專利名稱：纖維光纜組合件的制作方法
纖維光纜組合件的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及處理高韌度纖維(例如芳族聚酰胺)的方法以及這種纖維在纖維光纜組合件中的使用。2.相關(guān)領(lǐng)域說明對位芳族聚酰胺紗線因其具有增強光通信電纜的作用而廣為人知。由于線纜、增強紗線以及其它部件均包封在套管中，因此，希望防止因水進入套管中而導(dǎo)致包封在套管中的部件劣化。鑒于此，持續(xù)需要提供防止水進入光纜系統(tǒng)的解決辦法。授予Willemsen的美國專利6，319, 558描述了一種制造紗線的方法,該紗線由超 吸收材料制成，該材料具有至少60的溶脹值并且具有親水性，能夠吸收并且保持大量水分；其中，該方法包括將水溶性預(yù)超吸收材料的水溶液涂覆到紗線上，然后將紗線干燥并且加熱以使水溶性預(yù)超吸收材料交聯(lián)或聚合為超吸收材料。授予Schoeck的美國專利6，500，541描述了包含超吸收性聚合物(SAP)顆粒的合成聚合物長絲，該聚合物顆粒通過可溶于醇的尼龍基料粘附到長絲表面。此類涂覆SAP的長絲可混入通信線纜中作為其組成成分以實現(xiàn)增強的防水功能。授予Chang等人的美國專利6，454，003提出了一種組合物,該組合物包含一種可膨脹的交聯(lián)聚合物微粒，在非膨脹體積下，該微粒的平均粒度直徑為約0. 05微米至約10微米，并且交聯(lián)劑含量為約9，OOOppm至約200，OOOppm的穩(wěn)定交聯(lián)劑以及Oppm至約300ppm的非穩(wěn)定交聯(lián)劑。Long 和同事發(fā)表于 Materials Chemistry 第 I7 卷(第 34 號)第 35T75-358O 頁的文章主要討論了用于壓印光刻的熱可逆交聯(lián)聚合物材料。發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于形成纖維光纜組合件的方法，包括以下步驟(a)將涂覆有水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物涂層的具有150-12000分特的線密度、10-65克/分特的韌度、150-2700克/分特的模量、以及1_8%的斷裂伸長率的第一增強紗線置于45-200°C的溫度下足夠長的時間以使保護性涂層通過鍵裂轉(zhuǎn)化成水可溶脹的超吸收性聚合物；(b)將步驟(a)中獲得的一根或多根第一增強紗線與一種或多種光學(xué)玻璃纖維透射介質(zhì)組合；(C)將保護性套管施加于步驟(b)中獲得的至少一個組合件上。發(fā)明詳述第一增強紗線為了本文的目的，術(shù)語“纖維”被定義為相對柔韌、宏觀上均勻并且在垂直于其長度方向的橫截面上具有高的長寬比的主體。纖維的橫截面可為任何形狀，通常為圓形。這里，術(shù)語“長絲”可與“纖維”互換使用。纖維可具有任何長度。其可為連續(xù)長絲，通常為延伸一米或者更長的長絲。長絲作為復(fù)絲的一部分以不間斷的方式紡織，旋擰在卷軸上，然后當(dāng)其在卷軸上達到所需數(shù)量后被切斷。適于本發(fā)明的第一增強紗線具有150-12000分特的線密度、10-65克/分特的韌度、150-2700克/分特的模量、以及1-8%的斷裂伸長率。適于第一增強紗線長絲的聚合物材料包括聚酰胺、聚唑以及它們的混合物。當(dāng)聚合物為聚酰胺時，優(yōu)選芳族聚酰胺。術(shù)語“芳族聚酰胺”是指其中至少85%的酰胺鍵(-C0NH-)直接連接到兩個芳族環(huán)的聚酰胺。