CN102749690B - 具有至少部分机械附着的粉末或粉末混合物的光纤组件 - Google Patents

Abstract

公开的是一种光纤组件，具有位于管（106）和/或空腔内的至少一光纤（102），连同至少部分机械附着到那里的粉末或粉末混合物（104）。在一实施例中，粉末或粉末混合物包括机械附着到约30%或更少表面积的管壁上的遇水膨胀构件，同时依然有效阻止水沿管迁移。其它实施例可具有以组件内的总粉末或粉末混合物的相对高百分比水平机械附着到管、空腔等的粉末或粉末混合物，从而抑制沿管、空腔等的无意迁移。

Description

具有至少部分机械附着的粉末或粉末混合物的光纤组件

本申请是申请日为2009年7月13日、申请号为200980138914.1、发明名称为“具有至少部分机械附着的粉末或粉末混合物的光纤组件”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及用于传送光信号的光纤组件。更具体地，本发明涉及包括用于阻挡水的粉末或粉末混合物的光纤组件。

背景技术

通信网络用于传送多种信号如话音、视频、数据等。随着通信应用需要更大的带宽，通信网络转变为具有光纤的光缆，因为光缆相较铜导体能传送非常大量的带宽。此外，光缆相较于具有同样带宽容量的铜缆要小得多和轻得多。

在某些应用中，光缆暴露在湿气中，随着时间的过去湿气可能进入光缆。为解决该湿气问题，用于这些应用的光缆包括一个或多个阻挡水沿光缆迁移的构件。作为例子，传统光缆通过在光缆内使用填充和/或液阻材料如凝胶或润滑脂而阻挡水迁移。填充材料指具有光纤的管或腔体内的凝胶或润滑脂，而液阻材料指在光缆内、但在容纳光纤的腔体外面的凝胶或润滑脂。凝胶或润滑脂通过填充空间（即空隙）而起作用，使得水在光缆内没有沿其而行的通路。另外，除阻水之外，凝胶或润滑脂填充材料还具有其它优点，如衬垫和联结光纤，这有助于在影响光缆的机械或环境事件期间保持光学性能。简言之，凝胶或润滑脂填充材料为多功能材料。

然而，凝胶或润滑脂填充材料也有缺点。例如，凝胶或润滑脂较脏并可能从光缆端部滴下。另一缺点是，当准备进行光连接时，必须从光纤清除填充材料，对于技术工人而言这增加了耗时和复杂性。此外，清除凝胶或润滑脂需要技术工人将用于去除凝胶或润滑脂的清除材料带入现场。因而，长期以来需要一种消除凝胶或润滑脂材料但仍提供与凝胶或润滑脂材料相关联的所有好处的光缆。

早期的光缆设计通过在缓冲管外面使用干燥阻水构件如带或纱阻挡水沿光缆迁移而不需要液阻材料。与凝胶或润滑脂不同，干燥阻水构件不脏且不会留下需要清除的残留物。这些干燥阻水构件通常包括超强吸水聚合物（SAP），其吸水并膨胀从而阻塞水通路，因而阻挡水沿光缆迁移。总的来说，遇水膨胀构件使用纱或带作为SAP的载体。由于遇水膨胀纱和带首先使用在容纳光纤的腔体外面，除阻水之外，不需要解决另外的功能如联结和光衰减。

最后，光缆在包围光纤的管内使用遇水膨胀纱、带或超强吸水聚合物（SAP）代替凝胶或润滑脂填充材料。总的来说，遇水膨胀纱或带具有足够的阻水能力，但不提供凝胶或润滑脂填充材料的所有功能如衬垫和联结。例如，遇水膨胀带和纱由于相较典型光纤相对较大而体积大和/或可能具有相对粗糙的表面。为此，如果光纤压在光纤上，遇水膨胀纱或带可能引起问题。同样，如果压在光纤上，SAP也可能引起问题。换言之，压在传统遇水膨胀纱、带和/或SAP上的光纤可能经历微弯曲，这可导致不合需要的光衰减水平和/或引起其它问题。此外，如果光缆不是绞合设计，所希望的光纤与管的联结水平可能会是问题，既然绞合可实现联结。

作为例子，美国专利4,909,592公开了在具有光纤的缓冲管内使用的传统遇水膨胀构件。但是，在缓冲管内包括传统遇水膨胀构件仍可导致光缆性能方面的问题，其限制使用和/或其它设计变更。例如，在缓冲管内使用传统遇水膨胀纱的光缆需要较大的缓冲管以使传统遇水膨胀纱和光纤之间的交互作用最小和/或限制使用光缆的环境。

其它早期光缆设计使用管组件，该管组件使用松散SAP粉末高度填充以阻挡水在光缆内迁移。然而，在光缆内使用松散SAP粉末产生问题，因为SAP粉末由于未被附着到载体如纱或带上而可能在光缆内的一些位置处积聚/迁移（即，当卷绕在盘上时由于重力和/或振动，SAP粉末在低点积聚），从而导致光缆内不一致的阻水。同样，松散SAP粉末从管端部自由掉落。图1和2分别示出了传统干式光纤组件10的截面图和纵向截面图，干式光纤组件10具有位于管5内的多根光纤1和松散遇水膨胀粉末3，如图示意性所示。如图所示，传统干式光纤组件10在管5内使用相当大量的SAP粉末3以阻挡水在其中迁移。所使用的其它传统光缆构件将SAP粉末埋置在管的外表面中，如美国专利5,388,175中所述。然而，将SAP埋置在外表面中大大降低了其有效性，因为水不能达到埋置的粒子。

