專利名稱：帶緩沖的光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括而言本發(fā)明涉及光纖層，更準(zhǔn)確地說，涉及一或多個對光纖進(jìn)行緩沖并增強(qiáng)光纖抗微彎曲性和低溫性能的光纖層。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，光纖廣泛地用作通信介質(zhì)。傳統(tǒng)光纖通常包括一玻璃芯和一或多個圍繞該芯的包層。至少另一通常稱為緩沖層或外層的材料層圍繞包層，保護(hù)光纖免受損壞，并使光纖達(dá)到適當(dāng)?shù)挠捕?。?dāng)光纖與光纖連接器相連時，通常從光纖上機(jī)械地剝除外層。一般，外層由熱塑性聚合材料構(gòu)成，直接擠壓在所涂敷的光纖上。用于形成外層的常用材料包括聚氯乙烯(PVC)，尼龍和聚酯，含氟聚合物(fluropolymer)等。
在許多情況下，必須在不破壞光纖包層的條件下去除熱塑性外層。這可以通過使用能在不去除包層條件下去除外部緩沖材料的內(nèi)層而很容易地實(shí)現(xiàn)。通過用作硬熱塑性緩沖材料與光纖之間的順從層(compliant layer)，此內(nèi)層還使低溫時的溫度特性更佳。
傳統(tǒng)雙層密封帶緩沖的光纖具有一由聚乙烯/乙烯-丙烯酸乙酯(PE/EEA)共聚物制成的內(nèi)層。不過，這種材料具有多個缺點(diǎn)(美國專利5,684,910)。使用PE/EEA的一個缺點(diǎn)是，作為熱塑性材料，在涂敷外層時PE/EEA共聚物的粘度降低，導(dǎo)致PE/EEA共聚物粘性小很多，更像液體。其影響在于，來自光纖包層的任何揮發(fā)作用，無論是濕氣還是低分子量成分，均可能導(dǎo)致在內(nèi)層中形成氣泡。取決于大小和頻率，氣泡將使光纖中的衰減增大，這一般在低溫(例如-20℃)下可以觀察到。如果氣泡比較嚴(yán)重，則在室溫(～21℃)下可能發(fā)生衰減的增大。
該材料引發(fā)的另一個問題是，在低于-20℃溫度下纖維光纜的衰減增大。低于-20℃溫度下衰減增大可能歸因于EEA彈性模量的增大。因而，EEA不滿足在-40℃到80℃溫度范圍上具有最小彈性模量改變的內(nèi)層的需要。
當(dāng)應(yīng)用于更新、更高帶寬光纖〔例如具有異態(tài)模色散(differentialmodal dispersion)減小的50微米多模光纖〕時，內(nèi)層的該關(guān)鍵特性更加顯而易見。不過，一般這些光纖和其他具有更高帶寬的光纖對微彎曲更為敏感。
因此，迄今為止在工業(yè)中存在解決上述缺點(diǎn)和不足的需要。
發(fā)明概述簡單而言，本發(fā)明的實(shí)施例提供帶緩沖的光纖及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明，一種代表性的帶緩沖的光纖，包括一通過它可以傳輸光信號的光纖；和一由圍繞該光纖的紫外(UV)可固化的丙烯酸酯材料組成并保護(hù)光纖芯免受微彎曲力的層。
制造該帶緩沖的光纖的代表性方法包括使光纖芯通過沿垂直位置取向的涂敷頭；涂敷頭將一內(nèi)層設(shè)置在該光纖上，該內(nèi)層為紫外(UV)可固化的丙烯酸酯材料；使其上具有內(nèi)層的光纖通過沿垂直位置取向的紫外爐，該紫外爐使紫外可固化的丙烯酸酯材料固化；以及利用轉(zhuǎn)換滑輪使其上具有已固化內(nèi)層的光纖進(jìn)入水平處理系統(tǒng)中。
在分析下面附圖和詳細(xì)描述的基礎(chǔ)上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
