耐用光纖帶與製造光纖帶的方法
2023-05-19 01:31:51 3
專利名稱：耐用光纖帶與製造光纖帶的方法
技術領域：
本發明涉及用於光纖帶基質材料的組合物及含有由此種組合物製備的基質的光纖帶。
背景技術：
光纖在通信領域中已扮演越來越重要的角色而經常取代現有的銅線。這種趨勢對區域網(即，對光纖到戶使用來說)有顯著影響，區域網已見證了光纖使用的巨大增長。當建立本地光纖網絡從而以數據信號、音頻信號及視頻信號的形式將更大量的信息遞送給住宅用戶及商業用戶時，期望光纖在本地環路電話及電纜TV服務中的使用的進一步增長。此外，期望光纖在家用及商務事業環境中針對內部數據通信、話音通信與視頻通信的使用增長。通常將光纖捆束在一起以形成光纖帶。所述帶包括已用聚合基質材料包裹或封裝的並排且並行的光纖。光纖帶的基質部分可包括聚合基質材料的一或更多個層，且每個光纖通常含有雙層塗層系統，所述雙層塗層系統包括軟性內聚合物塗層及硬性保護性外聚合物塗層。在形成帶之前，也可用標記油墨的薄經著色層(即，在聚合物基底中)塗覆光纖，以用於在帶中進行光纖識別的目的。雖然基質材料的最基本的功能是將個別光纖或帶子單元緊固在平面陣列中，但基質材料也有助於帶的使用特性。常見的光纖帶的兩個重要使用屬性為剝離性能及分出性能。剝離是指將基質材料從中跨區或光纖帶末端中的光纖移除。舉例來說，在不移除任何經著色標記油墨層的情況下，能將基質層從光纖中乾淨利索地剝離出來被認為是合乎需要的。此外，基質層應可作為完整單元而移除，而不會分裂及在光纖上留下殘餘物。分出發生在帶的末端處，且分出用來提供通向帶中的個別光纖的入口。就剝離來說，希望能在分出期間將所有光纖從基質材料中無損傷地移除，而基質材料不會分裂及在光纖上留下殘餘物。常規帶產品具有某一剝離度及分出光纖接入。有各種方法、設計與工具可用於接入光纖，且所述各種方法、設計與工具均要求光纖與帶接合基質材料之間的某一受限或受控的「接合(bond)」。這種接合通常通過UV油墨與基質材料的適當選擇及設計來控制。光纖油墨彩色層在惰性環境中的固化也是必要的。惰性環境的目標是在固化的同時顯著降低氧含量(通常氧含量小於氮基環境中的約100百萬分率(ppm)氧)。如果氧在固化期間以約IOOppm以上的含量存在，那麼氧將與經形成以用於鏈增長的自由基反應，且氧將基本上停止油墨彩色層的外表面處的反應。相比之下，使用小於約IOOppm的氧含量的固化提供光纖與帶基質之間的受控接合，但所述固化最終降低帶的韌性或耐用性。舉例來說，當將帶併入到電纜中且將帶拖拉穿過曲折路徑且/或扭轉帶時，帶基質的部分可從光纖及/或高應力位置處的斷裂分離。「扭轉失效(Twist failure)」及其它形式的帶損傷可增加衰減乃至使光纖變暗。
發明內容
根據一個實施例，多光纖帶具有經著色光纖，所述經著色光纖具有到帶基質的穩固接合。接合產生帶狀結構，所述帶狀結構極其堅固且可經校準以防止個別光纖接入。根據一個方面，當首先固化經著色油墨時，通過使用大於約IOOppm的氧含量來減少油墨表面上的固化，從而達到穩固或持久的接合。用所要的氧含量來固化一或更多個光纖的彩色層，使得彩色層具有預定義的表面固化程度。隨後可以常規方式使用(例如)uv光進一步固化光纖而經歷彩色層的進一步交聯。以此方式固化的帶具有比常規帶高的韌性。舉例來說，與常規帶相比，所述帶具有較高扭轉失效點、較高抗破碎性，且在油墨/基質層邊界處具有較高抗分層性。雖然可將根據本發明實施例的帶校準為不適用於無油墨層或光纖損傷的個別光纖接入，但所述帶可具有優越的熱剝離特性。因此，例如，帶中的光纖可作為一個單元而被熱剝離，且帶中的光纖可作為另一個單元而與多光纖連接器配合。將理解，前述概括描述與以下詳細描述呈現本發明的實施例，且希望提供概述或框架以理解如所主張的本發明的性質及特性。
