製作光纖帶纜的方法

2023-04-23 18:02:56 8

專利名稱：：製作光纖帶纜的方法
技術領域：
：本發明涉及一種其中多個塗膜光纖設置在一個平面內並成束為帶狀的光纖帶纜的製作方法。在一種光纖帶纜中，平行設置的多個塗膜光纖在由紫外可固化樹脂製成的聚合塗料進行塗膜時成束在一起。在傳統的製作光纖帶纜方法中，在多個塗膜光纖由紫外固化樹脂聚合塗膜時，為使這樣塗覆的紫外可固化樹脂固化，在一個紫外照射裝置中以紫外線對其進行照射。這裡，在產生紫外線的紫外燈發光時，產生了大量的熱量。由於這種熱量的原因，使此聚集的塗料軟化，並以此狀態與其它硬質材料粘接，從而損害了光纖帶纜表面，或者由於微曲對這些塗膜光纖產生負面影響。為克服此問題，例如在日本專利申請公開文本No.1-191110中，在製作光纖帶纜時，為使光纖帶纜表面溫度低於其紫外可固化樹脂的玻璃化溫度，採用冷卻氣體流入紫外照射(固化)裝置中。並且，在此說明書中，提供了輸出均不高於一既定水平的多級紫外照射裝置，在紫外固化處理中光纖帶纜表面溫度低於紫外可固化樹脂的玻璃化溫度時製取光纖帶纜。另一方面，在日本實用新型申請公開說明書No.2-149904中，採用冷卻水流經用於牽引塗有紫外可固化樹脂光纖帶纜的卷盤外圍附近的空心部分，從而冷卻此固化的光纖帶纜。經過細緻研究，本發明人發現如下問題。也就是說，發明人發現，不僅是通過在製作光纖帶纜傳統方法情況下簡單冷卻光纖帶纜不可能防止光纖帶纜表面的損害以及塗膜光纖的微曲，而且光纖帶纜表面的損害還可歸因於除溫度之外的因素。也即，已經發現，用於聚合塗料的固化反應在光纖帶纜由紫外照射裝置中拉出時還未完成，而是在其後進一步進行。在此機理中，當光纖帶纜由紫外線照射時，聚合塗料中含有的光聚合反應引發劑吸收紫外線，從而產生自由基。這些自由基引發紫外可固化樹脂的固化反應。一旦由紫外輻射在此樹脂中產生自由基，則即使在其後沒有紫外線照射時，只要該樹脂中存在此自由基，固化反應就會進行。紫外可固化樹脂的固化反應為自由基反應，其進展速度很高，然而，由於光纖帶纜製作方法的最近發展，製造光纖帶纜的傳送速度極大提高，從而使紫外照射時間低於固化反應所需時間。因而，如果在固化反應未充分進行且光纖帶纜溫度相當低的狀態下，光纖帶纜與導輪接觸，則由於光纖帶纜表面的損害或塗膜光纖的微曲，會使光纖帶纜的傳輸特性變差。本發明目的在於提供一種製造光纖帶纜的方法，它能防止在光纖帶纜表面發生損害，防止在塗膜光纖中發生微曲，並防止傳輸損耗增加。本發明提供了一種製造光纖帶纜的方法，該方法包括如下步驟準備一個紫外照射裝置和一個直徑2R(mm)的導輪；將至少兩個塗膜光纖平行設置在一個平面內；以含有紫外可固化樹脂的聚合塗料對如此設置的塗膜光纖集中塗膜；在所述紫外照射裝置中以紫外線照射所述聚合塗料，使此聚合塗料固化以形成厚度2d(mm)的光纖帶纜；並且使離開紫外照射裝置的光纖帶纜與所述導輪接觸，使得光纖帶纜離開紫外照射裝置後直徑與導輪接觸的一段時間t(ms)滿足下列關係式d/[(R+d)*t]＜0.2此處，所述塗膜光纖為至少塗有一層塗層的光纖。所述光纖帶纜為平行設置在一個平面內的所述塗膜光纖，在以聚合塗料進行塗覆時集束在一起，成為帶狀的光纜。根據本發明，由於按照與其彎曲幅度的大小有關的項d/(R+d)考慮光纖帶纜離開紫外照射裝置至導輪以與後者接觸的時間t，所以光纖帶纜與導輪接觸時，固化反應已充分進行了。因此，光纖帶纜表面未產生任何損害，並且塗膜光纖中未發生任何微曲，從而可防止其傳輸性能降低，即，可防止其傳輸損耗增加。另外，本發明提供了一種製作光纖帶纜的方法，其中含聚合塗料的紫外可固化樹脂最好具有在至少70℃但不高於150℃的範圍內的玻璃化溫度。