一種光纜的生產(chǎn)方法和裝置及其生產(chǎn)的光纜的制作方法

專利名稱：一種光纜的生產(chǎn)方法和裝置及其生產(chǎn)的光纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纜的生產(chǎn)方法，特別是包含未束縛地放置著光纖的光纜的生產(chǎn)方法，以及如此生產(chǎn)的光纜。
更具體地說，本發(fā)明的一個方面涉及控制光纖在適于包含光纖的細(xì)長套管中數(shù)量的方法，特別在管狀部件中，通常它由塑料制成。
本發(fā)明的另一些方面涉及光學(xué)部件，它由管狀部件構(gòu)成，管狀部件包含一根或多根長度受控的光纖；還涉及方法，用于生產(chǎn)此光學(xué)部件；以及纜索，包括此光學(xué)部件。
目前的光纖生產(chǎn)方法在于將一根或多根光纖未束縛地插入塑料管中，以形成所謂的纜索的“光芯”。此部件也稱為“松散管”或“緩沖管”，然后它可以不同結(jié)構(gòu)，單管或若干管的組合，用于生產(chǎn)光纜。這些管可或包含單根光纖，或包含光纖的組合，它們組合成一束或若干束，或一根帶或若干根帶。通常，管也包含填充劑，如潤滑酯，用以防止水偶然滲入管中，并沿內(nèi)側(cè)縱向地傳布。
纖維(單根、束或帶)在管中的長度可等于、長于或短于管的長度。為說明目的，纖維與管之間的長度差別便于稱為“過量纖維”。具體講，當(dāng)纖維長于包含它的管時，將應(yīng)用名詞“正過量纖維”。相反，當(dāng)纖維短于包含它的管時，將應(yīng)用名詞“負(fù)過量纖維”。最后，名詞“零過量纖維”將用于表示纖維的長度基本與包含它的管的長度相同。
通常，纖維在管中的長度差別得以使纜索結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生由于例如熱變化或機(jī)械處理引起的拉伸或收縮，而避免纜索長度的變化影響纖維。事實(shí)上，與聚合物不同，形成光纖的玻璃質(zhì)材料對使用期間纜索受到的溫度變化不十分敏感，但如果機(jī)械拉伸的話，它可能出現(xiàn)問題。因此，纖維在管中的長度通常應(yīng)使管得以接受與其所受的應(yīng)力(機(jī)械或熱的)相關(guān)聯(lián)的長度變化，而不會對纖維施加不符要求的機(jī)械拉伸或其它引起衰減的現(xiàn)象。例如，正過量纖維適合于高溫環(huán)境或高架纜索的光纖應(yīng)用(由于自身重量而受到拉伸)，用以抵消纜索的結(jié)構(gòu)拉伸，以便使纖維得以接受這一拉伸，而不會遭受不符要求的拉伸。這確保纖維能接受拉伸而不會不符要求地將其自身拉伸。另一方面，對于光纜的低溫環(huán)境應(yīng)用，此種纜索的結(jié)構(gòu)收縮趨于增加過量纖維值。這時，如果應(yīng)用了正過量纖維，則值的額外增加可能引起纖維在管中的過度彎曲，具有引起信號衰減的風(fēng)險。在這些情況，應(yīng)用負(fù)過量纖維是適當(dāng)?shù)摹?br> 通常在未束縛光芯的生產(chǎn)中，塑性材料在高溫下圍繞纖維受擠壓以形成管，一旦管冷卻，就纏繞在特定卷線筒上。
制造未束縛纜索和控制過量纖維的一種方法描述于Oestreich等的美國專利4414165中。此專利描述了一種成形光學(xué)傳輸部件的方法和設(shè)備，光學(xué)傳輸部件具有位于包含填充材料的管狀套筒中的未束縛光纖。
另一生產(chǎn)未束縛纜索和相對包含纖維的管長度以控制纖維長度的方法描述于Schneider等的美國專利5372757中。特別是，如在此專利中描述的，牽引力在高溫下作用于塑料管和光纖上。然后在保持牽引力的同時，冷卻管。但是，申請人已觀察到，隨著管的生產(chǎn)與其后應(yīng)用，如應(yīng)用此管制造光纜，之間的時間的推移，不符要求和不可預(yù)見的縱向收縮可能發(fā)生，從而可能產(chǎn)生管長度與纖維長度之間比例的不可控改變。
因此，如申請人觀察到的，過量纖維變化必須在以下兩個階段中均加以控制，即在擠壓流水線上的過量纖維控制階段期間和從管的生產(chǎn)，管通常在生產(chǎn)過程的終點(diǎn)纏繞在卷線筒上，至其隨后應(yīng)用于制造纜索的時期期間。通常，貯存時間(即在此時間內(nèi)，管在用于制造纜索前被纏繞在卷線筒上)從幾小時變化至約一個星期。
特別，申請人已發(fā)現(xiàn)，一旦按已知技術(shù)制造的光芯收集在卷線筒上，形成管的塑性材料趨于附加的調(diào)整，特別是收縮。此調(diào)整通常不能預(yù)見；但是，它一般引起附加的管收縮，導(dǎo)致設(shè)定的過量纖維值的不可控改變一通常是增加。
申請人觀察到在某些情況，收縮的大小可與生產(chǎn)中設(shè)定的過量纖維值相比較，結(jié)果，顯著地改變最終過量纖維值，并在管于制造光纜的后繼應(yīng)用中產(chǎn)生問題。
特別是，申請人已觀察到，在高的生產(chǎn)速度下，管通常隨機(jī)交叉盤旋地纏繞在卷線筒上。這種無序的管纏繞產(chǎn)生隨機(jī)分布在收集于卷線筒上的管束的間隙。管在這些間隙附近比較容易滯留，從而收縮，而在另外一些區(qū)域不易產(chǎn)生滯留。這引起纏繞在不同卷線筒上的管有不同的、不可控的收縮，也引起纏繞在同一卷線筒上的同一管沿不同長度有不同的、不可控的收縮。