附圖簡要說明參照以下附圖將能更好地理解本發(fā)明的多個方面。附圖中的元件不必依照比例繪出，重點(diǎn)放在能清楚地說明本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同附圖標(biāo)記在多個附圖中表示相同元件。


圖1表示具有由紫外(UV)可固化的丙烯酸酯材料制成的內(nèi)層和外部熱塑性緩沖材料的代表性的帶緩沖的光纖。
圖2表示具有一光纖玻璃芯，一主層，一次層或次涂層，一由紫外可固化丙烯酸酯材料制成的內(nèi)層，和一熱塑性外部緩沖涂層或?qū)拥拇硇缘膸Ь彌_的光纖。
圖3表示圖2所示纖維光纜的透視圖。
圖4表示圖1和2所示光纖的制造過程的示意圖。
圖5表示圖1和2所示帶緩沖的光纖的代表性制造方法的流程圖。
最佳實(shí)施例詳細(xì)描述概括來說，本發(fā)明實(shí)施例涉及有緩沖(例如密封或半密封)的光纖，可將該光纖制成光纜或纜索，具有增大的抗微彎曲性和改善的低溫性能。該帶緩沖的光纖可以為例如單纖維帶緩沖的光纖，多纖維帶緩沖的光纖束或陣列，或者有緩沖的帶。
例如，本發(fā)明的帶緩沖的光纖可以包括一內(nèi)層和至少一個由紫外(UV)可固化丙烯酸酯材料構(gòu)成的包敷層，可以改變該包敷層的模量和厚度以使性能最優(yōu)。
構(gòu)造內(nèi)層和/或紫外可固化丙烯酸酯材料的包敷層使纖維光纜具有增大的抗微彎曲性，致使光纖能承受光纜或纜索(互連纜線)制造過程中遭受到的橫向力，而不增大光纜中光纖的衰減。所產(chǎn)生的光纜或纜索還能很好地承受將光纜安裝到服務(wù)環(huán)境過程中遭受到的橫向力，從而避免增大衰減。另外，所產(chǎn)生的光纜和/或纜索具有更好的低溫性能，這是由于構(gòu)成光纜和/或纜索的材料的熱膨脹系數(shù)會使光纜和/或纜索收縮，且在帶緩沖的光纖中引起微彎曲。
紫外可固化的丙烯酸酯材料為擠壓過程中基本上不象熱塑性材料那樣發(fā)生流動的固化(即交聯(lián))材料，傳統(tǒng)構(gòu)造中將熱塑性材料用作內(nèi)層材料。因此，使用固化材料能避免在內(nèi)層中形成氣泡。此外，紫外可固化丙烯酸酯材料在大約-40℃到85℃溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出最小彈性模量改變。這使內(nèi)層能適應(yīng)更寬溫度范圍，從而防止低溫下的衰減損耗。
已經(jīng)概括描述了本發(fā)明的光纖，現(xiàn)在將依次描述圖1到5，以說明本發(fā)明的光學(xué)帶緩沖的光纖及其相關(guān)制造方法的某些可能的實(shí)施方式。盡管結(jié)合圖1到5以及相應(yīng)正文描述帶緩沖的光纖的實(shí)施例，但無意于將光纖的實(shí)施方式限制為這些描述。相反，意在覆蓋本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)所包括的所有選擇、變型及等效物。
參見附圖，圖1說明具有一外層或緩沖層12，一內(nèi)層14和一光纖16的帶緩沖的光纖10。光纖16可以包括一玻璃芯和一或多個圍繞該芯的包敷層(未示出)。在圖1所示實(shí)施例中，圍繞玻璃芯的包敷層可以由本領(lǐng)域中已知的材料制成。
內(nèi)層14可以由紫外可固化丙烯酸酯材料制成。最好，內(nèi)層14由諸如紫外可固化的聚氨酯丙烯酸酯、紫外可固化的硅丙烯酸酯(siliconacrylate)和/或紫外可固化的硅氧烷丙烯酸酯材料的紫外可固化丙烯酸酯材料制成。