本发明解决长期以来对提供适当光学和机械性能同时可为技术工人接受的干式光纤组件的需要。

发明内容

本发明致力于一种干式光纤组件，其使用至少部分机械附着到组件壁上的粉末或粉末混合物。光纤组件可包括一根或多根光纤及位于管、腔体、光缆等内的粉末或粉末混合物。此外，一个或多个光纤组件可使用在光缆中或其本身可形成光缆。例如，粉末或粉末混合物可包括用于阻挡水沿组件迁移从而有效阻挡水迁移的遇水膨胀粉末。在其他实施例中，除阻水之外，粉末或粉末混合物还可具有另外的和/或其它特性，如阻燃或其它适当的特性。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述均提供本发明的实施方式，及提供用于理解本发明的实质和特征的概述或框架。包括附图以进一步理解本发明，及所述附图组合到本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的多个实施例，其连同详细描述一起用于阐释本发明的原理和操作。

附图说明

图1为传统光纤组件的截面图，该传统光纤组件使用相当大量的、松散位于其中的遇水膨胀粉末阻挡水在其内迁移。

图2为图1的传统光纤组件的纵向截面图。

图3和3A为根据不同实施例的、具有用于阻挡水迁移的遇水膨胀粉末的光纤组件的截面图。

图4为图3的光纤组件的大幅放大纵向截面图。

图5为表明粉末机械附着到其上的管内壁的放大图的照片，感兴趣区域由加框区域表示。

图5a为图5的照片使用软件包识别粉末以确定粉末机械附着到其上的感兴趣区域的表面积的百分比。

图6为绞合松管光缆中使用图3的光纤组件的光缆的截面图。

图7为根据另一实施例的另一光缆的截面图。

图8为根据本发明的另一光缆的截面图。

图9为根据本发明的另一光缆的截面图。

图10为根据本发明的另一光缆的截面图。

图11为根据本发明的另一光缆的截面图。

具体实施方式

本发明相较使用遇水膨胀粉末的传统干式光纤组件具有几个优点。一个优点是本发明光纤组件使至少一部分遇水膨胀粉末或粉末混合物机械附着到光纤组件表面（即管或腔壁）的并非所有表面区域上但仍能有效阻挡水迁移。此外，光纤组件或光缆内遇水膨胀粉末的存在对技术工人近乎透明，因为其机械附着且可使用相当低的量。另外，在接连接器之前不必进行清除凝胶或润滑脂那样的光纤清洁，也不需要去除或切割构件如遇水膨胀带或纱。使至少部分粉末或粉末混合物机械附着到管、腔等的内表面的另一优点在于其不会像传统干式光纤组件的松散粉末一样迁移。另外，本发明光纤组件的管或腔体相较使用带或纱作为载体的传统干式光缆组件具有更小的尺寸。如在此使用的，光纤组件包括不含加强件的管组件、具有加强件的管组件、光缆等。

现在将详细提及本发明目前的优选实施方式，其例子在附图中示出。只要可能，在所有附图中，同一附图标记用于指相同或类似部分。图3和4分别示出了根据第一实施例的光纤组件100（即管组件）的截面图和放大纵向截面图。光纤组件100包括多根光纤102、遇水膨胀粉末或粉末混合物104和管106。光纤102可以是任何适当类型的已知或今后开发的光波导。此外，光纤可以是光纤带、光纤束等的一部分。可选地，光纤102由外油墨层（不可见）涂颜色以进行标识及松散地布置在管106内。换言之，光纤102为非缓冲光纤，但本发明的概念也可与具有其它构造的光纤如缓冲、带化、绞合光纤一起使用。在另外的实施例中，在此公开的概念可与其中不包括光纤的中空嵌条一起使用。如图所示，总的来说，遇水膨胀粉末104表示为布置在管106的内表面附近，其一部分机械附着，如在此所述。此外，遇水膨胀粉末104机械附着到管内壁的相当小百分比的表面区域上，使得其在光纤组件100中的使用对技术工人近乎透明，但由于提供足够的阻水性能而令人惊讶地有效。另外，光纤组件100在管106内不必包括另外的用于阻挡水迁移的构件，但其可包括其它光缆构件。

与传统光纤管组件不同，本发明光纤管组件具有相当高水平的机械附着的遇水膨胀粉末104，但仍能在一米的长度内将一米压头的自来水阻挡24小时。如在此使用的，自来水定义为盐水平为1%（重量）或更小的水。类似地，本发明的光纤管组件也能在3米内将高达3%（重量）的盐溶液阻挡24小时，根据设计，该阻挡性能甚至可在约1米内使3%的盐溶液逗留24小时。粉末的机械附着使一部分遇水膨胀粒子突出在表面之外，使得如果水进入空腔则其可与粒子接触。理论上，在水接触遇水膨胀粒子并开始膨胀之后，粒子的部分突破到表面的外面使得它们可完全膨胀和/或移动以与其它粒子形成阻水塞子。换言之，如果粉末粒子按传统设计那样保持附着到表面或嵌入在其中，它们不能完全膨胀及将不那么有效，因为它们不能与其它粒子聚结。因此，当机械附着时，粒子应使其一部分突出在表面的外面及不完全嵌入于其中。还应当理解，不是所有遇水膨胀粉末或粉末混合物均机械附着到表面上，而是有一些松散粉末。

