CN1412589A - 纤维光缆 - Google Patents

Abstract

一种具有极好可成形性和长期可靠性的纤维光缆。该光缆包括至少一根光纤，一覆盖该一根或多根光纤的塑料护套，和嵌入该护套内的至少一个抗缩部件。该护套当被在110℃下加热两个小时时具有至多0.5％的纵向收缩。当被缠绕在半径50mm的心轴上并在85℃下加热两个小时时，该光缆具有弯曲半径至少100mm的剩余弯曲。由该光缆构成的30cm长的悬臂的偏转至少是50mm。按照该光缆的一个方面，该光缆被由条件ES_t/ES_j≥0.7、EI_t/EI_c≥0.1和EI_c/M_c≤8×10⁶mm³来限定(E：杨氏模量；S：横截面积；t：总的抗缩部件；j：护套；I：惯量的几何面矩；c：光缆；M：质量)。

Description

纤维光缆

发明背景

发明领域

本发明概括涉及一种主要用于室内布线的纤维光缆，尤其涉及一种带有至少一个抗缩部件和一塑料护套的纤维光缆。

背景技术

用于室内布线的纤维光缆通常具有抗拉构件置于数根光纤周围且配置塑料护套作为外套的结构。通常，由于在涂覆过程中产生的残余应力，护套会随着时间而纵向地收缩。当护套的纵向收缩较大时，应力就施加在光纤上。该应力可影响光纤的传输性能。

为了抑制护套的这种收缩，研究人员和工程师们已经在研究一种护套内嵌有抗缩部件的结构。另一方面，随着多光纤连接器被广泛用于连接作为一个单元的数根光缆，光传输线就经常使用带有光纤带的纤维光缆，在该光纤带中多根光纤被排列成平面阵列。日本专利2793621已经披露一种结构，其中一光纤带被嵌有抗拉构件的一护套所包围。该抗拉构件同时也用作抗缩部件，以抑制护套纵向的收缩。

发明概要

本发明的一个目的是要解决上述问题并提供一种具有极好可成形性和长期可靠性的纤维光缆。

依照本发明，通过提供下述的纤维光缆可达到前述和其他的目的和优点。

该纤维光缆包括下列部分：

(a)至少一根光纤；

(b)一覆盖该一根光纤或多光纤的塑料护套；和

(c)至少一个嵌入该护套内并被用于抑制该护套纵向收缩的抗缩部件。

在这种光缆中，该护套具有这种性能，即当带有该一个抗缩部件或多个抗缩部件而不带有该一根光纤或多根光纤的护套样品被在110℃下加热两个小时时，其纵向收缩至多是0.5％。该纤维光缆具有下述性能：

(a)当一光缆样品被缠绕在具有半径50mm的心轴上并被确保于此且在85℃下加热两个小时，然后从该心轴展开时，该光缆剩余的弯曲具有至少100mm的弯曲半径；

(b)当使用30cm长的一光缆样品形成悬臂并且通过求最大偏转和最小偏转的平均来得到偏转时，该悬臂自由端处的偏转至少是50mm。在这种情形下，通过绕其自身的轴转动该光缆样品以找到由于该光缆样品的弯曲趋势在自由端处偏转最大的位置，来得到该最大偏转的值。通过绕其自身的轴转动该光缆样品以找到由于弯曲趋势在自由端处偏转最小的位置，来得到该最小偏转的值。

依照本发明的一个方面，该纤维光缆具有下述性能：

(a)比率ES_t/ES_j至少是0.7，其中ES_t表示该一个抗缩部件的杨氏模量和横截面积的乘积或该多个抗缩部件的杨氏模量和横截面积乘积的总值，ES_j表示带有该一个或多个抗缩部件的整个护套的杨氏模量和横截面积的乘积；

(b)比率EI_t/EI_c至少是0.1，其中EI_t表示该一个抗缩部件的抗挠刚度或该多个抗缩部件抗挠刚度的总值(该抗挠刚度由杨氏模量和惯量几何面矩的乘积表示)，EI_c表示整个光缆的抗挠刚度；和