限定問題后，申請人已找到消除，或至少將包含光纖的塑料管在貯存期間的這些長度變化降至最小的解決方法，這方法是將形成包含光纖的管的材料拉伸一個預(yù)定的量。
因此，本發(fā)明的一個方面涉及一種方法，用于生產(chǎn)在其中容納一根或多根光纖的聚合材料管，該方法包括下述步驟將至少一根光纖沿一條路徑進(jìn)給至擠壓機(jī)；圍繞所述光纖擠壓聚合材料，以形成管；將管冷卻至最終的預(yù)定溫度；在冷卻期間進(jìn)行以下步驟將第一牽引力施加至在所述擠壓流水線的第一區(qū)間的，包含所述光纖的管上；將第二牽引力施加至在所述擠壓流水線的第二區(qū)間的所述管上，這時，在所述纖維與所述管之間基本不存在重合，因?yàn)樗龅诙恳Υ笥谒龅谝粻恳?；將第三牽引力施加至所述擠壓流水線的第三區(qū)間的所述管上，所述第三牽引力小于所述第二牽引力；所述第二牽引力將把管在擠壓后立即貯存一星期或更長時間后的縱向收縮至少比未受拉伸的相同管降低20％。
較受推薦的是，此第二牽引力是在這樣的管溫度下施加，此時，聚合材料的彈性模量約為2000Mpa，較受推薦的是在約100Mpa與約2000Mpa之間，或，更受推薦的是在約300Mpa與約1500Mpa之間。
較受推薦的是，所述最終溫度低于約40℃，更受推薦的是約20℃。
管的溫度變化在施加第二牽引力的期間是受到限制的。
較受推薦的是，在承受牽引力的管長度段中的溫度變化比管沿擠壓流水線經(jīng)受的總溫差小約10％；較受推薦的是，在承受所述第二牽引力的管長度段中的溫度變化低于約20℃，更受推薦的是，低于約10℃。
根據(jù)一個較優(yōu)實(shí)施例，所述第二牽引力預(yù)定成，當(dāng)管的聚合材料是聚丁烯對酞酸鹽polybutyleneterephthalate(PBT)時，誘發(fā)的拉伸為約1％或更多。
本發(fā)明的第二方面涉及一種聚合物管，它通過擠壓制成，并包括一根或多根部署在所述管內(nèi)側(cè)的光纖，其特征在于，生產(chǎn)期間，所述管承受拉伸，從而其縱向收縮在擠壓后立即貯存一星期或更長時間后要比未拉伸的管少20％或更多。
較受推薦的是，所述管由聚丁烯對酞酸鹽(PBT)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)聚合材料制成。
較受推薦的是，這樣的拉伸對PBT聚合材料管約為1％或更多。
在又一方面，本發(fā)明涉及一種設(shè)備，用于生產(chǎn)包含一根或多根光纖的管，包括擠壓機(jī)，適于生產(chǎn)包含一根或多根光纖的塑性材料管；一個或多個冷卻池；拉伸裝置，適用對所述管的一個長度段施加牽引，此時在所述管長度段上的溫度變化比管從擠壓機(jī)至周圍溫度的總溫度差低10％。
特別是，此拉伸裝置驅(qū)動部件和制動部件，制動部件位于擠壓機(jī)與所述驅(qū)動部件之間。
所述驅(qū)動部件可包括驅(qū)動輪或一對驅(qū)動導(dǎo)軌。制動部件又可包括第二驅(qū)動輪或一對驅(qū)動導(dǎo)軌，其中管的進(jìn)給的速度低于管在驅(qū)動部件的速度?？商娑氖牵@樣的制動部件可或是一個惰輪，管圍繞它纏繞一個整圈，且制動力作用于其上；或是一個可吹氣套筒，它具有一個基本為圓形的中心孔，管在孔中滑移。
較受推薦的是，所述拉伸裝置包括第一驅(qū)動輪，它設(shè)定在第一轉(zhuǎn)速上；以及第二輪，它設(shè)定在較第一驅(qū)動輪慢的轉(zhuǎn)速上。
可替代的是，所述拉伸裝置包括第一驅(qū)動裝置，適于在第一速度下拉伸所述管；第二驅(qū)動部件，它設(shè)定在基本等于所述第一驅(qū)動裝置速度的速度；第三部件，位于所述兩件驅(qū)動部件之間，適于在兩件驅(qū)動部件之間的管的長度段上施加這樣的力，該力直接垂直于所述管的進(jìn)給方向。
可替而代之的是，拉伸裝置包括驅(qū)動部件；制動部件，包括兩組滾輥，管進(jìn)給于它們之間；這兩組滾輥交錯地布置在相對中心管軸線的相對端部上，以使上組的下表面切線與下組的上表面切線之間的距離比管的直徑小一定值，以便產(chǎn)生管的預(yù)定拉伸。
本發(fā)明將通過以下詳細(xì)說明，并結(jié)合附圖，加以更好的解釋，其中

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的擠壓流水線的示意性實(shí)例；圖2表示擠壓流水線的示意性實(shí)例，其中安裝有根據(jù)本發(fā)明提出的設(shè)備的第一實(shí)例；圖3表示擠壓流水線的示意性實(shí)例，其中安裝有根據(jù)本發(fā)明提出的設(shè)備的第二實(shí)例；圖4表示擠壓流水線的示意性實(shí)例，其中安裝有根據(jù)本發(fā)明提出的設(shè)備的第三實(shí)例；圖5表示根據(jù)本發(fā)明提出的設(shè)備的一個示意性實(shí)例；圖6示意地展示了驅(qū)動部件的第一實(shí)例，它適于在前述設(shè)備中的管上施加預(yù)定的速度，以便獲得符合要求的管的拉伸；
