防止液體和氣體的緊湊型光纖單元及其製造方法
2023-05-06 01:46:36 3
防止液體和氣體的緊湊型光纖單元及其製造方法
【專利摘要】本發明公開了防止液體和氣體的緊湊型光纖單元及其製造方法。所述製造方法包括：放出多個光纖；用第一丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述多個光纖；緊緊地將浸溼後的光纖組合在一起，由此組合步驟產生了封閉的內部空間，並且該封閉的內部空間被第一丙烯酸酯預聚物樹脂填充；將第二丙烯酸酯預聚物樹脂施加至組合後的光纖；以及固化所述丙烯酸酯預聚物樹脂以形成第一和第二丙烯酸酯樹脂。本發明所公開的實施方式通過如下方式試圖基本上消除CFU中相鄰光纖之間的所有孔隙或空隙，即在多個光纖緊緊地組合在一起之前，通過用丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼包含CFU的多個光纖。
【專利說明】防止液體和氣體的緊湊型光纖單元及其製造方法
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本申請要求2012年9月4日申請的、申請號為N0.61/696，437且名稱為「抗液體和氣體的緊湊型光纖單元」的美國臨時專利申請的優先權，其被本申請的受讓人所擁有，並且其內容通過參考整體弓I用於本文。
【技術領域】
[0003]本發明公開主要涉及光纖，更具體地涉及緊湊型光纖單元。
【背景技術】
[0004]緊湊型光纖單元(CFU)是封裝在圓形熱固性聚合物基體中的多個光纖，其具有一個或多個層和可選的玻璃珠。CFUs在需要高光纖封裝密度的短距離應用時，具有多種用途並且高性價比。然而，所有已知的CFUs具有如下缺點，即允許液體和氣體沿著CFUs縱向透過。由於使用拉擠成型方法來製造CFUs，目前的製造工藝在相鄰的光纖之間的一個或多個封閉空間中留下了一個或多個孔隙(void)或空縫(air gap)。這些孔隙或空隙允許液體和氣體滲透到CFUs。這並不是所希望的，因為CFUs中的水或氣體可以造成組分和/或信號傳輸失效，並且對產品的使用壽命有不利效果。
發明概要
[0005]本發明公開是緊湊型光纖單元(CFU)、系統和工藝的多個實施方式，其消除了在CFU內相鄰光纖之間的一個或多個孔隙或空隙，從而防止液體和氣體滲透。在一些實施例中，所述一個或多個孔隙或空隙填充有丙烯酸酯樹脂。【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]本發明公開的許多方面通過參考以下附圖可以更好地理解。附圖中的構成部分並不必須繪製出來，相反更強調在清楚地闡述本發明原理方面。此外，附圖中相同的附圖標號在所有附圖中指代相同的部分。
[0007]圖1表示在內部空間中具有孔隙的現有緊湊型光纖單元(CFU)的截面圖。
[0008]圖2表示內部空間填充有丙烯酸酯樹脂的根據本發明的CFU的截面圖。
[0009]圖3表示製造圖2中CFU的根據本發明的方法。
[0010]圖4表示包括圖2中CFU的根據本發明的光纖電纜。
[0011]圖5表示包括多個圖2中CFU的根據本發明的光纖電纜。
【具體實施方式】
[0012]光纖電纜包括能夠傳輸聲音、視頻和數據信號的光纖。光纖電纜相比於電子聲音、視頻和數據信號的載體具有優勢，例如，增加的數據容量。隨著商業和家用要求更大的數據容量，光纖電纜將最終取代電子聲音、視頻和數據信號的載體。這種需求要求光纖電纜短距離實施方式的高性價比。
