專利名稱：限燃光導纖維的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及夾層(plenum)電纜，更具體地說，本發(fā)明涉及限燃纖維光纜。
背景技術：
歷史上，安全專家們曾經(jīng)關心過安裝在管道夾層、天花板空穴(ceilingcavity)夾層和活地板夾層中的電纜。典型地，整幢建筑物中的空氣通過夾層循環(huán)。因而，在這種夾層中使用的全部材料的火焰和煙塵特性是至關緊要的。
測定電纜性能的一個例子是基于由保險商實驗室(UnderwriterLaboratories)建立的通常稱為斯坦納隧道試驗(Steiner Tunnel test)并參考作為NFPA 262的方法。
然而，應迅速發(fā)展的遠程通信需求，在建筑物內(nèi)空氣流動的空間中已大量積累電纜的敷設。結(jié)果，保險商實驗室(UL)已開發(fā)了一種用于電纜產(chǎn)品的協(xié)定主體大綱2424(Outline of Understanding subject 2424)，該電纜產(chǎn)品符合根據(jù)NFPA 90A(2002年版)的用于天花板空穴及活地板夾層的限燃(Limited Combustible)材料的表面燃燒及放熱要求。這種電纜也符合國家電氣規(guī)程(National Electrical Code)第725、760、770、800、820及830條的規(guī)定。
用于空氣調(diào)節(jié)及通風系統(tǒng)裝置(Installation of Air Conditioning andVentilating Systems)的1999年標準(1999 Standard)(NFPA 90A)要求，所有曝露于流動空氣的材料，當按照NFPA 255測試時，應當不可燃或者具有最大冒煙指數(shù)(smoke developed index)為50的限燃的，NFPA 255為建筑材料表面燃燒特性的標準測試方法(Standard Method of Test of SurfaceBurning Characteristics of Building Materials)。
該要求的一個例外情況是容許電線和電纜安裝在這些空間中，如果該電線和電纜當按照NFPA 262測試時滿足特定的火焰?zhèn)鞑ゼ盁焿m光密度限制，NFPA 262為用于空氣調(diào)節(jié)空間的電線和電纜火焰?zhèn)鞑ゼ盁焿m的標準測試萬法(Standard Method of Test for Flame Travel and Smoke of Wires andCables for Use in Air-Handling Spaces)。該例外特性包括展焰性最大為5英尺、峰值光密度極限為0.5以及平均光密度極限為0.15的要求，然而，用于自動消防系統(tǒng)裝置(Installation of Sprinkler System)的獨立標準NFPA 13-02要求，當它們不可燃或者限燃時，可使用夾層區(qū)域而無需灑水器保護。該標準要求，隱蔽空間如包含暴露的可燃物的夾層應使用具有特定灑水器配置的低火險自動消防系統(tǒng)保護。
因此，為滿足更加嚴厲的耐火性要求和避免額外的灑水器安裝，需要有符合或者超過如上所述NFPA 255/NFPA 259要求的限燃纖維光纜。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了一種限燃纖維光纜，該限燃纖維光纜包括在松套管(loose tube)排列中的多根光導纖維，其中一根或多根松套管通過有低煙、阻燃熱塑性塑料制成的外涂層限定。然后，這些管以由熱塑性材料制成的總管鞘覆蓋。將也由低煙阻燃熱塑性塑料制成的外層套配置于該管鞘上。外層套和管鞘之間的空隙用呈現(xiàn)低煙阻燃特性的加強材料填滿。
按照本發(fā)明的一個實施方案，管材料和外層套材料由阻燃、含氟聚合物絕緣組合物制成，該組合物包括含氟聚合物基聚合物和納米粘土(nonoclay)添加劑。所述含氟聚合物基聚合物選自聚四氟乙烯(PTFE)碳氟化合物、氟化乙烯/丙烯(FEP)碳氟化合物、全氟烷氧基(PFA)碳氟化合物、乙烯四氟乙烯(ETFE)含氟聚合物、聚偏二乙烯(PVDF)含氟聚合物、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)含氟聚合物以及氟-氯化均聚物、共聚物和三元共聚物。所述納米粘土添加劑選自合成硅酸鹽蒙脫土、天然層狀硅酸鹽蒙脫土以及層狀鋁硅酸鹽(alumnasilicate)。按照本發(fā)明的一個實施方案，所述加強材料由芳族聚酰胺材料制成。用作加強材料的示例性材料是Kevlar或者Twaron。