圖7示意地展示了驅(qū)動部件的第一實(shí)例，它適于在前述設(shè)備中的管上施加預(yù)定的速度，以便獲得符合要求的管的拉伸，并包括導(dǎo)軌，用以防止管滑移；圖8示意地展示了按本發(fā)明提出的制動部件的第一實(shí)例的正視圖，它能用于獲得符合要求的管的拉伸；圖9示意地展示了按本發(fā)明提出的，圖8中描述的同一實(shí)例的側(cè)視圖；圖10示意地展示了按本發(fā)明提出的制動部件的第二實(shí)例的正視圖，它能用于獲得符合要求的管的拉伸；圖11示意地展示了一種裝置的實(shí)例，它具有兩個驅(qū)動輪，用以產(chǎn)生管的拉伸；圖12表示圖11所示的同一裝置的底視圖；圖13示意地展示了一個緩沖器的實(shí)例；圖14示意地展示了按本發(fā)明的纜索的第一實(shí)例，它至少包括一根未束縛光纖塑料管；圖15示意地展示了按本發(fā)明的纜索的第二實(shí)例，它至少包括一根未束縛光纖塑料管；圖16示意地展示了按本發(fā)明的纜索的第三實(shí)例，它至少包括一根未束縛光纖帶塑料管；而圖17表示一個按本發(fā)明的方法，在不同擠壓流水線區(qū)間中，作用至管上的牽引、管的溫度及過量纖維能如何改變的實(shí)例。
一般，在制造內(nèi)側(cè)包含一根或多根纖維的塑性材料管時，這樣的管通過圍繞光纖擠壓而成。
如圖1示意地表示，生產(chǎn)至少包含一條光纖1的管的常規(guī)擠壓流水線通常至少包括一個卷線筒，一根或多根光纖1由卷線筒取出，并送至擠壓機(jī)頭3，塑性材料圍繞光纖1通過擠壓機(jī)頭3被擠壓，形成管11。然后，管11被送至冷卻裝置10，由此送至拉伸裝置5(通常具有600mm至1000mm的直徑)，然后送至最終的收集卷線筒4。可任選的是，擠壓流水線可包括一個附加的滾筒7(也具有一般為600mm至1000mm的直徑)，它布置在拉伸部件5與擠壓機(jī)之間。
纖維和包圍它們的塑性材料管在一定長度內(nèi)沿著擠壓流水線相互獨(dú)立地行進(jìn)。塑性材料的冷卻及其后的收縮不會引起在此區(qū)間中的過量纖維值的改變，因?yàn)槔w維沒有和管結(jié)合在一起，收縮沿著所有與纖維不粘合在一起的管部分而分布。
另一方面，為了產(chǎn)生或改變過量纖維，纖維和管必須相互結(jié)合在一起沿著擠壓流水線行進(jìn)，以使冷卻引起的塑性材料管的縱向收縮產(chǎn)生要求的纖維過量，因而纖維基本沒有收縮或相當(dāng)小的收縮。在擠壓流水線上的這一點(diǎn)，在此處獲得纖維與塑性材料管的一體運(yùn)動，稱為“重合點(diǎn)”，而由此點(diǎn)向前進(jìn)的纖維與管定義為“重合的”。
重合通常通過達(dá)到光纖與管之間的摩擦閾值而產(chǎn)生，一般由管沿著擠壓流水線的冷卻，以及由在管內(nèi)可能存在填充劑加以提供。
在相同的處理?xiàng)l件下，重合點(diǎn)可沿著擠壓流水線，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)管冷卻布置而移動。例如，重合點(diǎn)可通過降低冷卻池中的溫度而移向更靠近擠壓機(jī)。
可替代的是，纖維與管之間的重合可用機(jī)械方法強(qiáng)行定于擠壓流水線上的某一點(diǎn)。例如，可采用一個輪子(如圖1中的滾筒7)，包含纖維的管在此處繞若干圈(如2圈或更多)，以便增加摩擦及阻止光纖在管內(nèi)滑移。這樣，纖維與管之間的要求的重合就建立于輪上。
實(shí)質(zhì)上，過量纖維決定于管和纖維產(chǎn)生重合時的溫度。重合點(diǎn)處較高的塑性材料溫度將導(dǎo)致相對此點(diǎn)的下流的較大收縮，結(jié)果導(dǎo)致由收縮產(chǎn)生較高的過量纖維。
這樣，作為初步近似ΔL/L＝a(T)ΔTΔL管試件的拉伸L管試件的長度a(T)熱膨脹系數(shù)(按溫度)ΔT溫度在重合點(diǎn)與冷卻過渡終端之間的改變此現(xiàn)象的詳細(xì)計(jì)算還應(yīng)考慮其它變量，諸如軸向剛性、交換拉伸、填充劑粘性等，它們與溫度有關(guān)。
因此，限定處理?xiàng)l件及給出塑性材料的特征，特別是熱膨脹系數(shù)后，纖維—管重合能在最佳溫度下達(dá)到，從而獲得要求的纖維過量。
通常，在生產(chǎn)過程的終點(diǎn)，光學(xué)管中的最終過量纖維等于百分點(diǎn)的十分之幾，特別是從約-3‰改變至約+3‰，最好從約-1‰改變至約+1‰。
按照本發(fā)明，受控的管牽引通過以下方式加以設(shè)置，即，或沿著擠壓流水線插入裝置，用以以受控的方式在所述管的兩段長度上施加不同的速度，或?qū)茏饔盟苄岳炝?。特別是，牽引高于在常規(guī)擠壓條件下經(jīng)常作用于管上的牽引，即，最好為常規(guī)作用于管上的牽引的2至5倍。
按照圖2示意所示的第一實(shí)例，從擠壓機(jī)15擠出的管11受到一個裝置的要求的牽引力，該裝置包括第一驅(qū)動部件12(如驅(qū)動滾筒，它具有預(yù)定的轉(zhuǎn)速，管圍繞此滾筒無滑移地纏繞一個或多個完整的圈)和第二驅(qū)動部件13，該第二驅(qū)動部件13具有制動作用，并位于驅(qū)動部件12的上游(如第二滾筒，管圍繞它無滑移地纏繞一個或多個完整的圈，其轉(zhuǎn)速設(shè)置成低于滾筒12的轉(zhuǎn)速)。此裝置的位置與擠壓機(jī)相距距離L1，以使管達(dá)到要求的牽引應(yīng)用溫度。此距離也依賴于材料類型、管的擠壓速度和冷卻劑溫度。例如，此距離將隨著擠壓速度和冷卻劑溫度的增加而增加。通常，此距離在1m和10m之間。
