專利名稱：纖維光纜結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信光纜，更準(zhǔn)確地說，涉及利用噴吹技術(shù)(blowing technique)進(jìn)行安裝的光纜結(jié)構(gòu)及安裝方法。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)采用光纜來在很長距離內(nèi)以高速率傳輸信息。在典型的纖維光纜中，信息被通過通常由玻璃組成的細(xì)如毛發(fā)的光纖進(jìn)行傳輸。這種玻璃光纖一般是不易延展的，而且容易斷裂、碎裂和開裂。光纖的這類損害會降低或衰減被傳輸?shù)男盘?。因此，光纖就被放置在光纜結(jié)構(gòu)中以保護(hù)其免受損害，例如避免由重載荷、劇烈碰撞、環(huán)境應(yīng)力及包括溫度變化(特別是在室內(nèi)/戶外應(yīng)用中)等所引起的這些損害。
例如，纖維光纜產(chǎn)品壽命期間的環(huán)境溫度變化會引起用作光纜結(jié)構(gòu)外層的典型塑料膨脹和收縮，這就對包含玻璃光纖的光纜結(jié)構(gòu)施加拉伸和軸向壓縮的載荷。類似地，在光纜本身的制作過程中也會出現(xiàn)塑料收縮的顯著情況。
存在著若干相對常見的光纜結(jié)構(gòu)，目前被用來保護(hù)這些細(xì)如毛發(fā)的光纖。這些光纜結(jié)構(gòu)包括松套管結(jié)構(gòu)、開槽芯結(jié)構(gòu)和中央芯結(jié)構(gòu)。在松套管纖維光纜中，玻璃光纖位于一般充滿有某種阻水化合物的緩沖管內(nèi)。松套管緩沖管一般被設(shè)置在中央加強(qiáng)件或芯周圍，且塑料材料通常以連續(xù)、高速覆蓋的操作被擠壓在緩沖管和芯上作為這種光纜結(jié)構(gòu)的最終層。
在開槽芯光纜中，玻璃光纖被放置在一般充滿有阻水材料如凝膠的溝道或槽內(nèi)。這些溝道或槽對稱地設(shè)置在一中央加強(qiáng)件或芯周圍，且形成沿光纜縱軸延伸的螺旋(或反螺旋)槽來接納一根或多根玻璃光纖。在這種松散管結(jié)構(gòu)下，擠壓的塑料外套材料通常是這種光纜結(jié)構(gòu)的最終層。
在單管光纜中，玻璃光纖典型地被置于一般充滿有某種類型阻水化合物的中央管內(nèi)。單管內(nèi)的加強(qiáng)件被線性地或螺旋地沿中央管設(shè)置，而不是被中央定位。擠壓的塑料外套材料通常是這種光纜結(jié)構(gòu)的最終層。
對光纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)施試圖平衡對細(xì)玻璃光纖保護(hù)的需求和對節(jié)省成本、易于安裝的光纜結(jié)構(gòu)的需求。較厚、較鋼硬的光纜可提供給光纖較好的保護(hù)，但難以操作且安裝費(fèi)用大。
柔韌的易于安裝的光纜結(jié)構(gòu)通常對玻璃光纖提供較低的保護(hù)，特別是在光纜將被安裝在管道內(nèi)時(例如在市區(qū)安裝新的光纖線路時)。這類安裝包括預(yù)先地將光纜拖拉穿過管道。拖拉光纜不僅會對光纜結(jié)構(gòu)而且會對玻璃光纖施加拉伸載荷，從而很容易損害光纖，尤其是在光纜的長運(yùn)行中。
已經(jīng)開發(fā)出使用壓縮空氣的技術(shù)來將纖維光纜吹進(jìn)管道內(nèi)。這些技術(shù)通常采用壓縮空氣圍繞在管道內(nèi)的纖維光纜周圍，緩沖光纜受管道的作用，并允許光纜被以施加在其上較低拉伸載荷或壓縮載荷進(jìn)行安裝。另外，一些技術(shù)采用由在光纜表面上流動的壓縮空氣所產(chǎn)生的拖拉來使光纜移動穿過管道。
然而，這些噴吹技術(shù)通常會受到典型纖維光纜的剛度和光纜結(jié)構(gòu)與管道間的表面摩擦阻礙。當(dāng)前包括環(huán)氧樹脂和聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)結(jié)構(gòu)的光纜結(jié)構(gòu)僅僅是應(yīng)用于噴吹的一種或其它的阻礙，并不節(jié)省成本。