作为例子，遇水膨胀粉末104位于其内壁每米长度具有给定表面积的管内。在一实施例中，管内壁约30%或更少的表面积具有机械附着的遇水膨胀粉末和/或粉末混合物，但其它百分比也是可能的，如25%或更少。此外，机械附着通常可均匀位于表面上，如前所述的整个表面的30%或更少。相反，机械附着可集中在纵向条带中，如100%或更少的机械附着处于覆盖30%或更小表面积的一个或多个条带中，及0%机械附着在其它位置，如图3A中示意性所示。作为例子，如果管具有约2毫米（0.002米）的内径，每米长的表面积计算为约0.00628平方米（pi×0.002米×1米），及遇水膨胀粉末或粉末混合物机械附着到内壁的约0.002平方米或更少的表面积（即约为每米表面积的三分之一）。

具有遇水膨胀粉末或粉末混合物机械附着到壁上的表面积的测量按下述进行：取感兴趣的几个区域（即样本区域）如沿管间隔的五个1平方毫米感兴趣区域的平均值，使用显微镜放大这些区域及确定五个样本区域的平均值。具体地，每一平方毫米样本区域被放大50倍并使用图像分析软件包进行检查，如可从加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华的Image and Microscope Technology获得的I-Solutions软件。图5为在任何松散遇水膨胀粉末或粉末混合物已被去除之后使用I-Solutions软件查看的、具有粉末机械附着到其的管内壁的放大图（约50倍）。具体地，切割约100毫米长的样本长度，及从管的第一端去除光纤。其后，样本的第二端划开约10-15毫米，从而将样本的一部分分裂为两半。接着，通过轻敲管的第二端（即划开端）至少三次从该样本去除任何松散粉末，同时保持管处于接近竖立的位置使得任何松散粉末均从样本掉下。最后，从样本去除划开端的一部分以在放大下查看。图5示出了由加框区域图示的感兴趣区域150（即虚线框内的区域为感兴趣区域）。

图5a为与图5中所示相同的图，感兴趣区域150内的粉末使用软件识别以确定感兴趣区域150内机械附着有粉末的表面积的百分比。换言之，软件使能测量机械附着有粉末的表面积的百分比，因为灰度差异能相对于管壁显现具有粉末机械附着到其的表面区域。当使用软件确定具有机械附着的表面积的百分比时，应适当调节极限照明以查看区域之间的反差。具体地，照明的入射角应提供适当的区别及应避免光的过饱和使得区域之间的反差容易看得见。图5a中所示的感兴趣区域150具有粉末机械附着到感兴趣区域150的约30%或更少，如图所示。在其他实施例中，粉末可机械附着到该表面区域的25%或更少。此外，从该图像可观察粉末的大小和形状。

除了管或空腔的表面区域具有特定百分比的机械附着之外，机械附着到光纤组件的遇水膨胀粉末或粉末混合物的总百分比可量化。说明性地，遇水膨胀粉末或粉末混合物104的相当高水平的部分（重量）（即45%或更多）机械附着到内管壁，及粉末或粉末混合物的其余55%松散布置在管内。作为例子，如果光纤组件每米长具有0.10克的粉末，则约0.045克或更多的粉末机械附着到每米长的光纤组件，及每米0.055克或更少的粉末为松散粉末。当然，机械附着的粉末的总重量百分比可具有其它值，如50%或更多、55%或更多、60%或更多、75%或更多、80%或更多、90%或更多、或95%或更多，从而分别剩下40%或更多、20%或更多、10%或更多、或5%或更多的粉末松散布置在管或空腔内。下面的表1以表格形式示出了对于每米长0.10克粉末的浓度水平，上面机械附着的粉末的总百分比的例子，但其它浓度水平值也是可能的。

表1：机械附着的粉末的总百分比的例子

机械附着的粉末的总重量百分比可通过对每米长机械附着粉末的测量或计算重量除以位于管或空腔内的每米长粉末总重量求平均进行确定。相反，松散布置的粉末的总重量百分比可通过对每米长松散布置粉末的测量或计算重量除以位于管或空腔内的每米长粉末总重量求平均进行确定。然而，测量机械附着的粉末或粉末混合物的百分比更容易和更准确。另外，如果百分比之一已知，则另一百分比可通过减法进行计算。

在另外的实施例中，光纤组件也可具有相对小的平均每米粉末浓度，从而使光纤组件中的粉末对技术工人接近透明。例如，对于具有2.0毫米内径的管，光纤组件100每米长可具有约0.02克的粉末，同时依然适于在一米的长度内将一米压头的自来水阻挡24小时，但其它适当的更高或更低的浓度水平（即每米重量）也是可能的。另外，平均浓度水平可基于空腔大小缩放。