兩件驅(qū)動部件12與13之間的距離L2將縮減至相當(dāng)短，以使管在這兩件部件間的長度段受到有限的溫度改變。在原則上，此距離小于1m，最好在約200mm與約500mm之間，更受推薦的是在300mm與400mm之間。
管溫度借助一個或多個冷卻池10達(dá)到管拉伸要求的值，冷卻池10沿擠壓流水線而設(shè)置。
在一個較優(yōu)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用了若干按次序排成一行的冷卻池10a、10b、10c。冷卻池的總縱向長度L3最好應(yīng)在10m和50m之間，在這些冷卻池中可充裝有不同溫度的冷卻劑。
一個特優(yōu)結(jié)構(gòu)具有包括兩件驅(qū)動部件12和13的拉伸裝置，并提出應(yīng)將此拉伸裝置安裝在冷卻池10b內(nèi)。
管在不同速度下在兩件驅(qū)動部件上前進(jìn)，以引起包括在驅(qū)動部件之間的長度段的拉伸，它可由公式表示ε＝(La11－L0)/L0＝(VA－V0)/V0＝(VA/V0)－1其中L0是初始管的長度，La11是受牽引后管的長度，VA和V0分別為管在驅(qū)動部件12和13上的速度。
兩驅(qū)動部件12和13之間的管長度段的預(yù)定牽引通過適當(dāng)設(shè)定拉伸用的兩件驅(qū)動部件12和13的轉(zhuǎn)速而施加。
按照本發(fā)明，施加至管這一長度段上的牽引高于施加至管在其它擠壓流水線區(qū)間的牽引，特別是高于在上述拉伸裝置所在流水線區(qū)間之后的區(qū)間的牽引。
施加至管在此區(qū)間中的牽引最好是通常施加在后繼擠壓流水線區(qū)間上的牽引的2至5倍，特別是通常施加在部件12與驅(qū)動輪5之間的牽引的2至5倍。
例如，如果管在滾筒12與驅(qū)動輪5之間的區(qū)間中受到拉伸的牽引力約為1kg，則此管在滾筒12與13之間的區(qū)間中最好受到約為2.5—3kg的牽引。
管的塑性材料的拉伸是在管與纖維間達(dá)到重合之前進(jìn)行的。這樣，在管拉伸期間，纖維相對管獨(dú)立地移動，因此不受施加于管上的拉伸的牽引應(yīng)力的作用。
通常光纖能承受高達(dá)0.3％的拉伸而不會受到損壞。一旦超過此閾值，應(yīng)力可能建立于纖維中，它通常會引起被傳輸信號的衰減。
結(jié)果，當(dāng)不重合時，管能拉伸一個相當(dāng)大的量，如量級為1％或更多，而不使光纖承受不符要求的應(yīng)力。
不管在管上施加拉伸力的裝置是何種類型，承受牽引的管長度仍應(yīng)限制成，管的受拉伸長度受到有限的溫度改變。
如果管的溫度改變有限，聚合物的彈性模量也遭受有限的改變，從而使過程條件得以更好地控制。
在承受牽引的管長度中的溫度改變最好比管沿擠壓流水線的總溫差小約10％。
例如，對于PBT聚合材料，其擠壓溫度約為300℃，達(dá)到20℃的四周溫度的溫差約為280℃；在承受拉伸的管長度中的可接受的溫度改變將相應(yīng)為約28℃。
為進(jìn)一步限制材料的彈性模量的變化，在承受受控的牽引的管長度中的溫度變化應(yīng)小于約20℃，最好小于約10℃。
為限制前述的溫度變化，承受受控的牽引的管長度應(yīng)小于1m，最好在約200mm與約500mm之間。
圖17展示了在圖2所示不同擠壓流水線區(qū)間的管中的牽引、溫度和過量纖維圖形的示意性實(shí)例。此實(shí)例的數(shù)字值具體涉及PBT管的擠壓，該P(yáng)BT管的內(nèi)徑為2mm，外徑為3mm，并包含6根直徑為250μm的光纖。
在包括于擠壓機(jī)3與拉伸裝置的輪13之間的區(qū)間S1(約3m長)中，所需的牽引(下圖)是為使管和纖維沿著擠壓流水線前進(jìn)(0.2kg)。在此第一區(qū)間，管溫度(中圖)按指數(shù)律地從擠壓機(jī)出口的約300℃下降至約60℃。在此溫度下，聚合材料具有要求的彈性模量。由于在纖維與管之間沒有重合，因此過量纖維值為零(上圖)。
在拉伸裝置的兩個輪13與12之間的區(qū)間S2中，約為2.5kg的牽引力施加至在約0.6m/min的變形速度下的管上。牽引施加于其上的管長度在圖中為簡單起見，表示成兩個滾筒12和13軸線之間的管長度(約0.5m)。
在此區(qū)間中，溫度變化保持在10℃之內(nèi)，從而將聚合材料的彈性模量的變化值降為最小。在兩個滾筒之間的區(qū)間中，纖維與管之間沒有重合，因此給予管的拉伸不會傳輸給纖維。然而纖維與管之間的重合被輪12所建立，從而纖維在區(qū)間S2的出口與管一體地向前進(jìn)。
在區(qū)間S3，作用至管上的牽引采用在擠壓流水線上常規(guī)作用的值，此時約為0.8kg。在此區(qū)間，纖維與管之間的重合以及附加的溫度下降(從約60℃至約20℃)通過聚合材料的熱收縮效應(yīng)產(chǎn)生管內(nèi)要求的纖維過量(約1％)。
圖7示意地展示了驅(qū)動部件12和制動部件13(按圖2所示的結(jié)構(gòu))的一個實(shí)例。此部件由驅(qū)動輪及可能的附加裝置24構(gòu)成，附加裝置24用于阻止管11在所述驅(qū)動輪上滑移。