因此，還不存在一種十分柔韌且表面摩擦低的光纜結(jié)構(gòu)以允許通過噴吹技術(shù)易于在管道中安裝光纜，同時還對攜帶信號的玻璃光纖提供充分的保護(hù)。
從而，迄今在工業(yè)上就存在著要解決前述缺陷和不足的需求。
發(fā)明概述上述問題可被一種纖維光纜結(jié)構(gòu)克服，該纖維光纜結(jié)構(gòu)包括一管，該管含有分散在軟樹脂中的無機(jī)填料，且該管裝有被阻水材料包圍的光纖或帶。軟樹脂中無機(jī)填料的使用提供給光纜結(jié)構(gòu)以優(yōu)良的噴吹性能，這是由于低的表面摩擦和高的柔韌性，允許更加有效地借助于噴吹技術(shù)來安裝該纖維光纜。
軟樹脂中無機(jī)填料的使用可減小光纜結(jié)構(gòu)的熱膨脹/收縮，從而產(chǎn)生在室外(Outside Plant)環(huán)境中碰到的溫度極值下提高的光學(xué)性能。軟樹脂中無機(jī)填料的使用還改善光纜制作過程中的加工穩(wěn)定性，且提高光纜結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，包括該光纜結(jié)構(gòu)對軸向載荷的抗壓性(compression resistance)，從而對光纖提供保護(hù)。
可結(jié)合在這種光纜結(jié)構(gòu)內(nèi)的樹脂種類的可能性例子包括聚乙烯、抗沖擊改進(jìn)的聚丙烯、聚丙烯基熱塑性烯烴、乙烯-醋酸乙烯共聚物樹脂、增塑聚氯乙烯、聚酯基熱塑彈性體和聚醚基熱塑彈性體，或者其它在25℃下具有200,000psi或更低彈性(楊氏)模量的任何基礎(chǔ)樹脂。
這些填料可以是纖維狀、片狀或者天然的圓形，可能的填料包括滑石；硅灰石；云母；蒙脫土；膨潤土；高嶺粘土；綠土粘土；人造粘土；煅制(fumed)二氧化硅；煅制氧化鋁；玻璃珠；玻璃薄片；玻璃纖維；鋁的三水合物(aluminum trihydrate)；和氫氧化鎂。
通過參看下面的附圖和詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得明顯。所有這些附加的特征和優(yōu)點(diǎn)在此應(yīng)當(dāng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
附圖的簡要說明參看下面的附圖能更好地理解本發(fā)明。附圖中的部件并不是按比例繪制的，而是重點(diǎn)在于清楚地說明本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表整個附圖中相應(yīng)的部件。


圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的截面端視圖；圖2是本發(fā)明另一個實(shí)施例的截面端視圖；
圖3是對于本發(fā)明的各個實(shí)施例和典型的光纜材料其靜力與位移的關(guān)系曲線。
發(fā)明的詳細(xì)描述圖1示出本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的截面端視圖。如圖1所示，一種優(yōu)選的光纜結(jié)構(gòu)10包括一中空管12。在該管12的內(nèi)腔中包含有一或多個光纖元件16。該光纖元件16可以包括單個的光纖、光纖帶或類似元件，且在圖1中示作光纖帶。
管12內(nèi)圍繞光纖元件16的是阻水材料14，如凝膠、軟橡膠、泡沫、無水的可水膨脹材料，或其它合適的材料。阻止水沿光纜長度蔓延的措施是對所有安裝在室外環(huán)境中光纜的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。在該優(yōu)選實(shí)施例中，阻水材料14是一種觸變凝膠，因?yàn)橛|變凝膠有助于對管12施加額外的抗壓強(qiáng)度。