根據本發明，當玻璃化溫度超過150℃時，其應力消除易於延遲；而當其低於70℃時，室溫下的楊氏模量趨於降低，從而降低了其橫向壓力特性。因此，在至少70℃而不高於150℃的玻璃化溫度範圍內，可獲得考慮橫向壓力特性和應力消除的優越特性。而且，本發明提供了一種製作光纖帶纜的方法，其中在其聚合塗料中向100份按重量計的紫外可固化樹脂中最好加入按重量計1份，但不多於5份的醯基膦化氧型聚合反應引發劑。根據本發明，由於採用了醯基膦化氧型聚合反應引發劑，可加快紫外可固化樹脂的固化反應，從而允許在更短時間內製作光纖帶纜。由下述詳細說明及附圖可更完全地理解本發明，它們只作為示例給出，不應理解為對本發明的限制。由下述詳細說明可清楚本發明的進一步應用範圍。然而應當理解，本發明優選實施例的詳細說明及特例，只是以示例形式給出，因為根據此詳細說明，本領域技術人員很清楚本發明精神範圍內的各種變化和改動。圖1是採用根據本發明的製作光纖帶纜方法的一個實施例的光纖帶纜製作設備的示意圖；圖2A是表示4纖光纖帶纜的垂直剖面圖；圖2B是表示8纖光纖帶纜的垂直剖面圖；圖3是表示光纖帶纜和導輪輪廓的示意圖。下面參照圖1至圖3說明根據本發明的光纖帶纜製作方法的優選實施例。圖1為採用根據本發明的製作光纖帶纜方法的一個優選實施例的光纖帶纜製作設備的示意圖；另一方面，圖2A和2B分別為表示4纖和8纖光纖帶纜的垂直剖面圖。本發明所用光纖帶纜為平行設置在一個平面內的多個塗膜光纖1集束在一起，由含有紫外可固化樹脂的聚合塗料加以塗覆。在本說明書中，具有N根塗膜光纖(N為大於2的整數)的光纖帶纜稱為「N-纖帶纜」。參照圖2A，所示的為4纖帶纜，其中4根塗膜光纖1平行設置於一個平面內。例如，各塗膜光纖1的結構為，一根直徑125μm的矽玻璃光纖21上塗覆有一內保護塗層22，然後是一外保護塗層23，和接下來的一標色層24作為最外層。而且，四根塗膜光纖1在其安排狀態中，由含有紫外可固化樹脂的聚合塗料25集束在一起。雖然圖2A中所示保護塗層為由內保護塗層22和外保護塗層23組成的兩層，但其也可由一層或三層以上構成。而且，可省去標色層24。參照圖2B，所示為8纖帶纜，其中設置了8根塗膜光纖1。在此8纖帶纜中，平行設置的每組四根塗膜光纖1塗有內聚合塗料26，然後整個兩組塗以外聚合塗料27。下面參照圖1描述製作光纖帶纜的方法。在此圖中，表示了具有單層聚合塗料和N根塗膜光纖的N纖帶纜。首先，N根塗膜光纖1由用於傳送的供給裝置3輸送，供給裝置3配備有分別繞以塗膜光纖1的N個輪2。這裡，通過一個浮動輪4向塗膜光纖1施加了幾十克的張力。如此輸送的N根塗膜光纖由各具有對應槽的兩個導輪5聚集，然後在送至塗膜裝置6之前平行排列，相互緊密接觸。在塗膜裝置6中，含紫外可固化樹脂的聚合塗料25由一個壓力式樹脂箱7通過孔7a提供，從而以聚合塗料25對N根塗膜光纖1進行塗膜聚合。可優選用作聚合塗料25中所含的紫外可固化樹脂例如為尿基丙烯酸酯型紫外可固化樹脂和環氧基丙烯酸酯型紫外可固化樹脂。所述紫外可固化樹脂的玻璃化溫度優選在至少70℃，但不高於150℃的範圍內，並且更優選在至少80℃但不高於140℃的範圍內。在玻璃化溫度超過150℃時容易延遲其應力消除；而當其低於70℃時，室溫下的楊氏模量趨於降低，從而降低了其橫向壓力性能。因此，在上述玻璃化溫度範圍內，考慮橫向壓力特性和應力消除，可獲得最佳特性。這裡，應力消除率與在光纖帶纜中發生的畸變有關，這將在後面加以解釋。另外，聚合塗料25的固化反應越快，則生產率就會越高，從而對光纖帶纜生產就有利。醯基膦化氧型聚合反應引發劑在加速固化反應方面性能優越，從而在光纖帶纜生產中是很有效的。