專(zhuān)利名稱(chēng)：耐蒸汽電纜如耐蒸汽光纖電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐蒸汽電纜，例如，一種耐蒸汽光纖電纜。
在大城市地區(qū)，在鄰近蒸汽管線的地下管道中敷設(shè)通訊電纜并不罕見(jiàn)。蒸汽的工作條件通常是在0.7MPa(100表壓，磅/吋2)到2.8MPa(400表壓，磅/吋2)之間變化，相應(yīng)的蒸汽最低溫度是從165℃(328°F)到230℃(445°F)變化，如果過(guò)加熱，該溫度會(huì)更高一些。
地下蒸汽管道的破裂，是電信管理公司最關(guān)注的事情。當(dāng)有蒸汽泄漏或管道破裂時(shí)，設(shè)置在蒸汽管道附近的光纖電纜易于受到損壞并出現(xiàn)故障。當(dāng)一高壓蒸汽管道破裂時(shí)，附近的光纖電纜就暴露于一個(gè)高溫、高濕和高速的蒸汽環(huán)境中。當(dāng)然，其數(shù)值取決于蒸汽管道破裂位置與電纜之間的距離。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)估計(jì)，當(dāng)有蒸汽管道泄漏或破裂時(shí)，電纜可能會(huì)暴露于高達(dá)140℃(284°F)的高蒸汽溫度下，暴露持續(xù)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月。在這種環(huán)境中，通常市售的光纖電纜就會(huì)受到損壞。這并不奇怪，因?yàn)槟壳八圃斓母鞣N電纜，并不是為這種使用環(huán)境而設(shè)計(jì)的。高溫、高濕和高速蒸汽環(huán)境，使電纜材料性能降低或熔化，結(jié)果使光纖經(jīng)過(guò)一段時(shí)間而損壞。
由于蒸汽對(duì)通訊電纜具有不利影響，則電纜的制造者有責(zé)任提供一種具有護(hù)套系統(tǒng)的電纜，當(dāng)電纜工作在蒸汽管道附近時(shí)，護(hù)套系統(tǒng)能夠防止光纖的損壞。設(shè)計(jì)耐蒸汽光纖電纜最初考慮的是高溫和高濕條件，這些條件直接關(guān)系到電纜材料的基礎(chǔ)高溫和水解穩(wěn)定性能。適用于鄰近蒸汽管道使用的光纖電纜的護(hù)套系統(tǒng)，必須是滿(mǎn)足高溫和高濕條件。高速條件與電纜的結(jié)構(gòu)完整性和機(jī)械性能更密切相關(guān)，應(yīng)作為電纜設(shè)計(jì)的第二考慮條件。
在過(guò)去，聚乙烯護(hù)套鉛鎧裝電纜被用在蒸汽環(huán)境中。這種護(hù)套電纜不僅成本很高，而且在其較長(zhǎng)一段時(shí)間暴露于高溫下時(shí)，聚乙烯外護(hù)層往往會(huì)熔化或發(fā)生破裂。具有在一有焊縫的鋼護(hù)套外擠壓-聚乙烯護(hù)層的電纜也已被使用，然而，在這后一種結(jié)構(gòu)的電纜中，焊縫通常是不連續(xù)的。
在一種耐蒸汽金屬導(dǎo)體電纜中，線芯周?chē)幸徊y狀金屬層，并且圍繞金屬層擠壓-聚合材料覆層。擠壓覆層包括一內(nèi)護(hù)層和一外護(hù)層，內(nèi)護(hù)層和金屬層緊密接觸，并且介于金屬層和外護(hù)層之間，并且外護(hù)層是在內(nèi)護(hù)層外擠壓并與內(nèi)護(hù)層緊密接觸。外護(hù)層由一種能夠經(jīng)受住可暴露于至少100℃(212°F)高溫下的材料構(gòu)成，內(nèi)護(hù)層材料具有低于外護(hù)層材料的壓痕敏感性，使得既使金屬層在內(nèi)護(hù)層上壓出波痕，也仍可保持電纜結(jié)構(gòu)的完整性。再有，內(nèi)護(hù)層的厚度至少要略大于金屬層波紋的深度。
