的靜電荷使用靜電計進行測量并僅 用于說明目的而非限制。作為例子，每一個體光纖102上的正靜電荷 在約+4,5kV/英寸(+1.8kV/厘米)到約+5.0kV/英寸(+2.0kV/厘米) 的范圍中。之后，光纖102通過一組導輪52并進入導向模具53內。 其后，在向光纖102施加遇水膨脹粉末104之前光纖102經過可選的 電離器54。電離器54以正和負帶電離子的場"淋浴"光纖102，從 而降低光纖102的總正靜電荷及使過程穩(wěn)定。說明性地，電離器54
13將光纖102上的總正電荷降低到約+0.6kV/英寸(+0,2kV/厘米)到約 O.OkV/英寸(+O.OkV/厘米)的范圍中。之后，如最佳理解的，光纖 102經過遇水膨脹粉末敷抹器56,其使用靜電吸引力和/或機械運動 的組合向光纖102和/或管106的內表面施加遇水膨脹粉末104。
具體地，遇水膨脹粉末104被裝入料斗56a內，該料斗使用振動 移動使遇水膨脹粉末在遇水膨脹粉末敷抹器56b內流動。由于遇水膨 脹粉末104和光纖102之間的交互作用，遇水膨脹粉末在遇水膨脹粉 末敷抹器56內逐漸形成負靜電荷。作為例子，遇水膨脹粉末104上 的負靜電荷在約-2,8kV/英寸(-l.lkV/厘米)到約-6.0kV/英寸(-2.4kV/ 厘米)的范圍中。因而，負帶電遇水膨脹粉末104就稍正帶電的光纖 102具有靜電吸引力，及一些遇水膨脹粉末104被轉移到光纖102。 另外，光纖102的機械運動賦予遇水膨脹粉末104速度，從而使得遇 水膨脹粉末104在光纖102周圍的靜電帶電粉末云中移動。在具有遇 水膨脹粉末104的光纖102退出遇水膨脹粉末敷抹器56之后，它們 具有在約+3.1kV/英寸(+L2kV/厘米)到約4.0kV/英寸(+1.6kV/厘米) 的范圍中的總靜電荷(即光纖和遇水膨脹粉末的凈電荷)。隨著具有 遇水膨脹粉末104的光纖102退出敷抹器56，它們進入管(不可見) 如銅管內，該管將光纖引導到擠壓機57并用于保留遇水膨脹粉末 104。具有凈正電荷的帶遇水膨脹粉末104的光纖102進入擠壓機57， 該擠壓機在光纖102和遇水膨脹粉末104周圍施加管106。管106由 聚合物如聚丙烯或其它適當的聚合物擠壓成形，總的來說，管具有內 在中性的電荷。隨著光纖102和負帶電遇水膨脹粉末104云進入所施 加的眘106，遇水膨脹粉末104的粒子上的負電荷趨于以大致徑向向 外的方向彼此排斥。此外，遇水膨脹粒子104云隨光纖102的機械運 動向前移動，這導致部分遇水膨脹粒子在管正退出擠壓機57時撞擊 形成管106的熔融聚合物錐體。具體地，裙融聚合物錐體的直徑在其 以較慢的速度移出擠壓機57時比光纖102和管106大很多。隨著熔 融聚合物錐體招致接近最終的管形狀，其表面速度增加，直到其以與 光纖102—樣的速度行進為止9因而，遇水膨脹粉末104的機械運動和麵電效應的組合使得遇水膨脹粉末104部分沉積在管106的內表面 上。由于管106的內表面仍處于熔融狀態(tài)，遇水膨脹粉末104以相當
均勻的方式至少部分轉移和/或附著到管內表to上?？偟膩碚f，通過
機械效應(即與之接觸)和/或靜電荷使遇水膨脹粉末104環(huán)轉移和/ 或附著到管106的內壁上。此外，遇水膨脹粉末104也可在管106的 熔融聚合物凝固之前至少部分附著到熔融聚合物上。在擠壓成形之 后，光纖組件100在水槽58中進行淬火并巻繞在收緊巻軸59上。
對該說明性生產線的修改也是可能的，如使用不同的靜電荷范圍 和/或引入其它光纜構件。例如，可對生產線進行修改以包括從一個 或多個相應的巻軸97a將一個或多個加強件97和/或從一個或多個相 應的巻軸121a將聯結元件121施加到擠壓機57內，如虛線框中所示， 從而形成如下所述的、如圖9或圖11中所示的光纜。另外，制造光 纖組件的方法可用于施加平均濃度大于每米管或空腔0.02克的遇水 膨脹粉末。這是因為，有效阻水所需要的遇水膨脹粉末量可隨管或空 腔的截面積(即特定光纜設計)變化，其中空腔大小可隨光纖的數量 和構造變化。此外，使用靜電施加方法用于施加相當低量(即每米管 或空腔0.02克)的遇水膨脹粉末同時實現有效阻水約為使用直接注 入或噴霧方法進行施加所需遇水膨脹材料量的一半。