在圖1所示的實(shí)施例中，管12包括一種含有下述無機(jī)填料的樹脂，與包含在管12內(nèi)腔中的任何內(nèi)裝物相比，此處所指的“填料”涉及的是置于管12的樹脂內(nèi)的填料。圖1所示的管12大體是圓形，但是也可采用其它的形狀。管12的外表面被示作是光滑的。在本優(yōu)選實(shí)施例中，管12包括一帶有線性或螺旋槽(未示出)的外表面，這些槽大體沿光纜結(jié)構(gòu)10的長度行進(jìn)。
正如Fett等人共同未決的美國專利申請序列號10/095,651中指出的，該申請被結(jié)合在此作為參考，在管12外表面上這些槽的運(yùn)用可減小在將光纜結(jié)構(gòu)10安裝進(jìn)管道期間與管道接觸的管12的表面面積。這種與管道接觸的管12表面面積的減小，可進(jìn)一步減小在安裝過程中管光纜結(jié)構(gòu)10和導(dǎo)管間的表面摩擦，如Fett等人的10/095,651所披露的。
如下所述，對于本發(fā)明的該優(yōu)選管12，管12的表面摩擦基本上不受管12外表面上槽存在的影響。但是，這些槽的存在仍然是優(yōu)選的，以減小在安裝過程中管12和管道間的接觸面積。
管12的尺寸可以根據(jù)管12內(nèi)光學(xué)元件16的數(shù)量和性質(zhì)以及光纜結(jié)構(gòu)10要安裝進(jìn)的管道的尺寸來改變。在該優(yōu)選實(shí)施例中，管12被定尺寸來容納十二根松散的光纖。本實(shí)施例中的管12具有大約1.5mm至2.0mm的外徑，優(yōu)選是1.6mm，這對一般在1.6mm直徑的管12中只允許有2-8根光纖的其它光纜結(jié)構(gòu)是一種改進(jìn)。在其它的實(shí)施例中，管12隨需要可具有更大或更小的外徑以容納1至144優(yōu)選范圍內(nèi)的松散光纖或等同的光纖帶。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，通過擠壓成形復(fù)合的填充樹脂來制作管12。該優(yōu)選的管12被直接擠壓在光纖元件16周圍，而不需要將單獨(dú)的加強(qiáng)件加到光纜結(jié)構(gòu)10上。
圖2示出本發(fā)明一替代實(shí)施例的截面端視圖。如圖2所示，該優(yōu)選的光纜結(jié)構(gòu)10包括一中空管12。置于圖2中空管12內(nèi)表面上的是一內(nèi)層18。在帶有內(nèi)層18的管12的內(nèi)腔中包含有一或多個光纖元件16。光纖元件16可以包括單個的光纖、光纖帶或類似元件，且在圖2中示作單個光纖。
在該帶有內(nèi)層18的管12的內(nèi)腔中，圍繞光纖元件16的是阻水材料14，如凝膠、軟橡膠、泡沫、無水水膨脹材料或其它合適的材料。在該優(yōu)選實(shí)施例中，阻水材料14是一種觸變凝膠，因?yàn)橛|變凝膠有助于對管12施加額外的抗壓強(qiáng)度。
如圖1所示實(shí)施例那樣，圖2示出的管12包含一種具有下述無機(jī)填料的樹脂，所使用的術(shù)語“填料”指的樹脂內(nèi)存在的填料。圖2的該優(yōu)選內(nèi)層18是由未填充樹脂或不含填料的樹脂構(gòu)成，然而在一些實(shí)例中，填充樹脂也可用作內(nèi)層18。
該內(nèi)層18大體是光滑的，并在該替代的優(yōu)選實(shí)施例中被用在管12上，該管12由具有大體粗糙內(nèi)表面的樹脂構(gòu)成。該優(yōu)選管12的各種樹脂/填料組合可具有大體粗糙的內(nèi)表面。這種粗糙的內(nèi)表面可促進(jìn)光纖元件16內(nèi)信號的損耗或衰減，如直通(through)微彎損耗。為了最小化這種損耗，光滑內(nèi)層18可設(shè)置在圖2所示管12的內(nèi)表面上。
