專利名稱：組合模塊光纖帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖帶，特別涉及帶粘結(jié)基質(zhì)的布置以便容易接近帶內(nèi)的纖維和纖維亞單元。
在Jackson等的美國專利4,900,126號中(其內(nèi)容被本文參照引用)曾示出一個(gè)粘結(jié)的光纖帶，該光纖帶具有互相接觸的、在縱向上平行延伸的光纖的同平面陣列。每一根纖維都被封閉在內(nèi)、外層的涂敷材料內(nèi)，并有顏色辨認(rèn)器用來把每一根纖維與其他纖維區(qū)分開來。內(nèi)層具有的紫外線硬化粘結(jié)材料的模數(shù)約為1MPa，而外層具有的紫外線硬化粘結(jié)材料的模數(shù)約為1GPa以資進(jìn)行機(jī)械保護(hù)。當(dāng)將纖維設(shè)置成平行陣列時(shí)，在纖維本身之間及在纖維和帶的包封之間就造成間隙，而該帶也是由紫外線硬化的粘結(jié)材料制成的基質(zhì)，其模數(shù)小于纖維上外涂敷層的模數(shù)，而大于內(nèi)涂敷層的模數(shù)。該基質(zhì)材料填充間隙并將纖維粘結(jié)在一起還粘結(jié)到包封上形成一個(gè)完整的帶。該基質(zhì)材料的模數(shù)和表面特性及其將每一纖維粘結(jié)到色彩辨認(rèn)器材料上被這樣安排使帶間運(yùn)動能夠發(fā)生，這樣當(dāng)將光纜彎曲時(shí)，成疊的帶便能相互相對滑動，而且有可能接近個(gè)別纖維。該帶可被層疊，例如18條帶，每條上有12根纖維可被封閉在一個(gè)芯管內(nèi)制成具有216根纖維(或者如果偏愛的話，纖維可成為通道)的光纜的芯部。芯管本身的外直徑(OD)只約為0.6英寸。這種安排今日已被廣泛使用，現(xiàn)在已擴(kuò)展到864根的設(shè)計(jì)和制造，較大的帶狀光纜已被證明對大多數(shù)目前的用途是合適的。
如在上述Jackson等的專利中指出的那樣，當(dāng)粘結(jié)材料被去除以便接近纖維時(shí)，每一根纖維的色彩辨認(rèn)器材料不應(yīng)從纖維上去除。因此粘結(jié)帶的基質(zhì)材料的界面粘結(jié)特性被這樣選擇使基質(zhì)材料和上色材料的粘結(jié)界面比上色材料粘結(jié)到光纖最外面涂層上的粘結(jié)界面弱。在該專利發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，在將基質(zhì)粘結(jié)材料涂敷之前曾將防粘劑涂敷在上色材料上使基質(zhì)材料容易從其上分離。但從帶上分裂出分離出模塊和從模塊內(nèi)分裂出纖維仍存在著問題。一般地說，當(dāng)需要從帶上分裂出一個(gè)或多個(gè)模塊和從模塊內(nèi)分裂出一根或多根單獨(dú)的纖維需要使用基質(zhì)切割工具。這種工具通常包括具有切割刃的金屬刀片用來將基質(zhì)切開，但使用這種工具，操作時(shí)必須非常小心以免切傷或損害鄰近的纖維。在上述Jackson等的專利的帶子中，各根纖維在實(shí)際上是互相接觸的，刀片的直的切割刃幾乎肯定地會接觸到纖維，要避免損傷纖維是極其困難的。這個(gè)問題由于實(shí)際情況還被復(fù)雜化，因?yàn)榇蠖鄶?shù)這種分裂是在現(xiàn)場進(jìn)行的、是在不理想的條件下進(jìn)行的，安裝工或分切工必須緩慢地進(jìn)行并要極其小心。另外，例如在一條16根纖維的帶子中，帶子被分成4個(gè)模塊，每個(gè)模塊4根纖維，但要辨認(rèn)模塊之間的分離線并沿著該線切開是十分困難的。
在DeFabritis等的美國專利6,134,364號中(該專利被本文參改引用)曾示出一種光纖帶，其中基質(zhì)材料具有某些將在下面詳細(xì)論述的特性，該特性由于增加帶的可剝離性使我們?nèi)菀捉咏w維。由于可剝離性的增加，單根纖維或其組群能被分裂出而可使纖維潛在的操作減少。
