單模光纖用可輻射固化超級涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的第一個方面是配制用于涂覆遠程通信網(wǎng)中使用的光纖的可輻射固化超級涂料的方法。也描述了并請求保護配制可輻射固化超級涂料的方法中使用的多層膜壓延法。還描述了并請求保護涂覆有特定可輻射固化超級涂料的單模光纖。
【專利說明】單模光纖用可輻射固化超級涂料
[0001]相關(guān)專利申請
[0002]此專利申請是申請日為2010年10月8日的中國專利申請“配制光纖用可輻射固化超級涂料的方法”(PCT/US2010/002720)的分案申請。此專利申請要求2009年10月9日提交的美國臨時專利申請US61/272596的優(yōu)先權(quán)以及2009年10月9日提交的美國臨時專利申請US61/250329、2009年12月17日提交的美國臨時專利申請US61/287567和2010年7月13日提交的美國臨時專利申請US61/363965的優(yōu)先權(quán)，本申請引入所有它們的全文作為參考。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及光纖用可輻射固化涂料。
[0004]發(fā)明背景
[0005]光纖是一種沿其長度傳輸光的玻璃纖維。光纖廣泛應(yīng)用于光纖通信中，相比其它通信方式，其可以沿更長的距離并以更高的帶寬(數(shù)據(jù)速率)傳輸。使用纖維代替金屬導(dǎo)線是因為信號以更低的損耗沿它們傳輸，并且它們還免受電磁干擾。
[0006]光通過全內(nèi)反射保留在光纖的芯中。這使纖維起到波導(dǎo)的作用。支持多傳播路徑或橫模的纖維稱為多模光纖(MMF ),而只能支持單一模式的纖維稱為單模光纖(SMF )。MMF通常具有較大的芯直徑，用于短距離通信連接和必須傳輸大功率的情況。SMF用于大于550米(1，800英尺)的大多 數(shù)通信連接。
[0007]在此專利申請全文中，將光纖中的衰減，也稱為傳輸損耗，定義為光束(或信號)相對于經(jīng)由傳輸介質(zhì)傳播的距離的強度降低。通常使用分貝/千米(縮寫為dB/km)的單位報道光纖中的衰減損耗系數(shù)。
[0008]衰減是限制數(shù)字信號沿長距離傳輸?shù)囊粋€重要因素。因此，許多研究都考慮限制衰減和使光信號增益最大化。經(jīng)驗的研究已表明光纖中的衰減主要是由散射和吸收造成的。
[0009]1965年，高錕{Charles K.Kao，因“關(guān)于纖維中光的傳輸用于光通信的開創(chuàng)性成就”而成為2009年諾貝爾物理學(xué)獎三名得主之一}和英國公司Standard Telephones andCables (STC)的George A.Hockham首先提出了可以將光纖中的衰減降低至小于20分貝/千米(dB/km)的概念，這使得光纖成為用于通信的實用介質(zhì)。他們提出當時可得到的纖維中的衰減是由可以除去的雜質(zhì)而不是基本的物理效應(yīng)如散射造成的。在1970年，首先由為美國玻璃制造商Corning Glass Works (現(xiàn)在的Corning Incorporated)工作的研究人員Robert D.Maurer、Donald Keck、Peter C.Schultz 和 Frank Zimar 實現(xiàn)了 20dB/km 的關(guān)鍵衰減水平。他們通過用鈦摻雜二氧化硅玻璃展示了具有17dB/km衰減的纖維。幾年以后，他們制造了使用二氧化鍺作為芯摻雜劑的、只有4dB/km衰減的纖維。實現(xiàn)如此低的衰減引領(lǐng)了光纖遠程通信的發(fā)展并使Internet互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0010]引入以下美國專利全文作為參考:2000年I月11日頒布的美國專利US6, 014，488。[0011]微彎曲是光纖中的明顯但細微的彎曲曲率，其涉及幾微米的局部軸向位移以及幾毫米的空間波長。熱應(yīng)力和/或機械橫向力可以誘發(fā)微彎曲。當存在時，微彎曲使被涂覆光纖的信號傳輸能力衰減。因此，對于遠程通信網(wǎng)的成功來說，已知的是每個遠程通信系統(tǒng)都對光纖衰減可容忍增加的量有限制并避免達到該限制，最好是整體上降低微彎曲，因為降低微彎曲就降低了衰減的增加。
[0012]光纖涂層技術(shù)發(fā)展的一個關(guān)鍵驅(qū)動力是用戶對視頻提高的需求。對于已有的光纖涂層技術(shù)，2G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是足夠的。然而，未來的網(wǎng)絡(luò)如3G、4G和IPTV、高清電視(HDTV)、視頻會議及其他高帶寬應(yīng)用將對光纖的性能提出更高的要求，因此對光纖涂層性能的要求將越來越高。
[0013]為了滿足互聯(lián)網(wǎng)上對視頻應(yīng)用的巨大需求，下一代遠程通信網(wǎng)絡(luò)需要支持更大容量、更長距離和更寬光譜范圍的傳輸，而當前這代G652光纖的性能是為長距離直線排列(long haul straight alignment)應(yīng)用研發(fā)的；因此G562不適于滿足光纖到戶(FTTH)挑戰(zhàn)的要求。