所述裝置24由三個惰輪23構(gòu)成，這3個惰輪23呈三角形布置，皮帶19在它們之間滑移。裝置24布置成，使得3個惰輪23中有2個是設(shè)置在驅(qū)動輪的一個部分上。
皮帶19牽拉成，將管壓靠在驅(qū)動輪上，并阻止管的不符要求的滑移。皮帶的張力及皮帶與管11的接觸長度按照，例如驅(qū)動輪的位置、管的溫度和管的材料進(jìn)行調(diào)節(jié)。皮帶與管接觸的所述部分通過將2個惰輪23在驅(qū)動輪上定位而加以改變，因而皮帶具有輪的形狀。驅(qū)動輪在2個惰輪之間的部分越大，則管附著于皮帶19的部分也越大。
如果驅(qū)動輪也用于產(chǎn)生纖維和管之間在擠壓流水線中的重合，則管11最好圍繞驅(qū)動輪纏繞一定數(shù)量的次數(shù)，以使管的運(yùn)動與它所包含的纖維的運(yùn)動成一體。圖12展示了一個圍繞驅(qū)動輪進(jìn)行多重纏繞(4圈)的實(shí)例。這時，適用于阻止管滑移的裝有皮帶的3輪裝置可不需要。
圖6展示了一個替代性的驅(qū)動部件結(jié)構(gòu)，它用于牽拉管沿著擠壓流水線運(yùn)動，并包括一對驅(qū)動導(dǎo)軌。
管11由特定的驅(qū)動導(dǎo)軌，基本按直線形式，借助兩組驅(qū)動輪21加以拉動，這兩組驅(qū)動輪21布置在管的相對兩側(cè)上。導(dǎo)軌驅(qū)動輪21的數(shù)目(圖中為6個)也取決于管的材料以及在擠壓流水線上的位置，以便阻止管的聚合材料與驅(qū)動輪21之間的滑移，以及避免管的額定的進(jìn)給速度的不符要求和有害的改變，但是又不會在管上作用過量的壓力。這樣的驅(qū)動部件可用于替代上述的一個或全部兩個驅(qū)動輪，最好替代制動部件。
根據(jù)一個替代性解決方案，來自擠壓機(jī)的管的拉伸通過施加一個力而現(xiàn)實(shí)，此力直接垂直于沿擠壓流水線布置的第一驅(qū)動部件和第二驅(qū)動部件所作用的直接牽引力，并適于將張力作用至管承受這一與直接牽引力相垂直的力的部分上。
例如，如圖4示意地表示，直接牽引力從沿擠壓流水線布置的驅(qū)動部件13指向驅(qū)動部件12，此垂直于直接牽引力的力通過應(yīng)用輪17向管作用一個力(如秤錘、彈簧或類似物)而產(chǎn)生，在輪17上連接著一個適當(dāng)標(biāo)定的秤錘18。在此結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動部件12使管和纖維重合。
按圖3示意地表示的一個不同的結(jié)構(gòu)實(shí)例，對來自擠壓機(jī)15的管11的拉伸可實(shí)現(xiàn)如下，即借助拉伸驅(qū)動部件12和適當(dāng)?shù)闹苿友b置16在管的長度段上以受控的形式作用一個牽引力T。這可由下式加以表示ε＝T/EA此處EA是管的軸向剛性。
管的溫度借助沿擠壓流水線布置的一個或多個冷卻池10而達(dá)到拉伸所要求的值。在圖3虛線表示的一個結(jié)構(gòu)實(shí)例中，制動部件16和拉伸驅(qū)動部件12包含在冷卻池10的內(nèi)側(cè)。
按照一個結(jié)構(gòu)實(shí)例，制動部件16由滑瓦以及彈性的、氣動的、液壓的繃緊裝置或類似物構(gòu)成。
按照另一結(jié)構(gòu)實(shí)例，制動部件16由一個惰輪構(gòu)成，在惰輪上施加了一個制動器，如摩擦制動器，管圍繞惰輪而纏繞，形成一個預(yù)定的拱形。最好這樣的輪子還包括一個阻止管滑移的系統(tǒng)，如圖7示意地表示的導(dǎo)軌，此導(dǎo)軌具有布置形成三角形的3個輪子。
按照圖8和9示意地表示的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例，制動部件16由滑移套筒38構(gòu)成，滑移套筒38由塑性材料制成，具有外側(cè)46和內(nèi)側(cè)47，包含光纖1的管11進(jìn)給至其中。套筒的長度主要取決于管的材料，以及它在制動部件16所在部位處的溫度。此可吹氣套筒38裝備有配件37，配件37連接至充氣系統(tǒng)。套筒38通過配件37進(jìn)行充氣，并達(dá)到這樣的壓力，以便使套筒38的側(cè)邊接觸管11，沿套筒38的整個長度作用一個均勻的壓力，而與被擠壓管的尺寸的可能變化無關(guān)，從而通過摩擦制動管11，而不會損壞管，或使管變形。
這樣的制動裝置得以使任何不符要求的管的橢圓形化降至最低，此橢圓形化發(fā)生于，當(dāng)塑性材料在過高溫度狀態(tài)下，存在不均勻的應(yīng)力時受到拉伸。
在圖10示意地表示的另一結(jié)構(gòu)中，由塑性材料制成的可吹氣套筒38被一個剛性殼體40所套住，用以阻止套筒38由于套筒38的內(nèi)部壓力造成套筒38在與管11的相對方向膨脹。剛性殼體40確保在可吹氣套筒38上引發(fā)的膨脹只在向著管11的方向造成套筒膨脹。
管的拉伸也可通過將一個裝置連接至驅(qū)動輪12與擠壓機(jī)之間的驅(qū)動輪12上而產(chǎn)生，諸如圖5示意性表示的一種裝置。這種裝置包括兩組軸向移位的滾輥，管在滾輥之間通過。這兩組滾輥21a和21b交錯地布置在相對中心管軸線的相對端，以使上滾輥組21a的下表面切線與下滾輥組21b的上表面切線之間的距離小于管的直徑。從而與直線路徑的偏離就傳遞給管，在管承受最大彎曲的部分，此偏離產(chǎn)生微拉伸，這些微拉伸疊加在一起就形成所要求的預(yù)定拉伸。在此結(jié)構(gòu)實(shí)例中的這一裝置較適用于這樣的管，它們的彈性模量十分小，如小于200Mpa。