光纖網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在越來越接近終端用戶。實(shí)際上，為了最佳的布線及與網(wǎng)絡(luò)下面或最終的階段接口，所需光纖的數(shù)目比起網(wǎng)絡(luò)的主要或軀干部分所用的數(shù)目是相當(dāng)小的。在達(dá)到最終極限時(shí)，一條單獨(dú)的兩根或四根纖維的帶便可滿足終端用戶的所有需要，這取決于所使用的冗余水平。但低纖維支數(shù)的帶會在生產(chǎn)上出現(xiàn)問題，主要是因?yàn)橹圃炱饋聿唤?jīng)濟(jì)，高生產(chǎn)率是與帶內(nèi)的纖維支數(shù)成正比。這個(gè)關(guān)系的造成是由于這樣一個(gè)事實(shí)，即帶子的最大線速(生產(chǎn)時(shí))受到流體動力學(xué)和基質(zhì)硬化速率的限制，這兩者都比較不受帶內(nèi)纖維支數(shù)的影響。另外一個(gè)問題可能發(fā)生在帶的包裝上。一個(gè)卷繞在帶子卷軸上的低纖維支數(shù)的帶能夠呈現(xiàn)不穩(wěn)定性，至少部分由于其寬度小，這種不穩(wěn)定性常會導(dǎo)致纖維在脫離卷軸時(shí)的斷裂。
這樣DeFabritis的安排雖然能優(yōu)良地從帶上分裂出纖維，但還不能完全滿足低纖維支數(shù)光纜的需要。
目前使用的模塊式的帶設(shè)計(jì)不適用于將帶連續(xù)分離成纜所需亞帶的長的長度段(＞km)，因?yàn)楸阌诮咏鼏胃w維而采用的低度膠粘使這種亞帶在分離后在機(jī)械強(qiáng)度上不適宜成纜。所需堅(jiān)固性不能用增加基質(zhì)對上色纖維的膠粘度來達(dá)到，因?yàn)槿绻@樣做，在分離亞帶時(shí)玻璃纖維本身有從其保護(hù)涂層內(nèi)被分離的危險(xiǎn)。
較詳細(xì)地說，在本發(fā)明一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施例中，占有或不占有亞帶之間空間的最外面的基質(zhì)具有低的厚底，低的模數(shù)，低的表面摩擦、較窄的寬度、和低的撕裂強(qiáng)度，但對形成封裝亞帶的內(nèi)部基質(zhì)具有足夠的粘性使它們的分離可依靠撕開包封時(shí)形成的薄條來完成，從而留下一薄層的外部基質(zhì)粘結(jié)在亞帶上。外部基質(zhì)可被設(shè)計(jì)成堅(jiān)韌但容易撕開的包裝材料，能夠使它具有適當(dāng)?shù)偷谋砻婺Σ料禂?shù)如同用在家用廚具上的各種塑料包扎。對外部基質(zhì)的主要要求是它能容易地被撕開以便高速地分離出亞帶，這是敷纜操作的典型情況。這種容易撕開的性能對那些從事材料配制的行家來說可用各種方法來得到。這樣，多條低纖維支數(shù)的亞帶，每一條含有任意數(shù)目的纖維，便可在隨后的敷纜和卷繞操作中高速而連續(xù)地從組合帶結(jié)構(gòu)上分離出來，不會損害亞帶或纖維保護(hù)涂層的機(jī)械完整性。亞帶本身首先在多腔模具內(nèi)成形，移動通過硬化爐，然后通過在線模以串聯(lián)的操作敷設(shè)最外面的基質(zhì)。采用這種設(shè)計(jì)/過程，成帶操作的纖維公里數(shù)/小時(shí)的產(chǎn)出主要取決于在單一道次內(nèi)能被成帶的纖維的最大數(shù)目。
這樣，按照本發(fā)明的原理，較優(yōu)實(shí)施例可具有24條纖維組合帶，其中各具有6根纖維的亞帶被封裝在第一基質(zhì)材料內(nèi)，其特性相似于或相同于那些曾在DeFabritis等的專利中公開的特性。亞帶被邊靠邊地排列，整個(gè)組合件被封裝在第二基質(zhì)材料內(nèi)。第二基質(zhì)材料具有小的厚度、低的模數(shù)和低的撕裂強(qiáng)度但對第一基質(zhì)材料有足夠的粘性，使它們的分離只要撕開亞帶之間或連結(jié)處的狹條便可發(fā)生，不會影響結(jié)實(shí)的亞帶本身。第二基質(zhì)材料的厚度，例如可比第一基質(zhì)材料的厚度小10-30μm，薄到足夠被撕開。成形和分離都可在單一的道次內(nèi)完成。
圖1為本發(fā)明的模塊組合光纖帶的橫剖面的立視圖；圖2為圖1中帶的構(gòu)件的橫剖面的立視圖；圖3為從圖1的帶分裂開以后的圖2構(gòu)件的橫剖面的立視圖；和圖4為圖1中帶結(jié)構(gòu)的內(nèi)部基質(zhì)的一個(gè)例子和外部基質(zhì)的兩個(gè)例子的彈性模數(shù)對溫度的曲線圖。
在圖1的24根纖維的帶11中，亞帶的總厚度約為280到310微米，外部基質(zhì)層的厚度約為10到30微米。應(yīng)該知道對于這樣小的尺寸，以預(yù)見的方式接近或分裂開亞帶是重要的。另外，組合件11對環(huán)境條件的響應(yīng)應(yīng)該是逐漸的并可預(yù)見的。為了達(dá)到這些要求，第一基質(zhì)18、19、21和22及第二基質(zhì)23的材料將在后面揭露。