[0013]緊湊型光纖單元(CFU)是一種提供光纖電纜的高性價比短距離應用的實施方案。該CFU是封裝有至少一層丙烯酸酯樹脂的一束多個光纖(通常2-12個光纖)。CFU的典型尺寸是直徑約0.8-1.5mm。該CFU在需要高光纖封裝密度的短距離應用中具有多種用途並且高性價比。CFU的一個應用是用作室內電纜的子單元，因為相比於具有鬆散的250微米光纖的對比室內電纜，CFU具有高的壓縮性能。CFU的另一個應用是用作用於吹氣安裝應用的光纖封裝。在吹氣安裝應用中，CFU的外表面在安裝過程中，通常修改為減少CFU和導管或氣體管道之間的摩擦。
[0014]然而，所有已知的CFUs具有如下缺點，即允許液體和氣體沿著CFU縱向透過。因為使用拉擠成型工藝來製造CFUs，目前的製造工藝在相鄰的光纖之間的封閉空間中留下了一個或多個孔隙或空隙。這些孔隙或空隙允許液體和氣體滲透到CFU。這並不是所希望的，因為CFUs中的水或氣體可以造成組分和/或信號傳輸失效，並且對產品的使用壽命有不利效果。已知液體水能夠降低光纖的機械強度，因而阻止液體水可能聚集或流動的通道，可以提高產品壽命。管道中安裝的並不能阻止氣體透過的單元可以允許不希望的氣體流動，例如下水道氣體或洩露的天然氣進入終端用戶的房間。在目前的技術中，使用特殊的裝置和處理方法從管道或消費者房間的輸入端和輸出端密封CFU的內部。
[0015]本文公開的實施例通過如下方式試圖基本上消除CFU中相鄰光纖之間的所有孔隙或空隙，即在多個光纖緊緊地組合在一起之前，用丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼包含所述CFU的多個光纖。在一個實施例中，不是緊接在第一模具之後將第一丙烯酸酯預聚物樹脂施加於光纖，所公開的工藝在第一模具之前第一丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述光纖。不同情況下，在第一模具將光纖組合在一起之前，第一丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述光纖。在一個優選的實施方式中，在第一模具之前施加於所述光纖的第一丙烯酸酯預聚物樹脂、以及在第一模具之後立即施加的第二丙烯酸酯預聚物樹脂具有大致相同的光學和機械特性。在施加第二丙烯酸酯預聚物樹脂之後，通過熱或輻射應用來固化所述樹脂。
[0016]由於批量生產中生產效率和工藝的高性價比，拉擠成型工藝是製造光纖電纜和CFUs的優選工藝。然而，在使用拉擠成型的傳統CFU製造工藝中，由於在光纖被緊緊地組合在一起之後(通常對設定的光纖數量最小化封閉的內部空間)，將第一丙烯酸酯預聚物樹脂施加到光纖上，相鄰光纖之間產生的任何封閉內部空間將不會填充有丙烯酸酯樹脂。在封閉的內部空間中的任何孔隙或空隙允許液體和氣體沿著CFU滲透。CFU內部中的液體或氣體將導致組分和/或信號傳輸失效，並且對產品的使用壽命有不利效果。
[0017]在形成任何封閉的內部空間之前，通過用丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述光纖，將有足夠數量的丙烯酸酯樹脂來填充孔隙或空隙，其存在於使用拉擠成型的傳統CFU製造工藝的封閉內部空間中。因此，所公開的創新拉擠成型工藝導致了更耐用的CFU，其阻止了CFUs內部的液體或氣體滲透。