(c)比率EI_c/M_c至多是8×10⁶mm³，其中EI_c表示整个光缆的抗挠刚度，M_c表示光缆每单位长度的质量。

该纤维光缆可具有如下表示的尺寸关系：

T_t≤T_o+0.2(mm)

其中，T_t是在该一个或多个抗缩部件嵌入部分处护套的总厚度，T_o是在没有抗缩部件嵌入部分处护套的厚度。

在该纤维光缆中，该一个或多个抗缩部件可通过烘烤被涂上一种粘合材料。在该情况下，粘合材料可具有至多50μm的厚度。该粘合材料在被施加到该一个或多个抗缩部件上面之前可由一种分散在溶剂中的聚丙烯树脂族粘合材料组成。

该纤维光缆还可包括围绕该一根光纤或多根光纤的抗拉构件，该抗拉构件被该护套所包围。

在该纤维光缆中，该护套可由聚氯乙烯(PVC)制成，该一个或多个抗缩构件可由玻璃纤维增强塑料(G-FRP)制成。

参考附图在下面进一步说明本发明。提供附图仅仅是为了说明的目的，并不是有意限制本发明的范围。

附图的简要说明

图1是表示本发明纤维光缆一实施例的横截面图；

图2是表示本发明纤维光缆另一实施例的横截面图；

图3是表示本发明纤维光缆又一实施例的横截面图；

图4是表示护套纵向收缩和表示纤维光缆结构的一参数之间关系的曲线图；

图5是表示光缆弯曲的剩余尺寸(magnitude)和表示纤维光缆结构的另一参数之间关系的曲线图；

图6是表示光缆的偏转和表示纤维光缆结构的又一参数之间关系的曲线图。

发明的详细描述

下面参看附图说明本发明的实施例。在附图中，相同的标记指的是相同的部分以避免重复的说明。附图中尺寸的比例并不必与说明相一致。

对于用于室内布线用途的纤维光缆，具有在安装时良好的可成形性和在安装后长期的可靠性是很重要的。当在传统的纤维光缆的护套内嵌入抗缩部件时，该抗缩部件增加了光缆的刚度。结果光缆就变得很难弯曲，这就意味着光缆具有差的可成形性。

用于室内布线用途的纤维光缆同时也需要具有阻燃性。为此，护套通常是由具有高阻燃性的材料像聚氯乙烯(PVC)制成。这类材料通常具有同抗缩部件结合的较差性能。因而，就容易出现护套和抗缩部件间的滑动。即使是在抗缩部件具有高的刚性时，也不能抑制护套的纵向收缩。因此，长期可靠性就不充分。为了增强护套和抗缩部件间的结合强度，可在抗缩部件上涂覆一种具有同护套结合良好性能的粘合材料。在这种情况下，粘合材料层不可避免地会增加护套的总厚度，而且很难找到一种既具有同护套结合良好性能又具有高阻燃性的材料。

图1是表示本发明纤维光缆一实施例的横截面图。在该实施例中，数根涂覆有紫外线(UV)固化树脂的光纤排列成平面阵列。通过在该阵列周围施加另一UV固化树脂涂层来加固该阵列，形成一光纤带2。光纤带2被由芳族聚酰胺纤维制成的抗拉构件3包围。该抗拉构件3上覆盖有护套4，在护套4内抗缩部件5嵌入在阵列中最外纤维的外面。

图2是表示本发明纤维光缆另一实施例的横截面图。在该实施例中，抗缩部件5上涂覆有粘合材料层6。

图3是表示本发明纤维光缆又一实施例的横截面图。在该实施例中，光纤带2被由芳族聚酰胺纤维制成的近似圆形抗拉部件3包围。抗拉部件3上覆盖有护套4，在护套4内在阵列中每个最外光纤的外面都嵌有两个抗缩部件5。如该实施例中所示，本发明可用于具有圆形横截面的光缆。更具体的讲，本发明不仅可用于带有光纤带的光缆，也可用于带有多根光纤绞合在一起形成圆形横截面的光缆。该实施例同时也表明可在阵列中每个最外光纤的外面配置数个抗缩部件。