圖6為使用幾個根據本發(fā)明的光纖組件100的光纜60的截面圖。 如圖所示，光纖組件100連同多根嵌條62和多根拉伸加強紗63絞合 在中心件61周圍，遇水膨脹帶65布置在光纖組件周圍，從而形成光 纜纜芯(未標號)。光纜60還包括位于纜芯周圍的保護纜芯的光纜護 套。任何適當的加強件均可用于拉伸加強紗63，如芳族聚酰胺、玻 璃纖維等。光纜60還可包括其它構件如位于中心件61周圍的一根或 多根遇水膨脹紗或遇水膨脹帶。另外，光纜可消除不必要的元件如中 心件或其它光纜構件。光纜60a和60b的光纜護套68可使用任何適 當的材料如聚合物以實現環(huán)境保護。
在一實施例中，光纜護套68由阻燃材料形成，從而使光纜阻燃。 同樣，光纖組件100的管106也可由阻燃材料形成，但對管使用阻燃劑對于制造阻燃光纜可能并非必要。作為例子，阻燃光纜可包括由聚
偏二氟乙烯(PVDF)形成的光纜護套68和由聚氯乙烯(PVC)形成 的管106。當然，使用其它阻燃材料也是可能的，如阻燃聚乙烯或阻 燃聚丙烯。
圖7為與光纜60類似的光纜70的截面圖，其還包括鎧裝層77。 與光纜60類似，光纜70包括連同多根嵌條72和遇水膨脹帶75絞合 在中心件71周圍的多個光纖組件100，從而形成纜芯(未標號)。鎧 裝層.77位于遇水膨脹帶75周圍，及如圖所示，由金屬材料形成，但 其它適當的材料也可用于鎧裝如聚合物鎧裝。光纜70還包括位于鎧 裝層77周圍的光纜護套78。
圖8為構造成單管光纜設i十的另一光纜80的截面圖。更具體地， 光纜80包括與光纖組件100類似的單一光纖組件(未標號)，在管 106內具有光纖102和遇水膨脹粉末104，但其還包括用于提供與光 纖102的聯結力的多個可選聯結元件81。由于這是單管設計，聯結 不由光纜60和70那樣的光纖組件絞合提供。聯結元件81可以是可 巻繞在光纖周圍或縱向布置在管或空腔中的任何適當的結構和/或材 料如線、細絲、紗、帶、彈性體元件等。用于產生聯結的其它變化包 括管或空腔內表面上的表面粗糙度或在光纖上擠壓材料如彈性體、揮 發(fā)性膠水等。如所希望的，其它實施例可包括任何其它適當的聯結元 件。光纜80還包括多個加強件88如徑向向管106外面布置的拉伸紗， 但其它類型的加強件也是可能的如GRP。光纜護套88位于加強件88 周圍以實現環(huán)境保護。
盡管先前的實施例將光纖組件或光纜描述為圓形，但其可具有其 它形狀和/或包括其它構件。例如，圖9為根據本發(fā)明的光纜90的截 面圖。光纜90在光纜護套98的空腔96內包括光纖102和遇水膨脹 粉末104,光纜護套實質上為用于光纖組件的管。在該實施例中，光 纜護套98為非圓形并形成用于包圍光纖102和遇水膨脹粉末104的 空腔96。簡言之，光纜90為無管結構，因為一旦光纜護套98打開 即可接近光纖102。此外，管98包括位于其中(即封裝在光纜護套內)及位于空腔96兩側的加強件97，從而形成加強管或光纜護層。當然，空腔96可具有其它形狀如大致矩形以大致與一根或多根光纖帶的形狀一致。
如上所述，圖9及類似的光纜可使用圖5的說明性生產線進行制造。.具體地，由于該設計為無管設計，其制造過程有利地使加強件彈性應變(通過提供如箭頭所示的拉伸力)以產生和/或控制光纖余長/光纖帶余長(EFL/ERL)，如圖5的虛線框所示。無管光纜90具有大致扁平的形狀，但彈性伸展加強件的概念可適合任何適當的光纜界面形狀如圓形。具體地，該說明性實施例的加強件97為具有通過涂層保持在一起的多股12的GRP，及該GRP具有約1.6毫米的外徑，但其它加強件大小也是可能的。