上述用于拉伸管的裝置可以是移動的，并適于按不同要求沿擠壓流水線而安裝，特別用以在最合適的溫度下實(shí)現(xiàn)拉伸過程。
如上所述，光纖與管之間的重合可設(shè)定在拉伸裝置之后的擠壓流水線的任一點(diǎn)上，應(yīng)用由輪或鼓構(gòu)成的裝置，這些輪或鼓或是空轉(zhuǎn)的，或最好是從動的，管在其上纏繞若干次，用以阻止纖維與管之間的附加滑移。
最好重合在驅(qū)動部件上獲得，該驅(qū)動部件與圖2、3或4所示的驅(qū)動部件12相符合。這確保具有最簡單的結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣芾煅b置也限定了纖維過量。
過量纖維值也能在管生產(chǎn)過程期間加以控制，例如通過比較位于纖維進(jìn)給卷線筒附近的輪(相對擠壓機(jī)為上流)的轉(zhuǎn)數(shù)—與纖維一體地轉(zhuǎn)動—和在四周溫度下(即當(dāng)熱收縮基本結(jié)束)，如在收集鼓附近的，管沒有滑移地轉(zhuǎn)動的輪的轉(zhuǎn)數(shù)。
請參看圖2、3和4，適當(dāng)?shù)臓恳刂蒲b置14恰當(dāng)?shù)匮刂惺芾斓墓艿拈L度段而設(shè)置，這些裝置14被用于有效地控制管的牽引。
施加的牽引能通過直接測量有效地加以控制，如借助“緩沖器”，它沿拉伸長度而設(shè)置，或借助一個或多個“壓力盒”，它們設(shè)置在制動或驅(qū)動設(shè)備中。名詞“緩沖器”指一種系統(tǒng)，它示意地表示于圖13中，通常由兩個自由轉(zhuǎn)動的滾筒42、43構(gòu)成，其中一個42具有固定的旋轉(zhuǎn)軸，而另一個43具有相對滾筒42的軸線為移動的軸，此軸最好或裝配在導(dǎo)軌上，或裝配在搖滾桿44上，并適當(dāng)?shù)赜闷胶鈮K45加以均衡，以便平衡管11的張力和可移動滾筒43作用的壓力。一旦預(yù)定的牽引設(shè)定在管上，牽引的變化將被可移動滾筒相對固定滾筒的相對運(yùn)動所吸收，從而使拉伸牽引保持不變。
名詞“壓力盒”用于描述一種裝置，它包括一個與壓力傳感器成一體的可自由轉(zhuǎn)動滾筒，如在市場上出售的由ASA AutomazioneTorino制造、商標(biāo)為Tension Transducer ATB 05的裝置。
可替而代之的是，可測量在被拉伸管的長度段的兩端上的速度V0和VA，也即在驅(qū)動部件12與部件13或16之間的管長度段的起始和終端的速度V0和VA，管的拉伸可由它們根據(jù)上述公式加以計(jì)算。
這些控制裝置的作用是為了使作用在塑性材料上的壓力盡可能保持不變，在檢測到管拉伸或速度V0和/或VA的變化后，通過以下方法對系統(tǒng)進(jìn)行反向干預(yù)，即適當(dāng)?shù)卦黾踊驕p少轉(zhuǎn)速和/或在限定管拉伸的部件的制動強(qiáng)度。最好，這些反向干預(yù)由電子儀器加以控制。
按照一個較優(yōu)實(shí)施例，發(fā)現(xiàn)在擠壓流水線的一個區(qū)域中特別適宜于拉伸聚合材料，在此區(qū)域中管已充分冷卻以便阻止橢圓形化的風(fēng)險，但仍然具有適當(dāng)高的溫度，從而管的彈性模量仍相當(dāng)?shù)鸵员愦龠M(jìn)管的拉伸。進(jìn)行拉伸的溫度將確保管材料的彈性模量，按照本發(fā)明，最好在約100Mpa與約2000Mpa之間，更受推薦的是在約300Mpa與1500Mpa之間。對于通常用于制作所述管的材料，此溫度一般在20℃與100℃之間，最好在30℃與70℃之間。
申請人已發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用本發(fā)明的方法，管的縱向收縮在生產(chǎn)后可相當(dāng)有限，特別在貯存方面。具體講，對于承受本發(fā)明提出的受控牽引的管，在前述貯存期間，管的收縮將遠(yuǎn)小于未經(jīng)受相同牽引的相同管。更精確地講，申請人已觀察到，按此方法生產(chǎn)的管的收縮要比按傳統(tǒng)過程制作的相同管的收縮至少小20％。
因此，管承受的拉伸量必須足夠高，以便確保貯存期間收縮的一定降低；但是，塑性材料的拉伸又必須適當(dāng)?shù)丶右韵拗疲员氵@樣的拉伸不會過度地惡化管的機(jī)械性能。
除牽引值之外，施加牽引的速度也很重要。請參看圖17，拉伸牽引的施加速度特別取決于在區(qū)間S3和區(qū)間S1的不同的管速度。一般講，這樣的施加速度在約0.1m/min與約2m/min之間。
例如，在實(shí)際觀察中，一種PBT管，它在約0.6m/min的變形速度下承受約10％的拉伸，顯示出在貯存期間具有要求的收縮降低特征。
用于制作光纖管的材料最好包括聚烯屬烴對酞酸鹽類(polyalkyleneterephthalates)和聚烯烴類，特別是聚丁烯對酞酸鹽(PBT)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。