在下文中參閱圖示示範性實施例的圖來更詳細地闡釋本發明的實施例；圖1為根據本發明的實施例的光纖帶的橫截面；圖2為油墨層塗施工藝的示意性說明；圖3圖示用於測試光纖帶的扭轉特性的裝置；圖4圖示光纖帶的抗壓測試；圖5圖示經歷不同程度的扭轉的光纖帶；圖6為根據本發明實施例的光纖帶製造工藝的示意性說明；以及圖7為根據本發明實施例的橢圓形反射鏡固化燈系統的橫截面。
具體實施例方式本發明實施例涉及光纖帶與製造所述帶的方法。氧抑制為氧對固化工藝的作用，所述氧抑制終止或延遲聚合速率。圖1為根據本發明實施例的併入有基質材料的光纖帶10的橫截面。光纖帶10包括多個實質上對準的光纖20，所述多個光纖20由帶基質30圍繞且封裝在帶基質30內。光纖20中的每一者包括玻璃纖維，所述玻璃纖維具有一或更多個塗層(未圖示)。帶基質30可為單層基質或雙層基質(由內基質材料與外基質材料形成)。在所圖示的實施例中，基質30包括內基質34及外基質38。內基質34圍繞且接觸光纖20，且外基質38圍繞且接觸內基質；34的外表面。光纖20中的每一者包括經著色油墨塗層40，以允許識別個別光纖20。圖1中圖示的示範性光纖帶10包括布置成1 X 12帶的十二根光纖20。經著色油墨塗層的色彩可為藍、橙、綠、棕、石藍、白、紅、黑、黃、紫、玫瑰紅及淺綠的12色序列。所述1X12帶在自身中部可具有厚度44，所述厚度44在(例如)從約250微米到約330微米的範圍內。在所圖示的實施例中，光纖上的油墨層與基質之間的接合可經校準，以使得無法在不損傷光纖或油墨層的情況下個別地接入光纖。圖2為根據本發明實施例的著色線的示意圖，所述著色線是用於為待併入到光纖帶中的光纖著色。在示範性工藝中，將未著色的經塗覆光纖100從光纖放線器102中放出，且使所述未著色的經塗覆光纖100穿過油墨頭106，在所述油墨頭106處，將選定的油墨色彩塗施到光纖100。對圖1所示的十二光纖帶來說，各光纖20可個別地用油墨塗覆，或多條光纖可在單個裝置中著色。在示範性實施例中，光纖20可個別地塗覆、儲存在單獨線軸上，且隨後光纖20可移動到基質塗施工藝。用於為光纖著色的油墨組合物可為(例如)第7，257，299號及第7，289, 706號美國專利中所描述的油墨組合物，所述兩個專利案的內容特此以全文引用的方式併入本文中。其它油墨組合物也適用。可以(例如)從約1微米到
10微米的範圍內的厚度，或更具體地，從約2. 5微米到約7微米的範圍內的厚度來塗施油
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蠻O經著色但未固化的光纖110隨後傳遞到固化站112。固化站112包括固化氣源114。固化氣源114提供氮氣(N2)與氧氣(O2)的混合物，其中供應到固化工藝的氧含量比常規工藝中的氧含量高。使用常規流量計及壓力調節器來控制隊(純度通常為99. 999% )及約為21% O2的壓縮空氣的流速。調節及調整各種氣體的流速以實現固化區中所要的&含量。可從若干單獨源或從單個源中提供所述各種氣體。根據本發明實施例，從固化氣源114供應到固化區的&氣體的含量高於氮基環境中的約IOOppm的常規含量。仏濃度在固化區中可為(例如)至少約lOOOppm，優選至少約5000ppm，且更優選至少約lOOOOppm。優選的是，O2濃度可為從約5000ppm到約210000ppm，更優選從約IOOOOppm到約lOOOOOppm，最優選從約30000ppm到約70000ppm，且更佳優選約50000ppm。根據一個實施例，大氣可充當固化氣體。具有約210000ppm的仏濃度的大氣實現油墨與基質之間的強接合。因為壓縮氣體相對便宜，且壓縮氣體不需要處理壓縮02，所以大氣的使用可為首選的。在固化站112中，經著色未固化光纖110前進經過兩個固化燈120、124，所述兩個固化燈120、1M提供紫外線(UV)輻射以固化塗施到光纖外部的油墨。相對較高含量的氧在油墨固化工藝中的存在用來抑制油墨層的表面上的固化。