按照本發(fā)明的其他實施方案，其他加強材料包括陶瓷和耐火纖維例如氧化鋁、具有優(yōu)選蘇打含量的玻璃纖維如S-玻璃纖維，以及基于有機碳的纖維，或者用不同材料制成的強力件(strength member)纖維的組合制造的纖維。
按照上述材料制造的光纖電纜作為限燃電纜通過了NFPA 255和NFPA259要求。


圖1A為本發(fā)明一個實施方案的光纖電纜橫截面。
圖1B為本發(fā)明另一實施方案的光纖電纜橫截面。
圖2為本發(fā)明一個實施方案的光纖電纜側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1A闡明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的光纖電纜10的橫截面。如圖所示，多根光導纖維12置于管14內(nèi)。加強件16包圍所述管子，以提供保護，防止偶然的縱向形變。外層套18包圍整個電纜組件。
按照本發(fā)明的一個實施方案，纖維12是突變折射率單模光纖或者漸變折射率(graded index)多模光纖，其具有保護性UV固化的丙烯酸酯涂層。纖維的涂層直徑約為245+/-10μm。
松套管14包括緩沖套材料，該材料呈現(xiàn)低煙、阻燃特性。管緩沖套的外徑約為3mm，并基于不同的纖維特性進行彩色編碼。通常，管緩沖套涂以紫外線UV固化的著色劑。
按照本發(fā)明的一個實施方案，管緩沖套由根據(jù)美國專利6,797,760的無滴阻燃含氟彈性體絕緣組合物制成，該專利在此引入作為參考。用于這種管緩沖套的示例性組合物可從AlphaGary Corporation，MA(USA)得到，其商標名稱為Smokeguard FP108。更具體地說，該管緩沖套包括含氟聚合物基聚合物和納米粘土添加劑，其中該組合物的限氧指數(shù)在45.5％至62％范圍內(nèi)。
此外，所述含氟聚合物基聚合物選自聚四氟乙烯(PTFE)碳氟化合物、氟化乙烯/丙烯(FEP)碳氟化合物、全氟烷氧基(PFA)碳氟化合物、乙烯四氟乙烯(ETFE)含氟聚合物、聚偏二乙烯(PVDF)含氟聚合物、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)含氟聚合物以及氟-氯化均聚物、共聚物和三元共聚物。
除了上述那些材料之外，按照本發(fā)明的一個實施方案，所述管緩沖套還包括烯烴聚合物，該聚合物選自極低密度聚乙烯(VLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)以及乙丙橡膠(EPR)。
按照本發(fā)明的另一實施方案，所述烯烴聚合物選自基于乙烯的均聚物、共聚物及三元共聚物。
按照本發(fā)明的又一實施方案，所述烯烴聚合物中的至少一種是交聯(lián)的，例如使用有機過氧化物交聯(lián)的。
按照本發(fā)明的再一實施方案，所述緩沖套材料還包括乙酸酯樹脂和丙烯酸酯樹脂中的一種，該乙酸酯樹脂和丙烯酸酯樹脂選自由乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)及乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)。
根據(jù)本發(fā)明其他實施方案的組合物包括聚氯乙烯樹脂和烯烴聚合物；以及醋酸酯樹脂和丙烯酸酯樹脂中的一種。
最后，所述納米粘土添加劑選自合成硅酸鹽蒙脫土、天然層狀硅酸鹽蒙脫土及層狀鋁硅酸鹽。按照本發(fā)明的一個實施方案，所述納米粘土添加劑的單個小片直徑約為1μm，并經(jīng)化學改性以提高疏水性。
所述組合物還可包括填料，該填料選自金屬水合物(hydrate)、氧化物、碳酸鹽、滑石、粘土、鉬酸鹽、硼酸鹽、錫酸鹽、炭黑、硅酸鹽及磷酸鹽。還可包括其他添加劑如選自抗氧化劑、顏料及潤滑劑的物質(zhì)。
