專利名稱：制造遠程通訊光纜用的光芯的方法
技術領域：
本發明涉及一種制造遠程通訊光纜的方法。
更具體地說，本發明涉及一種制造遠程通訊光纜用的光芯的方法，其中該光芯包括一由位于中央的抗拉伸增強件構成的支承件、被施加到中央增強件周圍的第一聚合物涂層、許多排列在第一聚合物涂層周圍的光纖，和被擠壓在第一聚合物涂層周圍與光纖周圍的第二聚合物涂層。
就制造包括帶有通常被一或多層丙烯酸樹脂涂覆的光纖的芯的遠程通訊光纜而言，許多方法是已知的，其中帶光纖的芯完全被密封在熱塑性材料中。
根據一種例如從GB專利申請2176905已知的方法，在被包封于商業上被稱為“Hytrel”材料的熱塑性套中之前，具有丙烯酸涂層的光纖通過模具與中央增強件壓在一起。
此方法被稱為“一步法操作”，這表示芯是以單一步驟在熱壓模具中完成的。
一種在GB專利№2136350中描述的構成光芯的方法，其中將第一中央加強件加熱且將第一熱塑性彈性體層模壓在此加強件上。許多光纖隨著從特殊旋轉機架獲得的行星式運動而以螺旋線方式排列在第一熱塑性材料層上，機架上排列包含光纖的轉鼓。圍繞光纖模壓出第二層熱塑性材料。此方法需要特別復雜的設備，該設備是由帶光纖旋轉鼓的旋轉的機架組成的，且光纖轉鼓用于將光纖從機架引導到模壓頭。
GB專利№2113903介紹一種制造通訊光纜的方法，根據該方法，許多光導體至少被部份包封在模壓于中央的鋼或耐綸絲構件周圍的熱塑性材料(例如聚乙烯)的中央基材的外圍。更具體地說，該導體被壓向通過加熱而被軟化的中央增強件。對導體的壓力這樣選定以由此使其在基材中發生預定的沉積，并在被另外的第二擠壓層所涂覆之前各導體相互保持分離。
根據US№4902097所描述的方法，中央增強件被加熱并提供熱塑性彈性體的第一聚合物涂層。加熱由此形成的支承件從而使其軟化到這樣的程度，以致在其中能部份地包封穿過帶有通孔的板而被引導到第一聚合物涂層的光纖，使光纖以其方式通向模壓頭。然后將第二層熱塑性材料擠壓到支承件與光纖上。
GB2303938公開一種通過在內聚合物層表面上散布許多光纖并將它們植入到外聚合物層中而生產光纜的方法。
申請人現已發現，由于在生產光芯期間光纖所受到的應力之故，根據這些已知方法生產的光芯可能會導致光纖傳輸性能的衰減。
例如，就所謂的“一步”法來說，困難在于擠壓聚合物層期間控制光纖的相對位置，和在擠壓頭中基于聚合物材料所施加的高壓而使光纖受到并不想望且無法控制的應力。
申請人還注意到，光纖被局部包封在圍繞中央增強件擠壓的第一聚合物涂層熱塑性材料中，且隨后被第二聚合物層所覆蓋，如在GB專利2113903或US專利4902097中所述，可能是在光纖中信號傳輸衰減的原因之一。實際上，所見到的是光纖在或多或少的程度上被植入到第一熱塑性層中，如在上述各專利中所述為了將光纖在圍繞第二層擠壓區保持所希望的形態，需要對光纖施加某種機械壓縮作用，于是使光纜仍處于機械應力狀態，如果應力太高的話就會導致信號衰減。還觀察到的，是難于連續地在有意義的延伸幾公里的長度內低水平地保持此壓力，而這是光芯生產中通常所要求的。
申請人還注意到，在對擠壓參數例如熔融聚合物的溫度或擠壓機的尺寸、第二聚合物層對被排列在第一涂層周圍的光纖的擠壓缺乏某種控制的情況下，可能會引起壓力在光纖上的不均勻分布，從而當傳輸光纜工作時伴之會出現光纖從其理想形態偏移與增加信號衰減的危險性。
申請人現已發現，能夠簡單而有效地生產“緊密的”光纜，其中許多光纖被包封在由至少二層同心與連續的聚合物層組成的聚合物芯中。這種結果可以是通過圍繞中央支承件排列光纖而方便地達到，以致使它們沒有在二層連續的聚合物層之間形成界面并通過控制擠壓參數而將光纖的幾何形態保持在預定位置。
因此，本發明的一個方面涉及制造遠程通訊光纜用的光芯的方法，該光芯包括至少一個用第一聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多圍繞該支承件縱向排列的光纖，和圍繞所述第一涂層與圍繞所述光纖被擠壓的第二聚合物涂層，該方法包括下列步驟a)將所述光纖縱向排列在所述第一聚合物涂層周圍，以使該光纖基本上與該涂層表面相切并且相互以預定的方式沿圓周分離，以及b)圍繞所述第一涂層與圍繞所述光纖擠壓第二涂層，至少遠至擠壓機的出口處保持基本上相切與沿圓周分離的條件。