[0018]如這裡更詳細的描述，在形成任何封閉的內部空間之前，通過用熱固性預聚物丙烯酸酯脂來浸溼所述光纖，基本上消除了封閉的內部空間中的所有孔隙或空隙。已經提供多個實施例的概述，現在詳細說明如圖所述實施例的描述。當描述與這些附圖相關的多個實施例時，並不試圖限制本發明到實施例或本文描述的實施例中。相反，其目的是為了覆蓋所有的變化、修改和等同物。
[0019]圖1表示在封閉內部空間中具有孔隙的現有緊湊型光纖單元(CFU)的截面圖。如圖1中所示的，CFU100具有4個光纖11，封裝和嵌入在軟丙烯酸酯樹脂12中。軟丙烯酸酯樹脂12進一步被相對硬的丙烯酸酯樹脂13包圍和封裝，並且固化兩種樹脂以形成最終的CFU產品。軟丙烯酸酯樹脂12和硬丙烯酸酯樹脂13 —起構成了雙層丙烯酸酯結構，以最小化CFUlOO內部的光纖11的彎曲量和壓縮力。這種雙層丙烯酸酯結構保護光纖11不被過度彎曲和其它外部作用力，並且最小化CFU100內部的光纖11的信號衰減量。
[0020]然而，由於CFU100典型地通過傳統的拉擠工藝批量製成，目前的製造過程在封閉的內部空間中留下了孔隙14。所述封閉的內部空間是由三個以上相鄰的光纖製成，在傳統的拉擠成型中，液體預聚物丙烯酸酯樹脂無法在固化之前進入。在封閉的內部空間中的孔隙14允許液體和氣體滲透通過CFU100。CFU100中的水或氣體可以造成組分和信號傳輸失效，並且對最終產品的使用壽命有不利效果。
[0021]圖2表示CFU200的內部空間被第一丙烯酸酯樹脂21填充的本發明的CFU的截面圖。如圖2所示，CFU200具有封裝和嵌入在第二丙烯酸酯樹脂22中的四個光纖11，並進一步被擠出的第三丙烯酸酯樹脂23包圍和封裝。然而，不同於圖1中所示的傳統CFUlOOJg據本發明的實施方式的CFU200的封閉內部空間填充有第一丙烯酸酯樹脂21。
[0022]通過固化之前在封閉的內部空間填充有第一丙烯酸酯樹脂21，CFU200阻止液體和氣體滲透通過CFU200。因此，如果存在系統內部的水或氣體，其可能造成組分和傳輸失效，將在CFU200中消除這些組分和傳輸失效，並且創新的CFU200提供了最終產品的耐用性和延長的使用壽命。
[0023]當所示雙層丙烯酸酯結構來闡述CFUs的實施方式時，可以理解基於應用和偏好，可以修改層的數量。例如，CFU可以是單層丙烯酸酯結構或多層丙烯酸酯結構。
[0024]進一步，圖2中創新的CFU200包括四個光纖11，但是可以包括3_24個光纖和填料的任意組合。在商業應用中，具有4-12個光纖和填料的任意組合的CFU可以被期待為最常見的。填料在有時作為假光纖。此外，單獨的光纖11可以標色以在接帶或拼接時輔助識別和認識光纖。
[0025]在一些實施例中，優選第一丙烯酸酯樹脂21和第二丙烯酸酯樹脂22的光學和機械特性相同。第一和第二丙烯酸酯樹脂21、22之間這些特性的共性提供了 CFU200的機械和光學特性的均勻性。最優選的，第一和第二丙烯酸酯樹脂21、22是相同的材料。然而，第一和第二丙烯酸酯樹脂21、22可以是不同的材料，從而進一步提供CFU200最佳的光學、機械或其它特性。
[0026]此外，在如圖2中所示的雙層丙烯酸酯結構中，優選第二丙烯酸酯樹脂22比第三丙烯酸酯樹脂23更軟，從而保護光纖11不被過渡彎曲和其他外部作用力，以最小化CFU200內部的光纖11的信號衰減量。
[0027]第二丙烯酸酯樹脂22和第三丙烯酸酯樹脂23可以多種方式來表徵。例如，使用美國測試和材料協會(ASTM)D882標準測量方法，第二丙烯酸酯樹脂22優選的拉伸模數在0.l-50MPa範圍內，更優選在0.5-10MPa。第三丙烯酸酯樹脂23的優選範圍在100MPa-2000MPa,更優選在 200MPa_IOOOMPa。
