具有围绕光纤电缆的条带叠堆的自由空间的发泡管

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月30日提交的美国临时申请序列号63/046,208的优先权权益，所述申请的内容是本文的依据并且全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明涉及一种具有围绕光纤电缆的条带叠堆的发泡管(具体地，提供围绕光纤电缆的条带叠堆的自由空间的发泡管)的光纤电缆。光纤电缆在多个层中结合具有功能特定特性的各种材料，以实现期望的性能。例如，电缆护套和缓冲管通常由聚烯烃材料制成。光纤电缆还可包括相对刚性的材料，诸如一个或多个玻璃增强塑料强度构件。虽然聚烯烃通常具有良好的柔性，但当电缆弯曲、盘绕、挤压或扭曲时，强度构件可形成信号衰减。

发明内容

一方面，本公开内容的实施方式涉及一种光纤电缆。所述光纤电缆包括具有内护套表面和外护套表面的电缆护套。外护套表面是光纤电缆的最外表面，并且内护套表面限定内护套孔。光纤电缆还包括设置在内护套孔内的至少一个子单元。至少一个子单元中的每一个包括具有内子单元表面和外子单元表面的发泡管。内子单元表面限定中心子单元孔。至少一个子单元中的每一个还包括至少两个光纤条带的叠堆，所述至少两个光纤条带的叠堆设置在发泡管的中心子单元孔中。至少两个光纤条带中的每一个包括至少两个光纤。所述叠堆占据所述中心子单元孔的横截面面积的85％-95％，使得所述中心子单元孔沿所述发泡管的长度的至少一部分围绕所述叠堆提供5％至15％的自由空间。

另一方面，本公开内容的实施方式涉及一种制备光纤电缆的方法。在所述方法中，制备泡沫组合物。所述泡沫组合物包含70重量％至100重量％的热塑性弹性体(TPE)和0重量％至30％重量的低密度聚乙烯的聚合物成分。如根据ASTM D638所测量，TPE在100％割线处具有至多10MPa的未发泡拉伸模量。此外，在所述方法中，围绕光纤条带的叠堆挤出由泡沫组合物制成的发泡管，以便形成具有中心孔的子单元，所述中心孔沿发泡管的长度围绕叠堆提供5％至15％的自由空间。

另一方面，本公开内容的实施方式涉及一种光纤电缆的子单元。所述子单元包括由70重量％至100重量％的热塑性弹性体(TPE)和0重量％至30重量％的低密度聚乙烯制成的发泡管。所述发泡管具有内表面和外表面，并且所述内表面限定中心孔。所述子单元还包括设置在发泡管的中心孔中的至少两个光纤条带的叠堆。至少两个光纤条带中的每一个包括至少两个光纤。中心孔的横截面沿发泡管的长度围绕叠堆提供5％至15％的自由空间，并且如根据ASTM 3574所测量，当在50％应变下测量时，发泡管具有小于3MPa的压缩模量。

附加特征和优点将在下面的详述中进行阐述，并且在某种程度上，通过本说明书，附加特征和优点对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，或者通过实践如在本书面说明书及其权利要求书中描述的实施方式以及附图可认识到附加特征和优点。

应理解，前述综述和以下详述两者仅仅是示例性的，并且意图提供理解权利要求的性质和特征的概述或框架。

包括附图以提供进一步理解，并且所述附图并入本说明书且构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施方式，并且与本说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

并入本说明书并形成其一部分的附图示出本发明的若干方面，并且连同描述用来解释本发明的原理。在图中：

图1是根据示例性实施方式的具有包含在发泡管内的单个条带叠堆的光纤电缆的纵向横截面图；

图2是根据示例性实施方式的具有各自包含在发泡管内的多个条带叠堆的光纤电缆的纵向横截面图；

图3描绘根据示例性实施方式的围绕矩形条带叠堆的圆形发泡管。

图4描绘根据示例性实施方式的围绕矩形条带叠堆的矩形发泡管；

图5描绘根据示例性实施方式的用于矩形条带叠堆的物理发泡管的横截面的显微照片；

图6描绘根据示例性实施方式的用于十字形条带叠堆的化学发泡管的横截面的显微照片；并且

图7描绘根据示例性实施方式的用于发泡管的泡沫材料的应力-应变曲线。

虽然本发明将结合某些优选的实施方式进行描述，但并不意图将其限制于那些实施方式。相反，意图在于涵盖包括在由随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替代方案、修改和等同物。