[0014]隨著通信信號的光傳輸遷移到家庭和MDU’ s (多用戶居住單元)中，光學(xué)玻璃纖維遇到更急的(tighter)彎曲，這需要光纖生產(chǎn)商提供G657抗宏彎曲纖維。同時，在使用的網(wǎng)絡(luò)中對帶寬日益增長的需求正對可利用的余量產(chǎn)生壓力。
[0015]在下述這些美國專利申請中描述并請求保護第一代光纖用可輻射固化的DeSolite可福射固化Supercoatings? (DSM IP Assets B.V.的注冊商標)，本文引入它們的全文作為參考:2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955935，在2008年9月19日以US20080226916公開;2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955838，在2008年10月23日以US20080241535公開；2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955547，在2008年 9月19日以US20080226912公開；2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955614，在2008年9月19日以US20080226914公開;2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955604，在2008年9月19日以US20080226913公開；2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955721，在2008年9月25日以US20080233397公開;2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955925，在2008年9月19日以US20080226911公開;2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955628，在2008年9月19日以US20080226915公開和2007年12月13日提交的美國專利申請US11/955541，在2008年9月19日以US20080226909公開。
[0016]2007年12月13日提交的序列號為US11/955541、2009年9月18日以美國公開專利申請 US20080226909 公開、名稱為 “D1381RADIAT10N CURABLE SUPERCOATINGS FOROPTICAL FIBER”的美國專利申請描述并請求保護如下光纖用可輻射固化的超級涂料:
[0017]適用于涂覆光纖的超級涂料；
[0018]其中，超級涂層包括至少兩層，其中第一層是與光纖的外表面接觸的初級涂層，第二層是與初級涂層的外表面接觸的次級涂層，
[0019]其中，在光纖上固化的初級涂層在初始固化且于85°C和85%相對濕度下老化一個月后具有以下性能:
[0020]A)從約 84% 至約 99% 的 ％RAU ；
[0021]B)在約0.15MPa和約0.60MPa之間的原位模量；和[0022]C)從約-25°C至約 _55°C 的管 Tg ；
[0023]其中，在光纖上固化的次級涂層在初始固化且于85°C和85%相對濕度下老化一個月后具有以下性能:
[0024]A)從約 80% 至約 98% 的 ％RAU ；
[0025]B)在約0.60GPa和約1.90GPa之間的原位模量；和
[0026]C)從約 50°C至約 80°C 的管 Tg。
[0027]對于DSM Desotech最近推出的光纖用可福射固化超級涂料的DeSoliteSupercoatings?系列見www.Supercoatings, com,據(jù)報道使用該超級涂料對光纖的微彎曲特性有極大的積極效果。因此，已知使用超級涂料降低了光纖的微彎曲量，并且微彎曲量的降低減小了遠程通信網(wǎng)的衰減量。
[0028]隨著對互聯(lián)網(wǎng)和當前電信設(shè)備中日益提高的帶寬的需求發(fā)展，對抗衰減的光纖的需求也將提高。因此，對可輻射固化的超級涂料的需求將增加。隨著對抗衰減光纖和可輻射固化超級涂料的需求的增加，需要有一種方法來選擇并配制光纖用可輻射固化的超級涂料。
[0029]發(fā)明概述
[0030]本申請請求保護的發(fā)明的第一個方面是一種配制用于在遠程通信網(wǎng)中使用的光纖用可輻射固化超級涂料的方法，其中，所述超級涂料包括至少兩層，其中第一層是與光纖的外層表面接觸的初級涂層，第二層是與初級涂層的外層表面接觸的次級涂層，其中，在光纖上固化的初級涂層在初始固化且`于85°C和85%相對濕度下老化一個月后具有以下性能:[0031 ] I)從約 84% 至約 99% 的 ％RAU ；
[0032]2)在約0.15MPa和約0.60Mpa之間的原位模量；和
[0033]3)從約-25°C至約-55°C的管 Tg ；
[0034]其中，在光纖上固化的次級涂層在初始固化且于85°C和85%相對濕度下老化至少一個月后具有以下性能:
[0035]4)從約 80% 至約 98% 的 ％RAU ；
[0036]5)在約0.060GPa和約1.90GPa之間的原位模量；和
[0037]6)從約 50°C至約 80°C 的管 Tg ；
[0038]所述方法包括以下步驟:
[0039]a)確定要安裝光纖的遠程通信網(wǎng)的最大可接受衰減增加的要求；
[0040]b)確定超級涂料的現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，包括:
[0041]i)選擇光纖中使用的玻璃的種類；
[0042]ii)決定是以濕壓干還是濕壓濕的方式向超級涂料的初級涂層上施加超級涂料的次級涂層；
[0043]iii)選擇燈的類型、數(shù)量和沿用于固化光纖上超級涂料的拉絲塔生產(chǎn)線的燈的位置；和
[0044]iv)選擇施加超級涂料的線速；
[0045]c)配制液體、未固化狀態(tài)的初級涂料組合物；
[0046]d)配制液體、未固化狀態(tài)的次級涂料組合物；
[0047]e)使用如圖 2、3 和 4 所不的三維帶法(Three-Dimensional Laced Methodology)來
[0048]i)測試超級涂料的初級涂料和次級涂料以確定是否達到超級涂料參數(shù)I)至6);其中
[0049]一如果超級涂料參數(shù)1)至6)中的每一個都達到則繼續(xù)步驟f);和
[0050]一如果沒有達到超級涂料參數(shù)1)至6)中的每一個，則重新配制初級涂料或次級涂料或二者，并重復(fù)步驟ii)，直至達到超級涂料參數(shù)1)至6)中的每一個；然后
[0051 ] i i )通過評價每個配方相對于另一個配方的變化以及相對于所有超級涂料參數(shù)I)至6)的變化來檢驗重新配制的超級涂料的初級涂料和次級涂料的整體性；
[0052]f)使用步驟e) i)和步驟e) ii)的結(jié)果來結(jié)束超級涂料的選擇，從而實現(xiàn)被涂覆光纖的最大可接受衰減增加。
[0053]本申請請求保護的發(fā)明的第二個方面是第一個方面的方法，其中三維帶法包括使用多層膜壓延(Drawdown)法來評價復(fù)合熔融的可輻射固化超級涂料的初級涂層和次級涂層。
[0054]本申請請求保護的發(fā)明的第三個方面是多層膜壓延法，包括以下步驟:
[0055]a)選擇用于測試的基底；
[0056]b)使用限定厚度壓延棒將初級涂料施加到基底上；
[0057]c)任選地固化該初級涂料；
[0058]d)使用限定厚度壓延棒向初級涂料上施加次級涂料,其中施加次級涂料的壓延棒的限定厚度大于用于施加初級涂料的壓延棒的限定厚度；
[0059]e)向多層膜施加足以使初級涂料和次級涂料都固化為熔融復(fù)合膜的輻射；
[0060]f )從基底上除去該膜；和
[0061]g )評價固化膜的功能性能。
[0062]本申請請求保護的發(fā)明的第四個方面是涂有超級涂料的單模光纖，其中所述超級涂料包括，
[0063]初級涂層和次級涂層；
[0064]其中，在固化前，初級涂層的組合物選自實施例1PA2、1PB3、1PC1、lPD5、2Alpha和2Beta的配方；
[0065]其中，在固化前次級涂層的組合物選自實施例2SA4和2SB3和3SA1和5SA1的配方。
[0066]本申請請求保護的發(fā)明的第個五方面是涂有可輻射固化涂料的多模光纖，包括初級涂層和次級涂層，
[0067]其中，在固化前初級涂層的組合物選自實施例1PD5的配方；并且
[0068]其中，在固化前次級涂層的組合物選自實施例2SA4和2SB3和3SA1和5SA1的配方。
[0069]附圖簡述
[0070]圖1是對如何進行光纖涂料一般配制用配制圖的歷史描述的圖——說明現(xiàn)有技術(shù)。這是一個比較例，不是本申請請求保護的發(fā)明的實施例。
[0071]圖2是用于配制光纖用可輻射固化超級涂料的三維帶法的第一個實施方案。
[0072]圖3是用于配制光纖用可輻射固化超級涂料的三維帶法的第二個實施方案。[0073]圖4是用于配制光纖用可輻射固化超級涂料的三維帶法的第三個實施方案。
[0074]圖5是多層膜壓延法結(jié)果的說明，其顯示了用1.5密爾棒壓延超級涂料初級層，然后用3密爾棒將超級涂料次級層候選物，觀察為棕色層，壓延在初級層上并固化整個板的彩色照片。
[0075]圖6是“全部”光譜，其顯示了具有可比較外觀的位于彼此頂部上的兩組雙座(twosets of two sitting)的 4 個光譜。
[0076]圖7是“棕色”光譜，其僅顯示著色的次級部分和雙壓延部分的頂部。兩個光譜匹配很好。
[0077]圖8是“實施例1PCl的超級涂料初級層”的光譜，其顯示了實施例1PCl超級涂料初級層壓延的雙層的玻璃側(cè)和單一 3密爾的玻璃側(cè)。該光譜匹配也很好。
[0078]圖9是初級PMoct超級涂料候選物的平膜壓延的DMA曲線圖，這是比較例，不是本申請請求保護的測試方法的實施例。
[0079]圖10是次級的PMoct超級涂料候選對象的平膜壓延的DMA曲線圖，這是比較例，不是本申請請求保護的測試方法的實施例。