[0028]第二和第三丙烯酸酯樹脂22、23還可以使用玻璃轉化溫度(Tg)來表徵。優選的第二丙烯酸酯樹脂22的Tg小於20°C，第三丙烯酸酯樹脂23的Tg大於40°C。為了描述的目的，Tg是DMA (動態機械分析)圖的角正切曲線的頂點。
[0029]雖然雙層丙烯酸酯結構是CFU200的優選結構，本發明也可以同樣運用在CFU中的單層丙烯酸酯結構或其它多層丙烯酸酯結構。
[0030]製造CFU200的一種方法是使用拉擠成型工藝。由於生產效率和工藝的高性價比，這是批量生產CFU200的優選方法。
[0031]圖3表示根據本發明製造圖2中創新的CFU200的方法。首先，多個光纖11從單獨的捲筒31中放出(pay out)。在光纖11被導向至第一模具32之前，光纖11被第一丙烯酸酯預聚物樹脂36浸溼。隨後，光纖11被第一模具32緊緊地組合在一起。在第一模具32之前，用第一丙烯酸酯預聚物樹脂36溼潤的光纖11允許第一丙烯酸酯預聚物樹脂36填充當光纖11緊緊地組合在一起時所產生的內部空間。優選的，緊緊組合光纖11提供了一個截面封裝結構，其對設定的光纖數最小化封閉的內部空間。雖然第一模具32在圖3中將光纖11組合在一起，光纖11還可以通過其它方式組合在一起。例如，光纖11可以通過絞合來將它們緊緊地組合在一起。
[0032]第一丙烯酸酯預聚物樹脂36的粘度對於光纖11足夠高，以保持足夠數量的第一丙烯酸酯預聚物樹脂36填充隨後形成的CFU200的封閉內部空間的實質空間。優選的，第一丙烯酸酯預聚物樹脂的粘度在25°C時為至少IOOOmPa.S。更優選的，第一樹脂的粘度在25°C時為至少 1800mPa.S。
[0033]圖3中的CFU製造系統接納4個光纖11，但是可以包含3_24光纖和填料的任意組合。在商業應用中，具有4-12光纖和填料的任意組合的CFUs被期待為最常見的。此外，單獨的光纖11可以標色以在接帶或拼接時輔助識別和認識光纖。
[0034]緊接在第一模具32之後，第二丙烯酸酯預聚物樹脂37被施加到光纖11上，並且第一和第二丙烯酸酯預聚物樹脂36和37被來自第一 UV固化爐或燈33的第一 UV光固化，以形成第一和第二丙烯酸酯樹脂21和22。隨後，緊接在第二模具34之後，第三丙烯酸酯預聚物樹脂38被施加到固化的第二丙烯酸酯樹脂22的表面，並且第三丙烯酸酯預聚物樹脂被來自第二 UV固化爐或燈35的第二 UV光固化，以形成第三丙烯酸酯樹脂23。
[0035]雖然圖3中的CFU製造系統300包括第三丙烯酸酯預聚物樹脂38、第二模具34和第二UV固化爐或燈35，這些子系統是可選的。如前所述，光纖11可以僅由一層丙烯酸酯樹脂封裝來形成CFU。
[0036]進一步，如果多層丙烯酸酯預聚物樹脂施加到光纖上，每層可以在該層被施加到光纖後立即固化，或者多層可以通過單次或多次UV光一次固化。例如，第三丙烯酸酯預聚物樹脂38可以施加到非固化的第二丙烯酸酯預聚物樹脂37(封裝光纖11)的表面上。此時，由於第二丙烯酸酯預聚物樹脂37沒有固化，第一丙烯酸酯預聚物樹脂36也沒有固化。隨後，所有丙烯酸酯預聚物樹脂被來自第二 UV固化爐或等35的第二 UV光固化。或者，第三丙烯酸酯預聚物樹脂38可以施加到固化的第二丙烯酸酯樹脂22的表面，隨後第三丙烯酸酯預聚物樹脂38被第二 UV光固化。
[0037]在CFU200製造後，CFU200可以進一步加工和用作圖4中所示的光纖電纜400的子單元。光纖電纜400具有創新的CFU200、圍繞CFU200的紗41、和圍繞紗41的護套42。