圖2為具有6根纖維12封裝在第一基質(zhì)18內(nèi)的亞帶13的橫剖面圖。每一根纖維都各具有一個(gè)芯部26、一個(gè)包殼27、第一內(nèi)涂層28和第二外涂層29，6根纖維12被基質(zhì)18保持在一個(gè)共同平面內(nèi)。外涂層29最好在其上涂有可供辨認(rèn)的彩色以資互相區(qū)別。應(yīng)該知道外涂層29可在其內(nèi)含有著色劑，或者內(nèi)涂層和外涂層可結(jié)成一單獨(dú)的涂層含有著色劑或用其他方法上色。當(dāng)基質(zhì)18被除去以便接近單根纖維時(shí)，實(shí)際上有這樣的需要，即上色層不管怎樣構(gòu)造不能被除去或擋住。
UV(紫外線)硬化的基質(zhì)材料18、19、20、21基本上與DeFabritis專利中所公開的相同，并且例如是一個(gè)含有樹脂、稀釋劑和光引發(fā)劑的混合物。樹脂可包括脂肪族或芳香族的丙烯酸氨基甲酸乙酯及/或環(huán)氧的丙烯酸/異丁烯酸酯。稀釋劑可包括單功能或多功能的、分子量為100-1000道爾頓的丙烯酸酯。至于光引發(fā)器，其成分可包括酮類化合物如1-羥基環(huán)已基二苯酮、二乙氧基苯乙酮、苯乙酮、二苯酮、二苯乙醇酮、蒽醌和二苯乙二酮二甲基縮酮。在組成上，該粘結(jié)基質(zhì)可包括50-90％重量的樹脂、5到10％的稀釋劑和1到10％的光引發(fā)劑。含有硅(Si)或氟(F)原子的添加劑可被添加以改善粘結(jié)材料的釋放性能。UV硬化的著色材料(UV油墨)為一與UV粘結(jié)材料相似的混合物，其中添加有顏料以便得到所需的顏色。
基質(zhì)粘結(jié)材料的另一個(gè)重要性能為與溫度有關(guān)的模數(shù)。理想上，在操作所期望的溫度范圍內(nèi)，一般為-40°F到180°F，模數(shù)不應(yīng)有相當(dāng)大的改變。當(dāng)纖維具有雙重涂層16和17時(shí)，內(nèi)層16在室溫時(shí)一般具有約為1MPa的模數(shù)，而外層在室溫時(shí)具有約為1GPa的模數(shù)?；|(zhì)材料18為一UV硬化的粘結(jié)材料，其模數(shù)在室溫時(shí)大于1MPa，最好在400-1200MPa的范圍內(nèi)。當(dāng)內(nèi)層16具有模數(shù)較低的材料時(shí)，可用模數(shù)的較高值，從而可保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度，而可被引用到纖維著色劑之內(nèi)或之外或封裝材料內(nèi)的釋放劑可保證纖維和著色劑之間的界面容易分離，因此當(dāng)基質(zhì)被除去時(shí)，著色劑可與纖維留在一起。
材料18(和19、21、22)的這些和其他一些特性在DeFabritis等的專利中被列出如下(a)在室溫時(shí)的彈性模數(shù)為400-1200MPa。
(b)在100℃時(shí)的彈性模數(shù)為100-280MPa。
(c)在溫度大于170℃時(shí)的彈性模數(shù)為15-45MPa。
(d)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度大于100℃。
(e)基質(zhì)在酒精內(nèi)膨脹成為膨脹平臺，在體積上至少增大15％。
(f)基質(zhì)在大于1分鐘但小于20分鐘的時(shí)間內(nèi)到達(dá)該百分比的膨脹平臺。
(g)基質(zhì)在商業(yè)上供售的清潔溶液內(nèi)浸泡24小時(shí)后膨脹的體積增大小于5％。
(h)基質(zhì)的表面張力為20-35MJ/m2。
(i)顏色編碼油墨的表面張力為25-30MJ2/m2。
(j)UV著色纖維表面的剩余的丙烯酸酯的不飽和程度為2-17％(未被作用的油墨數(shù)量)，(k)基質(zhì)18的外表面的剩余的丙烯酸酯的不飽和程度為2-17％(未被作用的基質(zhì)18的數(shù)量)。
這樣，可以看到按照DeFabritis專利的指導(dǎo)，每一個(gè)亞帶13、14、16和17都可以是結(jié)實(shí)而獨(dú)立的帶。雖然所示亞帶各含有6根排列的纖維，但應(yīng)知道纖維數(shù)可以較少或較多，這取決于每一亞帶所需的容量。