如圖1所示優(yōu)選實(shí)施例那樣，圖2所示實(shí)例中的管12大體是圓的，雖然也可采用其它形狀。管12的外表面被視作大體光滑的。在本優(yōu)選實(shí)施例中，管12包括一帶有線性或螺旋槽(未示出)的外表面，這些槽大體沿光纜結(jié)構(gòu)10的長度行進(jìn)。
正如Fett等人共同未決的美國專利申請序列號10/095,651中指出的，在管12外表面上這些槽的運(yùn)用可減小在將光纜結(jié)構(gòu)10安裝進(jìn)管道期間與管道接觸的管12的表面面積，這就有助于進(jìn)一步減小在安裝過程中管光纜結(jié)構(gòu)10和管道間的表面摩擦。
如下所述，對于圖2所示的管12，管12的表面摩擦基本上不受管12外表面上槽存在的影響。但是，這些槽的存在仍然是優(yōu)選的，以減小在安裝過程中管12和管道間的接觸面積。
圖2所示管12的尺寸可以根據(jù)包含在管12內(nèi)的光學(xué)元件16的數(shù)量和性質(zhì)以及光纜結(jié)構(gòu)10要安裝進(jìn)的管道的尺寸來改變。在該優(yōu)選實(shí)施例中，管12被定尺寸來容納十二根松散的光纖。本實(shí)施例中的管12具有大約1.5mm至2.0mm的外徑，優(yōu)選是1.8mm，這對通常在1.8mm直徑的管12中只允許有2-8根光纖的其它光纜結(jié)構(gòu)是一種改進(jìn)。在其它的實(shí)施例中，管12隨需要可具有更大或更小的外徑以容納1至144優(yōu)選范圍內(nèi)的松散光纖或等同的光纖帶。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，通過擠壓成形來制作圖2所示的帶有內(nèi)層18的管12。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，該帶有內(nèi)層18的管12可通過多種技術(shù)擠壓成形構(gòu)成管12的填充樹脂和構(gòu)成內(nèi)層18的樹脂(填充或未填充)，包括雙通道擠壓成形、串聯(lián)式擠壓成形或共擠壓成形。
構(gòu)成材料樹脂本發(fā)明的優(yōu)選管12包括能夠擠壓成管的基礎(chǔ)樹脂(base resin)，其中該樹脂包括比一般的PBT-基纖維光纜更柔韌的“軟”材料。適合用作本優(yōu)選實(shí)施例管12基底(base)的可擠壓樹脂包括聚乙烯，包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯；抗沖擊改進(jìn)的聚丙烯；聚丙烯基熱塑性烯烴；乙烯-醋酸乙烯共聚物樹脂；增塑聚氯乙烯；聚酯基熱塑彈性體；和聚醚基熱塑彈性體。
用作管12的樹脂優(yōu)選具有25℃下200,000psi或更小的彈性(楊氏)模量，60,000psi的楊氏模量是優(yōu)選的。該樹脂優(yōu)選含有添加劑如抗氧化劑、UV穩(wěn)定劑、抗靜電劑，加工助劑如硬脂酸酯石蠟(stearatewax)或氟橡膠，和/或便于識別管12的著色劑。
抗靜電劑可以進(jìn)一步改善管12的摩擦性質(zhì)。靜電形成(buildup)能在管和管道間生成吸引力，從而增大摩擦并減小最大噴吹距離。靜電形成同時也使“放下(fleeting)”或卷繞管更加困難。
碳黑或其它的UV穩(wěn)定劑可添加在樹脂中。添加UV穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn)在于UV穩(wěn)定劑的添加將提供已知的保護(hù)以避免潛在的環(huán)境損害像紫外線輻射，盡管使用包含填料的樹脂的管12其使用壽命可能是未知的。碳黑可穩(wěn)定塑料以避免其通過吸收入射光而被紫外光老化。碳黑穩(wěn)定化的功效已經(jīng)被J.B.Howard和H.M.Gilroy在聚合物工程和科學(xué)1969年第9期第286頁評述。