在本說明書的全文中，短語“光纖與支承件基本上相切的條件”意指一種其中光纖被放置于一定位置以使二個聚合物層之間的界面并不是貫穿光纖而交叉的構型。此條件一般既包括光纖被置于基本上與排列在中央支承件周圍的內聚合物層相接觸的情況，也包括光纖全部被包封在第二聚合物中，從而將第二聚合物涂料的薄層置于光纖與第一涂層之間的條件。此基本上相切的條件通常是通過在不對光纖朝向支承件施加任何特定的徑向或縱向壓力前提下達到的，此特定的徑向或縱向壓力是朝向支承件壓縮光纖或將其部份地包封而引起的，例如機械型壓縮是通過合適設備施加的或者壓縮是通過在張力下在支承件周圍螺旋形纏繞光纖來達到的。此詞還被用來意指光纖處于基本上與光芯的每一橫截面中支承件切向接觸。
在此說明書中，“預定的圓周分離條件”一詞意指在擠壓機的進口光纖彼此以預定的距離被放置于涂覆的中央支承件周圍。至少就擠壓機的出口點而言，“保持圓周分離的條件”意味著在任何情況下，被縱向排列在支承件上的光纖必須在擠壓過程終點彼此是不接觸的。理想情況是在擠壓過程的終點光纖間的距離基本上應保持與光纖進入到擠壓機進口時所設定的距離相同。理想的情況是這種預定的距離在鄰近的光纖間大致上是相同的。
此方法的優選方面包括以下步驟a)沿縱向朝擠壓機饋送支承件，擠壓機包括包含陽模與陰模的擠壓頭，且在陰模中擠壓第二層；b)將許多光纖施加到所述支承件上，沿所述方向以預定的距離引導光纖，以便在與所述支承件相接觸的每一點處達到基本上相切和預定的相對圓周分離的條件；c)圍繞所述第一聚合物涂層和圍繞所述光纖擠壓第二層，就在擠壓頭的出口處而言保持基本上相切和光纖相對圓周分離的條件；和d)冷卻由此得到的光芯。
根據一種優選的實施方式，所述擠壓頭包括一陰模，其特征在于它具有預定值的長度“L”與直徑“D”的“擠壓模成型段”(land)，以便就第二聚合物層的擠壓區出口點而言保持光纖與支承件基本相切和光纖間相對圓周分離的條件。特別是，“L/D”的比值應在1與2之間，優選在1.3與1.5之間。
在此說明書中，術語陰模的“擠壓模成型段”意指擠壓頭的端部，通常為圓柱形，穿過其牽引被擠壓的光芯。
根據本發明的優選方面，所述擠壓頭包括一陽模，其特征在于所述陽模包括許多沿所述陽模之內壁縱向排列的合適的溝槽，以便引導與保持光纖于基本上與支承件相切的合適位置。特別是，溝槽是這樣排列的以便使接近陽模出口處二相對溝槽之間的最大距離基本上相當于支承件的直徑與二倍光纖直徑之和。
根據另一個優選方面，該方法的特征在于光芯被收集在保持對支承件的牽引力“K”與對每一光纖的制動牽引力“k”之比為10-15的飛輪上，所述比值是這樣的以致當釋放所述牽引力“K”與“k”時，光纖受到壓縮之前殘余的光纖伸長率必須被抵償到至少為約0.02％，優選為約0.04％。
還想望的是該方法的特征在于支承件的饋送速度為10-50m/min。
本發明的再一方面涉及包括一光芯的遠程通訊光纜，此處所述光芯包括一用第一聚合物涂層涂覆的中央支承件，許多被縱向排列在支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍與光纖周圍的第二涂層，一個被限定在所述第一與所述第二聚合物層之間的界面，其特征在于所述光纖在二聚合物層之間是無界面形成的，而且所述光纖以開口構形被排列在支承件的周圍。
術語“開口構形”通常意指在無連續型螺旋式纏繞情況下光纖被排列在中央支承件的周圍。例如，光纖可能是基本上平行于中央支承件的縱軸排列的，或可能以開口螺旋構形排列，即具有相反的纏繞方向，還被稱為“SZ”型螺旋線。光纖的平行配置通常被優選。注意，通常這種限定包括包含在中央支承件周圍沒有任何顯著的機械繃緊光纖的構型。