具体实施方式

一般参考附图，本公开内容的实施方式涉及一种泡沫组合物，所述泡沫组合物可被挤出以围绕光纤电缆的每个条带叠堆形成发泡管。泡沫由热塑性弹性体(TPE)和可选地低密度聚乙烯(LDPE)形成，并且以这种方式围绕条带叠堆挤出以形成围绕条带叠堆提供5％至15％的自由空间的管。以这种方式，泡沫为光纤条带叠堆提供缓冲，同时还允许条带进行一定程度的移动。有利地，具有自由空间的发泡管有助于在电缆弯曲、挤压、扭曲、挠曲等时(包括在制造期间)防止光纤衰减。发泡管的这些和其他优点和方面将关于本文所公开和描绘的实施方式进行讨论，特别地当它们涉及光纤电缆时。然而，这些实施方式本质上是示例性的，而不是限制性的。

图1描绘光纤电缆10的纵向横截面图。光纤电缆10包括至少一个发泡管12。发泡管12具有于其间限定厚度T1的内表面14和外表面16。在实施方式中，厚度T1平均为0.3mm至1.2mm。内表面14限定中心孔18，所述中心孔沿光纤电缆10的纵向轴线延伸光纤电缆10的长度的至少一部分。设置在发泡管12的中心孔18内的是光纤条带22的叠堆20。每个光纤条带22包括布置在基本平面阵列中的多个光纤24。在实施方式中，光纤24可通过粘合基质和至少一层可固化树脂的涂层保持在阵列中。在图1中所示的实施方式中，条带22包括十六个光纤条带22中的十二个或二十四个光纤24。因此，在图1中，叠堆20包括288个光纤24。然而，在其他实施方式中，光纤条带22可包括，例如，四至二十四个光纤24，并且叠堆20可包括，例如，二至二十个条带22。

光纤条带22的叠堆20和发泡管12在本文中可一起称为“子单元”25。在图1的实施方式中，光纤电缆10包括单个子单元25，但在其他实施方式(如图2中所描绘)中，光纤电缆10可包括一个以上的子单元25。在实施方式中，光纤电缆10可包括多至十二个子单元25。因此，在实施方式中，光纤电缆10可承载多至3456个光纤24(即，每个子单元288个光纤)。如在图1中可以看见，光纤条带22的叠堆20不具有通常用于将光纤条带22保持在叠堆20中的包裹物。申请人已发现，在某些情况下，这种包裹物不能充分保护叠堆20的拐角上的光纤24在盘绕和弯曲期间免受衰减。

相反，根据本公开内容，叠堆20由发泡管12环绕，并且如图1中所示，发泡管12的内表面14没有紧密地包围叠堆20。即，沿发泡管12的长度，中心孔18为叠堆20在发泡管12内的移动提供一定程度的自由空间。如本文所用，“自由空间”是指沿发泡管12的长度的中心孔18的未由叠堆20占据的横截面面积的百分比。在实施方式中，自由空间可仅包括气体(诸如空气)，并且在其他实施方式中，自由空间可以包括气体和不阻碍叠堆20的光纤条带22移动的其他材料，诸如阻水材料(凝胶、粉末、纱线等)。在实施方式中，发泡管12的中心孔18限定围绕叠堆20的5％至15％的自由空间，即，叠堆20占据发泡管12的中心孔18的横截面面积的85％至95％。发泡管12在弯曲和盘绕期间缓冲光纤条带22，同时维持叠堆完整性，并且自由空间允许光纤条带22在弯曲和盘绕期间一定程度的移动。以这种方式，衰减，特别地在叠堆20的拐角处，被基本减少或消除。

另外，如图1中所示，发泡管12可在中心孔18中包括阻水特征，诸如阻水纱线27和/或高吸水聚合物(SAP)粉末。在所描绘的实施方式中，存在两个阻水纱线27，但在其他实施方式中，可存在单个阻水纱27或两个以上的阻水纱线27，诸如三至八个阻水纱线27。在实施方式中，阻水纱线27是浸渍有SAP粉末的棉、芳纶、玻璃、玄武岩或其他纤维纱线。有利地，阻水纱线27可用作访问特征，以通过使用阻水纱线27作为撕裂发泡管12的拉绳来打开发泡管12。