尽管图1至3所示的纤维光缆使用了数个抗缩部件5，但在不需要数个抗缩部件时一根纤维光缆也可使用一个抗缩部件。

通过改变抗缩部件5的尺寸，可制出各种具有图1所示结构的纤维光缆来研究抗缩部件5的尺寸和光缆的性能之间的关系。护套4由PVC(商标名：APCO R2002)制成。抗缩部件5由玻璃纤维增强塑料(G-FRP)制成。光缆具有4.8mm的总宽度和2.4mm的总厚度。护套4在光缆宽度的大约中点位置处具有0.5mm的厚度。

首先，进行一项研究来评价光缆的收缩性能。按如下步骤测量纵向收缩：

(a)从一短长度的光缆中拉出光纤和芳族聚酰胺纤维来获得一带有抗缩部件的护套样品。

(b)将该样品截至1.1m长，以1m的间距标记两个参考点。

(c)将该样品置于铺设在一容器内的滑石层上并在110℃下加热两个小时。

(d)将样品冷却并保持在23℃一个小时，测量该两个参考点之间的间距以得到纵向收缩。

测量结果示于图4中。在图4中，曲线的横坐标表示比率ES_t/ES_j。此处，ES_t表示抗缩部件的杨氏模量和横截面积乘积的总值，ES_j表示带有抗缩部件的整个护套的杨氏模量和横截面积的乘积。如该曲线中所示，当抗缩部件的直径是0.21mm时，纵向收缩小于0.5％，当直径是0.1mm时，纵向收缩大约是1％。换句话说，当抗缩部件5具有大到一定程度的尺寸时，抗缩部件5克服随时间作用的、纵向收缩护套的应力，从而能够抑制收缩。为了避免恶化光缆性能的护套收缩，就需要将纵向收缩降低至至多0.5％。根据图4，当比率ES_t/ES_j增大至最小0.7时可满足该需要。

其次，进行另一项研究来得到抗缩部件5的尺寸和光缆的弯曲趋势之间的关系。通过下面的步骤来得到这种关系：

(a)将30cm长的一纤维光缆样品绕在一半径50mm的心轴(mandrel)上，并用一玻璃带线段固定在其上。

(b)在85℃下加热该样品光缆两个小时。

(c)将该样品光缆从心轴上展开。

(d)将该样品光缆垂直悬挂，测量光缆较低端部分处保留的弯曲部分的弯曲半径。

测量结果示于图5中。在图5中，曲线的横坐标表示比率EI_t/EI_c。此处，EI_t表示抗缩部件的抗挠刚度总值(该抗挠刚度由杨氏模量和惯量几何面矩的乘积表示)，EI_c表示整个光缆的抗挠刚度。如曲线中所示，当EI_t/EI_c比增大时，随着抗缩部件的抗挠刚度的总值达到支配(govern)整个光缆的抗挠刚度，弯曲半径就增加。需要将弯曲半径增大至最小100mm来使光缆的弯曲趋势被允许。根据图5，当比率EI_t/EI_c增大到至少0.1时，可满足该需要。

第三，再进行另一项研究来评价光缆的挠性。通过在将样品光缆的一个末端支撑以形成一悬臂而测定偏转(deflection)量来评价挠性。鉴于在光缆制造过程中所产生的不可避免的弯曲趋势，通过下述步骤来测定偏转量：