填料該優(yōu)選管12的較柔韌樹脂本身并不很堅(jiān)固，但在借助于噴吹技術(shù)裝于管道中的一些方面是理想的。該優(yōu)選的樹脂在低溫下具有臨界的光學(xué)性能(因?yàn)闊崾湛s)，并具有很高的表面摩擦系數(shù)，從而降低其作為噴吹安裝光纜的材料的效能。
聚合物中填料的使用通過提高剪切模量、抗拉強(qiáng)度和耐磨性可增強(qiáng)聚合物的堅(jiān)固性，這在本領(lǐng)域是已知的，并于1978年由Manson和Sperling在高分子共混和復(fù)合材料(polymer blends and compositites)第375-430頁和1993年由G.Wypych在填料(Fillers)第5章中討論。這些出版物中涉及使用填料而改進(jìn)堅(jiān)固性的信息被結(jié)合在此作參考。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在該優(yōu)選樹脂中優(yōu)選填料的使用一般會引起表面摩擦系數(shù)的降低。因此，該優(yōu)選管12包括散布在整個樹脂中的無機(jī)填料，以助于補(bǔ)償在本身不含填料的樹脂被使用時存在的不足。
可被用在該優(yōu)選管12中的無機(jī)填料包括滑石；硅灰石；云母；高嶺粘土；綠土粘土，如膨潤土或蒙脫土；人造粘土；煅制二氧化硅；煅制氧化鋁；玻璃珠；玻璃薄片；玻璃纖維；鋁的三水合物；和氫氧化鎂。這些填料在形狀上可以是圓形、片狀或纖維狀/針狀。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所有的這些形狀都有助于減小表面摩擦。但是，優(yōu)選的形狀是片狀和纖維狀/針狀，它們可更好地控制成品光纜的熱膨脹和收縮。片狀和纖維狀/針狀填料同時提供給基礎(chǔ)樹脂更高的粘度，從而產(chǎn)生改進(jìn)的擠壓性能。
應(yīng)當(dāng)注意，在一些實(shí)施例中，如下所述，由于其阻燃性，某些種類的圓形填料是優(yōu)選的。
本發(fā)明中的一些優(yōu)選填料，但并非所有，類似于Dixon等人的共同轉(zhuǎn)讓(assigned)專利US6,324,324B1，該專利被結(jié)合在此作參看。但是在本發(fā)明中，較低的縱橫比(aspect ratio)是可能的。
對于纖維狀或針狀填料，縱橫比由纖維長度除以纖維直徑確定。因此，描述縱橫比的等式就是a＝L/D，其中a是縱橫比，L是纖維長度，D是纖維直徑。
對于片狀填料，測量一組顆粒，縱橫比可以定義為a＝D/t，其中a是縱橫比，D是顆粒直徑，t是顆粒厚度。如果該顆粒模型為橢圓，則此直徑可以認(rèn)為是橢圓最大軸和最小軸的平均值。這種計(jì)算縱橫比的方式在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并由C.Busigin、G.M.Martinez、R.T.Woodhams和R.Lahtinen于1983年在聚合物工程和科學(xué)(Polymer Engineering and Science)v.23，p.766中描述。
如上所述，在本發(fā)明中，較低的縱橫比可用于管12中的填料，包括對于片狀或纖維狀/針狀填料為5∶1或更低的縱橫比。對于優(yōu)選的填料，所選擇的具體縱橫比是模量、熱膨脹/收縮和皺縮的減小、管12內(nèi)表面光滑度之間的一種平衡，應(yīng)當(dāng)注意較粗糙的內(nèi)表面會引起微彎曲損耗，并可能會導(dǎo)致使用圖2所示的附加內(nèi)層18，如上所述。
例如，較高縱橫比填料的使用一般會使管12具有較高的彎曲模量(和較好的抗壓強(qiáng)度)、較小的皺縮和較粗糙的內(nèi)表面。在涉及能夠借助于噴吹技術(shù)進(jìn)行安裝的光纜結(jié)構(gòu)10的本發(fā)明中，這些因素的平衡表明，對于片狀和纖維狀/針狀填料，優(yōu)選的縱橫比范圍是從約5∶1的低值到約100∶1的高值。