沿纵向轴线环绕发泡管12的是电缆护套26。电缆护套26具有限定平均护套厚度T2的内表面28和外表面30。在实施方式中，电缆护套26具有3.6mm至6.0mm的厚度T2。在实施方式中，电缆护套26具有大约4.6mm的厚度T2。在实施方式中，电缆护套26的外表面30限定光纤电缆10的最外表面。如图1中所描绘，光纤电缆10可包括一个或多个强度元件32，所述强度元件嵌入在内表面28与外表面30之间的电缆护套26中。在图1的实施方式中，存在以完全相反的成对布置的四个强度元件32。示例性强度元件32包括玻璃增强塑料(GRP)棒、金属丝、树脂浸渍的纱线(例如，棉、芳纶、玻璃或玄武岩纱线)。在实施方式中，厚度T2由强度元件32的大小限制在厚度T2范围的低端上。

如图1中所示，电缆护套26可包括一个或多个优先访问特征34。在实施方式中，优先访问特征34是与制成电缆护套26的聚合物不同的聚合物条。例如，优先访问特征34可以是包含在聚乙烯电缆护套26内的聚丙烯条。聚合物的不混溶性有助于将电缆护套26分开以访问光纤电缆纤维的内部。此外，如图1中所描绘，优先访问特征34的位置由定位脊36标识。定位脊36提供优先访问特征34的位置的视觉和触觉指示器。在图1中所描绘的实施方式中，为每个优先访问特征提供两个定位脊36，在优先访问特征34的每一侧上具有一个定位脊36。

现在参考图2，描绘光纤电缆10的另一实施方式，其中光纤电缆10包含多个子单元25。如图2中所示，电缆护套26与图1的电缆护套26基本相似之处在于电缆护套26具有内表面28和外表面30，所述外表面限定光纤电缆10的最外表面。此外，电缆护套26包括完全相反的成对的强度元件对32、优先访问特征34和定位脊36。然而，在图2的实施方式中，电缆护套26的内表面28限定内孔38，其中多个子单元25围绕中心强度构件40缠绕。在实施方式中，子单元25围绕中心强度构件40螺旋式缠绕或围绕中心强度构件40SZ绞合。在实施方式中，中心强度构件40包括中心强度元件42和围绕中心强度元件42施加的发泡涂层44。如以下将讨论的，发泡涂层44的组合物可与发泡管12的组合物相同。

如上所述，每个子单元25包括围绕光纤条带22的叠堆20的发泡管12。在所描绘的实施方式中，叠堆20具有矩形横截面，但在其他实施方式中，叠堆20可具有例如，如图1中所示的加号形横截面。在图2中，叠堆20包括十二个条带22，每个所述条带包含十二个光纤24。与前面的实施方式一样，发泡管12具有中心孔18，所述中心孔限定围绕叠堆20的5％至15％的自由空间。

围绕中心强度构件40缠绕子单元25抵靠中心强度构件40压缩子单元25，这在常规光纤电缆中可引入衰减源。然而，在目前公开的光纤电缆10中，发泡管12的泡沫和发泡涂层44针对衰减进行缓冲，并且发泡管12内的自由空间允许光纤条带22转移它们的位置以避免衰减。

图3和图4描绘子单元25的两种不同配置。在图3中，子单元25具有圆形横截面。特别地，发泡管12在内表面14与外表面16之间具有可变的厚度，以便限定圆形外表面16。如可以看出，尽管光纤条带22的叠堆20的横截面是矩形的，但子单元25是圆形的。此外，发泡管12的内表面14限定矩形形状的中心孔18，提供5％至15％的自由空间。图4描绘具有矩形横截面的另一发泡管12。特别地，发泡管12在内表面14与外表面16之间具有基本恒定的厚度，以便限定矩形外表面16。如在图4中可以看出，叠堆20是矩形的，并且发泡管12的内表面14限定矩形形状的中心孔18，提供5％至15％的自由空间。虽然描述矩形叠堆20，但叠堆20可以是另一形状(例如，如图1中所示的加号形状)，并且子单元25可以仍具有圆形或矩形外表面16，只是中心孔18的形状随着变化。图3和图4表明子单元25的形状可以改变，例如，在具有多个子单元25的光纤电缆10中(如图2所示)，以优化电缆护套26的内孔38内的自由空间量。即，根据子单元25的数量、绞合类型(螺旋、SZ、直线等),以及光纤电缆10可能经受的弯曲量，不仅子单元25的中心孔18提供自由空间，而且子单元25的形状能够被操纵以与光纤电缆10提供另外的自由空间。

