具有提供阻水和強度特性的纜芯包覆層扎線的通信電纜的製作方法

2023-09-21 21:46:45 1

專利名稱：具有提供阻水和強度特性的纜芯包覆層扎線的通信電纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有提供阻水和強度特性的纜芯包覆層扎線的通信電纜。
在電纜工業中，環境條件的變化會導致鎧裝系統的塑料電纜護套的內外汽壓產生差異，這是眾所周知的。這通常會引起溼氣從電纜外向電纜內單方向擴散。最終，這將導致電纜內呈現不希望的高溼度，尤其是在塑料護套是唯一的溼氣侵入阻擋層的情況下。電纜鎧裝系統內的高溼度對電纜的傳輸特性會有不利的影響。
進一步，由於鎧裝系統的破壞會損害電纜的完整性，水會進入電纜中。雖然在光纖電纜內水本身的存在對其工作無害，但水沿電纜內部流至連接點、埠或閉路內相聯的設備會引起各種問題，因而應防止。
在現有技術中，為防止水通過電纜的鎧裝系統侵入並進入纜芯，採用了各種技術。例如，常用於保護電纜免受電磁幹擾的金屬屏蔽設置一條縱向密封接縫。此外，採用填充材料充填纜芯，並採用無規(立構)的或浸漬的材料覆蓋電纜鎧裝系統的各部分，如金屬屏蔽的外表面。
現在，許多市場上可買到的電纜還包括一條水致膨脹帶，用來防止水穿過鎧裝系統流動並進入纜芯，且同樣防止水沿電纜縱向流動。這種帶通常是疊層結構的，在兩層纖維質物之間夾裝有水致膨脹粉末。進一步或許還包括一層聚酯織物，它用於為疊層帶提供抗拉強度。
對於電纜的阻水系統，必須考慮的另一個因素是，塑料電纜護套與其內的金屬屏蔽間的粘結。在這種粘結對電纜的工作是重要的地方，必須仔細操作，不能將阻水部件置於其間，這會損害所希望的粘結。作為解決上述問題的一個方法，現有技術的系統包含一帶狀或線狀形式的阻水部件，它僅覆蓋電纜內周邊的一個薄弱部分。在此方法中，該帶或線只是將護套的一個薄弱部分與鎧裝系統的其它部分分離。進一步，現有技術公開了阻水部件可沿電纜直線或螺旋形延伸。
另一個問題涉及包括一個內護套的電纜，該護套可用於覆蓋塑料纜芯包覆層，如Mylar 塑料。如果金屬屏蔽與該塑料纜芯包覆材料接觸，此纜芯包覆材料可由無規(立構)材料浸漬，以便阻水之用。這裡再次提及的這種作為無規(立構)的浸漬化合物的材料是不受技工歡迎的，因為這些技工將來或許不得不再處理(reenter)該電纜並面臨整理組裝問題。
為解決上述的相同問題，共同轉讓的序號為NO.662，054的美國專利申請公開了下述技術方案，用兩根以相反方向繞塑料纜芯包覆材料螺旋形纏繞的線替代無規(立構)的浸漬化合物。由Arroyo公開的這種結構允許一個厚度均勻的內護套置於纜芯包覆層和金屬屏蔽之間。此外，用更均勻可阻水的線替代浸漬材料，這樣由於內層的浸漬材料的非均質而在護套中產生的不希望的結塊就可消除。
包括塑料纜芯包覆材料的現有技術電纜結構的再一個問題涉及需要將纜芯包覆層緊密地置於通信介質周圍。為將纜芯包覆層維持在希望的位置，需要一種具有高抗拉強度的材料。已知的現有阻水材料不能呈現足以使塑料纜芯包覆層定位所需的抗拉強度。
到目前為止，為達到所希望的阻水能力並呈現滿足預期應用的充分的抗拉強度，進行了各種嘗試。過去，將獨立的阻水線螺旋形纏繞在一強度較高的聚酯線的外周邊，或者以另一種方式，將纖維質增強部件和超吸收材料絞合在一起，參見共同轉讓的序號為No.662，054的美國專利申請。