大體圓形的填料對彎曲模量的提高不很有效，但對表面摩擦的減小仍舊很有效，而且能夠額外地賦予其它理想的性質(zhì)如阻燃性。
為了確保樹脂內(nèi)良好的填料分散，優(yōu)選的是使用如Dixon等人在US6,324,324B1中所描述的偶聯(lián)劑。
優(yōu)選的填料/樹脂優(yōu)選的是，管12包括含有0.5wt％或更多無機(jī)填料的樹脂。聚丙烯是一種優(yōu)選的樹脂，因?yàn)槠渚哂袠O好的高溫性能。具有165℃的熔化溫度，在已知噴吹技術(shù)下處于運(yùn)行(service)或安裝溫度的聚丙烯不會軟化。注意，由于用來噴吹安裝光纜的壓縮機(jī)易于產(chǎn)生高于周圍溫度的加熱空氣，因此光纜結(jié)構(gòu)10在安裝過程中一般暴露于升高的溫度。
對于如下所述的大多數(shù)應(yīng)用，滑石是優(yōu)選的填料。另外，在需要阻燃性的應(yīng)用中，如管12可被用作從室外環(huán)境直接下降立管的室內(nèi)/室外應(yīng)用中，鋁的三水合物(ATH)或氫氧化鎂(MgOH)是優(yōu)選的填料，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
根據(jù)光學(xué)衰減的結(jié)果，以及下面討論的結(jié)果，優(yōu)選的實(shí)施例是具有30％wt％滑石填料的抗沖擊改進(jìn)的聚丙烯(polyethylene)。
表面摩擦由于向優(yōu)選樹脂添加優(yōu)選填料而產(chǎn)生的低表面摩擦，本發(fā)明的其中一個優(yōu)點(diǎn)就是優(yōu)良的噴吹性能。利用“結(jié)節(jié)試驗(yàn)(knot test)”來測量管12各個實(shí)施例的表面摩擦。在此處施加試驗(yàn)的方案中，管12首先被用酒精擦(alcohol wipe)擦干凈，然后在空氣中干燥至少10分鐘。管12被打結(jié)成具有5英寸直徑的雙平結(jié)(a double overhandknot)。
將管12裝載進(jìn)一Instron材料試驗(yàn)機(jī)內(nèi)，并拉伸以拉緊該結(jié)節(jié)。記錄拉伸該結(jié)節(jié)使其緊密所需的力。下面的表1報(bào)告了15％至85％十字移動距之間的峰值力和平均力。該力代表這些管自身動態(tài)摩擦系數(shù)的一個相對測量值。
注意，表1中所有的管12其直徑都在1.6mm至1.9mm之間，且包含有被觸變凝膠圍繞的十二根光纖。更具體地說，表1中的管12直徑大約是1.8mm，除直徑大約是1.6mm的30wt％滑石試樣外。另外，“顏色”欄指示加在所試驗(yàn)樹脂上顏色的存在(或缺少)。此外，“槽”欄指示設(shè)置在管12外表面上縱向槽的存在(或缺少)，如上所述。
表1

如表1所示，在室溫下向樹脂添加填料可大大地減小表面摩擦。類似地，向樹脂添加顏色可減小摩擦，這被認(rèn)為應(yīng)歸因于在添加到樹脂上的彩色濃縮物(color concentrate)中蠟和其它減小摩擦添加劑的存在。一個意外的結(jié)果是在具有添加填料的樹脂中，與未填充的樹脂不同，表面摩擦似乎對顏料的添加或管12外表面上槽的存在不敏感。
抗壓性本發(fā)明管12的一個額外優(yōu)點(diǎn)是由樹脂中填料的使用所獲得的增高抗壓強(qiáng)度。該優(yōu)選管12的填充的聚烯烴材料比由塑料如PBT制成的光纜結(jié)構(gòu)10更加柔韌，從而產(chǎn)生一種能更容易且更有成本-效果地安裝在特別是含有多個彎曲和/或轉(zhuǎn)彎的管道內(nèi)的光纜結(jié)構(gòu)10。向該優(yōu)選樹脂添加優(yōu)選的填料促使管12在比塑料如PBT更加柔韌的同時具有比未填充樹脂更好的抗壓應(yīng)力強(qiáng)度，這些壓應(yīng)力可壓平光纜并損害光纖元件16。