[0080]圖11是初級PMoct超級涂料上次級PMoct超級涂料候選物的管的DMA圖，其使用拉絲塔模擬器置于導(dǎo)線上；這是比較例，不是本申請請求保護的測試方法的實施例。 [0081]圖12是被濕壓濕(縮寫為W-0-W)涂覆的PMoct次級(實施例2SB3)覆蓋的PMoct初級(實施例1PB3)的復(fù)合膜的動態(tài)力學(xué)分析(“DMA”)圖。
[0082]圖13是被濕壓干(縮寫為W-0-D)涂覆的PMoct次級(實施例2SB3)覆蓋的PMoct初級(實施例1PB3)的復(fù)合膜的DMA圖。
[0083]發(fā)明詳述
[0084]本申請請求保護的發(fā)明的第一個方面是一種配制用于在遠程通信網(wǎng)中使用的光纖的可輻射固化的超級涂料的方法，其中，所述超級涂料包括至少兩層，第一層是與光纖的外層表面接觸的初級涂料，第二層是與初級涂料的外表面接觸的次級涂料，其中，在光纖上固化的初級涂料在初始固化且于85°C和85%相對濕度下老化至少一個月后具有以下性能:
[0085]I)從約 84% 至約 99% 的 ％RAU ；
[0086]2)在約0.15MPa和約0.60Mpa之間的原位模量；和
[0087]3)從約-25°〇至約-551:的管丁8;
[0088]并且，其中在光纖上固化的次級涂料在初始固化且于85°C和85%相對濕度下老化至少一個月后具有以下性能:
[0089]4)從約 80% 至約 98% 的 ％RAU ；
[0090]5)在約0.060GPa和約1.90GPa之間的原位模量；和
[0091]6)從約 50°C至約 80°C 的管 Tg;
[0092]所述方法包括以下步驟:
[0093]a)確定要安裝光纖的遠程通信網(wǎng)的“最大可接受衰減增加”的要求；
[0094]b)確定超級涂料的“現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境”，包括:
[0095]i)選擇光纖中使用的玻璃的種類；
[0096]ii)決定是否要以濕壓干或濕壓濕的方式向超級涂料的初級涂層上施加超級涂料的次級涂層；[0097]iii)選擇燈的類型、數(shù)量和沿用于固化光纖上超級涂料的拉絲塔生產(chǎn)線的燈的位置；和
[0098]iv)選擇施加超級涂料的線速；
[0099]c)配制液體、未固化狀態(tài)的初級涂料組合物；
[0100]d)配制液體、未固化狀態(tài)的次級涂料組合物；
[0101]e)使用如圖2、3和4所示的“三維帶法”來
[0102]i)測試超級涂料的初級涂料和次級涂料以確定是否達到超級涂料參數(shù)I)至6);其中
[0103]一如果超級涂料參數(shù)I)至6)中的每一個都達到則繼續(xù)步驟f);和
[0104]一如果沒有達到超級涂料參數(shù)I)至6)中的每一個，則重新配制初級涂料或次級涂料或二者，并重復(fù)步驟ii)，直至達到超級涂料參數(shù)I)至6)中的每一個；然后
[0105]i i )通過評價每個配方相對于另一個配方的變化以及相對于所有超級涂料參數(shù)I)至6)的變化來檢驗重新配制的超級涂料的初級涂料和次級涂料的整體性；
[0106]f)使用步驟e) i)和步驟e) ii)的結(jié)果來結(jié)束超級涂料的選擇，從而實現(xiàn)被涂覆光纖的最大可接受衰減增加。
[0107]方法中的第一步是確定要安裝光纖的遠程通信網(wǎng)的“最大可接受衰減增加”的要求。確定遠程通信網(wǎng)的衰減要求涉及用于光纖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計標準。設(shè)計中的一些考慮包括:了解多少網(wǎng)絡(luò)是多模光纖的直線安裝，相比之下多少網(wǎng)絡(luò)是單模光纖的纖維到戶(縮寫FFTH)安裝。還有許多為設(shè)計光纖·網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的其它光纖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計標準。
[0108]光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中具體的考慮包括如下:
[0109]目前已知的是與傳統(tǒng)的直線光纖遠程網(wǎng)相反，F(xiàn)TTH應(yīng)用必須至少在三個波長下工作:
[0110]1310nm (數(shù)據(jù)/語音上流)
[0111]1490nm (數(shù)據(jù)/語音下流)
[0112]1550nm (視頻信號)。
[0113]傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)使用在1310nm和1550nm之間的標準單模波長，同時1625nm的波長用于系統(tǒng)測試?，F(xiàn)在，隨著對信號傳輸日益提高的需求，可以預(yù)料未來的光纖網(wǎng)絡(luò)將必須能在1310nm、1550nm和1625nm下傳輸包含實際數(shù)據(jù)的信號。已知包括可以在所有這三個波長下傳輸?shù)睦w維的光纖網(wǎng)絡(luò)對于宏彎曲和微彎曲都較脆弱。已知微彎曲對于在1625波長下的傳輸損害更大。