人們所需要的，并且明顯不能從現(xiàn)有技術(shù)中得到的，就是耐蒸汽光纖電纜，它在暴露于高溫、高濕和高速蒸汽環(huán)境中，仍能提供可靠傳輸。當(dāng)然，這種光纖電纜的直徑不必過(guò)大，而成本也會(huì)合理。
上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，已經(jīng)通過(guò)下述耐蒸汽電纜克服了，所述電纜包括由至少一種傳輸介質(zhì)組成的線芯，和由塑料材料組成的護(hù)套，其特征在于第一管狀部件，其中設(shè)置了所述線芯，并且是由在其暴露于較高溫度下時(shí)阻止其性能降低的塑料材料制成，和第二管狀部件，其設(shè)置在所述第一管狀部件周?chē)?，它具有密封接縫，并且它是由具有較低化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)能力的金屬材料組成。
在最佳實(shí)施例中，一種填充材料被放置在電纜線芯中起防水作用，再有，在最佳實(shí)施例中，防水元件，如紗或帶，它們還包括超吸收聚合材料，它們是設(shè)置在第一和第二管狀部件之間。


圖1是一耐蒸汽電纜的透視圖;
圖2是圖1電纜的端部截面圖;
圖3是圖1電纜另一實(shí)施例的截面圖;
圖4是具有填充線芯的耐蒸汽電纜最佳實(shí)施例的端部截面圖;
圖5是在電纜芯線中具有不同防水元件的帶狀電纜端部截面圖;
圖6是具有以非帶狀形式設(shè)置在線芯中的光纖的電纜端部截面圖;
圖7是一耐蒸汽電纜的透視圖，它是由已提供了外護(hù)套的市售光纖電纜組成的。
現(xiàn)參照?qǐng)D1和2，所示的光纖電纜用數(shù)字20表示，該光纖電纜包括一線芯21，而該線芯至少包含一根光纖。在所示的實(shí)施例中，線芯包括一個(gè)或多個(gè)光纖帶22-22，它們是波浪形的，每個(gè)光纖帶包含多根光纖25-25，它們安置成一平排并通過(guò)粘結(jié)材料固定在一起。見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4，900，126號(hào)。
包封光纖的是第一管狀部件30，常稱(chēng)線芯管。通常管狀部件30是由塑料制成，線芯管30的材料最好能阻止由于暴露于高溫所造成的電纜性能的下降。這樣的材料可以是聚丁烯對(duì)苯二甲酸鹽(PBT)，從Ausimont公司得到的HALAR牌氟聚合物塑料材料，從通用電氣公司得到的ULTEM牌聚乙酰胺，TEFLON牌FEP碳氟化合物塑料，TEFLON牌PFA碳氟化合物塑料材料或TEFZEL牌氟聚合物塑料材料。在最佳實(shí)施例中，管狀部件內(nèi)徑約為0.33英寸，外徑約為0.41英寸。
本發(fā)明電纜20還可包含防水設(shè)施，例如，象填充材料35(見(jiàn)圖1和2)。如圖2所示，填充材料35可以放置在管狀部件30內(nèi)，并填充到帶22-22內(nèi)的任何空隙中，在光纖25-25中線芯應(yīng)以非帶狀形式來(lái)包含光纖。適用的填充材料35是一種膠質(zhì)凝膠體，就象美國(guó)專(zhuān)利4，701，016號(hào)所公開(kāi)的。
膠質(zhì)凝膠體通常是一種半液體物質(zhì)，它是在液體物質(zhì)中放入增稠劑而組成的。所有類(lèi)型的凝膠劑形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中液體物質(zhì)由表面張力所保持。當(dāng)對(duì)凝膠體施加一低的壓力時(shí)，該材料實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為固體狀，但如果壓力超過(guò)臨界值，材料就會(huì)流動(dòng)，并且粘度迅速降低，這個(gè)特點(diǎn)通常稱(chēng)作觸變性。