[0038]紗41纏繞CFU200用於加固。紗41優選為聚芳醯胺。紗41可以是直接形成或可以是螺旋纏繞。為了室內-室外應用，紗41可以塗覆遇水膨脹的塗層，其可以阻止水沿著電纜400的長度滲透。其它的阻水防備，如條帶或粉末，也可以用於限制水滲透。
[0039]圍繞著CFU200和紗41形成有護套42。該護套42優選由阻燃聚合物形成。合適的護套聚合物是PVC、低煙PVC、PVDF, FEP、PTFE、複合的氟聚合物混合物、低煙零滷基的聚烯烴樹脂、阻燃熱塑彈性體以及阻燃尼龍。護套聚合物可以包括UV穩定劑以允許電纜在室內-室外應用中的使用。
[0040]具有多個CFU200的光纖電纜提供了具有吸引力的另一設計，一個就是提供增加的光纖數量，同時仍然保持相對小型化和緊湊化。任意數量的CFUs (例如2-8)可以組合在單個護套42中。例如，如圖5所示，在一個電纜中獲得了 6個CFU200的高效封裝。這種設計具有一個中間加固元件51，以在紗41和護套42中輔助識別CFU200。另外，中間空間可以被另一 CFU200佔據，來替代中間加固元件51。如上所述，單個光纖可以被標色以在接帶或拼接時輔助識別和認識光纖。在圖5所示的實施例中，護套42也可以標色以提供附加的輔助光纖識別。
[0041]進一步，CFU200可以用作用於氣吹安裝應用中的光纖封裝。在氣吹安裝應用中，CFU的外表面在安裝過程中，通常修改為減少表面摩擦和增加空氣動力。例如，CFU可以在最外層中嵌入玻璃珠，或封裝在壓制的低摩擦塑料外皮中的單元，以減少在安裝過程中可能與管道或氣體通道接觸的表面積。
[0042]本文所公開的實施例通過如下方式試圖基本上消除CFU中封閉內部空間的所有孔隙或空隙，即在多個光纖緊緊地組合在一起之前，用丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼包含CFU的多個光纖。在一個實施例中，不是緊接在第一模具之後將第一丙烯酸酯預聚物樹脂施加到光纖，所公開的工藝在第一模具之前將所述光纖浸溼到第一丙烯酸酯預聚物樹脂。不同情況下，在第一模具將所述光纖組合在一起之前，用第一丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述光纖。在一個優選實施例中，在第一模具之前浸溼所述光纖的第一丙烯酸酯預聚物樹脂和在第一模具之後立即施加的第二丙烯酸酯預聚物樹脂具有近似相同的光學和機械特性。
[0043]在形成任何封閉的內部空間之前，通過用丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述光纖，將有足夠數量的丙烯酸酯樹脂來填充孔隙或空隙，其存在於使用拉擠成型的傳統CFU製造工藝的封閉內部空間中。因此，所公開的創新拉擠成型工藝導致獲得更耐用的CFU，其阻止了CFU內部的液體或氣體滲透，這可以造成組分和傳輸失效，以及其它的對產品的使用壽命不利效果。
[0044]在流程圖中的任何工藝描述或框圖，將被理解成表示模塊、片段、或代碼部分，其包括一個或多個可執行指令用於實施具體的邏輯功能或工藝中的步驟，並且變化的執行過程包括在本發明的優選實施例的範圍中，其中可通過所示或表示的代碼來實現所述功能，包括並行的或反向的代碼，根據所涉及的功能，可以被本發明領域的本領域技術人員所理解。
[0045]雖然已經表示和描述了優選實施例，對本領域技術人員而言清楚的是，所述發明的多種改變、修改或變化可以實現。這種改變、修改或變化應當在發明的範圍中理解。