本發明的另外方面涉及一種遠程通訊光纜，它包括一光芯，此處所述光芯包括用第一種聚合物涂層涂覆的中央支承件，許多被縱向排列在所述支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍和光纖周圍的第二涂層，其特征在于所述光纖具有小于一預定值的平均傳輸信號衰減值。理想情況下，根據在本發明的光芯中的光纖中測定的平均衰減值為小于或等于約0.200dB/km。
本發明的另一方面還涉及一種遠程通訊光纜，它包括一光芯，此處所述光芯包括用第一種聚合物涂層涂覆的中央支承件，許多被縱向排列在所述支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍和光纖周圍的第二涂層，其特征在于在熱循環范圍為60℃到-30℃之間測定的光纖中最大與最小的平均信號衰減值之差小于一預定值。理想情況下，在熱循環范圍為60℃到-30℃之間測定的光纖中最大與最小的平均信號衰減值之差為小于0.01dB/km。
本發明的再一個方面為一種減小通過被包封在遠程通訊光纜用的光芯中的光纖傳輸的信號衰減的方法，其中所述光芯包括用第一種聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多縱向排列在支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍和光纖周圍的第二涂層，其特征在于所述許多光纖基本相切地排列在支承件的周圍而光纖對支承件不施加任何顯著的壓力。
本發明的還有一個方面為制造遠程通訊光纜用光芯的擠壓機，此處光芯包括用第一種聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多縱向排列在支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍和光纖周圍的第二涂層，所述擠壓機包括一陽模(支承件和圍繞支承件排列的光纖穿過其軸線)和其中包括擠壓模成型段的陰模，穿過擠壓模成型段的成品光芯被擠壓，其特征在于a)陽模的內壁帶有許多縱向溝槽，溝槽適于接受穿過模具朝向擠壓機出口運動的所述光纖；在模具出口處二個徑向相對的溝槽壁之間的最大距離基本上等于涂覆過的支承件的外徑與二倍光纖直徑之和，由此確保光纖與支承件之間基本上相切的條件；和b)陰模的擠壓模成型段的長度“L”與直徑“D”之比為1-2。
然而，從下列的實施例與附圖將會更清楚地理解本發明，這些附圖是
圖1以橫截面表示現有技術的遠程通訊光纜的光芯；圖2以橫截面說明本發明的遠程通訊光纜的光芯圖3為表示生產本發明的遠程通訊光纜的光芯流水線的縱向示意圖；圖4表示芯中光纖旋轉滾筒配置的前視圖；圖5表示處于旋轉滾筒與光芯的第二熱塑性層擠壓機之間光纖途徑的示意平面圖；圖6表示第二熱塑性層擠壓機的縱向剖面；圖7以縱向局部剖視圖表示擠壓頭陽模的零件23的放大圖，涉及在擠壓第二熱塑性層前其中穿過被引導的光纖與支承件的部件；和圖8和9分別描繪圖7的陽模的零件23的內表面的放大的進出口。
在圖1中，以橫截面來描繪遠程通訊光纜用的已知類型光芯(以數字1表示)。
該芯包括中央增強件1，例如鋼或類似材料線，它用聚合物層2a涂覆。許多光纖3，帶有其自己的丙烯酸酯涂層4(一層或多層)的每一光纖部份地被包封在聚合物材料2a中，如圖1中所示。許多多光纖3，帶有其自己的丙烯酸酯涂層4(一層或多層)的每一光纖部份地被包封在聚合物材料2a中，如圖1中所示。
另一聚合物層5a覆蓋第一聚合物涂層2a以及被部份地包封在所述第一聚合物涂層中的光纖。
在圖2中以橫截面表示本發明的光芯。該光芯包括中央支承件，一般為中央增強件1，它用聚合物層2所涂覆。中央增強件1可以是例如鋼絲或用玻璃光纖增強的樹脂線，合適的增強的聚合物材料(諸如芳族聚酰胺，例如“Kevlar”)碳光纖或類似物。適于涂覆增強件的聚合物材料之例子是熱塑性樹脂。優選使用一種市購的商品名為Hytrel的彈性聚酯，例如，特別是Hytrel4056和G3548W(DuPont)。
在支承芯6與光纖3之間基本為相切的條件下，帶有其涂層4(通常為一層或多層的丙烯酸樹脂)的許多光纖3被縱向排列在層2的周圍，且完全被包封在第二聚合物層5中，此處構成第二層的聚合物選自上列的那些聚合物，優選為與涂層2中所用的相同聚合物。