利用一TA儀器模型2980動態(tài)機(jī)械分析儀來在25℃下進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。將管切割成短的長度并夾持端部以避免光纜凝膠的泄漏。將試樣加載在小的壓盤(platen)之間，并以1.5N/min的速率壓縮至18N的總力。
注意，該試樣分成“帶槽的”和“光滑的”，表明在管12外表面上縱向槽的存在(或缺少)，如上所述。而且將這些試樣分成“大管”和“小管”試樣?！按蠊堋痹嚇右话憔哂?.8mm或更大的外徑，而“小管”試樣具有1.6mm或更小的外徑。
結(jié)果表示在圖3中。如圖3所示，可以看出填料對增強(qiáng)抗壓皺性很有效。具有填料的所有管12具有比沒有填料的試樣更高的抗壓皺性。參看該優(yōu)選的實(shí)例，具有30wt％滑石和1.61mm外徑的帶槽的PP管12在6N的壓縮力下其偏轉(zhuǎn)(厚度的變化)是未填充PE試樣偏轉(zhuǎn)的一半，這就表明抗壓皺性的大大提高。
較大管12比較小管12具有更高的抗壓性，因?yàn)槠渚哂休^高的平均壁厚。用10wt％滑石制得的管12表現(xiàn)出比用20wt％滑石制得的管更高的抗壓性。這種差別可能是由于10wt％滑石管的較大壁厚。而且在這種情況下，填料的對準(zhǔn)能夠影響管的抗壓性，如果含有10wt％滑石試樣中的填料沿?cái)D壓方向良好地對準(zhǔn)，則可提高抗壓性。更重要的是，如所期望的，含有優(yōu)選30wt％滑石填料的管12具有比所有其它管更高的抗壓皺性。
熱膨脹本發(fā)明管12的另一個優(yōu)點(diǎn)是由填料引入樹脂所引起的熱膨脹的減小。這種熱膨脹的減小導(dǎo)致在溫度極值下和/或循環(huán)溫度期間光纖元件16(圖1和圖2)改進(jìn)的光學(xué)性能。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，在光纜結(jié)構(gòu)10中所用的一般未填充塑料的較大熱膨脹系數(shù)(CTE)意味著未填充塑料能夠經(jīng)受隨相應(yīng)溫度下降和/或升高的顯著收縮和/或膨脹，尤其在極端溫度處。
與光纖元件16較低CTE相耦合的未填充塑料的較大CTE會導(dǎo)致作用在光纖元件16上的應(yīng)力，從而使光纖元件16所攜帶光信號衰減。本發(fā)明管12的好處是管12減小的CTE允許管12CTE和光纖元件16CTE之間較接近的“匹配”。這種較接近的“匹配”可減小光纖元件16上的熱應(yīng)力，并提高其光學(xué)性能，尤其在較低的溫度下。
下面的表2表明對于具有不同填料的各種樹脂其CTE結(jié)果降低的實(shí)例，與對于兩種未填充的商業(yè)光纖樹脂的CTE結(jié)果相比。
表2

通過使熔化的塑料穿過Kayness毛細(xì)管流速計(jì)(capillaryrheometer)的模具以制作實(shí)心的材料“棒”來制備用于熱膨脹測量的試樣。在棒被冷卻后，用刀片來切割平試樣。將試樣加載在一為進(jìn)行熱膨脹測量提供的Perkin-Elmer DMA-7e動態(tài)機(jī)械分析儀中，并以2℃/分鐘從-60℃加熱到室溫。隨著試樣被加熱，該儀器記錄依據(jù)該試樣的刻針(stylus)的位置。通過計(jì)算刻針高度與溫度曲線的斜率來測量CTE。結(jié)果示出在表2中。
將填充材料與未填充的聚乙烯的兩等級(grade)相比，填充材料的CTE大大低于而且更接近對應(yīng)于光纖元件16的典型CTE。參看表2，20wt％滑石試樣和30wt％滑石試樣的CTE差別位于儀器的容許誤差內(nèi)。
只要不顯著脫離本發(fā)明的精神和原理，可以對本發(fā)明上述的實(shí)例進(jìn)行各種改變和改進(jìn)。所有這樣的改進(jìn)和改變在此都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，該光纜結(jié)構(gòu)(10)包括一管(12)，該管(12)是中空的且包含一個內(nèi)腔，其中所述管(12)包括軟樹脂，該軟樹脂在25℃下具有200,000psi或更低的彈性模量；和設(shè)置在所述軟樹脂中的無機(jī)填料，以減小所述管(12)外表面的表面摩擦。