適用的芳族聚酰胺纖維描述于 Man-Made-Science and Technology,第 2 卷，名稱為 “Fibre-Forming AromaticPolyamides” 的章節(jié)第 297 頁，ff. Black 等人，Interscience Publishers, 1968 年。優(yōu)選的芳族聚酰胺為對位芳族聚酰胺。優(yōu)選的對位芳族聚酰胺為被稱為Pro-T的聚(對苯二甲酰對苯二胺)。所謂PPD-T，是指由對苯二胺和對苯二甲酰氯的等摩爾比聚合反應(yīng)所得的均聚物，以及少量其它二胺與對苯二胺和少量其它二甲酰氯與對苯二甲酰氯的結(jié)合所得的共聚物。作為一般原則，其它二胺和其它二甲酰氯的使用量至多可為對苯二胺 或?qū)Ρ蕉柞Ｂ鹊募s10摩爾％，或者可能略高，唯一的前提條件是其它二胺和二甲酰氯不含干擾聚合反應(yīng)的活性基團。Pro-T也指由其它芳族二胺和其它芳族二甲酰氯結(jié)合所得的共聚物，所述二酰氯為例如2，6-萘二甲酰氯或者氯代或二氯對苯二甲酰氯或3，4' - 二氨基二苯醚。添加劑可與芳族聚酰胺一起使用，并且已發(fā)現(xiàn)，按重量計至多達10%或更多的其它聚合材料可與芳族聚酰胺共混?？墒褂闷渲卸噙_10%或更多的其它二胺取代了芳族聚酰胺的二胺或者其中多達10%或更多的其它二甲酰氯取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯的共聚物。聚唑也可作為適于本發(fā)明的第一增強紗線的材料。在一些優(yōu)選的實施方案中，聚唑為聚芳烴吡咯，例如聚苯并唑和聚噠唑。適用的聚唑包括均聚物和共聚物。添加劑可與聚唑一起使用，并且至多多達10重量％的其它聚合材料可與聚唑共混。還可使用的共聚物具有多達10 %或更多的用于替代聚唑單體的其它單體。合適的聚唑均聚物和共聚物可用已知的工序制備。優(yōu)選的聚苯并唑為聚苯并咪唑、聚苯并噻唑和聚苯并曝唑，并且更優(yōu)選地為可形成具有30gpd或更高韌度的第一增強紗線的纖維的此類聚合物。如果聚苯并唑為聚苯并噻唑，則優(yōu)選為聚(對亞苯基苯并二噻唑)。如果聚苯并唑為聚苯并曝唑，則優(yōu)選為聚(對亞苯基苯并雙I子唑)，并且更優(yōu)選為被稱為PBO的聚(對亞苯基-2，6-苯并雙P1唑)。優(yōu)選的聚噠唑為聚吡啶并咪唑、聚吡啶并噻唑以及聚吡啶并曝唑，并且更優(yōu)選地為可形成具有30gpd或更高韌度的第一增強紗線的纖維的此類聚合物。在一些實施方案中，優(yōu)選的聚噠唑為聚吡啶并二唑。優(yōu)選的聚(吡啶并二氧雜唑)為被稱為Piro的聚(1，4-(2，5-二羥基)亞苯基-2，6-吡啶并[2，3-d:5，6-d' ] 二咪唑)。包括聚吡啶并二唑在內(nèi)的合適的聚噠唑可用已知的工序制備。包括聚酰胺以及聚唑長絲混合物的第一增強紗線可在本發(fā)明利用。第一增強紗線的涂層該涂層為一種交聯(lián)聚合物。如本文所用，涂覆在第一增強紗線上的涂層起到以下兩方面的功能首先，該涂層充當(dāng)處理助劑，有助于防止該第一增強紗線在制造、貯藏以及與光纜部件的初始組裝過程中的磨損。其次，該涂層作為可溶脹聚合物涂層的前體，當(dāng)暴露于線纜套管內(nèi)的水分中時，其將膨脹以形成起到防潮層。此類材料也被認為是一種超吸收材料。此第二個功能是這樣實現(xiàn)的在將具有涂層的第一增強紗線與光纜組合之前，將該具有涂層的第一增強紗線置于一定的溫度下，使得紗線上的交聯(lián)聚合物涂層發(fā)生熱裂解。適用的涂層材料為封閉異氰酸酯、Diels-Alder反應(yīng)產(chǎn)物、包含分子的偶氮基或它們的混合物。優(yōu)選的Diels-Alder反應(yīng)產(chǎn)物為取代的呋喃和馬來酰亞胺之間的反應(yīng)產(chǎn)物。