制造內層2與外層5的聚合物材料之彎曲模量(根據ASTM D90標準測定)優選為30-50MPa。
根據本發明的一種實施方式的光芯包括基本上與芯的橫截面相切排列的光纖，光纖平行于光纜軸線其數目優選在2-12之間，而其直徑為240-270μm。
根據優選的實施方案，增強件是由直徑為0.5-0.7mm、優選為約0.65mm的鋼絲組成的。
內涂層2的優選厚度為0.5-0.7mm，得到的支承件6的外徑為約1.4-1.8mm。根據一優選的實施方案，其中設想有12根光纖圍繞支承件6，具有恒定的徑向厚度的聚合物涂層被設置在增強件周圍，以致使支承件6的直徑為約1.7mm。
包封光纖的外聚合物涂層具有優選徑向厚度為0.4-0.8mm，得到光芯的最終直徑為2.5-3mm、優選為2.75mm。
光芯可包括塑料材料和/或薄金屬護皮形式的另外保護層。
在優選的實施方案中，芯被厚度為0.05-0.15mm，例如0.125mm的熱塑性材料護皮(未示出)所包圍，得到的芯之總外徑為3.00mm。熱塑性材料選自本技術領域中已知的那些，包括，但并不限于所列的PBT、PP、聚酰胺和聚乙烯。
制造光芯的一個例子包括第一步，其中內支承件6(由用第一聚合物層2例如熱塑性彈性體、特別是Hytrel涂覆的中央增強件1組成的)通過未被附圖描述的已知方式，例如通過圍繞支承件1擠壓聚合物材料2層來制造光芯。
參照附圖3，制造光芯的設備圖，它按順序包括中央支承件6的滾筒7，一個或多個的緩沖器8、8a和制動支承件6的制動件9，一個或多個輸送所述支承件首先穿過預熱用的紅外線爐12、然后進入到擠壓機16的旋轉滾筒10、11。同時，光纖3被光纖解卷裝置14解卷并被輸送到擠壓機16中。冷卻槽17被設置于擠壓機16的出口。根據優選的實施方式，光芯12包括通過合適的旋轉滾筒15被引導到擠壓機中的光纖。就旋轉滾筒相互之間以及與擠壓機縱軸之間的設置被更詳細地描述于圖4和5中。旋轉滾筒在離穿過擠壓機中心的縱軸的適當距離處被制動和設置，以便將光纖以合適的角度α引導到擠壓機的入口，角度α小于3°，優選為小于1.5°。各旋轉滾筒與擠壓機之間的距離可在約700mm到約1500mm的范圍內選定，優選為約1070mm。
為了用塑料護皮涂覆光芯可在冷卻槽17之后非強制地設置另一臺擠壓機18，該擠壓機之后其本身帶有冷卻槽19。在擠壓機與相關的冷卻槽之后是牽引件20，其后是緩沖器21和成品光芯的收集站22。
在圖6中以縱剖示意圖表示的擠壓機16包括穿過它被迫送支承件和光纖的陽模22，陽模22包括被用來以所想望的構型將光纖排列在中央支承件周圍的部件23(它更詳細地被示于圖7-9中)，陰模24，陰模24包括擠壓模成型段25，一個或多個的溝槽26，穿過溝槽熔融的聚合物料首先被送入到由上述二模頭所界定的段27，然后當支承件和光纖從陽模的部件23的腔中離開而朝向擠壓模成型段25運動時被施加到支承件和光纖。
陽模的部件23之內腔最好為逐漸變化，如圖7中的點劃線所示，它由如在圖8和9中所示的進出口的截面積這二個值來確定。
更詳細地說，內腔包含許多縱向溝槽28、29、28′、29′用來逐漸地引導光纖使它們穿過擠壓機運動直至它們在陽模的出口達到光纖與支承件基本上相切位置時為止。根據優選的實施方案，這些槽的數目為12條。
特別是，在二個徑向相對的槽28、29的徑向最外壁間之距離在進口截面處具有第一個值“P1”和在出口截面處具有小于第一個值的第二個值“P2”。28′與29′之間也一樣。
更具體說，第二值是這樣被預定的，以保證至少在結構的出口處直至第二聚合物層的擠壓段為止光纖基本上與支承件相切的條件。
此條件實際上是由在管形壁的出口截面處的二個徑向相對的槽28′、29′間的最大距離“P2”確定的，最大距離“P2”基本上相當于支承件的外徑與二倍光纖直徑之和。因此，在支承件具有直徑為1.7mm和光纖直徑為0.25mm的情況下，此距離為約2.2mm。