[0114]在電信行業(yè)中有若干個衰減標準的來源。一個這種標準建立組織是電信行業(yè)聯(lián)合會(Telecommunications Industry Association, TIA),其是通過諸如以下活動代表全球信息和通信技術(shù)(ICT)行業(yè)的主要同業(yè)公會:標準發(fā)展、提供市場情報、政務(wù)指導(dǎo)、光纖和含光纖網(wǎng)絡(luò)的認證以及對世界范圍環(huán)境管理適應(yīng)性(enVironmental regulatorycompliance)的建議。TIA的美國技術(shù)咨詢集團(USTAG)還參與國際標準建立的活動如國際電工委員會(IEC)。
[0115]電信行業(yè)中衰減標準的另一個來源是IEC。國際電工委員會(IEC)是制定并公布電氣、電子及相關(guān)技術(shù)國際標準的主要全球組織。這些作為國家標準化的基礎(chǔ)，并且當草擬國際的標書和合同時作為參考。[0116]Telcordia是一家基于美國的、提供光纖介質(zhì)、成分分析和咨詢服務(wù)的公司。它們還編寫并保存光纖通用要求的叢書(library)。
[0117]所有這些組織都有為設(shè)計光纖網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員使用的、可公開得到的文獻、報告和標準。
[0118]在IEC TR62221，第一版10-2001中描述了用于測試微彎曲靈敏度的方法。目前有四種用于確定微彎曲靈敏度的測試方法，其是以dB/km的衰減單位報道的。
[0119]方法A-可膨脹鼓(Expandable Drum)要求至少400m纖維以最小張力繞可膨脹鼓纏繞，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。方法B-固定直徑鼓要求至少400m纖維以3N張力繞固定直徑鼓纏繞，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。方法C-絲網(wǎng)法要求在測試時將絲網(wǎng)(在負荷下)用于纖維。方法D-編籃(Basketweave)法要求2.5km纖維通過“編籃”纏繞施加到固定直徑鼓上。 [0120]在這四個測試方法中，只有方法D具體描述了測量與溫度有關(guān)的纖維微彎曲靈敏度的程序，在寬的溫度范圍內(nèi)提供微彎曲靈敏度并提出溫度循環(huán)可以包括較低的溫度如-60。。。
[0121]在本專利申請通篇中，將通過規(guī)定波長和溫度下的dB/Km數(shù)談?wù)撌褂脺y試方法D-編籃的微彎曲靈敏度。
[0122]目前，至少使用四種不同類型的試驗來測試微彎曲靈敏度，試驗結(jié)果是以dB/km的衰減單位報道的。在IEC TR62221，第一版10-2001中描述了四種具體的微彎曲靈敏度測
試方法。
[0123]它們?nèi)缦?
[0124]方法A可膨脹鼓(Expandable Drum):要求至少400m纖維以最小張力繞可膨脹鼓纏繞，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。
[0125]方法B固定直徑鼓:要求至少400m纖維以3N張力繞固定直徑鼓纏繞，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。
[0126]方法C絲網(wǎng)法:要求在測試時將絲網(wǎng)(在負荷下)用于纖維。
[0127]方法D編籃法:要求2.5km纖維通過“編籃”纏繞施加到固定直徑鼓上。
[0128]在本專利申請通篇中，將以規(guī)定波長和溫度下的dB/Km數(shù)為衰減單位討論并報道方法D測量的微彎曲靈敏度。應(yīng)該清楚無論給出什么樣的微彎曲靈敏度，給出的數(shù)值對于給定遠程通信網(wǎng)中的光纖來說都是“最大可接受衰減增加”。
[0129]在這四個測試方法中，只有方法D具體描述了測量與溫度有關(guān)的纖維微彎曲靈敏度的程序，在寬的溫度范圍內(nèi)提供微彎曲靈敏度并提出溫度循環(huán)可以包括較低的溫度如-60。。。
[0130]在行業(yè)內(nèi)應(yīng)該理解，遠程通信網(wǎng)中的光纖在日常未必暴露于低至-60 V的溫度下。然而，在最近于中國的野外故障之后，也應(yīng)該開始理解對于在約25°C室溫下的遠程通信網(wǎng)中的光纖微彎曲靈敏度具有規(guī)定還不足以保護遠程通信網(wǎng)在漫長時間溫度低于冰點((TC或32° F)的冬季免于具有“暗光纖(dark fiber)”發(fā)展(develop)。
[0131]本 申請人:已經(jīng)選擇報道隨每個IEC程序基準線衰減變化的微彎曲靈敏度；此程序要求報告在規(guī)定波長和_60°C的溫度下報告的衰減變化。本 申請人:相信在這些極端溫度條件報道微彎曲靈敏度數(shù)據(jù)將為野外中的涂覆光纖的微彎曲靈敏度提供一種“最壞情況方案(worst case scenario)，，可倉生。
[0132] 申請人:的立場是如果認為在_60°C的水平下光纖的微彎曲靈敏度性能是可接受的，則假設(shè)相同水平的機械應(yīng)力下，假定室溫下光纖的性能也將是可接受的是合理的。