作为例子，2.0毫米内径的管的空腔截面积为约3.14平方毫米，从而产生每米长管组件约0.01克（上舍入）遇水膨胀粉末的归一化浓度值。换言之，每平方毫米空腔截面积的归一化浓度这样给出：每米长如0.02克遇水膨胀粉末的平均浓度除以约3平方毫米的空腔截面积以产生归一化浓度值。在该例子中，归一化浓度值为每米长管每平方毫米空腔截面积约0.01克（上舍入）遇水膨胀粉末。因此，对于具有特定截面积的管或光缆的空腔，按克每米计的遇水膨胀粉末平均浓度可通过使用归一化浓度值如每平方毫米空腔截面积每米长0.01克遇水膨胀粉末进行相应缩放（即计算）。用以说明，如果空腔截面积为5平方毫米及希望0.01克每米的归一化浓度值，则光纤组件在每米长的空腔中具有0.05克粉末。在其它实施例中，更高或更低的归一化浓度值均是可能的，如在0.005克每米和0.02克每米之间。总的来说，随着管等的空腔截面积增加，有效阻挡水沿管迁移所需要的遇水膨胀粉末的量通常可成比例地增加以有效阻水。

每米长光纤组件中遇水膨胀粉末的重量（即每米长的浓度）使用下述过程进行计算。从要测试的光纤管组件切割有代表性数量的样本如5个一米样本。优选沿光纤组件的不同纵向部分取这些样本，而不是从光纤组件顺序切割这些样本。使用适当精确和准确的秤称管中具有光纤和遇水膨胀粉末的每一一米样本的重量以确定样本的总重量。其后，光纤（连同管、空腔等内的任何其它可拆卸光缆构件）被从管中拉出。用精细纸擦拭光纤（及任何其它光缆构件）以除去其上的任何遇水膨胀粉末，然后用水冲洗及用湿毛巾再次擦拭、使之干燥，及之后用酒精擦拭并使之彻底干燥。其后，对光纤（及其它光缆构件）进行称重以确定其没有遇水膨胀粉末时的重量。接下来，可选地，对管（没有光纤和其它光缆构件）进行称重以确定其中具有粉末时的重量以验证结果。然后，使用适当的工具沿管纵向长度方向打开管并敲打至少三次，使得松散的粉末从管掉出，然后对其称重以确定管在具有机械附着的粒子时的重量。其后，其中剩余的遇水膨胀粉末可从管擦去、用水冲洗及用湿毛巾再次擦拭、使之干燥、然后用酒精擦拭并使之彻底干燥，应小心以确保几乎所有粉末或粉末混合物被完全除去，然后称“干净的”管的重量以确定其没有遇水膨胀粉末时的重量。进一步地，可在放大的情况下查看光纤或管的部分以在称重前确定粉末是否已被适当地除去。其后，光纤（及其它光缆构件）的重量连同管的重量的和与样本的总重量相减以确定相应样本中遇水膨胀粉末的重量。对有代表性数量的样本中的每一样本重复该过程。通过对所有计算的样本遇水膨胀粉末重量相加然后除以样本数量可计算遇水膨胀粉末的平均浓度，从而获得每米光纤组件的遇水膨胀粉末平均浓度。

虽然光纤可能接触粉末或粉末混合物，但光纤管组件和/或光缆如光纤组件100仍保持其中的光纤102的光学性能。例如，光纤管组件的光纤在GR-20下的标准温度循环期间（将温度向下循环到-40℃）在1550纳米基准波长具有约0.15db/km或更小的最大光衰减。例如，在-40℃的标准温度循环期间，在1550纳米基准波长的典型平均光衰减为约0.05db/km。此外，有利地，光纤管组件已使用与GR-20类似的过程在1550纳米基准波长向下温度循环到-60℃，但在不必修改设计的情况下仍具有约0.25db/km或更小的衰减量。

可影响光学性能的一个因素是遇水膨胀粉末104的最大粒子大小、平均粒子和/或粒子大小分布，如果光纤接触遇水膨胀粒子（即压在遇水膨胀粒子上），这可影响微弯曲。此外，使用具有相当小粒子的遇水膨胀粉末提高了在管打开时遇水膨胀粉末对技术工人的透明性。遇水膨胀粉末的平均粒子大小优选为约150微米或更小，但其它适当的平均粒子大小也是可能的，如60微米或更小。技术人员理解，由于粉末使用适当大小的网进行过筛，其具有粒子大小的分布。例如，个别粒子可能具有在一方向仍然适合穿过筛网的纵横比（即比宽度长）及大于平均粒子大小。使用具有稍大的平均最大粒子大小的SAP仍可提供可接受的性能，但使用较大的最大粒子大小增加遭受光衰减增大的可能性。另外，粒子的形状也可影响遭受光衰减增大的可能性。换言之，具有圆形表面的粒子不及具有粗糙表面的粒子可能遭受光衰减水平升高的可能性。一种说明性遇水膨胀粉末可从北卡罗来纳州Greensboro的Evonik,Inc.按商品名Cabloc GR-211获得的交联聚丙烯酸钠。该说明性遇水膨胀粉末的粒子分布由表2给出。