相對于陽模部件23和由光纖與擠壓機的縱軸形成的角α固定進口截面的值“P1”，以便也在陽模的內腔中保持所述角α基本不變。例如，在上述的情況中，此時值“P2”約為2.3mm，就角α約為1.5°和陽模長度約為10mm而言，“P1”將具有約2.8mm的值。
陰模的擠壓模成型段25一般為由給定的長度“L”與直徑“D”比之值來表征的圓柱形，通常此值為1-2∶1。
根據所指出的“L/D”比值，長度值“L”在2-6mm之間和直徑值“D”在2-4之間。
最好，“L/D”比為約1.3-1.5mm之間，其中優選值為約1.38。擠壓模成型段的長度“L”優選為3-5mm，其中特別優選的長度為約4mm。直徑“D”優選相應為2.2-3.6mm，特別優選的直徑為約2.9mm。
長度L0約為100mm和陽模末端與陰模擠壓模成型段間的的距離L1為1-4mm，優選為2mm。
帶有徑向取向溝槽的陽模內壁的直徑(P3)與圖8和9的進出口截面具有相同的值，且稍大于被迫從其中通過的支承件的直徑，一般為0.1-0.2mm以上。例如，就具有直徑為1.7mm的支承件而言，優選使用具有內徑為1.8mm的陽模。
根據優選的實施方案，進口截面溝槽中部被排列在具有直徑(P4)約為2.5mm的圓周上，而出口截面溝槽中部被排列在具有直徑(P5)約為2.0mm的圓周上。
第二聚合物層的擠壓溫度應該是這樣的以致對在支承件周圍配置光纖不產生負面影響。更具體說，擠壓溫度應是這樣的以致能保證聚合物具有充分低的粘度，避免光纖沿軸向和沿圓周從其有關位置偏移。于是可將擠壓溫度調整到使聚合物具有約680Pa·s或以下的粘度，該值是在剪切率為100sec-1下測定的，粘度優選為低于約500Pa·s，特別優選為低于約400Pa·s。例如，如果使用Hytrel4056作為涂料組合物的話，為了得到充分低粘度的聚合物，擠壓溫度(在模頭出口處測定)應至少為220℃(粘度約為600Pa·s；剪切率為100sec-1)，優選至少為約240℃(粘度約為450Pa·s)，尤被優選的溫度是約250℃(粘度約為370Pa·s)。反之，由于過高的溫度會引起構成光纖的保護涂層材料(通常為丙烯酸酯基材料)之分解，溫度優選被保持在低于約300℃，優選為低于約280℃。
參照附圖，下面所描述的是本發明的光芯實施方案的一個例子，其中彈性聚合物、更具體說為Hytrel(Du Pont)被用作二種涂層的熱塑性材料。
支承件，在此情況下為用第一聚合物涂層聚合物材料涂覆的鋼絲以不變的線速度移動，該速度優選約在10-50m/min之間，且用預定的一般為1-5kg的制動值制動。
根據特別優選的實施方案，線速度為14m/min和支承件的制動值為2.5kg。
開始，將支承件放入到優選為紅外線型預熱爐中，爐溫已被調整到600-900℃、優選為約750℃，以便將支承件升高到溫度約為120-130℃。此聚合物層的溫度應被保持在至少為20℃、優選至少為約30℃，低于該聚合物的熔融溫度。這使有可能在溫度足以高于具有想望的粘度下擠壓外層，而不會引起內層的熔化和隨之將光纖部份地植入到所述內層中。
然后將預熱的支承件送入到裝有通過牽引作用而解卷的光纖的12個旋轉滾筒的解卷裝置的中央，并受到制動力，制動力的值與對支承件的牽引力有關且為50-250g。對支承件的制動力“K”與對光纖的制動力“k”之比為10-50是有利的。
“K/k”比值是這樣方便地被預定的，當支承件與光纖由于牽引而釋放時，光纖的殘余伸長率在它們受到壓縮前必須被抵償到至少等于約0.02％。
光纖與支承件被供入到陽模22內部朝向擠壓模成型段25，在擠壓模成型段25擠壓上第二層聚合物材料。光纖通過溝槽28、29(參見圖7-9)在部件23的管狀壁中被適當地引導，溝槽形成含光纖的徑向表面，以致使光纖首先逐漸接近支承件，然后至少以在其上相切的條件下直到穿過槽28′、29′而在陽模出口點(圖9)為止。
從陽模22出來的光纖處于基本上與支承件相切位置且具有被縱向槽所施加的彼此相反的圓周分離的構形，并與支承件一起移動到陰模24的擠壓模成型段25，在擠壓模成型段25它們被來自溝槽27的第二聚合物層所涂覆。陰模24的擠壓模成型段25的特征在于具有前述的長度和直徑值。