如上所述，本發(fā)明還包括第二個(gè)或外部的基質(zhì)23，因此能造成如圖1所示的帶，該帶連同其他特性，當(dāng)卷繞在卷取纜筒或裝船(運(yùn)輸)纜筒上時(shí)是一個(gè)結(jié)實(shí)穩(wěn)定的包裝。為了使亞帶容易接近而分裂出獨(dú)立的帶，第二個(gè)或外部的基質(zhì)具有低的模數(shù)、低的撕裂強(qiáng)度，和比基質(zhì)18薄的厚度，但具有足夠的粘性可膠粘到內(nèi)部基質(zhì)18、19、21和22上，形成一個(gè)結(jié)實(shí)穩(wěn)定的帶，而要分裂出所需的亞帶時(shí)只要沿著亞帶間的分離線簡單地撕裂外部基質(zhì)23即可。在較優(yōu)的實(shí)施例中，一薄層的基質(zhì)23將膠粘地留在相應(yīng)的基質(zhì)18、19、21或22上如圖3所示。外部基質(zhì)23的材料特性如下(a)在室溫時(shí)的彈性模數(shù)為1-400MPa。
(b)在100℃時(shí)的彈性模數(shù)為1-100MPa。
(c)在溫度大于170℃時(shí)的彈性模數(shù)為1-20MPa。
(d)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為50-100℃。
(e)基質(zhì)在酒精內(nèi)膨脹成為膨脹平臺，在體積上至少增大15％。
(f)基質(zhì)在大于1分鐘但小于20分鐘的時(shí)間內(nèi)到達(dá)該百分比的膨脹平臺。
(g)基質(zhì)在商業(yè)上供售的清潔溶液內(nèi)浸泡24小時(shí)后膨脹的體積增大小于5％。
(h)基質(zhì)的表面張力為20-35mJ/m2。
圖4為一批外部基質(zhì)23材料的彈性模數(shù)對以攝氏度計(jì)的溫度的關(guān)系曲線圖，該材料包括兩種商業(yè)供售材料的混合物，50％的3287-9-109和50％的基質(zhì)18，兩者均由DSM Desotech公司供應(yīng)而由本發(fā)明人組合使具有上述特性。
由上可見，本發(fā)明的光纖帶設(shè)計(jì)可擺脫對每一帶纖維生產(chǎn)率的直接依賴而可給卷取纜筒提供一個(gè)結(jié)實(shí)穩(wěn)定的包裝。這樣低纖維支數(shù)帶可達(dá)到與高纖維支數(shù)帶相等的生產(chǎn)率。另外，單個(gè)的亞帶可從帶上分裂開，不會損害纖維，只要沿著分裂線撕開外部基質(zhì)即可。即使使用工具來分離外部基質(zhì)也不會損害纖維，因?yàn)槔w維被封裝在保護(hù)的內(nèi)部基質(zhì)內(nèi)。還可以做到在彈性模數(shù)上具有較少的差異而用激光來分離。但模數(shù)仍以有較大差別為宜。
應(yīng)該知道本發(fā)明的各種特點(diǎn)都可引用到其他纖維的成纜上，并且本行業(yè)的工作者也會進(jìn)行其他的修改或適配。但所有這些變化和修改應(yīng)包括在本發(fā)明內(nèi)，因?yàn)樗鼈兌际窃谝郧傲谐龅暮蜋?quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖帶，具有多根基本上平行而在縱向上延伸的光纖形成一個(gè)基本上為平面的橫向排列；第一種紫外線硬化的基質(zhì)粘結(jié)材料填充相鄰纖維之間的間隙并包圍所說纖維以便將所說陣列粘結(jié)成帶狀，所說第一基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)的最小值為400MPa；及第二種外部的紫外線硬化的基質(zhì)粘結(jié)材料疊置在所說第一基質(zhì)材料之上，所說第二基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)小于所說第一基質(zhì)材料的最小值而具有一個(gè)最小值為1MPa，從而該陣列高速分離成單個(gè)亞單元，該亞單元能在制造帶狀纖維光纜時(shí)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖帶，其特征在于，所說第一基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)是在400-1200MPa的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光纖帶，其特征在于，所說第二基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)是在1-400MPa的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光纖帶，其特征在于，所說第一基質(zhì)材料在100℃時(shí)的彈性模數(shù)為100-280MPa，而所說第二基質(zhì)材料在100℃時(shí)的彈