表2：说明性遇水膨胀粉末的粒子分布

粒子大小	近似百分比
		大于63微米	0.2%
45-63微米	25.7%
		25-44微米	28.2%
小于25微米	45.9%

当然，其它粉末、粉末混合物和/或其它粒子分布也是可能的。另一适当的交联聚丙烯酸钠可从Absorbent Technologies,Inc.按商品名Aquakeep J550P获得，但其它类型的遇水膨胀材料也是可能的。作为例子，另一适当的遇水膨胀粉末为丙烯酸盐和聚丙烯酰胺的共聚物，其就盐溶液有效。此外，两种或两种以上材料和/或遇水膨胀粉末的粉末混合物也是可能的，如慢速膨胀遇水膨胀粉末和快速膨胀遇水膨胀粉末的混合物。同样，遇水膨胀粉末的混合物可包括对盐溶液高度有效的第一遇水膨胀粉末和对自来水有效的第二遇水膨胀粉末。粉末混合物还可包括本来遇水不可膨胀的成分。作为例子，小量硅石如高达3%的煅制氧化硅可添加到遇水膨胀粉末中以改善流动性质和/或抑制因湿气吸收引起的防结块。另外，本发明的概念使能使用有或没有遇水膨胀粒子的其它类型的粒子，如阻燃粒子（如三水合铝、氢氧化镁等）、干燥润滑剂如滑石、石墨、硼等。

在选择遇水膨胀材料时要考虑的另一因素为其吸收容量。吸收容量是单位遇水膨胀材料可吸收的水量且通常按每克遇水膨胀材料吸收的水的克数进行测量。在一实施例中，遇水膨胀材料优选具有每克遇水膨胀材料至少约100克水的吸收容量，但更低或更高的其它值也是可能的。例如，遇水膨胀材料可具有每克材料约200克或更高、每克材料约300克或更高、每克材料约400克或更高的吸收容量。几个因素可影响材料吸收容量，如材料类型、交联度、表面积等。

影响光学性能的另一因素是光纤余长（EFL）或光纤带余长（ERL）。如在此使用的，光纤余长可指EFL或ERL，但总的来说，ERL仅指光纤带余长。如图3中所示的本发明的光纤组件优选具有在约-0.1%到约0.3%的范围中的光纤余长以根据管内径产生可接受的收缩和拉伸窗口，但特别适于其它构造/设计的光纤组件的其它适当的光纤余长或光纤带余长值也是可能的。

此外，粉末或粉末混合物无须使用分隔层或其它材料即可抑制光纤和管之间的粘附。具体地，在管挤压成形在光纤周围时处于熔融状态时光纤组件具有光纤接触并粘附到管的问题。如果光纤粘附到管的内侧，这可导致光纤通路变形（即光纤被防止在该点移动），这可产生不合需要的光衰减水平。如图3和4中所示，管106位于光纤组件100的光纤102的周围，没有使用另外的材料或构件作为分隔层（如没有凝胶、润滑脂、纱、带等）来抑制光纤和熔融管之间的接触。由于遇水膨胀粉末为交联材料，在典型挤压成形温度下这种遇水膨胀粉末不助长向其进行的粘附，从而抑制粘附。因而，遇水膨胀粉末104往往用作分隔层，因为其在制造期间抑制光纤102粘附到熔融管。然而，其它光缆构件也可包括在管或空腔内。

此外，遇水膨胀粉末104通过用作滑层而用于降低光纤和管或空腔壁之间的摩擦。简言之，遇水膨胀粉末104的粒子就像光纤102和管内壁之间的球轴承，用于降低其间的摩擦并使光纤能移到“放松状态”。在其它变化中，本发明的实施方式可选地在光纤外层之中或之上使用润滑剂，从而降低光纤粘附到挤压成形管的风险和/或降低其间的摩擦。例如，光纤102可包括外层如油墨，其具有适当的润滑剂以在管挤压成形期间抑制光纤102粘附到熔融管106。适当的润滑剂包括按适量使用的硅酮油、滑石粉、硅石等，其将抑制“结块”并位于外层之中或之上。其它方法也可用于抑制光纤与管的粘附。例如，管106可包括一种或多种适当的聚合物填料，从而抑制光纤与管的粘附。另外，使用其它聚合材料的管如高度填充的PVC也可抑制光纤粘附到管。此外，管106可具有双层结构，管的内层具有一种或多种适当的聚合物填料以抑制粘附。抑制光纤粘附的另一方法是在管形成之后立刻向管或空腔的内壁施加润滑剂。

管106可使用任何适当的聚合材料用于包围和保护其中的光纤102。例如，管106可以是聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）或多种材料的混合物如PE和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）的混合物。在其它实施例中，管106由阻燃材料形成如阻燃聚乙烯、阻燃聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）或聚偏二氟乙烯PVDF，从而形成阻燃光缆的一部分。然而，为制造阻燃光缆，管106不必须由阻燃材料形成。在其它实施例中，管106可包括在不使用工具的情形下可容易由技术工人撕裂的薄护套。例如，管106由高度填充的材料形成，从而使其由技术工人仅使用手指即可容易撕裂。作为例子，可容易撕裂的管可包括填充材料如聚丁烯对苯二甲酸酯（PBT）、聚碳酸酯和/或聚乙烯（材料）和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其具有填料如白垩、滑石等的其它混合物；然而，其它适当的材料也是可能的，如可UV固化丙烯酸酯。总的来说，在所有其它条件均一样的情况下，相较包括遇水膨胀纱、带或细丝（即SAP的载体）及光纤的干式管组件，管106可具有更小的内径ID。这是因为，管106不必既为光纤又为SAP的载体（即纱或带）提供空间，因而内径ID可以更小。例如，管106具有较小的内径ID也是有利的，因为这使外径较小，具有较小弯曲半径（这可减少扭折）的更柔软的组件每单位长度的重量更轻，及在卷轴上可安装更长的长度。