[0133]正如這點所述，室溫下的微彎曲靈敏度測試，可能或不能分辨涂有標準、“非超級涂料”涂層的光纖之間的微彎曲靈敏度差異，因為對于初級涂層來說，超級涂料和非超級涂料在室溫下無論怎樣都不接近它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg )。
[0134]涂有標準“非超級涂料”涂層的光纖與涂有超級涂料的光纖之間的差異通過極低溫度下的微彎曲靈敏度測試顯現(xiàn)，因為標準“非超級涂料”初級層在極低的溫度下超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，因此從橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變到玻璃態(tài)。已知具有處于玻璃態(tài)的光纖涂料的初級層導(dǎo)致微彎曲靈敏度增加。相反，超級涂料初級層的Tg低得多，因此超級涂料的初級層仍處在對于微彎曲靈敏度較好的橡膠相。
[0135]解釋光纖用標準“非可輻射固化超級涂料”與“光纖用可輻射固化超級涂料”之間差異的另一個方法是超級涂料的初級涂層中完全固化、低模量和低Tg涂料以及次級涂層中完全固化、高模量和高Tg涂料的組合導(dǎo)致在極端溫度或機械應(yīng)力下或同時的極端溫度和機械應(yīng)力下仍有可接受的性能，可接受的性能是通過低水平的微彎曲靈敏度測量的，而微彎曲靈敏度通過報道的纖維中的衰減具有可接受的增加來反映的。
[0136]在當前的實踐中，應(yīng)該理解遠程通信網(wǎng)通常要求光纖在1310nm和室溫下有已知的最大衰減。這種最高可容許的衰減水平為遠程通信網(wǎng)設(shè)計標準領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知。
[0137]對于涂有可輻射固化超級涂料的光纖，報道在3個單獨的波長和非常冷(_60°C)的溫度下的微彎曲靈敏度是可能且合乎需要的。然后，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員可以使用此數(shù)據(jù)來了解極限，并能預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的故障模式。本 申請人:的立場是，含涂有標準“非超級涂料”的光纖的網(wǎng)絡(luò)比含涂有可輻射固化超級涂料的光學(xué)纖維的網(wǎng)絡(luò)具有低得多的來自溫度極限的電纜環(huán)境和機械力的應(yīng)力的容許量。另一個因素是，人們認為使用可輻射固化的超級涂料涂覆光纖將為遠程通信網(wǎng)提供充足的`數(shù)據(jù)，從而能夠進行設(shè)計而不需要與使用標準“非可輻射固化超級涂料”涂覆光纖固有的相同的“安全余量”。
[0138]工藝中的下一步是確定要安裝光纖的遠程通信網(wǎng)所需的超級涂料的“野外使用環(huán)境”?！耙巴馐褂铆h(huán)境”包括了解四個因素:
[0139]i)光纖中使用的玻璃種類；
[0140]ii)以濕壓干還是濕壓濕的方式向超級涂料的初級涂層上施加超級涂料的次級涂層；
[0141]iii)燈的類型、數(shù)量和沿用于固化光纖上超級涂料的拉絲塔生產(chǎn)線的燈的位置；和
[0142]iv)施加超級涂料的線速。
[0143]考慮要素i):已知光纖具有長距離直纜安裝用的標準等級。最近，光纖供應(yīng)商如Corning、Draka和OFS和YOFC及其他供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)了各種等級的“抗彎曲”光纖。這些抗彎曲光纖正在光纖到節(jié)點(FTTX)和光纖到戶(FTTH)應(yīng)用中使用。
[0144]從供應(yīng)商自己的文獻和網(wǎng)址可以獲得有關(guān)標準等級和抗微彎曲光學(xué)纖維的細節(jié)。[0145]目前，可供銷售的商業(yè)光纖包括:Comingw;InfiniCorli'光纖、Coming?
ClearCurve? 0M2/0M3/0M4 多模光纖、Coming** ClearCurve.單模光纖、
Coming? SMF-28e? XB光纖、Coming.SMF-28fK' ULL 光纖、ComingR; LEAF'K)光纖、
Coming* Vascade?光纖和 Coming)特制纖維(Specialty Fiber)、Draka BendBright單模(BB)、Draka TeraLight 單模(TM)、Draka TeraLight Ultra 單模(TU)、DrakaBendBright-XS (BX)、Draka Enhanced 單模、Draka NZDSF-LA 單模(LA)、OFS AllWaV^D零水峰(ZWP)和新引進的 OFS AllWave flex ZWP 纖維、OFS LaserWave? 纖維、OFSAccess ADVANTAGE? 系統(tǒng)、OFS HCS?、OFS FiberWire?:和 OFS PYROC0.AT? 牌技術(shù)、YOFC HiBand GIMM 纖維、YOFC 高溫纖維(HTF)系列、YOFCHiBand Graded-1ndex 多模光纖(50/125&62.5/125um)及其他。