按照本發(fā)明的另一實施方案，所述管緩沖套由如美國專利6,743,865中公開的熱塑性非彈性體的多相聚合物共混物制成，該專利在此引入作為參考。這種材料可得自Atofina Chemicals，Inc.。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施方案的管緩沖套組合物，包括基于偏二氟乙烯的共聚物和至少一種其他聚合物，該其他聚合物選自聚偏二氟乙烯均聚物以及基于偏二氟乙烯的共聚物。此外，該材料可包括基于多相的(heterogeneous)偏二氟乙烯的共聚物。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的加強件16由芳族聚酰胺材料制成。用作加強材料的示例性材料是芳族聚酰胺纖維，它可按商品名Kevlar或者Twaron得到。應注意到，雖然使用芳族聚酰胺纖維不指望通過耐燃性試驗，但按照本發(fā)明的原理，使用芳族聚酰胺纖維已顯著地導致光纖電纜結(jié)構，該光纖電纜結(jié)構通過NFPA 255限定的、煙指數(shù)小于50的限燃性要求。
根據(jù)本發(fā)明的其他實施方案的其他加強材料包括陶瓷纖維，如對于超過2000℃的溫度穩(wěn)定的氧化鋁。此外，使用這種材料導致按照NFPA 255的測試要求煙指數(shù)小于50的光纖電纜。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的其他加強材料還包括蘇打含量適宜的玻璃纖維，例如在S-玻璃中所發(fā)現(xiàn)的那些。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的其他加強材料包括基于有機碳的纖維和石英纖維。
按照本發(fā)明的另一實施方案，加強材料是上述各種材料的組合物。例如，制備由芳族聚酰胺和氧化鋁Saffil制成的組合物，以用作加強材料。同樣，制備由氧化鋁Saffil和碳纖維制成的組合物用于相同的目的。作為選擇，制備由氧化鋁Saffil和S-玻璃纖維組成的組合物。
外套層18也由與對于上述緩沖管套14同樣的材料制成。
光纖電纜10按照本領域熟練技術人員公知的擠塑技術來制造。按照本發(fā)明的一個實施方案，纖維的工作溫度在-20℃至+70℃的范圍內(nèi)。所述光纖電纜包括在裝配過程中最小半徑約為9.9cm，和之后約為6.6cm。也可制造其以遵照各種TIA/EIA要求如FOTP-41、FOTP-25、FOTP-104和TIA/EIA568.B.3。
而且，盡管上述實施方案主要涉及松套管光導纖維排列，但本發(fā)明不局限于此范圍。例如，也可采用本領域熟練技術人員公知的并根據(jù)本發(fā)明另一實施方案如圖1B中所示的緊密緩沖纖維。因此，采用緊密緩沖纖維30代替圖1A中的松套管纖維。
實施例表1說明了基于在擬取得限燃資格的各種光纖電纜上進行的UL測試的測試結(jié)果。



表I如表中所示，在NFPA 255要求下測試少數(shù)樣品的光導纖維10。因此，第一樣品C-1是以Smokeguard FP108松套管和總電纜套制造的松套管排列，該電纜中使用E-型玻璃強力件。該樣品未通過NFPA255試驗。
應注意到，作為其測試方法之一的NFPA 255要求光導纖維的煙指數(shù)在裂縫和無縫排列兩者下測量。因此，在無縫排列中的樣品A、B和D通過NFPA 255試驗，而當該電纜有縫時，它們未通過該試驗，如表1中所示，。因此，電纜A雖是電纜C-1的復制，但是光導纖維數(shù)從6減到2。電纜B有6個OF單元，松散管和套由Smokeguard FP108制成，而所述加強件為12×3010玻璃纖維。電纜D與電纜B相同，但具有12×785玻璃加強件。
如所示的樣品，A2、B2和C在有縫和無縫排列兩者下都通過NFPA 255試驗，如表1中所示。電纜A2為緊密緩沖構造，具有圍繞3×1500旦尼爾聚芳基酰胺纖維排列的6×900μm光導纖維單元。9×1500旦尼爾聚芳基酰胺纖維圍繞6×光導纖維單元排列?？侳P108套圍繞這些組分，以形成外套。B2為制成與A2相同結(jié)構零件的緊密緩沖，但僅有2×900μm光導纖維單元。電纜C為松散管結(jié)構，具有外徑為0.12英寸、壁厚為0.020英寸、內(nèi)徑為0.080英寸的內(nèi)套。所述內(nèi)套包括6×250μm光導纖維單元，且它本身被12×1500旦尼爾芳族聚酰胺單元圍繞。這種結(jié)構的外套，其外徑為0.225英寸，壁厚為0.022英寸。對每個電纜A2/B2/C，內(nèi)套和外套均用FP108制成。
因此，依照本發(fā)明的各個方面，已提供了符合NFPA 255要求的限燃光纖電纜。這些纖維能夠提供充分改進的防火安全特性，且可用于夾層區(qū)域，而無需自動消防系統(tǒng)。
權利要求
1.一種限燃光導纖維，包括在松套管排列中的多根光導纖維；由阻燃材料制成的緩沖管套；圍繞所述緩沖管套的加強件，該加強件由芳族聚酰胺纖維制成；以及圍繞所述加強件的外層套，其中所述緩沖管套和所述外層套由包括含氟聚合物基聚合物和納米粘土添加劑的組合物形成。