加強件97使用相應的加強件主動輪97b在相當高(如在約100到約400磅之間)的張力下從相應的巻軸97a開巻放出，從而彈性伸展加強件97 (由箭頭表示)，使得在無管光纜卯中產生光纖余長TRFL(或ERL)。換言之，在張力釋放在加強件97上之后，它們返回到其原始無應力長度(即變短)，從而產生EFL，因為光纖以與張緊加強件一樣的長度引入光纜但光纖并未被伸展。換言之，所產生的RFL量約等于加強件應變(即加強件的彈性伸展)加上可能出現的光纜護套的任何彈性收縮。加強件應變在單輪生產中可產生明顯量的EFL或ERL，如光纜內總EFL或ERL的10%或更多、25%或更多、50%或更多、甚至高達80%或更多。此外，加強件的彈性伸展是有利的，因為這使能精確控制引入光纜的EFL或ERL量及大大減少加強件往復式運動，因為完成的光纜護套處于壓縮而非張緊狀態(tài)。對于制造無管光纜90，約95%的EFL通過彈性伸展加強件而引入光纜。如圖5所示，光纜護套(即管)正通過十字頭擠壓機57施加在光纖、遇水膨脹粉末和加強件周圍，同時加強件97被彈性伸展。在擠壓成形之后，光纜90在水槽58中進行淬火，同時加強件仍被彈性伸展，從而使光纜護套能"凍結"在伸展的加強件上。之后，無管光纜90使用一個或多個履帶(未示出)拖拉通過生產線然后在低張力下(即彈性伸展加強件的拉伸力被釋放，及加強件返回到松弛長度，從而在光纜
中產生ERL或EFL)巻繞在收緊巻軸59上。當然，這僅僅是說明性的生產線，及其它修改也是可能的。
圖10示出了具有主纜體101和可音頻探測突出部103的光纜110的截面圖。光纜110包括在管106內具有光纖102和遇水膨脹粉末104的光纖組件100。光纜110還可包括位于管106周圍的一根或多根遇水膨脹紗(不可見)或遇水膨脹帶以阻擋水在光纖組件100外面沿光纜遷移。光纜110還包括位于管106兩側的多個加強件107如GRP。盡管加強件107被示為與管106稍微間隔開，但它們也可接觸管106。此外，其它材料也可用于加強件107，如鋼絲或其它適當的構件。光纜110還包括由適當的聚合物形成的光纜護套108，其形成主纜體101和可音頻探測突出部103的一部分，如圖所示。可音頻探測突出部103包括音頻探測導線103a，其為適當的傳導元件如銅線或銅包鋼絲，適于在埋置時發(fā)送用于定位光纜110的信號。作為例子，音頻探測導線103a為24 AWG規(guī)格銅線。另外，可音頻探測突出部103具有易碎腹部分(未標號)用于在希望時如在接連接器之前使可音頻探測突出部與主纜體101分開。當然，其它變化也是可能的。
圖11示出了光纜120的截面圖，該光纜為其中具有多個光纖帶122 (如水平線所示)的無管結構。盡管光纜120被示為大致扁平的光纜設計，但其可具有其它適當的形狀如扁平光纜或圓形光纜的變化。如上所述，光纜120的制造與使用圖5的說明性生產線制造圖9的光纜類似，但增加了一個或多個巻軸121a用于施加一個或多個相應的聯結元件。然而，代替具有各根光纖12的巻軸51，所希望數募:的巻軸51中的每一個具有光纖帶，每一光纖帶中具有多根光纖12。光纖帶包括使用適當的基體材料如UV可固化基體附著在一起的多根光纖(不可見)。具體地，光纜120包括4個光纖帶122，每一光纖帶具有24根光纖，總共96根光纖，從而形成光纖帶堆(未標號)。類似的光纜在光纖帶和/或光纜內可具有光纖數量。如上所述，光纜120包括相當小量的遇水膨脹粉末104，總的來說，遇水膨脹粉末104至少部分布置在光纜護套128 (用作組件的管)的空腔126的內表面 上和/或光纖帶上。例如，對于光纖組件的空腔126的每平方毫米， 遇水膨脹粉末104具有每米約0.01克或更小的歸一化濃度，但也可 使用其它適當的量。作為例子，空腔126的大小適于接收光纖帶(即 光纖構件)并具有按毫米計的空腔寬度和按毫米計的空腔高度，這些 乘在一起以計算按平方毫米計的空腔截面積。光纖帶堆也具有按平方 毫米計的總截面積。遇水膨脹粉末的平均濃度可使用空腔截面積或有 效空腔截面積進行計算。有效空腔截面積定義為空腔截面積減去其中 所希望的構件如空腔內的光纖帶的截面積。說明性地，有效截面積通 過從空腔截面積減去光纖帶的截面積而進行計算，這產生按平方毫米 計的有效空腔截面積。因而，在該設計中，遇水膨脹粉末量的平均濃 度通過取所希望的歸一化濃度(克每米組件長度每平方毫米空腔)乘 以有效空腔截面積(平方毫米)進行計算，這產生按克每米組件長度 計的遇水膨脹粉末平均濃度。