固化氣源114可包括常規02含量監視器128，以將氧維持在所要含量。因此，油墨表面上具有固化抑制位點，當自由基固化材料的另一層，如基質材料，(例如)在成帶工藝期間放置成與油墨層接觸時，所述油墨表面可繼續鏈增長。在成帶之前，大體上對應於圖1中所示的光纖20的經著色且經固化光纖134隨後收卷在絞盤140周圍，且所述經著色且經固化光纖134收卷到光纖收線軸144上以用於成帶工藝中。可用已知成帶工藝及已知內基質及外基質組合物將根據本文所述的方法著色的光纖併入到帶中。根據本發明實施例，基質30包含UV可固化帶基質材料。舉例來說，內基質34可由從帝斯曼迪索(DSM Desotech)公司購得的化合物DSM 950-706形成。外基質38可由化合物DSM 9D9-518形成。其它已知基質材料也適用。可使用常規工藝來固化內基質材料及外基質材料。由於光纖20的油墨層的固化抑制部分的存在，當將內基質34的材料塗施到光纖且使所述光纖經受UV照射時，油墨的未固化部分與內基質材料交聯，以產生油墨與帶基質之間的強接合。UV輻射也可用以固化油墨的未固化部分。根據上述方法，可使用常規設備來生產具有高穩固性及韌性的耐用帶。圖6為用來將多根光纖聯接到經接合陣列中的帶狀線的示意圖。在此實例中，將個別線軸201上的12根個別經著色及經固化光纖202放出，且使所述12根光纖202穿過工具203。當光纖布置成線性陣列時，塗施帶接合材料或基質204。使經著色光纖209的經塗覆線性陣列穿過UV燈205以固化基質。在此固化步驟中使用氮206以允許表面上的快速固化，且因此形成不粘表面。在基質材料的固化期間，油墨層經歷進一步交聯以產生油墨與帶基質之間的強接合。通過絞盤207以受控速率來拉動帶完成所述處理，且將帶放在收帶卷線軸208上進行儲存。經著色光纖的此接合陣列稱為帶。圖7為用於固化光纖上的彩色層的橢圓形反射鏡固化燈系統400的橫截面。橢圓形反射鏡固化燈系統400為位於圖2的燈120及124的每一者中的子系統。此系統通常由兩個半反射鏡、具有位於一個焦點的UV燈泡401的初級反射鏡403及具有圍繞其它焦點的石英管402的次級反射鏡404組成。石英管402或將UV光傳輸到固化區的任何其它材料為受控固化環境( 與A混合物)提供密封。經著色光纖在固化區405中穿過石英管402的中心，且UV光固化油墨層。固化區405的直徑通常小於或等於UV燈泡401的內側直徑。根據以上實施例，可將帶生產成具有優越韌性及抗分層性。所述帶還具有高扭轉失效點及抗破碎性。可校準根據本文中所論述的方法而生產的帶以防止個別光纖接入，但具有優越的熱剝離性。實例實例1-著色工藝參數配製塗施到光纖的油墨以通過暴露於UV光而硬化或固化。所要波長的UV光將提供足夠能量以起始自由基反應，所述自由基反應將使液體油墨交聯到硬化的油墨層中。在通過油墨頭106向光纖100塗施油墨層之後，經著色未固化光纖100進入圖2的固化區112中的UV固化燈120。可處理任何UV可固化材料的速度與總UV暴露有關。在光纖與塗墨光纖的固化中，固化速度通常為固化燈、燈泡類型、燈泡大小及系統功率的函數。本發明的實例使用以下固化條件。按從3微米到10微米的厚度來塗施油墨。線速為1500m/min。在圖2的固化站112中使用2個費爾遜(FusiOn)6000瓦燈。燈120及124中的每一者含有經調焦橢圓形反射鏡400，如圖7中所示。費爾遜燈中的每一者為具有10英寸長、直徑Ilmm的燈泡的600watt/in.燈。所得的對光纖的UV暴露等於20. 3msec。可使用基質剝離測試來評估及量化基質剝離質量。一個用於測試剝離的程序如下1.使用帶10的大概為12英寸的樣品，與末端遠離約1英寸，用拇指及食指握住帶的頂端，且在一個方向上將帶末端扭轉90°，且隨後在基質材料30應從光纖20中脫離出來的另一方向上將帶末端扭轉90° ；以及2.抓住帶的一側上的基質層30，且向下拉以從光纖20中移除基質30。根據表1中詳述的標度來評定剝離。表1-剝離評定標度應用於剝離板上的地毯膠帶的帶