最好，第二聚合物層的溫度，在模頭的出口處測定，為220℃-280℃，其中特別優選的溫度為240℃-260℃，最優選的溫度為250℃。
在擠壓機出口，在其中第二聚合物為光芯的最后部分的情況中，被包封在聚合物層中的支承件與光纖移動到進入冷卻槽，然后進行收集步驟。
芯6在冷卻槽中被預定溫度的水冷卻。特別是，申請人現已發現，為了使光纖基本上與支承件相切，如所希望的那樣，將芯冷卻到溫度為20-80℃、優選為40℃-60℃是有好處的。
在著眼于用另外的涂料層涂覆光芯時，被包封在第二層中的支承件與光纖穿過另一臺擠壓機移動并在其中它被例如聚酰胺樹脂護皮所涂覆。
光芯在完成被護皮包覆后，然后如前所述在冷卻槽中被冷卻。
最后，所得到的光芯借助于牽引件20穿過緩沖器21并被收集在收集站22上。
使用上述的方法，變化陰模的擠壓模成型段25的長度“L”和保持其他參數不變來制造二種光芯。
特別是，就實施例的二種光芯而言，使用下列材料中央增強件鋼絲，直徑為0.65mm；第一涂層Hytrel4056，厚度為0.525mm；12條用丙烯酸樹脂涂覆的光纖(直徑240μm)；第二涂層Hytrel4056，厚度為0.525mm。
就擠壓而言，使用具有以下參數特征的擠壓頭的擠壓機陽模進口處的直徑P1:2.8mm陽模出口處的直徑P2:2.3mm陽模的長度L0:100mm陽模與陰模的擠壓模成型段之間的距離L1:2mm陰模擠壓模成型段的直徑2.9mm擠壓模成型段的長度L:1mm或4mm(見表)擠壓流水線的參數如下；線速度14m/min；光纖的制動力100g；支承件的制動力2.5或6.0g(見表)。
第二層Hytrel的擠壓溫度被設定在230℃。
冷卻槽離擠壓機為約150mm和水溫為約50℃-80℃(見表)。
操作在熱循環范圍在光纜在其工廠的貯存期間、運輸、銷售與根據以下方法被鋪設中所遭受到的分別為+30℃與-30℃的最大值與最小值之間的條件下進行將最小長度為3km的光芯纏繞在鼓形物上，然后放置于強迫空氣循環的人工氣候試驗室中；設定想望的溫度，保證通過測定中央增強件的直流電電阻(直至測定的電阻值恒定不變為止)來達到溫度熱條件；一旦已達到想望的電阻，就將光芯置于這樣的條件下，為時24小時；通過測量在1550nm波長下的反相散射與OTDR來評估光纖傳輸信號的衰減；測定是在光纖的兩端進行的，衰減值取二次測定的平均值；熱循環要求在溫度分別為60℃、0℃、-20℃、-30℃、60℃和20℃下測定6次衰減。
結果被示于下表中
L=擠壓頭擠壓模成型段的長度B=支承件的制動力T=冷卻水的溫度表中所示的結果說明，當將使用具有擠壓模成型段長度“L”為4mm的第二層Hytrel用的擠壓頭所得到的衰減值與使用具有擠壓模成型段長度“L”為1mm的第二層Hytrel用的擠壓頭所得到的衰減值相比得到改進，而所有其他的擠壓頭尺寸仍保持相等。
更具體說，可以看出從本發明光芯的光纖中所測定的衰減值在任何情況下總是小于或等于0.200dB/km。此外，在熱循環期間所測定的最大與最小平均值之間的差值為小于0.01dB/km。
如申請人所觀察到的那樣，本發明的方法使有可能在制造光芯期間減小在光纖上所產生的機械壓力。此優點在于基本上沒有外部的機械壓力施加在光纖上，和控制以塑料形式穿過擠壓頭流動的聚合物的壓力，從而自然地意味著保證光纖的特性，因此，優點還在于減少了通常易于產生的由光纖傳輸的光信號之衰減。
更具體說，如申請人所觀察到的那樣，通過在專門溝槽中導引光纖而有利地獲得基本相切的條件，且在擠壓第二聚合物層期間保持此基本上相切的條件，由此還避免了光纖在支承件周圍的位移。特別是，發現此條件可以使用合適的陰模擠壓模成型段的軸向長度“L”與其直徑“D”之比值，以及最好還采用特定的擠壓溫度值來獲得。
例如，過高的“L/D”比值(例如，由于擠壓模成型段的長度相對于直徑為太長而引起的)能增加擠壓頭內部聚合物料的壓力到如此的程度，以致使光纖離開理想的相切構型和與圓周附近分離。另一方面，由于聚合物的過高粘度，太低的擠壓溫度也能造成這樣的缺陷。還發現，如果“L/D”比太低(例如，由于相對于直徑而長度不足所引起的)，可能造成僅有部分涂層或不均勻涂層的光纖，這通常是由于從擠壓頭離開而進入到周圍環境的聚合物料壓力變化太劇烈之故。