雖然本發(fā)明的結(jié)果不應(yīng)限制于特定的理論，但申請人深信，生產(chǎn)以后縱向管收縮降低的可能理由在于這一事實(shí)，即在擠壓流水線上于給定條件下進(jìn)行的管的拉伸超過管的彈性拉伸極限值。在管中，或在其部分長度中超過此彈性拉伸極限(或屈服點(diǎn))引起永久變形，這可能是生產(chǎn)后期間，觀察到管的收縮降低的原因。
按本發(fā)明制作的光纜的一個實(shí)例示于圖14中。在圖14中，纜索在最內(nèi)部的徑向位置上具有中心部分32，它通常由玻璃纖維制成，并涂敷有如聚乙烯的聚合物膜28。纜索具有一根或多根PE、PBT或PP管26，它們可嵌入在填充劑33中，并未束縛地包含著光纖25，光纖25也嵌入在填充劑33中。如需要的話，填充劑33可用水可膨脹粉末或其它水阻塞材料替代。根據(jù)本發(fā)明，預(yù)定的拉伸作用至管26上。管26涂敷有加強(qiáng)層29，它通常由Kevlar或玻璃纖維制成，并包括兩根蒙皮切割合股線34，這兩根合股線34相對纜索縱向地布置。最后，纜索包括波紋金屬帶30(如需要的話)和外套管27，它通常由聚乙烯制成。
按本發(fā)明的另一實(shí)例示于圖15中。它由具有單根管26的纜索構(gòu)成，管26未束縛地包含著光纖25。具體講，圖15表示了一種光纜的截面圖，它包括按本發(fā)明提出的經(jīng)拉伸的中心管26，管26包含未束縛的光纖25，如需要的話，光纖25嵌入在填充劑33中。中心管26的半徑被加強(qiáng)層29，它包括兩根蒙皮切割合股線34；波紋帶30和外聚乙烯套管27所包圍。
另一纜索實(shí)例示于圖16中。此纜索的結(jié)構(gòu)相似于圖15中描述的纜索結(jié)構(gòu)。其差別在于，未束縛地包含在經(jīng)適當(dāng)拉伸的管26中的光纖25被組合在帶31中。此外，如由玻璃纖維制成的兩件介電質(zhì)加強(qiáng)部件35置于蒙皮切割合股線34的近旁。
將附加部件插入至上述纜索中可根據(jù)已知技術(shù)由按本發(fā)明制作的管完成，為此將不再詳細(xì)的描述。
本發(fā)明將在以下實(shí)例中更詳細(xì)地加以展示。實(shí)例一種Vestodur3000聚丁烯對酞酸鹽的未束縛光纖管應(yīng)用圖2描述的設(shè)備加以制造。此管具有約為2mm的內(nèi)徑和約為3mm的外徑。它包含6根直徑為250μm的光纖。來自擠壓機(jī)15的管11通過以下方法加以拉伸，即應(yīng)用第一驅(qū)動滾筒12和用于制動目的的第二滾筒13(因?yàn)樵O(shè)定轉(zhuǎn)速低于滾筒12的)，適當(dāng)改變沿擠壓流水線的進(jìn)給速度。此外，光纖和管之間的重合通過在滾筒12上將管在所述輪上纏繞五圈而獲得。
滾筒12和滾筒13的所具直徑均為250mm，它們設(shè)置在各自的旋轉(zhuǎn)中心上，旋轉(zhuǎn)中心相互間的距離為350mm，以便形成拉伸裝置。所述裝置設(shè)置在冷卻池10(25m長，15cm寬)內(nèi)。滾筒12的位置與擠壓機(jī)相距2.7m。池10中的冷卻劑溫度恒定地保持于20℃。在擠壓機(jī)與滾筒13之間區(qū)間中，作用至管上的牽引小于0.3kg。
一個100cm直徑的驅(qū)動輪設(shè)置在冷卻池的端部(池之外)，它與擠壓機(jī)相距距離約為27m。管纏繞在卷線筒上，其直徑為30cm，所在位置與擠壓機(jī)約相距30m。
管生產(chǎn)速度設(shè)定在約60m/min。
滾筒12的轉(zhuǎn)速設(shè)定在約76g/min，對應(yīng)管的線速度VA約為60m/min，而滾筒13的轉(zhuǎn)速設(shè)定在75g/min，對應(yīng)管的線速度V0等于59.5m/min。這時，兩個滾筒12和13之間的管長度段所承受的牽引約為2.3kg，并被拉伸約1％。
管的拉伸是在約60℃的溫度下進(jìn)行的，在此溫度下，Vestodur3000所具的彈性模量約為600Mpa。
驅(qū)動輪5被設(shè)定在約19g/min的轉(zhuǎn)速下。滾筒12與驅(qū)動輪之間的管的長度段承受約0.8kg的牽引。
管隨機(jī)交叉盤旋地纏繞在卷線筒上。
在過程的終點(diǎn)，管內(nèi)的過量纖維值約為1‰。用此方法制作了2km的管。
申請人應(yīng)用此方法，按照本發(fā)明，總共生產(chǎn)39根管(總共為18km)。
作為對比，應(yīng)用上述但沒有拉伸裝置的系統(tǒng)制作了9根管樣品(每根2km)。如前所述，驅(qū)動輪5的位置與擠壓機(jī)相距27m的距離，其后是卷線筒。輪速度設(shè)定在19g/min，施加在管上的牽引約為0.8kg。
在貯存一個星期后，對按本發(fā)明制作的9個樣品和9個試驗(yàn)樣品測量了收縮值，它們連同收縮后的最終相對過量纖維給予表1和2中。
表(1)經(jīng)拉伸的管(貯存前的過量纖維1‰)
表(2)未經(jīng)拉伸的管(貯存前的過量纖維1‰)