[0146]一般地，在直線應(yīng)用中使用的纖維比FTTX和FTTH應(yīng)用中使用的纖維經(jīng)受更低的應(yīng)力和更小的微彎曲。因此，選擇可輻射固化的超級涂料用于FTTX和FTTH用纖維對于FTTX和FTTH光纖的性能來說是關(guān)鍵的。因此，無論何時選定待涂覆的光纖用于FTTX和FTTH應(yīng)用，超級涂料必須是非常耐微彎曲的。
[0147]配制超級涂料的獨特之處僅僅是為實現(xiàn)六個所需性能有多少配方要求要滿足取決于光纖涂料的機械方面。例如，可以用超級涂料涂覆標準級光纖并獲得具有所需衰減特性的涂覆光纖，但也可能用標準“非超級涂料”涂覆“抗彎曲”的優(yōu)級光纖，并且結(jié)果是所得涂覆光纖具有不可接受的微彎曲靈敏度，這導(dǎo)致在實現(xiàn)需要可容許水平衰減的系統(tǒng)中的故障。因此，為了制造具有所需衰減性能的光纖，對于超級涂料的配方設(shè)計師來說，理想的是，任選甚至是必需的是了解光纖生產(chǎn)工藝的細節(jié)。這些細節(jié)包括玻璃的種類、加工溫度、涂料涂覆周圍的氣氛、線速、輻射源、一般稱為“固化燈”的種類以及沿著加工線的固化燈的位置和數(shù)量，以及是以濕壓濕還是濕壓干向初級涂料上施加次級涂料。過去，這類玻璃加工的機械方面引不起光纖涂層的配方設(shè)計師的興趣，因為配方設(shè)計師關(guān)注光纖涂料，而玻璃制造商關(guān)注玻璃。如前面指出的，對`加工玻璃沒有充分的信息量有可能用超級涂料涂覆標準級光纖而獲得具有所需微彎曲靈敏度性能的涂覆光纖，但也有可能用標準的非超級涂料涂覆“抗彎曲的”優(yōu)級光纖，結(jié)果卻是涂覆的光纖不具有所需微彎曲靈敏度性能。
[0148]考慮要素iii)沿著用于固化光纖上超級涂料的拉絲塔生產(chǎn)線的燈的類型、數(shù)量和位置；使用常規(guī)的紫外線汞弧燈發(fā)射紫外光適于固化光纖用可輻射固化涂料是眾所周知的。紫外弧光燈通過使用電弧激發(fā)存在于惰性氣體(例如氬)環(huán)境內(nèi)部的汞來發(fā)射光，從而產(chǎn)生實現(xiàn)固化的紫外光。或者，在惰性氣體介質(zhì)中也可以使用微波能來激發(fā)汞燈而產(chǎn)生紫外線。在此專利申請全文中，將弧激發(fā)和微波激發(fā)的汞燈，加上各種的添加劑(鐵類金屬、鎵等)改性形式的汞燈統(tǒng)稱為汞燈。當其開始固化光纖用可輻射固化涂料時，常規(guī)的紫外汞弧燈是現(xiàn)有技術(shù)中最新型的。
[0149]然而，使用紫外汞燈作為輻射源存在若干缺點，包括源自汞的環(huán)境問題和產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的臭氧。而且，與發(fā)光二極管“LED”產(chǎn)生光相比，汞燈一般具有較低的能量轉(zhuǎn)換率，需要預(yù)熱時間，工作過程中產(chǎn)生熱量并消費大量能量。[0150]知曉在可輻射固化超級涂料的固化中將使用什么類型的燈是關(guān)鍵信息，因為在制造涂覆光纖中，UV汞燈產(chǎn)生的熱量會消極影響液體涂料，因為如果配制涂料沒有避免揮發(fā)物的存在，則那些揮發(fā)物可以被激發(fā)并沉積在石英管表面上，從而阻礙UV射線照射玻璃纖維上的液體涂料，這抑制了液體涂料固化為固體。
[0151]與紫外汞燈相反，發(fā)光二極管(LEDs)是使用電致發(fā)光現(xiàn)象產(chǎn)生光的半導(dǎo)體器件。LEDs由摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料組成，施加電壓時帶正電的空穴與負電子結(jié)合形成能夠發(fā)光的p-n結(jié)。發(fā)射光的波長由半導(dǎo)體激活區(qū)中使用的材料決定。例如，在LEDs的半導(dǎo)體中使用的典型材料包括周期表13 (III)族和15 (V)族的元素。這些半導(dǎo)體被稱為II1-V半導(dǎo)體，例如包括 GaAs、GaP、GaAsP, AlGaAs, InGaAsP, AlGaInP 和 InGaN 半導(dǎo)體。LEDs 中使用的半導(dǎo)體的其它例子包括14 (IV-1V半導(dǎo)體)族和12-16 (I1-VI)族的化合物。材料的選擇基于多種因素，包括所需的發(fā)射波長、性能參數(shù)和成本。
[0152]早期LEDs使用砷化鎵(GaAs)來發(fā)射紅外(IR)輻射和強度低的紅光。材料科學(xué)的進步導(dǎo)致能夠發(fā)射具有較高強度和較短波長，包括其他顏色可見光和UV光的LEDs的發(fā)展?，F(xiàn)在能夠制造在低至約IOOnm到高至約900nm任何處發(fā)射光的LEDs。目前，已知LEDUV光源發(fā)射波長為在約300和約475nm之間的光，且365nm、390nm和395nm是通常的峰值光譜輸出。見教科書 E.Fred Schubert, “Light-Emitting Diodes”,第二版，?E.FredSchubert2006, Cambridge University Press 出版。