當(dāng)內(nèi)層14由紫外可固化丙烯酸酯材料制成時，將改善帶緩沖的光纖10的抗微彎曲性和低溫性能。抗微彎曲性增大將使帶緩沖的光纖10能承受光纜制造和安裝過程中受到的橫向力，從而產(chǎn)生最小光損耗。帶緩沖的光纖10的低溫性能的改善，允許構(gòu)造由一或多個帶緩沖的光纖10組成的光纜，從而產(chǎn)生最小光損耗。
此外，由紫外可固化丙烯酸酯材料制成的內(nèi)層14可以具有一或多個下列特征。第一，內(nèi)層14可以具有低于大約-10℃的玻變溫度。具有低玻變溫度內(nèi)層14的帶緩沖的光纖10，其低溫光學(xué)性能增強(qiáng)。
第二，內(nèi)層14在2.5％伸長下可具有的正割拉伸模量(2.5％下的拉伸模量)為大約0.5兆帕斯卡到大約10兆帕斯卡，大約0.8兆帕斯卡到大約2.5兆帕斯卡，或者最好為大約0.9兆帕斯卡到大約1.7兆帕斯卡。具有低拉伸模量內(nèi)層14的帶緩沖的光纖10具有增強(qiáng)的低溫光學(xué)性能，增大的抗微彎曲性，且剝離力(strip force)保持在可接受范圍之內(nèi)。
第三，內(nèi)層14具有大于約70％，大約70％到95％，或者最好大約85％到95％的凝膠百分比。通過制造具有高凝膠百分比內(nèi)層14的光纜10，可使處理過程中除氣減小，從而降低界面空隙。
第四，內(nèi)層14具有每秒大約2,000到10,000兆帕斯卡，或者最好每秒大約3,300到大約6,200兆帕斯卡的粘度。對于具有低粘度內(nèi)層14的光纜10，可以增大處理線速度。此外，具有低粘度內(nèi)層14的帶緩沖的光纖10能以均勻方式覆蓋光纖。
內(nèi)層14的厚度可以為大約10μm到大約200μm，大約20μm到大約125μm，或者最好為大約35μm到大約95μm。
外層12可以為高模量材料，如聚氯乙烯(PVC)，聚酰胺(尼龍)，聚丙烯，聚酯(例如PBT)和含氟聚合物(例如PVDF或FEP)。此外，外層12可以包括一層或多層。最好，外層12的厚度為大約200μm到大約350μm。
圖2表示帶緩沖的光纖30的剖面圖，圖3表示帶緩沖的光纖30的透視圖。根據(jù)本實(shí)施例，帶緩沖的光纖30包括一外層12，一內(nèi)層14，一光纖32，一主涂敷層(a primary layer coating)36和一次層(asecondary layer)34。該主涂敷層36環(huán)繞該光纖芯38，該次層34環(huán)繞該主層。光纖芯38為用于傳輸能量(例如光)的管道，并且可以由諸如玻璃或塑料的材料制成。
主涂敷層36可以包括紫外可固化丙烯酸酯材料。最好，該主涂敷層36由諸如紫外可固化的聚氨酯丙烯酸酯、紫外可固化的硅丙烯酸酯和/或紫外可固化的硅氧烷丙烯酸酯材料的紫外可固化丙烯酸酯材料制成。當(dāng)主涂敷層36由紫外可固化丙烯酸酯材料制成時，帶緩沖的光纖30的抗微彎曲性增強(qiáng)。如上所述，抗微彎曲性增大將使帶緩沖的光纖30能承受光纜制造和安裝過程中遭受到的橫向力，從而檢測到最小光損耗。
此外，該主涂敷層36可具有一或多個下列特征。第一，主涂敷層36可以具有低于-10℃的玻變溫度。具有低玻變溫度主涂敷層36的光纜30，其低溫光學(xué)性能增強(qiáng)。
第二，主涂敷層36的2.5％的正割拉伸模量(2.5％伸長下的拉伸模量)為大約0.5兆帕斯卡到大約10兆帕斯卡，大約0.8兆帕斯卡到大約2.5兆帕斯卡，或者最好為大約0.9兆帕斯卡到大約1.7兆帕斯卡。具有低拉伸模量主涂敷層36的帶緩沖的光纖30的低溫光學(xué)性能增強(qiáng)，抗微彎曲性增大，且剝離力保持在可接受范圍之內(nèi)。
第三，主涂敷層36具有大于約85％，大約85％到95％，或者最好大約90％到95％的凝膠百分比。通過制造具有高凝膠百分比主涂敷層36的帶緩沖的光纖30，可使處理過程中除氣減小，從而降低界面空隙。