(a)在离样品光缆一端30cm的部分处设置一参考标记。

(b)将样品光缆水平支撑在该标记部分处形成一悬臂。将光缆绕其自身的轴转动，找到由于弯曲趋势在另一端偏转最大的位置。然后，测量该最大偏转。

(c)再将光缆绕其自身的轴转动，找到另一端由于弯曲趋势偏转最小的位置。然后，测量该最小偏转。

(d)将测量的最大和最小偏转值求平均。

测量结果示于图6中。在图6中，曲线的横坐标表示比率EI_c/M_c。此处，EI_c表示光缆的抗挠刚度，M_c表示光缆每单位长度的质量。如曲线中所示，随着EI_c/M_c减小，偏转就增加。为了得到具有良好挠性和优良可成形性的光缆，需要将偏转增大到至少50mm。根据图6，当比率EI_c/M_c减小到至多8×10⁶mm³时，可满足该需要。

如上所述，本发明的纤维光缆不仅可抑制护套的纵向收缩并具有较高的长期可靠性，而且因为其减小的弯曲趋势和良好的挠性还具有极好的可成形性。

本发明的纤维光缆可通过使用下述的材料来制造。抗缩部件5可由一种像钢丝、纤维增强塑料(FRP)或聚酯纱线的材料构成。在这些材料中，理想的是使用玻璃纤维增强塑料(G-FRP)，因为其具有适当的抗压强度和刚度。考虑到嵌入护套4中的间距，理想的是由G-FRP构成的抗缩部件5具有最小的直径。但是，为了能经得起护套4的纵向收缩，需要直径至少是0.2mm。另一方面，理想的是直径至多是0.9mm以确保适当的挠性。因此，抗缩部件理想的是具有0.2至0.9mm的直径。同时，理想的是护套具有下面的尺寸关系：

T_t≤T_o+0.2(mm)

其中，T_t是在一个或多个抗缩部件嵌入部分处护套的总厚度，T_o是在没有抗缩部件嵌入部分处护套的厚度。

护套4可由热塑树脂像PVC、聚乙烯、氟树脂或聚酯合成橡胶制成。在这些材料中，PVC被广泛用于室内布线，因为对这类装配阻燃性是其中一项最重要的性能。

用于图2所示光缆中的粘合材料层6通过下面的步骤来形成：首先，将粘合材料涂覆在抗缩部件5的表面。其次，在100至300℃的温度下加热该粘合材料以使其硬化。该粘合材料理想的是使用溶解在溶剂像苯、甲苯或二甲苯中的材料像聚丙烯树脂、乙烯基醋酸乙烯树脂，或丁腈橡胶。

粘合材料可通过使抗缩部件5以恒定的速度通过一模具组合来施加，该模具充满有溶解在溶剂中的粘合材料。然后，涂覆有粘合材料的抗缩部件5穿过一高温炉以缠绕在一卷轴(reel)上。在高温炉中溶剂在温度100至300℃下挥发而形成薄的粘合材料层6。

理想的是粘结材料层6具有至多50μm的厚度。如果厚度超过50μm，则当纤维光缆接受燃烧试验时，粘结材料层6易于燃烧，而且纤维光缆就不具有充分的阻燃性。

为了获得充分的阻燃性和在护套4与抗缩部件5之间充分的结合强度，理想的是护套4由PVC制成，并且粘合材料层6是通过施加并烘烤溶解在溶剂中的聚丙烯树脂族粘合材料来形成。PVC具有充分的阻燃性，而且具有与聚丙烯树脂族粘合材料相结合的相对优良的性能。分散在溶剂中的聚丙烯树脂族粘合材料通过挥发溶剂形成一薄涂层。因而，即使是粘合材料本身具有不良的阻燃性，粘合材料也不会对纤维光缆的整个阻燃性产生显著的影响。理想的是抗缩部件5是由G-FRP构成。G-FRP的塑料部分具有与丙烯酸树脂族粘合材料相结合的充分的强度，且通过增大玻璃纤维的填充密度可以提高阻燃性。

本发明的纤维光缆具有极好的阻燃性，并在用UL1666直立试验(riser test)方法测试时通过显示出自点燃熄灭能力而能满足Underwriters Laboratories(UL)Standard所规定的要求。