膠質(zhì)凝膠體通常用作通訊電纜的填充物。在光纖電纜中，必要的是，填充凝膠體除了防水以外，它還使光纖保持在低的壓力狀態(tài)下，從而使信號(hào)衰減極小。雖然剪切模量被認(rèn)為是光纖電纜填充物性能優(yōu)化的主要變量，而另一參量，凝膠體產(chǎn)生變形的臨界壓力，也必須加以控制。
油脂合成物是由油、膠粒填充物、和可任意選擇的滲漏抑制劑組成的，這在上述的Gartside等人的美國(guó)專(zhuān)利4，701，016號(hào)中公開(kāi)了。通常油脂在20℃下具有的臨界變形壓力低于140Pa，最好低于70Pa，或?qū)δ承?yīng)用場(chǎng)合低于35Pa，并且其具有的剪切模量在20℃下約小于13KPA。適用的合成物包括77～95%b.w.的ASTM型103、104A或104B石蠟油或?yàn)r青油，或聚丁烯潤(rùn)滑油;2～15%b.w.的疏水性或親水性無(wú)煙硅石;和可任意選擇最多為15%b.w.的苯乙烯橡膠或苯乙烯橡膠苯乙烯阻水共聚物，或半液體橡膠。
在線芯管即管狀部件30周?chē)O(shè)置第二管狀部件40，它是一氣密密封部件(見(jiàn)圖1和2)，它用于密封線芯以防止潮氣的進(jìn)入。其管狀部件最好是由不銹鋼制成，通常，不銹鋼管是通過(guò)在生產(chǎn)線上由扁平帶狀金屬材料在行進(jìn)的電纜線芯周?chē)纬晒芗⑿纬傻目v向接縫加以焊接而制成的。接著，管子就環(huán)繞沿生產(chǎn)線運(yùn)動(dòng)的行進(jìn)線芯21拉出。
在一實(shí)施例中(見(jiàn)圖3)，一氣密管狀部件42是由一不銹鋼帶制成，它可制成波紋狀以提供柔軟性。制成的波紋管狀部件的帶的厚度最好是在約0.025～0.051cm范圍內(nèi)。在波紋管狀部件42和第一管狀部件30之間可以插入一多孔材料層43，如泡沫聚合材料，例如，它的厚度在約0.025～0.051cm范圍內(nèi)，并且該材料在波紋金屬帶在其周?chē)纬善陂g，有效地墊在了第一管狀部件上。另一方面，層43可以包含一防水部件，如一種由兩條帶組成的層壓件，在其帶間具有呈粉末狀的超吸收聚合材料。
氣密密封部件40或42有效地防止了例如蒸氣中的潮氣進(jìn)入線芯。由于氫氣的產(chǎn)生還會(huì)使潮氣對(duì)光纖產(chǎn)生不良影響。
由普通鋼、鉛或鋁組成的外金屬層的氣密密封并不能認(rèn)為都十分令人滿(mǎn)意，因?yàn)檫@些金屬很可能會(huì)引起光纖性能方面的問(wèn)題。例如，當(dāng)電纜接觸水或當(dāng)電纜內(nèi)部的潮氣接觸鋁時(shí)，潮氣和鋁之間的反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致氫氣的產(chǎn)生。
在所安裝的鎧裝水下光纖電纜中，人們已經(jīng)觀察到，在1310nm和1550nm的單模光纖運(yùn)行波長(zhǎng)下以及多模光纖中，氫氣會(huì)引起衰減。研究已表明，即使當(dāng)光纖的線芯部分本身沒(méi)有暴露于水，附加損耗也會(huì)出現(xiàn)。