第四，主涂敷層36具有每秒大約2,000到10,000兆帕斯卡，或者最好每秒大約3,300到大約6,200兆帕斯卡的粘度。對于具有相應(yīng)低粘度主涂敷層36的光纖32，可以增加處理線速度。此外，低粘度內(nèi)層14以均勻方式覆蓋光纖32。
主涂敷層36的厚度可以為大約20μm到大約50μm，并且厚度最好為大約35μm到大約45μm。
例如，可以由諸如紫外可固化的聚氨酯丙烯酸酯、紫外可固化的硅丙烯酸酯和/或紫外可固化的硅氧烷丙烯酸酯材料的材料制造次層34。次層34的厚度范圍可以從大約10μm到大約40μm，并且可以對厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生外徑為例如約250μm的光纖32?？梢哉{(diào)節(jié)主涂敷層36和次層34的厚度，以獲得適當(dāng)或所需抗微彎曲性和低溫性能。例如，如果主涂敷層36和次層34的厚度分別為大約40μm和22μm，將實(shí)現(xiàn)抗微彎曲性和低溫性能的改善。
上面參照圖1描述了內(nèi)層14和外緩沖層12。因而，此處不對這兩層進(jìn)行進(jìn)一步討論。應(yīng)該注意，具有由紫外可固化丙烯酸酯材料制成的主涂敷層36和內(nèi)層14的帶緩沖的光纖30，可實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目刮澢?。所產(chǎn)生的光纜或纜索也能很好地承受將光纜安裝到服務(wù)環(huán)境中時遭受到的橫向力，從而防止增大衰減。此外，所產(chǎn)生的光纜和/或纜索在低溫時能很好地起作用。如上所述，由于構(gòu)成光纜和/或纜索的材料的熱膨脹系數(shù)能引起光纜和/或纜索收縮，且在帶緩沖的光纖中引起微彎曲。這可以通過使用上述根據(jù)本發(fā)明的材料而得到避免。
圖4表示用于制造本發(fā)明的帶緩沖的光纖10和/或帶緩沖的光纖30的典型設(shè)備40的示意圖。設(shè)備40包括一垂直處理系統(tǒng)45和一水平處理系統(tǒng)50。將光纖芯16和/或光纖芯38(下面稱為光纖54)放置在線軸52上。光纖54向前通過沿垂直位置取向的涂敷頭56，以將該內(nèi)層設(shè)置到光纖54上。
在將該內(nèi)層設(shè)置到光纖54上之后，經(jīng)涂敷的光纖57通過紫外爐58，使此內(nèi)層固化。涂敷頭56沿垂直位置取向能對涂層進(jìn)行幾何控制，并且與涂敷頭56沿水平方向取向相比，線速度更大。不過，應(yīng)該注意，使涂敷頭56和/或紫外爐58沿水平方向取向也能制造光纜10和30。
之后，轉(zhuǎn)換滑輪60將所涂敷內(nèi)層固化的光纖57引導(dǎo)到水平處理系統(tǒng)50中。所涂敷內(nèi)層固化的光纖57通過十字頭擠壓機(jī)62，其將熱塑性材料設(shè)置在涂敷有內(nèi)層的光纖上。水槽64冷卻并硬化熱塑性涂層。然后將光纖纏繞在纏繞輥66上。
圖5說明帶緩沖的光纖10和/或帶緩沖的光纖30的制造過程70的典型流程圖。最初，如方塊72所示，將光纖54送入垂直處理系統(tǒng)45中。然后，使光纖54通過垂直取向的涂敷頭56，將內(nèi)層涂敷到光纖上，從而形成涂敷有內(nèi)層的光纖57，如方塊74所示。之后，使涂敷有內(nèi)層的光纖57通過紫外爐58，以固化該層，如方塊76所示。