申請人還觀察到，將冷卻槽的溫度設定在至少為20℃也有助于在光纖上保持所需程度的涂層。就此而言，將冷卻水溫度保持在此值以上避免芯的最外層與最內層部分相比出現過冷，和因此而產生的外部件收縮。
在這樣的情況下，可能發生沉積在光纖周圍的塑料被向外牽拉以抵消材料體積在其外面部分收縮后的損失。這導致光纖離開其有序的幾何構型的必然位移，從而可能導致在光纖上壓力的局部集中和由光纖傳輸的信號的必然衰減。
本發明并不嚴格限于上述說明書中已經所述的那些，而且還包括其所有替代的解決方案與結構，即使它們未被明顯地說明過，熟練的技術人員將會發現能方便地從所述的本發明推斷出這些替代的解決方案與結構，而且它們并不涉及光纖對中央支承件的任何顯著的徑向壓力。
例如，光纖能以“SZ”型構型而不是與芯的縱向中軸相平行的方式被施加到支承件上。
根據本發明方法的一種可能的變型，“SZ”型構型可以通過使用以相反方向旋轉的陽模交替地旋轉光纖來產生，或者例如在擠壓頭之前通過引起中央線擺動來產生。本發明的光芯可能例如是水下光纜的一部分，則它還包含下列的元件耐拉應力的增強件，通常包括一個或多個的鋼絲環；使用合適粘度的材料，優選為濕膨脹和吸收氫的材料，在光學組件(optical module)上和增強線之間進行填塞，以避免水的縱向貫穿；外絕緣護皮，例如聚乙烯護皮；必不可少的是取決于光纜鋪設深度的保護性鎧裝。
本發明的光芯可被有利地用于其他光纜結構應用，例如地面光纜(terrestrial cable)安全繩和類似物，對于每種應用來說應設想將它與特定的增強件和/或功能件相結合來使用。
權利要求
1．一種制造遠程通訊光纜光芯的方法，該光芯包括至少一個用第一聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多圍繞該支承件縱向排列的光纖，和圍繞所述第一涂層與圍繞所述光纖被擠壓的第二聚合物涂層，該方法包括下列步驟a)將所述光纖縱向排列在所述第一聚合物涂層周圍，以使光纖基本上與該涂層表面相切并且相互以預定的方式沿圓周分離；和b)圍繞所述第一涂層與圍繞所述光纖擠壓第二涂層，至少遠至擠壓機的出口處保持基本上相切與沿圓周分離的條件。
2．根據權利要求1的方法，它包括下列步驟a)沿縱向朝擠壓機饋送支承件，擠壓機包括包含陽模與陰模的擠壓頭，且在陰模中擠壓第二層；b)將許多光纖施加到所述支承件上，沿所述方向以預定的距離引導光纖，以便在與所述支承件相接觸的每一點處達到基本上相切和預定的相對圓周分離的條件；c)圍繞所述第一聚合物涂層和圍繞所述光纖擠壓第二層，就在擠壓頭的出口處而言保持基本上相切和光纖相對圓周分離的條件；和d)冷卻由此得到的光芯。
3．根據權利要求2的方法，其中所述擠壓機包括一陰模，其特征在于具有預定值的長度“L”與直徑“D”的“擠壓模成型段”，以便就第二聚合物層的擠壓區出口點而言保持光纖與支承件基本相切和光纖間相對圓周分離的條件。
4．根據權利要求3的方法，其特征在于“L/D”的比值在1與2之間。
5．根據權利要求3的方法，其特征在于“L/D”的比值在1.3與1.5之間。
6．根據權利要求4的方法，其特征在于擠壓模成型段的長度“L”為2-6mm和直徑“D”為2-4mm。
7．根據權利要求4的方法，其特征在于擠壓模成型段的長度“L”為3-5mm和直徑“D”為2.2-3.6mm。
8．根據權利要求2的方法，其中所述擠壓頭包括一陽模，其特征在于它包括許多沿著其內壁適當地縱向排列的溝槽，以便引導和保持光纖與支承件相切位置。
9．根據權利要求8的方法，其中溝槽是這樣排列的以致使接近陽模出口處二相對溝槽間的最大距離基本上相等于支承件的直徑與二倍光纖直徑之和。
10．根據前述任一項權利要求的方法，其特征在于第二聚合物層是在聚合物具有預定粘度值以致在擠壓期間避免光纖從其有關位置被偏移的溫度下被擠壓的。
11．根據權利要求10的方法，其中所述預定粘度值約為680Pa·s或以下的，該值是在剪切率為100sec-1下測定的。