氫氣可由金屬的自身腐蝕而產(chǎn)生。大概除了貴金屬，如金和鉑，所有金屬在自然環(huán)境中均有某種程度的腐蝕率。當(dāng)某一金屬腐蝕時(shí)，其表面就會(huì)出現(xiàn)許多微小的/肉眼可見(jiàn)的電池，在那里會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極(氧化)反應(yīng)，而金屬腐蝕時(shí)，其表面也會(huì)出現(xiàn)許多微小的/肉眼可見(jiàn)的電池，而在那里會(huì)發(fā)生陰極(還原)反應(yīng)。在蒸汽環(huán)境中，這種陰極反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生有害的氫分子。要使腐蝕出現(xiàn)，陰極反應(yīng)也必然會(huì)出現(xiàn)，以消耗在腐蝕反應(yīng)中釋放的電子，否則腐蝕反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生。具有較高化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)能力的金屬稱(chēng)作活性金屬，它比具有較低化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)能力的金屬更容易產(chǎn)生氫氣。
上述問(wèn)題已經(jīng)由本發(fā)明的光纖電纜克服了。主要是，護(hù)套系統(tǒng)包括一氣密密封部件，它是由具有較低電化學(xué)反應(yīng)能力的金屬制成的管狀部件組成的。在一最佳實(shí)施例中，第二管狀部件40或42是由具有密封接縫的不銹鋼制成，如此設(shè)置防止了過(guò)熱蒸汽的潮氣的進(jìn)入，以及由此而產(chǎn)生氫氣。不銹鋼是一種電化學(xué)反應(yīng)能力較低的金屬，因此，它阻止腐蝕和點(diǎn)蝕。再有，第二管狀部件為電纜20提供了一定的機(jī)械強(qiáng)度，一種可替代不銹鋼氣密密封部件的金屬是銅，銅不會(huì)反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣。
設(shè)置在氣密密封管狀部件40周?chē)氖峭庾o(hù)套50，外護(hù)套50就象管狀部件30一樣，最好是由能經(jīng)受暴露于蒸汽環(huán)境的塑料材料制成。這樣的材料可以是，例如，TEFZEL牌，TEFLON牌FEP，TEFLON牌PFA或HALAR牌塑料材料。
有利的是，電纜20僅有約0.55英寸的外徑。管狀部件30的內(nèi)徑為0.84cm，并且氣密密封部件具有約0.064cm的厚度，而其外徑約為1.2cm。雖然電纜20的外徑小，而它仍可耐高溫、高濕和高速蒸汽。
圖4示出了本發(fā)明電纜一最佳實(shí)施例。電纜60包括線芯，它是由許多光纖25-25的帶22-22組成的，線芯是設(shè)置在管狀部件64內(nèi)，而管狀部件64是由與圖1中管狀部件30相同的材料制成，線芯可采用防水材料35來(lái)填充，例如，前面對(duì)于電纜20所述的材料。
設(shè)置在管狀部件64周?chē)氖欠浪考?6，防水部件可以是一種由兩層帶組成的層壓件，其中在帶間具有呈粉末狀的超吸收聚合物，或它也可以是一種超吸收防水紗線。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，815，813中公開(kāi)了一種合適的防水紗線。在防水部件66周?chē)O(shè)置一氣密密封部件68，它就象在電纜20中一樣是由象不銹鋼那樣具有較低電化學(xué)反應(yīng)能力的金屬組成的。所示的氣密密封部件68是由不銹鋼波紋帶制成，而正如圖3實(shí)施例中所示，氣密密封部件可以由扁平帶制成。在氣密密封部件68周?chē)O(shè)置一外護(hù)套69，它是由塑料材料組成，如圖2所示實(shí)施例中外護(hù)套50所用塑料材料。