權利要求
1.一種形成光纖帶的方法，所述方法包含提供多個光纖；將經著色油墨層塗施到所述多個光纖中的每一個；在具有至少約IOOOppm的量的&內容物的固化環境中，固化所述經著色油墨層，以形成多個經固化經著色光纖；將帶基質材料塗施到所述多個經固化經著色光纖上；以及固化所述帶基質材料以形成帶基質，所述光纖嵌入所述帶基質中。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述A內容物以至少約5000ppm的量存在於所述固化環境中。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述A內容物以至少約IOOOOppm的量存在於所述固化環境中。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述O2內容物以從約5000ppm到約210000ppm的量存在於所述固化環境中。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述O2內容物以從約IOOOOppm到約lOOOOOppm的量存在於所述固化環境中。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述O2內容物以從約30000ppm到約70000ppm的量存在於所述固化環境中。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述A內容物以約50000ppm的量存在於所述固化環境中。
8.如權利要求1到7中一或更多個權利要求所述的方法，其中固化所述經著色油墨層包含向所述固化環境提供大氣。
9.如權利要求1到8中一或更多個權利要求所述的方法，其中固化所述帶基質材料包含用紫外線輻射來照射所述基質材料。
10.如權利要求1到9中一或更多個權利要求所述的方法，其中提供多個光纖包含提供至少一個經塗覆光纖。
11.如權利要求1到10中一或更多個權利要求所述的方法，其中固化所述經著色油墨層包含監視所述固化環境的氧含量。
12.如權利要求1到11中一或更多個權利要求所述的方法，其中所述帶基質包含內基質及外基質。
13.如權利要求1到12中一或更多個權利要求所述的方法，其中所述光纖並行對準。
14.如權利要求1到13中一或更多個權利要求所述的方法，其中以從約1微米到約10微米的範圍內的厚度來塗施所述經著色油墨層。
15.如權利要求1到14中一或更多個權利要求所述的方法，其中所述帶基質在自身中點處具有從約250微米到約330微米的厚度。
16.一種光纖帶，所述光纖帶包含多個並行對準的光纖；多個油墨著色層，每個光纖上有一個著色層；以及圍繞及包裹所述光纖的帶基質，其中無法在不損傷所述基質或光纖的情況下從所述帶基質接入個別光纖。
17.如權利要求16所述的光纖帶，其中所述帶基質包含內基質及外基質。
18.如權利要求16或17所述的光纖帶，其中所述帶基質在自身中點處具有250微米到330微米的厚度。
19.如權利要求16到18中一或更多個權利要求所述的光纖，其中無法在不損傷所述光纖上的所述油墨著色層的情況下從所述帶基質接入個別光纖。
全文摘要
通過促進光纖油墨層與帶基質材料之間的強接合而形成耐用光纖帶。在所述油墨層的固化期間，在製造工藝的固化環境中維持所要的氧含量。
文檔編號G02B6/44GK102576136SQ201080045385
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月4日 優先權日2009年10月7日
發明者朱莉·A·查克, 格雷戈裡·A·米爾斯, 約耳·L·帕克 申請人:康寧光纜系統有限責任公司