Diels-Alder產(chǎn)物的一個實例為糠醛醇與羥乙基官能化馬來酰亞胺之間的反應(yīng)產(chǎn)物，該羥乙基官能化馬來酰亞胺已被下垂丙烯酸鹽或甲基丙烯酸酯進一步官能化以形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。在一個實施方案中，基于第一增強紗線加涂層的總重量，熱可逆涂層的熱可逆交聯(lián)劑以0.001%至I. 5%的重量百分比的量存在。該交聯(lián)劑可以0.01%至1.0%或甚至
0.1%至0.5%的重量百分比的量存在?；诘谝辉鰪娂喚€加涂層的總重量，該熱可逆交聯(lián)劑涂層以0. 1%至20%的重量百分比的量存在。該涂層可以1%至15%或甚至2%至8% 的重量百分比的量存在。所謂熱可逆交聯(lián)劑是指包含在加熱的條件下能夠鍵裂的共價鍵的化合物。可通過將第一增強紗線浸入單體浴槽中，然后在加熱環(huán)境下使單體聚合，來將涂層涂覆至第一增強紗線。在一種可選的方法中，可使涂層預(yù)聚合，并且可制備含水介質(zhì)或油基介質(zhì)中的聚合涂層分散體或漿液。優(yōu)選地使用含水介質(zhì)。漿液包含約40%的固體。將第一增強紗線浸入到聚合物分散體中，然后使其通過干燥裝置以將揮發(fā)物減少至所需含量。干燥后的揮發(fā)物含量不大于10 %、或小于7 %或甚至小于5 %。干燥裝置中的溫度應(yīng)低于交聯(lián)涂層聚合物的鍵裂溫度，例如低至少10°C或甚至至少15°C。光學(xué)玻璃纖維誘射介質(zhì)光學(xué)玻璃纖維透射介質(zhì)也被稱為波導(dǎo)。任何可商購獲得的波導(dǎo)均可被用于本發(fā)明。第二增強紗線和外部套管在一些實施方案中，第二增強紗線與第一增強紗線和玻璃纖維透光介質(zhì)組合。第二增強紗線的常用材料為玻璃纖維，如E-玻璃或S-玻璃。這兩種材料均可以紗線或粗紗形式提供。E-玻璃是可商購獲得的低堿玻璃。典型的E-玻璃組合物包含54重量％的Si02、14重量％的Al203、22重量％的CaO/MgO、10重量％的B2O3和小于2重量％的Na20/K20。還可存在雜質(zhì)含量的一些其它材料。S-玻璃是可商購獲得的氧化鎂-氧化鋁-硅酸鹽玻璃。一種典型的S-玻璃組合物包含65重量％的Si02、25重量％的Al2O3和10重量％的MgO。還可存在雜質(zhì)含量的一些其它材料。該組合物比E-玻璃更硬、更強而且更貴。外部套管為聚合物，其優(yōu)選材料為聚乙烯。方法由以下步驟制作了具有防水功能的纖維光纜組合件(a)將涂覆有水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物涂層的第一增強紗線置于45-200°C的溫度下足夠長的時間以使保護性涂層通過鍵裂轉(zhuǎn)化成水可溶脹的超吸收性聚合物；(b)將得自步驟(a)中的一根或多根第一增強紗線與一種或多種光學(xué)玻璃纖維透射介質(zhì)組合；
(c)將保護性套管施加于步驟(b)的至少一個組合件上。在步驟(a)中，優(yōu)選地至少60%的交聯(lián)鍵斷裂，更優(yōu)選地至少75%，最優(yōu)選地至少90%。步驟(a)中的溫度停留時間將隨不同的涂層材料以及在第一增強紗線上的相對用量而不同。在步驟(b)中，第一增強紗線和波導(dǎo)線纜以并排方式布置或?qū)⒃鰪娂喚€圍繞波導(dǎo)螺旋纏繞的方式結(jié)合起來。組合件中可使用不止一個波導(dǎo)。在可選的部件中，多個波導(dǎo)或增強紗線本身可形成螺旋構(gòu)型。