另外，光纜120可選地包括一個或多個聯結元件121，如陰影線 所示。當包括一個或多個聯結元件121時，較少的遇水膨脹粉末104 可轉移到空腔126的內表面，因為聯結元件121可抑制轉移(即它們 在光纖帶的一部分和空腔壁之間)。更具體地，光纜120具有兩個由 縱向泡沫帶形成的聯結元件(由陰影線矩形表示)或位于光纖帶堆兩 側的其它適當的聯結元件，使得聯結元件121將光纖帶122夾在其間。 下面是使用其中具有光纖帶和聯結元件的較大空腔的有效空腔截面 積確定遇水膨脹粉末的平均濃度的代表性例子。在該例子中，空腔 126的大小適于接收4個24光纖的光纖帶(即光纖構件)并具有約 8.2毫米的空腔寬度和5.2毫米的空腔高度，這些乘在一起以將空腔 截面積計算為約43平方毫米。光纖帶堆也具有約7.4平方毫米的總 截面積，及聯結元件的和具有約27.2平方毫米的截面積。因而，對 于該例子，通過從空腔截面積減去光纖帶和聯結元件的截面積計算有 效截面積GP43mm2-7.4mm2-27.2mm2)，這得到有效空腔截面積 為約8平方毫米。因而，.該設計的遇水膨脹粉末量的平均濃度通過取所希望的歸一化濃度乘以有效空腔截面積(即0.01克每米長度每平方毫米乘以8平方毫米)進行計算，對于該例子的包圍光纖帶堆中的96根光纖的空腔，這得到每米長度約0.08克的平均濃度。盡管，遇水膨脹粉末的平均濃度較大，但其對于對較大有效空腔截面積進行阻水而言仍為痕量，其幾乎不被技術工人注意到，但仍有效阻擋水沿光纜空腔遷移。當然，根據本發(fā)明這些概念的其它例子也是可能的。
另外，對于該設計，對于具有一個或多個聯結元件121的30米長的光纜，聯結元件121向光纖提供至少約0.1625牛頓每光纖的聯結力。說明性地，對于30米長的光纜，具有單一12光纖的光纖帶的光纜應具有約1.95牛頓或更大的聯結力。同樣，對于30米長的光纜，具有單一 4光纖的光纖帶的類似光纜應具有約0.650牛頓或更大的聯結力。聯結力的測量通過取30米光纜樣本、拉光纖(或光纖帶)的第一端、及測量使光纖(或光纖帶)的第二端移動所需要的力而完成。換言之，光纖余長(EFL)或光纖帶余長(ERL)必須被弄直，使得聯結力是移動30米光纜樣本內的整個光纖長度所需要的力量。除了提供聯結之外，聯結元件121還可襯墊光纖帶堆，同時仍允許光纖帶移動。
該設計的光纖帶122大致具有比管設計更大的ERL，因為光纖帶堆未絞合。作為例子，光纖帶122具有在約0.1%到約1.2%或更大的范圍中的ERL,及ERL的量可隨光纖帶堆內的光纖帶的數量變化，及加強件應在與所希望ERL類似的范圍中彈性伸展。此外，光纜120可使用與結合光纜卯所述類似的制造過程以彈性伸展一個或多個加強件127，從而產生ERL。具體地，位于空腔126兩側的第一加強件127和第二加強件127在光纜護套128擠壓成形期間被彈性伸展預定量。此外，光纜120可以是具有一個或多個用于配線的光纖分出的配線光纖組件的一部分。用于配線的光纖分出可與系纜接合、連接到陶瓷插芯/連接器、或僅留作準備好由技術工人進行接合的接頭。
在所附權利要求范圍內的本發(fā)明的許多修改和其它實施方式對本領域技術人員而言顯而易見。例如，本發(fā)明的概念可與任何適當的
20光纜設計和/或制造方法一起使用。例如，.所示實施例可包括其它適當的光纜構件如鎧裝層、聯結元件、不同的截面形狀等。因而，本發(fā)明意于覆蓋這些修改和實施方式及對本領域技術人員顯而易見的那些實施方式。
權利要求
1、光纖組件，包括至少一光纖；管，所述至少一光纖位于管內，其中所述管具有約2.0毫米或更小的內徑；及位于管內以阻擋水沿管長度方向遷移的遇水膨脹粉末，及其中遇水膨脹粉末的平均濃度為每米管約0.02克或更小，其中所述管能夠在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時。