【權利要求】
1.一種用於製造在封閉的內部空間中沒有孔隙的緊湊型光纖單元(CFU)的拉擠成型方法，包括以下步驟: 放出多個光纖； 用第一丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼所述多個光纖； 緊緊地將浸溼後的光纖組合在一起，由此組合步驟產生了封閉的內部空間，並且該封閉的內部空間填充有第一丙烯酸酯預聚物樹脂； 將第二丙烯酸酯預聚物樹脂施加於組合後的光纖；以及 固化所述丙烯酸酯預聚物樹脂以形成第一和第二丙烯酸酯樹脂。
2.如權利要求1所述的拉擠成型方法，其中，當放出所述多個光纖時，放出至少一種填料，並且在所述多個光纖被第一丙烯酸酯預聚物樹脂浸溼之前，所述至少一種填料與所述多個光纖組合在一起。
3.如權利要求1所述的拉擠成型方法，其中，第一丙烯酸酯預聚物樹脂的粘度在25°C時為至少1000mPa.S。
4.如權利要求1所述的拉擠成型方法，其中，模具將浸溼後的光纖緊緊地組合在一起。
5.如權利要求1所述的拉擠成型方法，其中，通過纏繞塗覆後的光纖，將浸溼後的光纖緊緊地組合在一起。
6.如權利要求1所述的拉擠成型方法，其中，第一丙烯酸酯預聚物樹脂和第二丙烯酸酯預聚物樹脂是相同的樹脂。
7.如權利要求1所述的拉擠成型方法，其中，第一丙烯酸酯預聚物樹脂和第二丙烯酸酯預聚物樹脂是不同的樹脂。
8.如權利要求1所述的拉擠成型方法，進一步包括將第三丙烯酸酯預聚物樹脂施加於第二丙烯酸酯預聚物樹脂的步驟。
9.如權利要求1所述的拉擠成型方法，進一步包括以下步驟: 將第三丙烯酸酯預聚物樹脂施加於第二丙烯酸酯預聚物樹脂；以及 固化第三丙烯酸酯預聚物樹脂。
10.一種緊湊型光纖單兀(CFU),包括: 產生封閉的內部空間的多個光纖； 填充於所述封閉的內部空間的第一丙烯酸酯樹脂；和 施加於所述多個光纖的第二丙烯酸酯樹脂。
11.如權利要求10所述的CFU，其中，第一丙烯酸酯樹脂和第二丙烯酸酯樹脂是相同的樹脂。
12.如權利要求10所述的CFU，其中，第一丙烯酸酯樹脂和第二丙烯酸酯樹脂是不同的樹脂。
13.如權利要求10所述的CFU，其中，所述CFU進一步包括施加於第二丙烯酸酯樹脂的第三丙烯酸酯樹脂。
14.如權利要求13所述的CFU，其中，第二丙烯酸酯樹脂比第三丙烯酸酯樹脂更軟。
15.如權利要求10所述的CFU，進一步包括嵌入第二丙烯酸酯樹脂中的玻璃珠。
16.如權利要求10所述的CFU，進一步包括在第二丙烯酸酯樹脂周圍的擠出的低摩擦塑料的表皮。
17.一種光纖電纜，包括: 緊湊型光纖單元(CFU)，所述緊湊型光纖單元包括: 產生封閉的內部空間的多個光纖； 填充於所述封閉的內部空間的第一丙烯酸酯樹脂；和 施加於所述多個光纖的第二丙烯酸酯樹脂； 圍繞所述CFU的紗；和 圍繞所述紗的護套。
18.如權利要求17所述的光纖電纜，其中，第一丙烯酸酯樹脂和第二丙烯酸酯樹脂是相同的樹脂。
19.如權利要求17所述的光纖電纜，其中，第一丙烯酸酯樹脂和第二丙烯酸酯樹脂是不同的樹脂。
20.如權利要求17所述的光纖電纜，其中，所述CFU進一步包括施加於第二丙烯酸酯樹脂的第三丙烯酸酯樹脂。`
【文檔編號】G02B6/44GK103760644SQ201310485695
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2012年9月4日
【發明者】哈羅德·P·德班, 蒂莫西·戈達德, 亨·萊, 彼得·A·韋曼 申請人:Ofs飛泰爾公司