[0153]在固化應(yīng)用方面，LED燈提供優(yōu)于常規(guī)汞燈的若干優(yōu)點。例如，LED燈不使用汞產(chǎn)生UV光，并且一般比汞UV弧光燈體積小。另外，LED燈是無需預(yù)熱時間的瞬時接通/斷開光源，這是由于LED燈能量消耗低。LED燈還產(chǎn)生少得多的熱量，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，具有更長的燈壽命，并且基本上發(fā)射所需波長的單色光，其由LED中使用的半導(dǎo)體材料的選擇決定。
[0154]若干家制造商提供商業(yè)固化用LED燈。例如，Phoseon Technology、Summit UVHonle UV America, Inc.、IST Metz GmbH、Jenton International Ltd.>Lumios SolutionsLtd.、Solid UV Inc.、Seoul Optodevice C0., Ltd.、Spectronics Corporation、LuminusDevices Inc.和Clearstone Technologies,是一些目前提供固化墨噴打印組合物、PVC地面涂料組合物、金屬涂料組合物、塑膠涂料組合物和粘合劑組合物用LED燈的制造商。
[0155]考慮要素iv)涂覆超級涂料的線速，在2007年12月13日提交的序列號為US11/955541，2009年9月18日以美國公布專利申請US20080226909公布的美國專利申請“D1381RADIAT10N CURABLE SUPERCOATINGS FOR OPTICAL FIBER” 中，聲明可以以約 750 米/分鐘至約2100米/分鐘的線速向單模光纖施加超級涂料。截至提交本專利申請的日期，2010年10月8日，光纖行業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到能夠以超過2100米/分鐘的線速拉制單模光纖的程度。也能夠以超過2200米/分鐘的線速拉制單模光纖。也能夠以超過2300米/分鐘的線速拉制單模光纖。沒有打算受此束縛，人們認為也能夠以超過2350米/分鐘的線速拉制單模光纖。沒有打算受此束 縛，人們認為可能不能以超過2400米/分鐘的線速拉制單模光纖。
[0156]工藝中的下一個步驟包括通過評價可輻射固化的超級涂料初級層和次級層使用三維帶法來評價候選的可輻射固化的超級涂料。歷史上，根據(jù)二維配制圖法配制并重新配制光纖用初級和次級涂料。圖1是怎樣進行光纖涂料典型配制的配制圖的歷史描述的圖一說明現(xiàn)有技術(shù)。
[0157]在圖1中，決策圖(Decision Chart) 10說明配制光纖涂層的二維現(xiàn)有技術(shù)方法。在圖1中，合乎需要的功能性能A用圈A表明，檢查點B代表測試以確定光纖上平膜形式或管狀涂層形式的液體光纖涂料或固化的涂料是否具有所需的功能性能。如果光纖涂層的確具有所需的功能性能，則決策樹(decision tree)進行到“是”，且調(diào)查結(jié)束。如果光纖涂料不具有所需的功能性能，則配方設(shè)計師檢查配方并確定要做的變化，由平行四邊形D表示，然后在矩形C中改變配方。在檢查點B處再測試功能性能，如果獲得所需的功能性能則調(diào)查結(jié)束。如果沒有獲得所需的功能性能，則決策樹返回到頂部，配方設(shè)計師考慮其它重新配制選項直至確定下一個可能的配方，于是改變配方，然后再測試所需的功能性能。繼續(xù)此過程直至獲得所需的物理性能。
[0158]通過表1A、1B、1C、1D、1E、2A、2B、2C、2D、2E、1F、2F、1G、2G、1H、2H、1J和2J中所含的
信息說明了改變涂料的可能方法，其總結(jié)了對于在光纖上形成具有滿足嚴格超級涂料標準的初級涂層和次級涂層的物理性能的配方來說，在配制光纖用初級和次級可輻射固化涂料中可以或不可以使用的成分的現(xiàn)有技術(shù)的最新理解。除了本文中包含的表中的信息，在通常為光纖用可輻射固化涂料領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的頒布的專利、公布的專利申請、科學(xué)論文和 其他信息中可以發(fā)現(xiàn)另外的信息。
【權(quán)利要求】
1.一種涂有超級涂料的單模光纖，其中所述超級涂料包括， 初級涂層和次級涂層； 其中，在固化前初級涂層的組合物選自實施例lPA2、lPB3、lPCl、lPD5、2Alpha和2Beta的配方； 其中，在固化前次 級涂層的組合物選自實施例2SA4和2SB3和3SA1和5SA1的配方。
【文檔編號】C03C25/10GK103787591SQ201310713753
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2009年10月9日
【發(fā)明者】吳小松, 史蒂文·羅伯特·施密德, 蒂莫西·愛德華·畢曉普, 約翰·門羅·齊默曼, 文戴爾·韋恩·卡特倫, 愛德華·約瑟夫·墨菲, 帕拉提·夏哈 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司