一個組合件中的第一增強紗線和波導(dǎo)的數(shù)量可根據(jù)具體設(shè)計需求而變化。例如，多根第一增強紗線可圍繞一個波導(dǎo)；在其它情況下，多個波導(dǎo)圍繞一個第一增強紗線。同樣地，組合件中可存在不止一根第二增強紗線?；烊氲诙鰪娂喚€時，通常將第二增強紗線用作芯材料，并且將第一增強紗線和波導(dǎo)圍繞第二增強紗線螺旋地纏繞。 外部套管可放在步驟(b)中的一個或多個組合件上。在一些設(shè)計中，多個覆蓋有套管的組合件組合成一個更大的組合件，此更大的組合件也由套管圍繞。
實施例為了在以下實施例中使用，制備了一種水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物。得自Kinematica, Inc. ,Bohemia,NY的Megatroil#MT5000反應(yīng)器安裝有用于導(dǎo)入固體和液體的裝置。該反應(yīng)器包括轉(zhuǎn)速為16000轉(zhuǎn)/分鐘高強度微粉磨機單元；用于吹掃惰性氣體的系統(tǒng)；一系列溫度探頭，以及加熱和冷卻裝置；該裝置由護套組成，熱傳遞流體以目標(biāo)溫度在護套中循環(huán)。微粉磨機的轉(zhuǎn)速設(shè)置為16000轉(zhuǎn)/分鐘。將400克包含約80重量％的對苯二酚穩(wěn)定丙烯酸的去氧水溶液與20%的氫氧化鈉溶液進行定量中和。此操作在微粉磨機溫度不超過35°C的條件下進行。加入了 5g 1%的去氧亞甲基二丙烯酰胺溶液、32g甲基丙烯酸酯改性的Diels-Alder反應(yīng)產(chǎn)物(由呋喃甲醇與輕乙基官能化馬來酰亞胺反應(yīng)得到)，此反應(yīng)產(chǎn)物的合成如J. Mater. Chem.，2007，17，3575-3580中所述。用亞硫酸氫鈉/溴酸鈉氧化還原對引發(fā)聚合，并且將聚合反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)為不超過60°C。在約30分鐘后，將反應(yīng)器加熱至60°C并持續(xù)溫度2小時。獲得的水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物為超濾細粉。為了在以下實施例中使用，制備了一種涂覆有包含如上所述的水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物的涂層的紗線。如美國專利5，270，113所述，使用具有螺旋槳形狀葉片的標(biāo)準(zhǔn)實驗室攪拌器，在整理劑中制備了包含35%重量百分比的水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物的分散體。使用 Masterflex7523_70 精密泵(得自 Cole-Parmer, Vernon Hills, IL)和Leeson 861型紗線回繞器(得自Leesona, Burlington, NC)將分散體涂覆到不含整理劑的110分特的KEVLAR 29型對位芳族聚酰胺纖維紗線(得自E. I.du Pont de Nemoursand Company,Wilmington,DE(DuPont))上?；谖赐扛矊蛹喚€的干燥重量,此涂覆方法獲得了包含3%的水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物和5%的整理劑的涂層。實施例I本實施例涉及包含如上所述的涂覆紗線的基礎(chǔ)纖維光纜的制作?；A(chǔ)線纜為包括多根緊套光纖和包含在聚合物護套內(nèi)的多根松散的芳族聚酰胺和/或玻璃纖維。