分析表1和2中所示的數(shù)據(jù)后，申請人觀察到，貯存一星期后的收縮對于承受1％拉伸的管平均低60％，從約1‰的平均值變化至約0.4‰的平均值，因此降低了貯存期間由于收縮引起的過量纖維變化。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于生產(chǎn)至少在其中容納一根光纖的聚合材料管，該方法包括下述步驟將所述至少一根光纖沿一條路徑進(jìn)給至擠壓機(jī)；圍繞所述光纖擠壓聚合材料，以形成所述管；將管冷卻至最終的預(yù)定溫度，在該溫度下，在所述冷卻期間進(jìn)行以下步驟將第一牽引力施加至在所述擠壓流水線的第一區(qū)間的包含所述光纖的管上；將第二牽引力施加至在所述擠壓流水線的第二區(qū)間的所述管上，此時在所述纖維與所述管之間基本不相合，所述第二牽引力大于所述第一牽引力；將第三牽引力施加至在所述擠壓流水線的第三區(qū)間的所述管上，所述第三牽引力小于所述第二牽引力；所述第二牽引力是這樣的，它用以決定所述管在所述擠壓后立即貯存一星期或更長時間后的縱向收縮至少比未經(jīng)受此種拉伸的相同管小20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第二牽引力是在這樣的管溫度下施加的，在此溫度下，聚合材料所具的彈性模量小于約2000Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在所述第二牽引力施加時的管溫度下，聚合材料的彈性模量在約100Mpa與約2000Mpa之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，在所述第二牽引力施加時的管溫度下，聚合材料的彈性模量在約300Mpa與約1500Mpa之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述最終溫度低于約40℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述最終溫度約為20℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在施加所述第二牽引力的步驟期間，管溫度經(jīng)受有限的變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在承受所述第二牽引力的管長度段中的溫度變化約比管沿擠壓流水線經(jīng)受的總溫差小10％。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在承受所述第二牽引力的管長度段中的溫度變化小于約20℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在承受所述第二牽引力的管長度段中的溫度變化小于約10℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第二牽引力預(yù)定成，使當(dāng)管的聚合材料是聚丁烯對酞酸鹽(PBT)時，引發(fā)的拉伸至少為1％。
12.一種聚合材料管，它生產(chǎn)于擠壓過程中，并至少包括一根容納于其中的光纖，其特征在于，生產(chǎn)期間，所述管經(jīng)受拉伸，以使所述管在所述擠壓后立即貯存一星期或更長時間后的縱向收縮至少比未經(jīng)受拉伸的相同管小20％。
13.一種設(shè)備，用于生產(chǎn)至少包括一根容納于其中的光纖的管，包括擠壓機(jī)，適于生產(chǎn)至少包含一根光纖的塑性材料管；至少一個冷卻池；拉伸裝置，適于在所述管的一個長度段上作用增強(qiáng)的牽引，此時在所述管長度段上的溫度變化比管從擠壓機(jī)至周圍溫度的總溫差小10％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于，所述拉伸裝置包括驅(qū)動部件和制動部件，所述制動部件布置在擠壓機(jī)與所述驅(qū)動部件之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動部件包括馬達(dá)從動輪或一對馬達(dá)從動進(jìn)給導(dǎo)軌。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述制動部件包括馬達(dá)從動輪或一對馬達(dá)從動進(jìn)給導(dǎo)軌，其中管的進(jìn)給速度小于管通過驅(qū)動部件的進(jìn)給速度。
全文摘要
包含光纖的塑性材料管,在其生產(chǎn)之后可能會發(fā)生不符要求和不可預(yù)見的收縮,特別在管纏繞于卷線筒上的貯存期間。結(jié)果,可能產(chǎn)生管長度與包含于其中的光纖長度(“過量纖維改變”)之間的比例的不可控改變。本發(fā)明涉及通過在生產(chǎn)期間將管拉伸一個預(yù)定量,限制塑料管中過量纖維改變的方法和設(shè)備。本發(fā)明還涉及受到預(yù)定拉伸的塑料管,包括此種管的纜索、以及適于生產(chǎn)此種管的設(shè)備。
文檔編號G02B6/44GK1332858SQ99815299
公開日2002年1月23日 申請日期1999年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月29日
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