優選用作這種醯基膦化氧型聚合反應引發劑的例子為2，4，6-三甲基苯甲醯基二苯基膦化氧，雙(2，6-二甲氧基苯甲醯基)-2，4，4-三甲基戊基膦化氧，等等。可以與所述醯基膦化氧型聚合反應引發劑一起使用的聚合反應引發劑例子包括α-羥基苯乙酮苯甲基縮酮，α-氨基苯乙酮等。更特別地，可使用例如2-羥基-2甲基-1-苯基丙酮，2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等。當按重量計向100份聚合塗料25中含有的紫外可固化樹脂加入的醯基膦化氧型聚合反應引發劑少於1份時，其固化反應比率趨於不足；而當其按重量計超過5份時，則光能由聚合反應引發劑本身吸收，從而在塗膜的深層固化趨於不足。因此，在聚合塗料25中，向按重量計100份的紫外可固化樹脂中最好加入按重量計至少1份但不多於5份的醯基膦化氧型聚合反應引發劑。接著，塗有聚合塗料25的塗膜光纖1離開塗膜裝置6通過所述紫外照射裝置8，在其中以紫外線對聚合塗料進行照射使其固化。然後，光纖帶纜9離開紫外照射裝置8，與導輪10接觸。這樣製得的N纖帶纜9，其中N根塗膜光纖1以帶狀集束在一起，通過一個供給絞盤11和一個卷繞張力調節輥12，然後由一個卷繞裝置13纏繞在一個預定輪14上。此時，卷繞張力設定為數十克至數百克。這裡，光纖帶纜9離開紫外照射裝置8的出口8a後直到與導輪10接觸的時間t越短，則聚合塗料25中含有的紫外可固化樹脂固化反應進行的程度就越低。因此，聚合塗料25變軟，使得即使輕微的變形也會導致其傳輸特性的下降。相反地，當上述時間t較長時，固化反應進行的程度較高，使得紫外可固化樹脂變硬，從而耐受更大的變形。如圖3所示，變形幅度與d/(R+d)有關，其中光纖帶纜9的厚度為2d(mm)，導輪10的直徑為2R(mm)。這裡，圖3表示出光纖帶纜9和導輪10的示意圖，圖中沒有畫出後者的溝槽。考慮傳輸時間t(ms)，本發明人發現不發生變形的參數d/[(R+d)×t]的最佳範圍具有上限0.2和下限0.00021。當滿足此條件時，光纖帶纜9在聚合塗料25中含有的紫外可固化樹脂的固化反應充分進行的狀態下與導輪10接觸。在此情況下，光纖帶纜9的表面不產生損害，並且在塗膜光纖1中不發生微曲。另外，可防止其傳輸特性降低，也就是可防止傳輸損耗增加，而無需增大製作光纖帶纜的設備且不降低生產率。這裡，光纖帶纜9的厚度2d(mm)是指其在聚合塗料25中含有的紫外可固外樹脂固化後的厚度，它決定於纜線的結構。光纖帶纜9的厚度2d(mm)優選為約0.25mm至0.5mm，最好在約0.28mm至約0.45mm範圍內。另一方面，導輪10的直徑2R(mm)優選為30mm至600mm，最好在50mm至200mm之間。當導輪10的直徑2R小於30mm時，即使與生產中相同牽引速度時相比，其轉數也會增大，從而其負載部件本身容易很快損壞。另一方面，當導輪10的直徑2R超過600mm時，可操作性會變差，並且設備也龐大。到達時間t(ms)可優選在10ms至2,000ms的範圍內，最好在10ms至1,000ms的範圍內。這裡，t決定於導輪10的位置(即，由紫外照射裝置8的出口8a至光纖帶纜9與導輪10接觸處的距離a(m))和光纖帶纜9的牽引速度v(m/s)。可選用，距離a為0.3m至2.0m，而牽引速度v大於1m/s。當距離a小於0.3m時其工作能力下降，而距離a超過2.0m時設備會變得龐大。實施例下面結合實施例1至5，比較例1和2，以及參照例1和2，進一步詳細說明根據本發明的光纖帶纜製造方法。實施例1至4一根外徑125μm的單模裸光纖玻璃，被塗以分別由兩種不同的丙烯酸尿酯型紫外可固化樹脂構成的兩層塗層。接著，對其上塗覆由紫外可固化樹脂製成的一層著色層，從而形成一條外徑250μm的塗膜光纖。