由TensorFiber Optic Technologies,Hickory,NC設(shè)計的基礎(chǔ)纖維光纜生產(chǎn)線在紗線卷取后配備了管式加熱爐。使用此設(shè)計，將三根經(jīng)涂覆的KEVLAR 紗線通過管式加熱爐，該加熱爐的溫度為120°C并且處在連續(xù)氮氣吹掃下。熱暴露時間為約I分鐘。通過管式加熱爐后，將這三根紗線與波導(dǎo)組合，并且在紗線-波導(dǎo)組合件上涂覆聚乙烯涂層以形成緊套的基礎(chǔ)纖維光纜。如下所述估算了紗線涂層的吸水能力。將十(10. 0)g經(jīng)熱處理的紗線切成長度為約16cm的無捻纖維。將纖維在容量為IOOOml的燒杯中浸入500ml蒸餾水內(nèi)；將所得的漿液手動攪拌I分鐘，然后浸入9分鐘并持續(xù)進行手動攪拌。10分鐘后，將燒杯的內(nèi)容物倒入20目篩網(wǎng)中，使保留下來的纖維排水I分鐘。以2000rpm對纖維樣品做2分鐘的離心處理以除去未鍵合的水分，然后以0.01克的精度稱重，此為纖維重量A。然后使纖維樣品在通風(fēng)烘箱內(nèi)以105°C干燥至恒重，以0. 01克的精度測定干燥后的樣品重量，此為纖維重量B。根
據(jù)以下公式計算紗線的自由溶脹值
權(quán)利要求
1.用于形成纖維光纜組合件的方法，包括以下步驟 (a)將涂覆有水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物涂層的具有150-12000分特的線密度、10-65克/分特的韌度、150-2700克/分特的模量、以及1_8%的斷裂伸長率的第一增強紗線置于45-200°C的溫度下足夠長的時間以使保護性涂層通過鍵裂轉(zhuǎn)化成水可溶脹的超吸收性聚合物； (b)將得自步驟(a)的一根或多根所述第一增強紗線與一種或多種光學(xué)玻璃纖維透射介質(zhì)組合；以及 (C)將保護性套管施加在步驟(b)的至少一個組合件上。
2.權(quán)利要求I的方法，其中至少一根第二增強紗線可任選地與所述第一增強紗線和步驟(b)中的玻璃纖維透射介質(zhì)組合。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述第一增強紗線的聚合物選自對位芳族聚酰胺、聚苯并唑、聚噠唑或它們的混合物。
4.權(quán)利要求I的方法，其中基于所述第一增強紗線加涂層的總重量，所述熱可逆涂層的熱可逆交聯(lián)劑以0. 001 %至0. 5 %的重量百分比的量存在。
5.權(quán)利要求I的方法，其中基于所述第一增強紗線加涂層的總重量，所述熱可逆交聯(lián)涂層以0. 1%至10%的重量百分比的量存在。
6.權(quán)利要求3的方法，其中所述對位芳族聚酰胺為聚(對苯二甲酰對苯二胺)。
7.由權(quán)利要求I的方法制作的纖維光纜。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于形成纖維光纜組合件的方法，包括以下步驟(a)將涂覆有水不可滲透的熱可逆交聯(lián)聚合物涂層的高韌度第一增強紗線，例如對位芳族聚酰胺，置于45-200℃的溫度下足夠長的時間以使保護性涂層通過鍵裂轉(zhuǎn)化成水可溶脹的超吸收性聚合物；(b)將得自步驟(a)的一根或多根所述第一增強紗線與一種或多種光學(xué)玻璃纖維透射介質(zhì)組合；以及(c)將保護性套管施加在步驟(b)的至少一個組合件上。
文檔編號G02B6/44GK102725671SQ201180007053
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者A.安馬 申請人:納幕爾杜邦公司