2、 光纖組件，包括至少一光纖；管，所述至少一光纖位于所述管內，其中所述管具有包括空腔截面積的空腔，及所述空腔截面積按平方毫米進行度量；及位于管內以阻擋水沿管長度方向遷移的遇水膨脹粉末，及其中遇水膨脹粉末具有每平方毫米空腔截面積每米管約0.01克或更小的歸一化濃度，用于計算按克每米計的遇水膨脹粉末平均濃度，其中所述管能夠在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時。
3、 根據權利要求2的光纖組件，其中用于計算平均濃度的所述空腔截面積為有效空腔截面積，及所述有效空腔截面積定義為所述空腔截面積減去所述至少一光纖的截面積、任何其它光纖構件的截面積、及空腔內的任何其它構件的截面積的和。
4、 根據權利要求1-3任一所述的光纖組件，所述遇水膨脹粉末具有粒子大小分布，其中大部分遇水膨脹粒子具有約60微米或更小的平均粒子大小。
5、 根據權利要求1-4任一所述的光纖組件，其中一些遇水膨脹粉末至少部分通過靜電荷附著到管的內壁上或以機械方式轉移到管的內壁。
6、 根據權利要求1-5任一所述的光纖組件，所述光纖組件形成光纜的一部分，在所述管周圍布置有光纜護套。
7、 根據權利要求1-5任一所述的光纖組件，所述光纖組件為還包括選自下組的構件的光纜鎧裝層、開傘索、加強件、遇水膨脹構件、光纜護套、中心件、聯結元件、及音頻探測元件。
8、 根據權利要求1-5任一所述的光纖組件，所述至少一光纖為光纖帶的一部分，及還包括第一聯結元件和第二聯結元件，其中所述第一聯結元件和第二聯結元件位于光纖帶的兩側。
9、 根據權利要求1-8任一所述的光纖組件，其中所述光纖組件形成阻燃光纜的一部分。
10、 根據權利要求l-9任一所述的光纖組件，其中所述光纖組件在所述管內不包括用于阻擋水遷移的另一構件。
11、 制造光纖組件的方法，包括步驟提供至少一光纖；向所述至少一光纖施加遇水膨脹粉末；及在所述至少一光纖和所述遇水膨脹粉末周圍施加管，及其中所述遇水膨脹粉末在所述管的空腔內具有每米約0.02克或更小的平均濃度。
12、 根據權利要求11的方法，其中所述至少一光纖經過電離器以減少所述至少一光纖上的總正電荷。
13、 根據權利要求12的方法，其中一些遇水膨脹粉末在施加管之后轉移到熔融管壁。
14、 根據權利要求11-13任一所述的方法，還包括步驟提供第一加強件和第二加強件及使所述第一加強件和所述第二加強件在施加管的同時彈性應變以產生預定水平的光纖余長，其中所述管附著到所述第一加強件和所述第二加強件。
15、 根據權利要求11-14任一所述的方法，其中所述光纖組件形成光纜的一部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了在管和/或空腔內具有至少一光纖和遇水膨脹粉末的光纖組件及其制造方法。本發(fā)明的光纖組件使用相當低量的遇水膨脹粉末但仍能有效阻擋自來水和/或3％(重量百分比)的鹽溶液沿管和/或空腔遷移。此外，光纖在接連接器之前不必進行使用凝膠或潤滑脂的傳統(tǒng)光纜那樣的清潔?？偟膩碚f，至少部分遇水膨脹粉末轉移到管、空腔、光纖等的內表面；而不是能夠在管或空腔內遷移的疏松粉末。此外，光纖組件內遇水膨脹粉末的存在對技術工人近乎透明，因為只使用了相當低量的遇水膨脹粉末。
文檔編號G02B6/44GK101688957SQ200880022560
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權日2007年6月26日
發(fā)明者A·G·布蘭吉耶, B·S·維茨, C·L·特德, C·M·奎因, D·A·塞登, G·D·圖戈曼, G·恩達伊澤耶, J·A·羅維, W·W·麥卡爾平 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限公司