实施例

制造具有图2所示结构的一根长纤维光缆。将12根涂覆有UV固化树脂的单模光纤1排列成平面阵列。通过在该阵列周围施加另一UV固化树脂涂层来对该阵列加固，以形成一光纤带2。用由芳族聚酰胺纤维制成的抗拉构件3包围该光纤带2。抗拉构件3上覆盖有挤出的PVC护套4，在该护套4内具有直径0.4mm的G-FRP抗缩部件5被嵌入阵列中最外光纤的外面处。抗缩部件5预先覆盖有一层由聚丙烯树脂族粘合材料制成的粘合材料层6。从而，就制造出具有图2所示结构的纤维光缆。该光缆具有4.8×2.4mm的外部尺寸，且护套4具有0.5mm的厚度。

护套4是使用由商标名称R200R下APCO制造的PVC形成的。通过下列步骤形成具有10μm厚度的粘合材料层6：首先，通过使用一模具将溶解在甲苯中的聚丙烯树脂施加在G-FRP抗缩部件5的表面上。其次，通过使抗缩部件5穿过在200℃温度下的高温炉将甲苯挥发。

如上所述，当比率ES_t/ES_j增大时，光缆护套的纵向收缩减小。此处，ES_t表示抗缩部件的杨氏模量和横截面积乘积的总值，ES_j表示带有抗缩部件的整个护套的杨氏模量和横截面积的乘积。对于本实施例的光缆，ES_t/ES_j的值是0.9。根据图4，该值对应于小于0.5％的纵向收缩。同光缆的质量相比较，该光缆具有足够小的总体抗挠刚度。此外，该光缆具有抗缩部件的抗挠刚度总值与整个光缆的抗挠刚度足够大的比值。因而，可以认为该光缆具有极好的挠性。

从该完成的纤维光缆中取样具有150cm长的一完整护套4样品。将该样品在温度110℃下处理两个小时。在热处理之前和之后测量该护套样品的长度，以得到纵向收缩的值。该结果大约是0.1％，这是足够小的。将该纤维光缆进行操作试验。如所预测的那样，试验结果证明该光缆易于弯曲，这意味着该光缆具有极好的挠性，并且证明减小了该光缆的弯曲趋势。

将该纤维光缆进行由UL 1666直立试验方法规定的燃烧试验。试验结果是令人满意的，表示出180cm的最大火焰高度(规定的最大值：360cm)和218℃的最高温度(规定最大值：454℃)。

在上面的描述中，本发明主要是通过参考带有一光纤带的纤维光缆来进行描述的。然而，本发明也可用于带有多光纤绞合在一起形成圆形横截面的纤维光缆。此外，本发明也可用于带有一根光纤的纤维光缆。

在本说明书中披露的实施例应当被认为在所有方面都是说明性的，且是非限制性的。本发明的范围由下面的权利要求而不是前述的说明书来指出。因此，所有在权利要求等同意义和范围内的改变都被认为包含在本发明的范围内。

2001年10月18日提出的日本专利申请No.2001-320071包括说明书、权利要求书、附图和摘要，其整个公开都被全部引用在此以作参考。

Claims (18)