表面上看，現有技術未公開具有單層構件的電纜，該單層構件不僅可充分地防止水沿電纜縱向流動，而且還可呈現足夠的抗拉強度，以便用作纜芯包覆層扎線。所需要的而且市場上未見應用的是一種較高強度的電纜阻水系統，該系統較便宜且不顯著地增加電纜的直徑。這種系統應是在電纜製造工藝中容易製成的一種。
現有技術的前述問題可被如下所述的通信電纜的特性所克服一種通信電纜，它包括一個纜芯，該纜芯具有一縱軸並至少包含一根傳輸介質;一相對柔軟的塑料層，它圍繞所述纜芯設置;一相對硬的護套，它由塑料材料構成，並圍繞所述塑料材料層設置;其特徵是具有相對均勻的厚度;和至少一個縱向延伸的線狀部件，它圍繞所述相對柔軟的塑料材料層設置並螺旋形卷繞，其特徵是，它是一個包含阻水絲部分和較高強度的絲部分的線混合體。


圖1是一種通信電纜的透視圖，該電纜具有一個鎧裝系統，該系統包括一阻水系統，為清楚起見，鎧裝系統的各層是截斷的，並且某些層的厚度是誇大的;
圖2是圖1中的電纜的橫剖面圖，它更詳細地描繪出該電纜的某些部件;
圖3是一種電纜的透視圖，該電纜包括一個纏繞有較柔軟的塑料層的纜芯，例如，它具有在其附近繞裝的線以及一個圍繞這些線設置的塑料護套;
圖4是圖3的電纜的橫剖視圖。
現參照圖1和2，這裡示出了一個以數字20總體標示的通信電纜。此電纜20具有一個縱軸21並包含一個纜芯22，纜芯22包括一根或多根傳輸介質，如一對或多對絕緣的金屬導線24-24，該電纜還充填有合適的阻水材料25。圍繞纜芯設置有較柔韌的塑料層26，它通常被稱為纜芯包覆層。通常，塑料層26包括一條聚乙烯對酞酸鹽塑料帶，例如，它圍繞纜芯卷繞形成一縱向延伸的接縫。在現有的通信電纜中，纜芯包覆層26對於提供結構性圓周支撐來說是必需的，以便使多根傳輸介質保持在一緊密的聚集束中。因此，用作纜芯包覆層26的材料具有較高的抗拉強度是重要的。
圍繞纜芯包覆層26設置有鎧裝系統27，它包括一個較硬的內護套28，該內護套28由塑料製成並包繞纜芯包覆層和絕緣的金屬導線。內護套28通常是被擠壓成形於纜芯包覆層26上，並由聚乙烯構成。
一個波紋狀內金屬屏蔽系統29圍繞內護套28設置。正如圖1和2中可看到的那樣，內屏蔽系統29包括一個波紋狀鋁屏蔽套31和一個波紋狀鋼屏蔽套33，鋁屏蔽套31繞纜芯縱向卷繞形成一隙縫，為清楚起見，圖1中的隙縫是誇大的，鋼屏蔽套31具有一縱向的疊交縫。
一個中間塑料護套35圍繞波紋狀鋼屏蔽套設置。通常，此中間護套35包括聚乙烯塑料。
鎧裝系統27還包括一個具有一縱向疊交縫的外波紋狀鋼屏蔽套37和一個塑料外護套39。通常，外塑料護套39也包括聚乙烯塑料材料。
在一些現有的電纜中，為防止水沿電纜縱向流動，採取了附加的預防措施。在如圖1和2所示的電纜20中，水或許會在電纜內纜芯包覆層26和內護套28之間流動。在共同未決和共同轉讓的序號為NO.662，054的美國專利申請中，Arroyo等人公開了一種在纜芯包覆層26和內護套28之間的阻水系統40的設置。通過引入線可基本上防止這種水流動，所述線只覆蓋纜芯包覆層26的周邊的一個薄弱部分，且被置於纜芯包覆層和內護套28之間。
阻水系統40包括線42和44(見圖1)，每根線均包含有水致膨脹材料。線42和44雖然在結構和組成方面是相同的，但圍繞包覆層26以相反方向螺旋形延伸。在本發明的優選實施例中，線如此卷繞，即每米長的電纜上每根線均繞大約三圈。不過，應當指出，任何可機械地將線繞在纜芯包覆層上的公知方法均可認為是本發明範圍內的設計選擇。此外，在每米長電纜上所含的特定圈數可根據特定用途的要求而變化。