首先，從設置有四卷塗膜光纖1的用於傳送的供給裝置3，傳送這些塗膜光纖1。然後，這些傳送的塗膜光纖1在塗膜裝置6中由聚合塗料25加以塗膜聚合。聚合塗料25在紫外照射裝置8中由紫外線照射得以固化，從而將四根塗膜光纖1集束在一起，形成4纖帶纜9。這裡，卷繞張力設定為150g。在這些實施例中，採用丙烯酸尿酯型紫外可固化樹脂A作為聚合塗料25用於將四根塗膜光纖1集束在一起，而向按重量計100份A中加入了按重量計3份的2，4，6-三甲基苯甲醯基二苯基膦化氧作為聚合反應引發劑。這裡，丙烯酸尿酯型紫外可固化樹脂A至B至D，後面將要提及，它們是彼此不同具有區別構成的樹脂。改變這些樹脂中的齊聚物和多官能單聚物的含量，以使其玻璃化溫度設定為互不相同。為測量聚合塗料25的玻璃化溫度，用刀片從製得的光纖帶纜9上刮下聚合塗料25，並將如此獲得的樣品以一個粘彈性測量設備(RHEO-VIVRON，Orientec有限公司製造)加以測量。測量在頻率為11Hz，加熱速率為3℃/分的條件下進行，產生最大水平tanδ的溫度即判定為玻璃化溫度。而且，在製造光纖帶纜9時，紫外照射裝置8的出口8a和導輪10之間的距離以及生產時的牽引速度可以改變，以調節光纖帶纜9離開紫外照射裝置8直到與導輪10接觸的時間，即傳輸時間t。而且，通過調整帶纜厚度(2d)和導輪10的直徑(2R)，將d/[(R+d)×t]的值設定為小於0.2。作為對如此製造的光纖帶纜9的特性測試，測出了所述四根塗膜光纖1剛製成後的傳輸損耗大小。此測量的進行利用了光學時域反射儀(OTDR)(AQ-7110C，Ando電子有限公司製造)，它根據散射光強度確定光學損耗量。其平均值在表1中以「平均損耗」表示。對於橫向壓力測試，緊隨1Km的所述四根塗膜光纖1每根以張力600g卷繞在桶經280mm的輪上之後，以所述OTDR測量其波長1.55μm處的傳輸損耗，然後確定所述四根塗膜光纖1的平均值。表1表示了這些結果。而且，在表1中，光纖帶纜9的厚度和導輪10的直徑分別列為「帶纜厚度2d」和「導輪直徑2R」。如表1所示，實施例1至4就平均損耗並且橫向壓力測試而言產生了良好的特性。表1實施例5光纖帶纜9的製作方式除下述外與實施例2相同，採用丙烯酸尿酯型紫外可固化樹脂B作為聚合塗料25，用於將四根塗膜光纖1集束在一起，向按重量計100份的B中加入按重量計1.5份的雙(2，6-二甲氧基苯甲醯基)-2，4，4-三甲基戊基膦化氧作為聚合反應引發劑，並且帶纜厚度2d設定為0.310mm。樹脂B的玻璃化溫度85℃。對於如此獲得的光纖帶纜9，測量其傳輸損耗並進行橫向壓力試驗，其結果列於表1中。如表1所示，製作後的傳輸損耗(平均損耗)為0.202dB/km是合適的，並且橫向壓力試驗產生了合適的傳輸損耗水平為0.223dB/km。比較例1除採用直徑為60mm的導輪10以外，以與實施例1相同的方式製作光纖帶纜9。對於如此獲得的光纖帶纜9，測量其傳輸損耗，並進行橫向壓力試驗。其結果列於表1中。如表1所示，在製作後的傳輸損耗水平很快增加至0.254dB/km。而且橫向壓力試驗中的損耗為0.284dB/km，從而表明傳輸性能的降低。比較例2除採用直徑為150mm的導輪10，並且光纖帶纜9離開紫外照射裝置8直至與導輪10接觸的時間設定為10ms以外，以與實施例3相同的方式製作光纖帶纜9。對於如此獲得的光纖帶纜9，測量其傳輸損耗，並進行橫向壓力試驗。其結果列於表1中。如表1所示，在製作後的傳輸損耗水平很快增至0.268dB/km。並且橫向壓力試驗中的損耗為0.305dB/km，從而表明傳輸性能的降低。參照例1採用丙烯酸尿酯型紫外可固化樹脂C作為聚合塗料25，用於將四根塗膜光纖1集束在一起，向按重量計100份的C中加入按重量計3份的2，4，6-三甲基苯甲醯基二苯基膦化氧作為聚合反應引發劑，除此之外以與實施例2相同的方式製作光纖帶纜9。