性模數(shù)為1-100MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光纖帶，其特征在于，所說第一基質(zhì)材料在溫度大于170℃時(shí)的彈性模數(shù)為15-45MPa，而所說第二基質(zhì)材料在溫度大于170℃時(shí)的彈性模數(shù)為1-20MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖帶，其特征在于，所說第一基質(zhì)粘結(jié)材料具有第一厚度，而所說第二基質(zhì)粘結(jié)材料具有比所說第一厚度小的第二厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的光纖帶，其特征在于，所說第二厚度為10-30微米(μ)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖帶，其特征在于，所說第一基質(zhì)粘結(jié)材料具有的表面張力約為20-35mJ/m2，而所說第二基質(zhì)粘結(jié)材料具有的表面張力也約為20-35mJ/m2。
9.一種模塊光纖帶結(jié)構(gòu)，具有至少兩條光纖亞帶以基本上平行的關(guān)系對齊，每一所說亞帶都具有一根或多根光纖排列在亞帶內(nèi)；每一所說纖維具有至少一層涂敷材料；第一紫外線硬化基質(zhì)粘結(jié)材料填充相鄰纖維之間的間隙并將所有纖維封裝在所說亞帶內(nèi)；所說基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)約為400-1200MPa；及第二紫外線硬化基質(zhì)粘結(jié)材料將所說亞帶封裝并填充其間的間隙，所說第二基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)約為5-200MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的模塊光纖帶結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說第二基質(zhì)粘結(jié)材料在100℃時(shí)約為1-100MPa，而在溫度大于170℃時(shí)為1-20MPa。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的模塊光纖帶結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說第一基質(zhì)粘結(jié)材料在100℃時(shí)約為100-280MPa，而在溫度大于170℃時(shí)為15-45MPa。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的模塊光纖帶結(jié)構(gòu)，其特征在于，每一條所說亞帶都具有多根光纖維排列成平面的陣列。
13.一種可在單一生產(chǎn)道次內(nèi)形成的模塊光纖帶結(jié)構(gòu)，具有至少兩條光纖亞帶以基本上平行的關(guān)系對齊，每一所說亞帶都具有一根或多根光纖排列在亞帶內(nèi)；每一所說纖維都具有至少一層涂敷材料；第一紫外線硬化基質(zhì)粘結(jié)材料填充相鄰纖維之間的間隙并將所有纖維封裝在亞帶內(nèi)，所說基質(zhì)材料的彈性模數(shù)在室溫時(shí)約為400-1200MPa；及第二紫外線硬化基質(zhì)粘結(jié)材料將所說亞帶封裝，所說第二基質(zhì)材料在室溫時(shí)的彈性模數(shù)比所說第一基質(zhì)材料低到足夠程度以致在單一道次內(nèi)能夠?qū)⑺f亞帶從所說帶結(jié)構(gòu)中分裂出來。
全文摘要
一種組合模塊光纖帶結(jié)構(gòu)具有一條或多條分開的亞帶，每一條亞帶都被封裝在第一基質(zhì)內(nèi)，第一基質(zhì)在室溫時(shí)具有較高的彈性模數(shù)。這些亞帶被裝配成平面陣列，然后被封裝在第二基質(zhì)內(nèi)，第二基質(zhì)在室溫時(shí)具有較低的彈性模數(shù)。
文檔編號G02B6/44GK1393705SQ0212177
公開日2003年1月29日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)明者威迪亞納達(dá)·B·錢德拉艾, 肯尼思·W·杰克遜, 卡里奧菲里斯·康斯塔迪尼迪斯, 理查德·D·斯莫爾 申請人:菲特爾美國公司