與現有通信電纜相比，本發明公開了具有足夠抗拉強度的一種特殊纖維混合體的應用，這種混合體被用作纜芯包覆層扎線，並且還可提供防止水沿電纜內部縱向流動的阻水特性。本發明的這種纖維混合體包含一種水致膨脹纖維材料的絲線(filamentsofthreads)，同樣也包含一種柔韌的纖維質增強部件的絲線。因此，此複合線混合體是一種具有足夠高的抗拉強度的超吸收線，以便用作纜芯包覆層扎線。
總地說來，以上參考的Arroyo等人的申請公開了下述技術特徵，將已知的線42和44用下列材料浸漬(1)包含有聚丙烯酸的材料;(2)含有聚丙烯醯胺的材料;(3)第(1)和第(2)種材料或其鹽的混合物;或(4)丙烯酸和丙烯酸醯胺及其鹽的共聚物;以及其它相似的超吸收材料。
概括而言，本發明的線混合體具有改進的特性，該特性允許單層線替代以前所需的兩種材料。特別是，本發明的線混合體的增大的抗拉強度減弱了對分離的和獨立的兩種線的需要，其中，一種線具有阻水能力，另一種線提供所需強度。而本發明提供了一種單體線，此線既含有阻水纖維絲又含有較高強度的聚酯纖維絲。由於這裡公開的這種特殊線混合體，現在一股線不僅呈現出足夠強的阻水能力，同時也提供了從現有阻水材料精選出的增大的抗拉強度。
與現有技術不同，本發明公開了直接圍繞纜芯包覆層26設置的單體線混合體，並特別拉伸至具有足夠的抗拉強度，以提供顯著的輔助作用，而將多根通信介質諸如絕緣的銅導線保持在一密集束中。
正如前面所述，現在使用的阻水材料中存在的主要不足是，缺乏足夠高的抗拉強度來提供對通信電纜的各組件的附加結構支撐。為了消除這種不足，本發明包括一種具超吸收纖維絲的纖維質增強部件的單體線混合體。一般情況下，纖維質增強部件可以是任何一種具有較高抗拉強度的已知聚酯材料。
這裡所採用的聚酯材料是指一種人造纖維，其中纖維形成物質可以是任何長鏈合成聚合物，它含有至少85%重量的由二元乙醇和對酞酸構成的酯。此聚合物是通過乙二醇和對酞酸或其衍生物反應製成的。總之，製成的纖維形狀是長纖維、短纖維和纖維束，它們是在真空高溫條件下完成聚合的。這些纖維可以在熔體紡絲工藝中紡制，然後拉長為原始長度的幾倍，它使長鏈分子定向並給出纖維強度。可替代地另一種可接受的纖維質增強部件是KEVLAR
線，這是一種可從E.I.DuPont de Nemours購到的產品。KEVLAR
是一個用於芳族聚醯胺纖維繫列的DuPont商標。這種纖維質材料可以是短纖維也可以是連續的長纖維絲。它具有相當高的抗拉強度，其特性報導於1980年6月的信息公報(Inforemation Bulletin)K-506A上，題目為「在機電電纜和光纖中KEVLAR 29和KEVLAR 49的特性和使用(Properties and Uses of KEVLAR 29 and KEVLAR 49 In Electromechanical Cables and Fiber Optics)」。不過，由於KEVLAR
較昂貴，更便宜的聚酯纖維可能更是實現所需強度所希望的。
適於用作線42和44的水致膨脹或超吸收部分的一種特定纖維是日本大阪的Toyobo，Ltd.生產的，商品牌號為「Lanseal-F」