其它實(shí)施例還包括電纜70，如圖5中所示，電纜70包括線芯72，它是由放置在管狀部件74中一條或多條光纖帶22-22組成的，管狀部件74是由構(gòu)成管狀部件30的相同材料制成。在管狀部件74內(nèi)的帶22-22周?chē)@包一防水部件76，防水部件76可以是一種由兩條帶組成的層壓件，其中在帶間放置了呈粉末狀的超吸收聚合物，或它也可以是由一種浸漬帶或如前所述的超吸收防水紗線組成。在最佳實(shí)施例中，氣密密封部件78是由設(shè)置在管狀部件74周?chē)⒕哂忻芊饨涌p的不銹鋼組成的，氣密密封部件78可以是由扁平帶或波紋帶制成，在最佳實(shí)施例中，它是由不銹鋼制成。由構(gòu)成護(hù)套50所用材料之一組成的護(hù)套79設(shè)置在氣密密封部件78的周?chē)?。在本?shí)施例中，線芯中沒(méi)有填充材料，而是粉末狀的防水部件，帶或紗繞包在傳輸介質(zhì)周?chē)?，以阻止水的軸向運(yùn)動(dòng)，并防止水接觸到傳輸介質(zhì)。
圖6描述了另一實(shí)施例，耐蒸汽電纜80包括管狀部件82形的線芯管，波紋形或非波紋形氣密密封部件84和外護(hù)套86。管狀部件82，氣密密封部件84和護(hù)套86在結(jié)構(gòu)和成分方面與圖1中相對(duì)應(yīng)部分相似。然而，圖6實(shí)施例的芯線88中設(shè)置了多根光纖25-25，它們可以松散地安置或集中在一起，并且可用粘合劑將其粘合或安置成各組，這樣的線芯在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，826，278中予以了描述，在這里可作參考。在圖6所述實(shí)施例中，每根光纖的長(zhǎng)度超過(guò)管狀部件82的長(zhǎng)度，例如超過(guò)1%。在圖1～5的實(shí)施例中，光纖長(zhǎng)度超過(guò)線芯管的長(zhǎng)度，因?yàn)楣饫w帶是波狀的。另外，在管狀部件82內(nèi)包覆光纖的總截面積與該管狀部件內(nèi)的截面積之比，不大于約0.5。
圖5和6的耐蒸汽電纜適用于建筑物中，它還包括一種所謂空心電纜，即，該電纜中芯線不含有前述的和圖1電纜中所包括的填充物質(zhì)成分。
圖7描述了另一實(shí)施例。其中，用數(shù)字90標(biāo)字的電纜包括一用數(shù)字92標(biāo)示的電纜，它具有一外護(hù)套，它包括波紋金屬氣密密封管狀部件94，其具有一縱向焊接的連接接縫，和一外護(hù)套96。
提供了外護(hù)套的電纜92可以是任何象圖7所示的市售電纜，在圖7中，電纜92包括一線芯21，管狀部件100，在其中可放置一疊光纖帶22-22，并填充象用于圖1所示電纜中的物質(zhì)成分35。在管狀部件100的外表面周?chē)O(shè)置一防水部件102，它可由如前所述的層壓件或浸漬帶或防水紗線組成。設(shè)置在防水部件102周?chē)氖莾蓚€(gè)增強(qiáng)部件層104和106，它是以相反的螺旋方向纏繞的兩層增強(qiáng)部件。介于氣密密封部件94和增強(qiáng)部件外層106之間的是一多孔材料層108，如泡沫聚合材料，或防水層和內(nèi)護(hù)套109。拉索110在多孔材料層內(nèi)軸向延伸。電纜90的管狀部件100是由耐火材料組成的，管狀部件100的材料最好是與圖1和2電纜20的管狀部件30的材料相同。
另一方面，電纜92還可以是象美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，844，575中所公開(kāi)和要求保護(hù)的那樣，再有，線芯可由多根光纖25-25組成，它可以以單元形式安置，就象前述美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，826，278所示的那樣。