说明性地，具有约1.2毫米总直径的12根标准大小的250微米光纤可被容纳在具有内径ID及低至-40℃仍具有适当性能的管或空腔中，前述内径如约1.7毫米或更小，如1.6毫米，甚至1.5毫米或1.4毫米。其它适当的管内径ID也是可能的，及ID可取决于管或空腔内的光纤数量。用作比较，具有12根光纤和多根遇水膨胀纱的传统光纤组件要求约2.0毫米的内径以同时容纳遇水膨胀纱和光纤。

遇水膨胀粒子或粉末混合物104的机械附着可通过任何适当的制造过程实现。进行机械附着的一种方式是向粉末粒子提供适当的动量使得它们冲击熔化聚合物锥体，其在离开挤压成型机时形成管106。当管106的内表面仍处于熔化状态时，在提供适当的动量时，至少部分粉末粒子机械附着和/或转移到前述内表面。总的来说，适当的动量可通过施加力以给予粒子速度而得到，例如通过空气喷射和/或通过静电荷。作为例子，平均粒子大小为60微米或更小的粉末可被导向熔化管，离开速度为约20米/秒以实现粉末的机械附着。

图6为使用几个根据本发明的光纤组件100的光缆60的截面图。如图所示，光纤组件100连同多根嵌条62和多根拉伸加强纱63绞合在中心件61周围，遇水膨胀带65布置在光纤组件周围，从而形成光缆缆芯（未标号）。光缆60还包括位于缆芯周围的保护缆芯的光缆护套。任何适当的加强件均可用于拉伸加强纱63，如芳族聚酰胺、玻璃纤维等。光缆60还可包括其它构件如位于中心件61周围的一根或多根遇水膨胀纱或遇水膨胀带。另外，光缆可消除不必要的元件如中心件或其它光缆构件。光缆60a和60b的光缆护套68可使用任何适当的材料如聚合物以实现环境保护。

在一实施例中，光缆护套68由阻燃材料形成，从而使光缆阻燃。同样，光纤组件100的管106也可由阻燃材料形成，但对管使用阻燃剂对于制造阻燃光缆可能并非必要。作为例子，阻燃光缆可包括由聚偏二氟乙烯（PVDF）形成的光缆护套68和由聚氯乙烯（PVC）形成的管106。当然，使用其它阻燃材料也是可能的，如阻燃聚乙烯或阻燃聚丙烯。

图7为与光缆60类似的光缆70的截面图，其还包括铠装层77。与光缆60类似，光缆70包括连同多根嵌条72和遇水膨胀带75绞合在中心件71周围的多个光纤组件100，从而形成缆芯（未标号）。铠装层77位于遇水膨胀带75周围，及如图所示，由金属材料形成，但其它适当的材料也可用于铠装如聚合物。光缆70还包括位于铠装层77周围的光缆护套78。

图8为构造成单管光缆设计的另一光缆80的截面图。更具体地，光缆80包括与光纤组件100类似的单一光纤组件（未标号），在管106内具有光纤102和遇水膨胀粉末104，但其还包括用于提供与光纤102的联结力的多个可选联结元件81。由于这是单管设计，联结不由光缆60和70那样的光纤组件绞合提供。联结元件81可以是可卷绕在光纤周围或纵向布置在管或空腔中的任何适当的结构和/或材料如线、细丝、纱、带、弹性体元件等。用于产生联结的其它变化包括管或空腔内表面上的表面粗糙度或在光纤上挤压材料如弹性体、挥发性胶水等。如所希望的，其它实施例可包括任何其它适当的联结元件。光缆80还包括多个加强件88如径向向管106外面布置的拉伸纱，但其它类型的加强件也是可能的如GRP。光缆护套88位于加强件88周围以实现环境保护。

尽管先前的实施例将光纤组件或光缆描述为圆形，但其可具有其它形状和/或包括其它构件。例如，图9为根据本发明的光缆90的截面图。光缆90在光缆护套98的空腔96内包括光纤102和遇水膨胀粉末104，光缆护套实质上为用于光纤组件的管。在该实施例中，光缆护套98为非圆形并形成用于容纳光纤102和遇水膨胀粉末104的空腔96。简言之，光缆90为无管结构，因为一旦光缆护套98打开即可接近光纤102。换言之，光缆不包括缓冲管，而是光缆护套98为管。此外，管98（即光缆护套）包括位于其中（即封装在光缆护套内）及位于空腔96两侧的加强件97，从而形成加强管或光缆护层。当然，空腔96可具有其它形状如大致矩形以大致与一根或多根光纤带的形状一致。