的超吸收纖維，它可從Chori America，Inc.購到。構成該優選實施例的一種線的處理過的5登尼爾(denier)×51mm纖維的特徵是，其吸水能力在蒸餾水中為150ml/g，在0.9%的NaCl溶液中為50ml/g。這種輕纖維的保水能力對於1%重量的NaCl溶液而言是20ml/g，並且在運輸時其含水量不超過7%。各纖維的特徵是，抗拉強度(幹)至少為1.6g/d，伸長率(幹)為15-25%。這些特性記載於名稱為「Lanseal-F」
超吸收纖維的公報中。
用於形成本發明的線混合體的特定製備工藝可以是任何一種在紡織工業中所知和所用的公知方法。一般，這種製備過程包括下列工序梳理、拉伸、還原(redclcing)、精紡單紗絡筒、最終的卷繞和扭絞。不過，應當指出，用於製備本發明中所用的線混合體的這種特定方法並不能認為是本發明的新穎性的特殊之處。因此，在以上總體描述的製備方法中可增加或減少各種工序，只要仍可製造出本發明所期望和包含的線混合體即可。尤其是，所期望的阻水纖維與增強纖維的百分比可在拉伸工序中實現，該拉伸工序在上面的紡織工藝方法中列為第二步。
正如前面所指出的，在線混合體中採用的阻水纖維對增強纖維的恰當比率一般只是設計選擇問題。不過，業已發現，如果線混合體中聚酯纖維大致為30%或更多，那麼此線混合體會呈現出通常在純聚酯線中發現的加工特性。與純阻水纖維的或大部分為阻水纖維的線相比，這種加工特性允許更容易地加工和處理線混合體。
每根線42和44還必須具有其它特性。例如，由於此線要被裝備於電纜中，因此此線具有較高的抗拉強度是有益的。對於優選實施例，各線具有約12磅(lbs)的抗拉強度。為了給線混合體的優選組成具體確定一個可接受的抗拉強度，公知的扎線緊箍方法已被認可，這種扎線緊箍方法可產生足夠大的纜芯壓力，以防止水浸透。因此又為避免系統破裂或維護問題增加了謹慎的安全係數。這種方法表明，由大約70%的Lanseal-F
纖維和大約30%的聚酯纖維組成的線混合體提供了所希望的強度要求，並且顯著地優於現有阻水線的強度性能。應當指出，製備線混合體的特定方法通常對材料所呈現出的最終強度特性有直接影響。
有利的是，由於與水接觸，電纜結構中的超吸收材料膨脹，從而阻止水在縱向流動。當線接觸水時，各纖維的阻水部分由於吸水而充分膨脹。超吸收材料還形成一種膠滯體並改變了與超吸收材料接觸點處侵入的水的粘滯性，使之更具粘性並因而對水流形成更大的阻力。結果，從侵入點開始水沿電纜縱向的流動被顯著地減少了。
大家記得，與一些光纜不同，此電纜20不包括沿電纜螺旋形或縱向地延伸的獨立的增強部件，因而在與增強部件的交迭點處，單股螺旋形延伸的線會阻止水。為阻止水可能沿任一線形成的通道流動，本發明的電纜20包括兩根阻水線，由於它們的複合結構，它還顯示出充分的織構強度，以促使纜芯包覆層26緊密地繞裝於通信介質24周圍。進一步，正如圖1和3中所看到的，本發明中結構相同的線42和44以相反方向螺旋形纏繞於多根通信介質24的周圍。
在任何給定的電纜縱軸21的橫截面中，阻水系統只在該平面中該電纜的內周邊的一個薄弱部分延伸。電纜直徑基本上未因線42和44的存在而增加。另外，線42和44在成本方面明顯低於其中採用阻水材料或無規(立構)的浸漬材料帶的系統。