12．根據前述任一權利要求的方法，其特征在于擠壓后光芯在含溫度約20℃-約80℃的水的冷卻槽中冷卻。
13．根據前述任一項權利要求的方法，其特征在于光芯被收集在保持對支承件的牽引力“K”與對每一光纖的制動牽引力“k”之比為10-50的飛輪上，所述比值是這樣的以致當釋放所述牽引力“K”與“k”時，光纖的殘余伸長率在它們受到壓縮前必須被抵償到至少等于約0.02％。
14．根據前述任一項權利要求的方法，其特征在于支承件的饋送速率為10-50m/min。
15．一種制造遠程通訊光纜用光芯的擠壓機，其中的光芯包括用熱塑性聚合物第一種涂層涂覆的中央支承件、許多縱向排列并在支承件周圍相切的光纖、和被擠壓在支承件周圍和光纖周圍的第二涂層，所述擠壓機包括一陽模22(支承件和圍繞支承件排列的光纖穿過其軸線)和其中包括擠壓模成型段25的陰模24，穿過擠壓模成型段的成品光芯被擠壓，其特征在于a)陽模22的內壁帶有許多縱向溝槽28、29、28′、29′，這些溝槽適于接受穿過模具朝向擠壓機出口運動的所述光纖；在模具出口處二個徑向相對的溝槽壁之間的最大距離“P2”基本上等于涂覆過的支承件的外徑與二倍光纖直徑之和，由此確保光纖與支承件之間基本上相切的條件；和c)陰模的擠壓模成型段的長度“L”與直徑“D”之比為1-2。
16．用于減小被包封在遠程通訊光纜用的光芯中光纖的傳輸信號衰減的方法，其中所述光芯包括用第一種聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多縱向排列在支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍和光纖周圍的第二涂層，其特征在于所述許多光纖基本上相切地排列在支承件的周圍而光纖對支承件不施加任何顯著的壓力。
17．一種遠程通訊光纜，可通過權利要求1-14中任何一項權利要求的方法得到。
18．一種包括光芯的遠程通訊光纜，其中所述光芯包括a)用第一聚合物涂層涂覆的中央支承件，b)許多被縱向排列在所述支承件周圍的光纖，和c)被擠壓在支承件周圍與光纖周圍的第二涂層，d)一個被限定在所述第一與所述第二聚合物層之間的界面，其特征在于所述光纖在二聚合物層之間是無界面形成的，而且所述光纖以開口構形被排列在支承件周圍。
19．一種包括光芯的遠程通訊光纜，其中所述光芯包括用第一聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多被縱向排列在所述支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍與光纖周圍的第二涂層，其特征在于所述光纖具有平均傳輸信號衰減值小于一預定值。
20．根據權利要求19的遠程通訊光纜，其中在本發明光芯的光纖中測定的平均衰減值約小于或等于0.200dB/km。
21．一種包括光芯的光纜，其中所述光芯包括包括用第一聚合物涂層涂覆的中央支承件、許多被縱向排列在所述支承件周圍的光纖，和被擠壓在支承件周圍與光纖周圍的第二涂層，其特征在于在所述光纖中，在熱循環范圍為60℃到-30℃之間測定的最大與最小的平均信號衰減之間的差值小于一預定值。
22．根據權利要求21的光纜，其特征在于在所述光纖中最大與最小的平均信號衰減之間的差值為小于0.01dB/km。
全文摘要
一種遠程通訊光纜用的光芯,包括至少一個由中央增強件構成的支承件和被涂覆于中央支承件周圍的熱塑性聚合物的第一涂層,許多光纖被排列在支承件周圍和第二涂層被擠壓在支承件的周圍。在每一光芯橫截面中,光纖基本上以與中央支承件相切形式被排列,且在其剩余部份的周圍,完全被包封在第二涂層中。該芯可以使用一種其中就擠壓段而言光纖被導引到合適的溝槽內部而達到與支承件基本上相切條件的方法來制造。
文檔編號B29C47/02GK1301355SQ98811785
公開日2001年6月27日 申請日期1998年11月27日 優先權日1997年12月4日
發明者佛里西諾·克奇, 喬瓦尼·布蘭迪 申請人:皮雷利·卡維系統有限公司