图9及类似的无管光缆本身可通过使加强件弹性应变进行制造，同时光缆护套挤压成型在其上以产生和/或控制光纤余长/光纤带余长（EFL/ERL）。光缆90具有大致扁平的形状，但弹性伸展加强件的概念可适合任何适当的光缆截面形状如圆形。具体地，加强件97使用相应的加强件主动轮在相当高（如在约100到约400磅之间）的张力下从相应的卷轴开卷放出，从而弹性伸展加强件97，使得在光缆90中产生光纤余长EFL（或ERL）。换言之，在张力释放在加强件97上之后，它们返回到其原始无应力长度（即变短），从而产生EFL，因为光纤以与张紧加强件一样的长度引入光缆但光纤并未被伸展。换言之，所产生的EFL量约等于加强件应变（即加强件的弹性伸展）加上可能出现的光缆护套的任何弹性收缩。加强件应变在单轮生产中可产生明显量的EFL或ERL，如光缆内总EFL或ERL的10%或更多、25%或更多、50%或更多、甚至高达80%或更多。此外，加强件的弹性伸展是有利的，因为这使能精确控制引入光缆的EFL或ERL量及大大减少加强件往复式运动，因为完成的光缆护套处于压缩而非张紧状态。对于制造光缆90，约95%的EFL通过弹性伸展加强件而引入光缆。简言之，光缆护套（即管）正通过十字头挤压机施加在光纤、遇水膨胀粉末和加强件周围，同时加强件97被弹性伸展。在挤压成形之后，光缆90在水槽中进行淬火，同时加强件仍被弹性伸展，从而使光缆护套能“冻结”在伸展的加强件上。之后，光缆90使用一个或多个履带拖拉通过生产线然后在低张力下（即弹性伸展加强件的拉伸力被释放，及加强件返回到松弛长度，从而在光缆中产生ERL或EFL）卷绕在收紧卷轴上。当然，这仅仅是说明性的生产线，及其它修改也是可能的。

图10示出了具有主缆体101和可音频探测突出部103的光缆110的截面图。光缆110包括在管106内具有光纤102和遇水膨胀粉末104的光纤组件100。光缆110还可包括位于管106周围的一根或多根遇水膨胀纱（不可见）或遇水膨胀带以阻挡水在光纤组件100外面沿光缆迁移。光缆110还包括位于管106两侧的多个加强件107如GRP。尽管加强件107被示为与管106稍微间隔开，但它们也可接触管106。此外，其它材料也可用于加强件107，如钢丝或其它适当的构件。光缆110还包括由适当的聚合物形成的光缆护套108，其形成主缆体101和可音频探测突出部103的一部分，如图所示。可音频探测突出部103包括音频探测导线103a，其为适当的传导元件如铜线或铜包钢丝，适于在埋置时发送用于定位光缆110的信号。作为例子，音频探测导线103a为24AWG规格铜线。另外，可音频探测突出部103具有易碎腹部分（未标号）用于在希望时如在接连接器之前使可音频探测突出部与主缆体101分开。当然，其它变化也是可能的。

图11示出了光缆120的截面图，该光缆为其中具有多个光纤带122（如水平线所示）的无管结构（即光缆护套用作管）。尽管光缆120被示为大致扁平的光缆设计，但其可具有其它适当的形状如扁平光缆或圆形光缆的变化。如上所述，光缆120的制造与制造图9的光缆类似。光纤带包括使用适当的基体材料如UV可固化基体附着在一起的多根光纤（不可见）。具体地，光缆120包括4个光纤带122，每一光纤带具有24根光纤，总共96根光纤，从而形成光纤带堆（未标号）。类似的光缆在光纤带和/或光缆内可具有其它光纤数量。如上所述，光缆120包括至少部分机械附着在光缆护套128的空腔126的内表面上和/或位于光纤带上的遇水膨胀粉末104。例如，对于光纤组件的每平方毫米空腔126，粉末或粉末混合物104具有每米约0.01克或更小的归一化浓度，但也可使用其它适当的浓度。作为例子，空腔126的大小适于接收光纤带（即光纤构件）并具有按毫米计的空腔宽度和按毫米计的空腔高度，这些乘在一起以计算按平方毫米计的空腔截面积。光纤带堆也具有按平方毫米计的总截面积。遇水膨胀粉末的平均浓度可使用空腔截面积或有效空腔截面积进行计算。有效空腔截面积定义为空腔截面积减去其中所希望的构件如空腔内的光纤带的截面积。说明性地，有效截面积通过从空腔截面积减去光纤带的截面积而进行计算，这产生按平方毫米计的有效空腔截面积。因而，在该设计中，遇水膨胀粉末量的平均浓度通过取所希望的归一化浓度（克每米组件长度每平方毫米空腔）乘以有效空腔截面积（平方毫米）进行计算，这产生按克每米组件长度计的遇水膨胀粉末平均浓度。

另外，光缆120可选地包括一个或多个联结元件121，如阴影线所示。当包括一个或多个联结元件121时，较少的遇水膨胀粉末104可转移到空腔126的内表面，因为联结元件121可抑制转移（即它们在光纤带的一部分和空腔壁之间）。更具体地，光缆120具有两个由纵向泡沫带形成的联结元件（由阴影线矩形表示）或位于光纤带堆两侧的其它适当的联结元件，使得联结元件121将光纤带122夹在其间。下面是使用其中具有光纤带和联结元件的较大空腔的有效空腔截面积确定遇水膨胀粉末的平均浓度的代表性例子。在该例子中，空腔126的大小适于接收4个24光纤的光纤带（即光纤构件）并具有约8.2毫米的空腔宽度和5.2毫米的空腔高度，这些乘在一起以将空腔截面积计算为约43平方毫米。光纤带堆也具有约7.4平方毫米的总截面积，及联结元件的和具有约27.2平方毫米的截面积。因而，对于该例子，通过从空腔截面积减去光纤带和联结元件的截面积计算有效截面积（即43mm²-7.4mm²-27.2mm²），这得到有效空腔截面积为约8平方毫米。因而，该设计的遇水膨胀粉末量的平均浓度通过取所希望的归一化浓度乘以有效空腔截面积（即0.01克每米长度每平方毫米乘以8平方毫米）进行计算，对于该例子的包围光纤带堆中的96根光纤的空腔，这得到每米长度约0.08克的平均浓度。尽管，遇水膨胀粉末的平均浓度较大，但其对于对较大有效空腔截面积进行阻水而言仍为痕量，其几乎不被技术工人注意到，但仍有效阻挡水沿光缆空腔迁移。当然，根据本发明这些概念的其它例子也是可能的。