接下去，使所涂敷內(nèi)層固化的光纖57通過水平處理系統(tǒng)50，如方塊78所示。然后使所涂敷內(nèi)層固化的光纖57進(jìn)入熱塑性材料擠壓十字頭62，其用熱塑性材料涂敷光纖，然后通過水槽64，冷卻并硬化熱塑性材料，如方塊80所示。之后，將帶緩沖的光纖10和/或30纏繞在纏繞輥66上。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明上述實(shí)施例，特別是任何“最佳”實(shí)施例，僅為本發(fā)明實(shí)施方式的例子，在此處提出以提供對本發(fā)明原理清楚地理解。在不偏離本發(fā)明范圍和原理的條件下，可以對本發(fā)明上述實(shí)施例進(jìn)行多種改變與變型。例如，可以由水平取向?qū)崿F(xiàn)上述內(nèi)包層涂敷步驟，可以由垂直取向?qū)崿F(xiàn)緩沖層擠壓步驟。所有這些變型與改變均處于本公開和本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶緩沖的光纖，包括一光纖，通過它可傳輸光信號，該光纖具有一芯；以及一內(nèi)層，該內(nèi)層包括一種圍繞該光纖的紫外(UV)可固化丙烯酸酯材料，其中該內(nèi)層保護(hù)該光纖免于受到微彎曲力。
2.如權(quán)利要求1所述的帶緩沖的光纖，其中該內(nèi)層包括一種紫外(UV)可固化的硅丙烯酸酯材料。
3.如權(quán)利要求1所述的帶緩沖的光纖，其中該內(nèi)層包括紫外(UV)可固化的硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯材料。
4.如權(quán)利要求2所述的帶緩沖的光纖，其中該內(nèi)層厚度為大約10μm到大約200μm。
5.如權(quán)利要求1所述的帶緩沖的光纖，其中該內(nèi)層厚度為大約35μm到大約95μm。
6.一種帶緩沖的光纖的制造方法，包括使一光纖芯通過沿垂直位置取向的涂敷頭，該涂敷頭將一內(nèi)層設(shè)置在該光纖上，該內(nèi)層為紫外(UV)可固化丙烯酸酯材料；使其上具有該內(nèi)層的光纖通過一沿垂直位置取向的紫外爐，該紫外爐使該紫外可固化丙烯酸酯材料固化；并且利用轉(zhuǎn)換滑輪，使其上具有該固化的內(nèi)層的光纖進(jìn)入水平處理系統(tǒng)中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括使其上具有該固化的內(nèi)層的光纖進(jìn)入熱塑性材料擠壓十字頭，并由其用熱塑性材料涂敷該光纖。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括使其上具有該固化的內(nèi)層和熱塑性材料的光纖進(jìn)入一水槽，由其冷卻并硬化該熱塑性材料。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該紫外可固化丙烯酸酯材料為紫外可固化的硅丙烯酸材料和紫外可固化的硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯材料其中之一。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該內(nèi)層的厚度為大約10μm到大約200μm。
全文摘要
提出帶緩沖的光纖10和30及其制造方法。代表性帶緩沖的光纖10包括一光纖16，通過它可以傳輸光信號；以及一內(nèi)層14，該內(nèi)層14包括一種圍繞該光纖16的紫外(UV)可固化丙烯酸酯材料，保護(hù)光纖16的芯免于受到微彎曲力。
文檔編號C03C25/24GK1467519SQ0314271
公開日2004年1月14日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月21日
發(fā)明者小保羅·E·內(nèi)維烏克斯, 小保羅 E 內(nèi)維烏克斯 申請人:菲特爾美國公司