2.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件由TwaronTM制成。
3.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件由陶瓷纖維制成。
4.權利要求3所述的光導纖維，其中所述陶瓷件由氧化鋁纖維SaffilTM制成。
5.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件由S-玻璃纖維制成。
6.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件由有機基纖維制成。
7.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件是由氧化鋁Saffil和芳香族聚酰胺制成的組合物。
8.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件是由氧化鋁saffil和碳纖維制成的組合物。
9.權利要求1所述的光導纖維，其中所述加強件是由氧化鋁Saffil和S-玻璃纖維制成的組合物。
10.一種限燃光導纖維，包括在松套管排列中的多根光導纖維；由阻燃材料制成的緩沖管套；圍繞所述緩沖管套的加強件，該加強件由芳族聚酰胺纖維制成；以及圍繞所述加強件的外層套，其中所述緩沖管套和所述外層套由包括含氟聚合物基聚合物和納米粘土添加劑的組合物形成，這樣使得所述限燃纖維通過NFPA 255/NFPA 259測試要求。
11.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件由KEVLARTM和TwaronTM制成。
12.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件由陶瓷纖維制成。
13.權利要求12所述的光導纖維，其中所述陶瓷件由氧化鋁SaffilTM制成。
14.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件由S-玻璃纖維制成。
15.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件由有機基纖維制成。
16.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件是由氧化鋁Saffil和芳香族聚酰胺制成的組合物。
17.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件是由氧化鋁Saffil和碳纖維制成的組合物。
18.權利要求10所述的光導纖維，其中所述加強件是由氧化鋁Saffil和S-玻璃纖維制成組合物。
19.一種限燃光導纖維，包括在緊密緩沖排列中的多根光導纖維，該緊密緩沖排列涂有阻燃材料；圍繞所述緊密緩沖的加強件，該加強件由芳族聚酰胺纖維制成；以及圍繞所述加強件的外層套，其中所述用于緊密緩沖排列的涂層及所述外層套由包括熱塑性的、非彈性體的多相聚合物共混物的組合物形成，所述共混物包括基于偏二氟乙烯的共聚物和選自聚偏二氟乙烯均聚物和基于偏二氟乙烯的共聚物的至少一種其他聚合物，這樣使得所述限燃纖維通過NFPA 255/NFPA 259的測試要求。
20.權利要求19所述的光導纖維，其中所述加強件由KEVLARTM和TwaronTM制成。
21.權利要求19所述的光導纖維，其中所述加強件用陶瓷纖維制成。
22.權利要求21所述的光導纖維，其中所述陶瓷件由氧化鋁，SaffilTM制成。
23.權利要求19所述的光導纖維，其中所述加強件由S-玻璃纖維制成。
24.權利要求19所述的光導纖維，其中所述加強件由有機基纖維制成。
全文摘要
一種限燃光導纖維包括在松套管或緊密緩沖排列中的多根光導纖維。例如，緩沖管套用阻燃材料制成。由芳族聚酰胺纖維制成的加強件圍繞該緩沖管套。外層套圍繞該加強件，其中該緩沖管套和外層套由包括含氟聚合物基聚合物和納米粘土添加劑的組合物制成，這樣使得該限燃纖維通過NFPA 255/NFPA 259的測試要求。
文檔編號G02B6/44GK1975488SQ200610074679
公開日2007年6月6日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者杰克·羅斯科, 勞倫斯·萊奇 申請人:尼克桑斯公司