圖7的實(shí)施例增強(qiáng)了抗蒸汽環(huán)境中濕氣的穿透，并通過(guò)層104和106增加強(qiáng)度。電纜90的整個(gè)外徑在約2-2.5cm范圍內(nèi)。
有利的是，本發(fā)明電纜是耐蒸汽的，并特別適于放置在鄰近蒸汽管線的建筑物內(nèi)或建筑物外部的地下。發(fā)明所公開(kāi)的電纜阻止了其暴露于高溫，高濕和高速蒸汽環(huán)境期間而其性能的降低。當(dāng)然，既使本發(fā)明是以光纖電纜來(lái)描述的，它也適用于耐蒸汽金屬導(dǎo)體電纜。
權(quán)利要求
1.一種耐蒸汽電纜，所述電纜包括由至少一種傳輸介質(zhì)組成的線芯，和由塑料材料組成的護(hù)套，所述電纜的特征在于第一管狀部件，其中設(shè)置了所述線芯，并且是由在其暴露于較高溫度下時(shí)阻止其性能降低的塑料材料制成，和第二管狀部件，其設(shè)置在所述第一管狀部件周?chē)?，它具有密封接縫，并且它是由具有較低化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)能力的金屬材料組成。
2.權(quán)利要求1的耐蒸汽電纜，其中所述傳輸介質(zhì)是光纖，并且其中每根光纖傳輸介質(zhì)的長(zhǎng)度超過(guò)所述第一管狀部件的長(zhǎng)度為1%。
3.權(quán)利要求2的耐蒸汽電纜，其中所述第二管狀部件是由不銹鋼材料組成，并且所述第二管狀部件包括一軸向延伸的密封接縫。
4.權(quán)利要求2的耐蒸汽光纖電纜，其中所述第一管狀部件的所述塑料材料是由聚丁烯對(duì)苯二甲酸鹽組成的。
5.權(quán)利要求2的耐蒸汽光纖電纜，其中還包括設(shè)置在所述第一管狀部件內(nèi)的防水材料。
6.權(quán)利要求5的耐蒸汽光纖電纜，其中所述防水材料包括設(shè)置在所述第一管狀部件內(nèi)的填充材料。
7.權(quán)利要求2的耐蒸汽電纜，其中還包括介于所述第一管狀部件和所述護(hù)套之間的防水部件。
8.權(quán)利要求2的耐蒸汽電纜，其中所述第一管狀部件是由選自這樣一組材料所組成的，它們是聚乙酰胺和氟聚物，并且所述護(hù)套是由選自這樣一組材料所組成的，它們是聚乙酰胺和氟聚物。
9.權(quán)利要求2的耐蒸汽電纜，其中所述護(hù)套是一外護(hù)套，它還包括增強(qiáng)部件系統(tǒng)，和一內(nèi)護(hù)套，它介于所述第一和第二管狀部件之間。
10.權(quán)利要求2的耐蒸汽電纜，其中所述護(hù)套是外護(hù)套，并且其中所述第二管狀部件和所述外護(hù)套包括一外護(hù)層，它設(shè)置在電纜周?chē)?，其中電纜包括所述線芯，所述第一管狀部件，增強(qiáng)部件系統(tǒng)和護(hù)套。
全文摘要
一種耐蒸汽光纖電纜(20)包括線芯(21)，它是由設(shè)置在由耐高溫材料組成的管狀部件(30)內(nèi)和多條光纖帶(22，22)所組成的，管狀部件設(shè)置在氣密密封部件(40)內(nèi)，它是由具有密封接縫的低化學(xué)活性金屬組成的，外護(hù)套(50)是設(shè)置在氣密密封部件周?chē)?，并且在最佳?shí)施例中，其特征就在于可阻止在高溫、高濕蒸汽環(huán)境中電纜性能的降低。線芯可以是非填充的或是用防水材料填充的，在最佳實(shí)施例中，防水部件介于管狀部件和氣密密封部件之間。
文檔編號(hào)G02B6/44GK1072022SQ9210394
公開(kāi)日1993年5月12日 申請(qǐng)日期1992年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月30日
發(fā)明者J·潘努斯卡, K·卡蒂里桑, M·R·桑塔納 申請(qǐng)人:美國(guó)電話(huà)電報(bào)公司