另外，对于该设计，对于具有一个或多个联结元件121的30米长的光缆，联结元件121向光纤提供至少约0.1625牛顿每光纤的联结力。说明性地，对于30米长的光缆，具有单一12光纤的光纤带的光缆应具有约1.95牛顿或更大的联结力。同样，对于30米长的光缆，具有单一4光纤的光纤带的类似光缆应具有约0.650牛顿或更大的联结力。联结力的测量通过取30米光缆样本、拉光纤（或光纤带）的第一端、及测量使光纤（或光纤带）的第二端移动所需要的力而完成。换言之，光纤余长（EFL）或光纤带余长（ERL）必须被弄直，使得联结力是移动30米光缆样本内的整个光纤长度所需要的力量。除了提供联结之外，联结元件121还可衬垫光纤带堆，同时仍允许光纤带移动。

该设计的光纤带122大致具有比管设计更大的ERL，因为光纤带堆未绞合。作为例子，光纤带122具有在约0.1%到约1.2%或更大的范围中的ERL，及ERL的量可随光纤带堆内的光纤带的数量变化，及加强件应在与所希望ERL类似的范围中弹性伸展。此外，光缆120可使用与结合光缆90所述类似的制造过程弹性伸展一个或多个加强件127，从而产生ERL。具体地，位于空腔126两侧的第一加强件127和第二加强件127在光缆护套128挤压成形期间被弹性伸展预定量。此外，光缆120可以是具有一个或多个用于配线的光纤分出的配线光纤组件的一部分。用于配线的光纤分出可与系缆接合、连接到陶瓷插芯/连接器、或仅留作准备好由技术工人进行接合的接头。

在所附权利要求范围内的本发明的许多修改和其它实施方式对本领域技术人员而言显而易见。例如，本发明的概念可与任何适当的光缆设计和/或制造方法一起使用。例如，所示实施例可包括其它适当的光缆构件如铠装层、联结元件、不同的截面形状等。因而，本发明意于覆盖这些修改和实施方式及对本领域技术人员显而易见的那些实施方式。

Claims (18)

1.光纤组件，包括：

含有聚丙烯的管，所述管具有每米表面积的内壁和2.0毫米或更小的内径；

至少一光纤位于所述管内，及

含有聚丙烯酸钠的遇水膨胀粉末，所述遇水膨胀粉末位于所述管内以阻挡管内的水迁移，其中至少10％重量的遇水膨胀粉末机械附着到所述管的内壁，使得所述遇水膨胀粉末的粒子部分地嵌入到所述内壁中，但其中部分遇水膨胀粉末的粒子突出在内壁的表面之外且不完全地嵌入到内壁中。

2.根据权利要求1的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末的平均浓度为每米管0.02克或更小。

3.根据权利要求2的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末包括两种以上不同类型材料的混合物。

4.根据权利要求2的光纤组件，其中30％或更少表面积的管内壁机械附着有遇水膨胀粉末。

5.根据权利要求2的光纤组件，其中至少5％重量的遇水膨胀粉末未机械附着到所述管的内壁。

6.根据权利要求2的光纤组件，还包括用于在所述至少一光纤和所述管之间提供联结力的联结件。

7.根据权利要求2的光纤组件，所述遇水膨胀粉末具有150微米或更小的平均粒子大小。

8.根据权利要求2的光纤组件，至少10％的内壁表面积机械附着有遇水膨胀粉末，及至少5％重量的遇水膨胀粉末未机械附着到所述管的内壁。

9.根据权利要求8的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末的平均浓度为每米管0.02克或更小。

10.根据权利要求8的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末包括两种以上不同类型材料的混合物。

11.根据权利要求10的光纤组件，其中每米管内壁30％或更少的表面积机械附着有粉末混合物。

12.根据权利要求10的光纤组件，还包括用于在所述至少一光纤和所述管之间提供联结力的联结件。

13.根据权利要求10的光纤组件，所述遇水膨胀粉末具有150微米或更小的平均粒子大小。

14.光纤组件，包括：

含有聚丙烯的管，所述管具有内壁和2.0毫米或更小的内径；

多个光纤位于所述管内，及

含有聚丙烯酸钠的遇水膨胀粉末，所述遇水膨胀粉末位于所述管内以阻挡管内的水迁移，其中

至少10％重量的遇水膨胀粉末机械附着到所述管的内壁，使得所述遇水膨胀粉末的粒子部分地嵌入到所述内壁中，但其中部分遇水膨胀粉末的粒子突出在内壁的表面之外且不完全地嵌入到内壁中。

15.根据权利要求14的光纤组件，其中至少10％的内壁表面积机械附着有遇水膨胀粉末，及至少5％重量的遇水膨胀粉末未机械附着到所述管的内壁。

16.根据权利要求15的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末包括两种以上不同类型材料的混合物。

17.根据权利要求15的光纤组件，其中每米管内壁30％或更少的表面积机械附着有粉末混合物。

18.根据权利要求15的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末的平均浓度为每米管0.02克或更小。