1.一种纤维光缆，包括：

(a)至少一根光纤；

(b)一覆盖该一根光纤或多根光纤的塑料护套；和

(c)至少一个抗缩部件：

    (c1)该抗缩部件嵌入该护套内；并且

    (c2)该抗缩部件被用于抑制该护套的纵向收缩；

该护套具有这种性能，即当带有该一个抗缩部件或多个抗缩部件而不带有该一根光纤或多根光纤的护套样品被在110℃下加热两个小时时，其纵向收缩至多是0.5％；

该纤维光缆具有下述性能，即：

(d)当一光缆样品被缠绕在具有半径50mm的心轴上并被确保于此且在85℃下加热两个小时，然后从该心轴展开时，该光缆剩余的弯曲具有至少100mm的弯曲半径；和

(e)当使用30cm长的一光缆样品形成悬臂并且通过求最大偏转和最小偏转的平均来得到偏转时，该悬臂自由端处的偏转至少是50mm，其中：

    (e1)通过绕其自身的轴转动该光缆样品以找到由于该光缆样品的弯曲趋势在自由端处偏转最大的位置，来得到该最大偏转的值；

    (e2)通过绕其自身的轴转动该光缆样品以找到由于弯曲趋势在自由端处偏转最小的位置，来得到该最小偏转的值。

2.一种纤维光缆，包括：

(a)至少一根光纤；

(b)一覆盖该一根光纤或多根光纤的塑料护套；和

(c)至少一个抗缩部件：

    (c1)该抗缩部件嵌入该护套内；并且

    (c2)该抗缩部件被用于抑制该护套的纵向收缩；

该纤维光缆具有下述性能，即：

(d)比率ES_t/ES_j至少是0.7，其中ES_t表示该一个抗缩部件的杨氏模量和横截面积的乘积或该多个抗缩部件的杨氏模量和横截面积乘积的总值，ES_j表示带有该一个或多个抗缩部件的整个护套的杨氏模量和横截面积的乘积；

(e)比率EI_t/EI_c至少是0.1，其中EI_t表示该一个抗缩部件的抗挠刚度或该多个抗缩部件抗挠刚度的总值(该抗挠刚度由杨氏模量和惯量几何面矩的乘积表示)，EI_c表示整个光缆的抗挠刚度；和

(f)比率EI_c/M_c至多是8×10⁶mm³，其中EI_c表示整个光缆的抗挠刚度，M_c表示光缆每单位长度的质量。

3.如权利要求1限定的纤维光缆，该纤维光缆具有如下表示的尺寸关系

T_t≤T_o+0.2(mm)

其中，T_t是在该一个或多个抗缩部件嵌入部分处护套的总厚度，T_o是在没有抗缩部件嵌入部分处护套的厚度。

4.如权利要求2限定的纤维光缆，该纤维光缆具有如下表示的尺寸关系

T_t≤T_o+0.2(mm)

其中，T_t是在该一个或多个抗缩部件嵌入部分处护套的总厚度，T_o是在没有抗缩部件嵌入部分处护套的厚度。

5.如权利要求1限定的纤维光缆，其中该一个或多个抗缩部件通过烘烤被涂上一种粘合材料。

6.如权利要求2限定的纤维光缆，其中该一个或多个抗缩部件通过烘烤被涂上一种粘合材料。

7.如权利要求1限定的纤维光缆，该纤维光缆还包括围绕该一根光纤或多根光纤的抗拉构件，该抗拉构件被该护套所包围。

8.如权利要求2限定的纤维光缆，该纤维光缆还包括围绕该一根光纤或多根光纤的抗拉构件，该抗拉构件被该护套所包围。

9.如权利要求5限定的纤维光缆，其中该粘合材料具有至多50μm的厚度。

10.如权利要求6限定的纤维光缆，其中该粘合材料具有至多50μm的厚度。

11.如权利要求5限定的纤维光缆，其中该粘合材料在被施加到该一个或多个抗缩部件上面之前是由一种分散在溶剂中的聚丙烯树脂族粘合材料组成。

12.如权利要求6限定的纤维光缆，其中该粘合材料在被施加到该一个或多个抗缩部件上面之前是由一种分散在溶剂中的聚丙烯树脂族粘合材料组成。

13.如权利要求11限定的纤维光缆，其中该护套是由聚氯乙烯制成。

14.如权利要求12限定的纤维光缆，其中该护套是由聚氯乙烯制成。

15.如权利要求1限定的纤维光缆，其中该一个或多个抗缩部件是由玻璃纤维增强塑料制成。

16.如权利要求2限定的纤维光缆，其中该一个或多个抗缩部件是由玻璃纤维增强塑料制成。

17.如权利要求3限定的纤维光缆，其中该一个或多个抗缩部件是由玻璃纤维增强塑料制成。

18.如权利要求4限定的纤维光缆，其中该一个或多个抗缩部件是由玻璃纤维增强塑料制成。是由玻璃纤维增强塑料制成。

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