2.如權(quán)利要求1的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中填料占所述軟樹脂的量(volume)介于0.5wt％與45wt％之間。
3.如權(quán)利要求1的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述軟樹脂選自下組中，包括聚乙烯、抗沖擊改進(jìn)的聚丙烯、聚丙烯基熱塑性烯烴、乙烯-醋酸乙烯共聚物樹脂、增塑聚氯乙烯、聚酯基熱塑彈性體和聚醚基熱塑彈性體。
4.如權(quán)利要求1的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述填料是針狀。
5.如權(quán)利要求4的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述填料的縱橫比介于5∶1與100∶1之間。
6.如權(quán)利要求1的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述填料是圓形。
7.如權(quán)利要求1的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述管(12)還包括一內(nèi)層(18)，該內(nèi)層(18)沿所述管(12)內(nèi)腔的內(nèi)表面設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述管(12)被定尺寸以在所述管(12)的所述內(nèi)腔中容納至少十二個光纖元件(16)。
9.如權(quán)利要求8的纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，其中所述管(12)還包括一種阻水材料(14)，該阻水材料(14)包圍所述光纖元件(16)。
10.一種用來將纖維光纜安裝進(jìn)管道中的方法，該方法包括以下步驟提供一種纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)，該纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)包括一中空管(12)，其中該中空管(12)包括軟樹脂，該軟樹脂在25℃下具有200,000psi或更低的彈性模量；設(shè)置在所述軟樹脂中的無機(jī)填料，以減小該中空管(12)的表面摩擦，并提高所述中空管(12)的抗壓性；和將所述纖維光纜結(jié)構(gòu)(10)噴吹進(jìn)管道內(nèi)。
全文摘要
一種包括管(12)的光纜結(jié)構(gòu)(10)，該管(12)含有分散在軟樹脂中的無機(jī)填料，且該管(12)裝有被阻水材料(14)包圍的光纖(16)或帶(16)。軟樹脂中無機(jī)填料的使用提供給光纜結(jié)構(gòu)以優(yōu)良的噴吹性能，這是由于低的表面摩擦和高的柔韌性，允許更加有效地借助于噴吹技術(shù)來安裝該纖維光纜(10)。軟樹脂中無機(jī)填料的使用還減小光纜結(jié)構(gòu)(10)的熱膨脹/收縮，并且提高光纜結(jié)構(gòu)(10)對軸向載荷的抗壓強(qiáng)度，從而對光纖(16)提供保護(hù)。
文檔編號G02B6/44GK1469149SQ0313648
公開日2004年1月21日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者C·紹恩·戴維斯, H·保羅·戴班, 莉薩·A·狄克遜, 彼得·A·威曼, A 威曼, A 狄克遜, C 紹恩 戴維斯, 蕖ご靼 申請人:菲特爾美國公司