該塗料25的玻璃化溫度為65℃。對於如此獲得的光纖帶纜9，測量其傳輸損耗並且進行橫向壓力試驗。其結果列於表1中。如表1所示，在製作後的傳輸損耗很快地成為0.196dB/km，是合適的，但橫向壓力試驗中的損耗為0.261dB/km，從而表明其傳輸性能降低。參照例2採用丙烯酸尿酯型紫外可固化樹脂D作為聚合塗料25，用於將四根塗膜光纖1集束在一起，向按重量計100份的D中加入按重量計1.5份的雙(2，6-二甲氧基苯甲醯基)-2，4，4-三甲基戊基膦化氧作為聚合反應引發劑，除此之外以與實施例2相同的方式製作光纖帶纜9。該聚合塗料25的玻璃化溫度為160℃。對於如此獲得的光纖帶纜9，測量其傳輸損耗並進行橫向壓力試驗。其結果列於表1中。如表1所示，在製作後的傳輸損耗很快為0.255dB/km，橫向壓力試驗中的損耗為0.268dB/km，從而表明其傳輸性能的降低。如前所述，根據本發明，因為光纖帶纜通過紫外照射裝置後直至與導輪接觸的時間與其變形之間的關係可以定量確定，並且其上限得以限定，使得光纖帶纜在聚合塗料的固化反應充分進行的狀態下與導輪接觸，從而在塗膜光纖中不發生微曲，並且在光纖帶纜表面沒有損害產生。並且有利於防止塗膜光纖中傳輸損耗的增加。另外，由於紫外可固化樹脂的玻璃化溫度設定在既定範圍內，加快了其應力消散，從而可使由於光纖帶纜產生彎曲所引起的應力在短時間內得以消散。相應地，可防止其傳輸性能降低，並可製造出具有足夠橫向壓力特性適於實用的光纖帶纜。而且，如果採用既定量的醯基膦化氧型聚合反應引發劑作為對於所述聚合塗料的光聚合作用引發劑，可使固化反應更快終止，從而有利於提高生產力。根據以上描述的本發明，很明顯可對本發明以很多方式加以改動。不應認為這種改動離開了本發明的精神和範圍，而應認為這些對於本領域技術人員明顯的改動都包括在下述權利要求的範圍內。權利要求1.一種製造光纖帶纜的方法，該方法包括如下步驟準備一個紫外照射裝置和一個直徑為2R(mm)的導輪；將至少兩根塗膜光纖平行設置在一個平面內；以含有紫外可固化樹脂的聚合塗料對如此設置的塗膜光纖進行聚合塗膜；在所述紫外照射裝置中以紫外線照射所述聚合塗料，以使所述聚合塗料固化，形成厚度為2d(mm)的光纖帶纜；以及使離開所述紫外照射裝置的所述光纖帶纜與所述導輪接觸，使得所述光纖帶纜離開所述紫外照射裝置後直到與所述導輪接觸的時間t(ms)滿足如下關係式d/[(R+d)×t]＜0.2。2.如權利要求1所述的方法，其中所述t，R，以及d滿足如下關係式0.00021＜d/[(R+d)×t]。3.如權利要求1所述的方法，其中所述紫外可固化樹脂的玻璃化溫度在至少70℃但不高於150℃的範圍內。4.如權利要求3所述的方法，其中所述紫外可固化樹脂的玻璃化溫度在至少80℃但不高於140℃的範圍內。5.如權利要求1所述的方法，其中在所述聚合塗料中，向按重量計100份的所述紫外可固化樹脂中加入至少按重量計1份但不高於按重量計5份的醯基膦化氧型聚合反應引發劑。全文摘要一種製造光纖帶纜的方法,假定光纖帶纜厚度為2d(mm),導輪直徑為2R(mm),該光纖帶纜離開紫外照射裝置後直到與該導輪接觸的時間為t(ms),則滿足關係d/[(R+d)×t]0.2。相應地,所述光纖帶纜不產生任何損害,並且在其塗膜光纖中沒有微曲產生,從而可防止其傳輸性能的降低。文檔編號G02B6/44GK1186964SQ9710938公開日1998年7月8日申請日期1997年12月6日優先權日1996年12月6日發明者服部知之,佐藤登志久,小林宏平,奧野薰,高橋健,岡涼英申請人:住友電氣工業株式會社