本發明的電纜的阻水系統40有利於內護套28的擠壓成形。由於在纜芯包覆層26和內護套28之間使用的無規(立構)材料已被省除並由佔用周邊的相對小部分的螺旋形延伸的線替代，內護套被擠壓於一個相對平滑的表面上。結果，內護套具有相對均勻的厚度並且不會出現突起部分。
現參照圖3和4，這裡示出了一種電纜50，它包括一個纜芯52，纜芯52由一對或多對塑料絕緣的金屬導線53-53組成。纜芯52可充填阻水材料。相對柔韌材料製成的塑料纜芯包覆層54纏繞在纜芯周圍，通常由聚乙烯製成的塑料護套56圍繞纜芯包覆層54設置。兩根線60和62裝在纜芯包覆層54和護套56之間，它們以相反的螺旋方向繞纜芯包覆層延伸。每根線可與圖1電纜中的線相同，或者由具有合適的強度特性的線和具有合適的阻水特性的線聯合組成。
權利要求
1.一種通信電纜，其特徵在於，它包括一個纜芯，該纜芯具有一縱軸並至少包含一根傳輸介質；一相對柔軟的塑料層，它圍繞所述纜芯設置；一相對硬的護套，它由塑料材料構成，並圍繞所述塑料材料層設置，其特徵是具有相對均勻的厚度；和至少一個縱向延伸的線狀部件，它圍繞所述相對柔軟的塑料材料層設置並螺旋形卷繞，其特徵是，它是一個包含阻水絲部分和較高強度的絲部分的線混合體。
2.根據權利要求1所述的電纜，其特徵在於，所述的線狀部件包括一第一和第二線混合體，兩條線混合體圍繞所述的相對柔軟的塑料材料層設置並以相反方向螺旋形卷繞。
3.根據權利要求1所述的電纜，其特徵在於，所述的護套是一個內護套，並且所述電纜還包括一第一金屬屏蔽套，它圍繞所述內護套設置;一第二金屬屏蔽套，它圍繞所述第一金屬屏蔽套設置;一中間護套，它由塑料材料構成並圍繞所述第二金屬屏蔽套設置;一第三金屬屏蔽套，它圍繞所述中間護套設置;和一外護套，它由塑料材料構成並圍繞所述第三金屬屏蔽套設置。
4.根據權利要求1所述的電纜，其特徵在於，所述的相對高強度的絲是聚酯。
5.根據權利要求2所述的電纜，其特徵在於，所述的各線的一部分是由包含具有阻水能力的丙烯酸系纖維的纖維質材料構成的。
6.根據權利要求5所述的電纜，其特徵在於，經處理的各纖維包括由聚丙烯腈構成的部分，它使線混合體具有相對高的抗拉強度。
7.根據權利要求6所述的電纜，其特徵在於，所述的各根線混合體是這樣構成的，即其主要部分由阻水纖維構成，剩餘的次要部分由強度增強聚酯構成。
8.根據權利要求7所述的電纜，其特徵在於，各線混合體包含約70%的阻水纖維和約30%重量的強度增強聚酯。
9.根據權利要求1所述的電纜，其特徵在於，所述的各阻水部件以下述方式纏繞在所述的相對柔軟塑料材料周圍，即特徵在於每米長電纜上大約繞三圈。
全文摘要
一種通信電纜包括一含多個傳輸介質的纜芯，一相對柔軟的塑料材料層卷繞於纜芯周圍。圍繞塑料材料層設置有一相對硬的內護套。圍繞內護套設有鎧裝系統的附加部件。在柔軟的塑料層和護套之間設有阻水系統，它包括兩根細長的線狀材料，這兩根細長的線狀材料以相反的螺旋方向卷繞在塑料層周圍，其特徵是，它是包含阻水絲部分和相對高強度絲部分的線混合體。該線狀材料可有效阻止水沿電纜在相對柔軟的塑料層和相鄰護套之間流動。此外，線狀材料的相對高抗拉強度提供了附加的結構支撐，以維持柔軟塑料緊密地圍繞傳輸介質。
文檔編號H01B11/00GK1073546SQ9211336
公開日1993年6月23日 申請日期1992年11月26日 優先權日1991年11月27日
發明者C·J·阿羅約, D·S·漢科克, C·G·蒙哥馬利, W·M·牛頓 申請人:美國電話電報公司