已描述光纤电缆10的实施方式，现在将更详细地描述发泡管12(和发泡涂层44)的泡沫组合物。泡沫组合物包含热塑性弹性体(TPE)成分和任选地低密度聚乙烯(LDPE)成分。此外，泡沫可通过物理发泡和/或化学发泡泡沫组合物来形成。在泡沫被物理发泡的实施方式中，泡沫组合物可包含成核剂，并且在泡沫被化学发泡的实施方式中，泡沫组合物可包含化学发泡剂和交联剂。组合物将在下面进行更详细的描述。

在实施方式中，泡沫组合物包含聚合物成分，所述聚合物成分包含70重量％至100重量％的TPE和0重量％至30重量％的LDPE。泡沫组合物可包含以相对于聚合物成分的量添加的其他典型加工添加剂。添加剂的一个实际实例是着色剂，其可用于具有多个子单元25的光纤电缆10，如图2中所描绘。以这种方式，子单元25可以被颜色编码以便于进行现场识别。在实施方式中，TPE是聚烯烃弹性体(POE)、热塑性聚烯烃(TPO)或热塑性硫化橡胶(TPV)中的至少一种。在示例性实施方式中，根据ASTM D638，TPE被选择以在100％割线处具有至多10MPa的未发泡拉伸模量。在其他实施方式中，根据ASTM D638，TPE被选择以在100％割线处具有至多5MPa的未发泡拉伸模量。

在示例性实施方式中，用于发泡管12的合适的POE包括乙烯和辛烯或丁烯的共聚物，诸如乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物。此类共聚物在低温下提供低模量和来自机械变形的高恢复。两种商购的乙烯-辛烯共聚物包含Engage

LDPE的示例性商业实施方式包括Agility

在实施方式中，发泡管12和/或发泡涂层44的泡沫是通过在足够高的压力下挤出泡沫组合物使得气态发泡剂或多种发泡剂保持溶解在熔体中，直到聚合物气体饱和压力接近或刚好超过挤出模具的出口时通过物理发泡形成的。在此饱和压力下，溶解的气体使尽可能多的均匀分布的气泡核分层，并且作为另外的气泡形成和生长的成核位点。此外，可将物理成核剂添加到泡沫组合物以便提供用于气泡形成的成核位点。示例性的物理成核剂包括滑石、碳酸钙、PTFE颗粒和其他高表面积无机和聚合物材料。在实施方式中，此类物理成核剂以0.1wt％至1.0wt％的量存在于泡沫组合物中。

在实施方式中，物理发泡工艺还可以结合一种或多种化学发泡剂以进一步改善泡沫结构。化学发泡剂包括吸热发泡剂，诸如Reedy Safoam FPE-50(购自Reedy ChemicalFoam&Specialty Additives,Charlotte,NC)和放热发泡剂，诸如偶氮二甲酰胺和4,4'-氧基双(苯磺酰肼)(作为XO-107和XO-429，商购自Bergen International,有限责任公司,East Rutherford,NJ)。另外，在实施方式中，通过添加化学发泡剂和/或物理成核剂，进一步增强用二氧化碳、氮气或其他气体(诸如小链烃)进行物理发泡的过程。另外，共混物可包括防止气泡聚结并提高稳定性的一种或多种添加剂，诸如单硬脂酸甘油酯(GMS)。

在实施方式中，用于发泡管12和/或发泡涂层44的泡沫在挤出期间通过化学发泡形成。在实施方式中，泡沫组合物还可包含化学发泡剂和交联剂。在实施方式中，泡沫组合物包含每100份泡沫组合物的聚合物成分(即每100份TPE和LDPE)的0.1至3份活性化学发泡剂以及0.1至2份活性交联剂。

在实施方式中，化学发泡剂包括偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、苯磺酰肼、4,4-羟基苯磺酰氨基脲、对甲苯磺酰氨基脲、偶氮二甲酸钡、N,N'-二甲基-N,N'-二亚硝基对苯二甲酰胺、三肼基三嗪或碳酸氢钠中的至少一种。在实施方式中，将化学发泡剂通过母料引入到泡沫组合物，这提供了处理的容易性。化学发泡剂的商购实例包括Foamazol

在实施方式中，交联剂包括过氧化物。在特定的实施方式中，过氧化物包括过氧化二枯基、过氧化二叔丁基、过氧化二叔戊基、过氧化叔丁基、过氧化叔丁基枯基、过氧化二苯甲酰或过氧化氢叔丁基中的至少一种。为了便于处理，交联剂的母料也是优选的。商购实例包括

在实施方式中，泡沫通过围绕光纤条带22的叠堆20挤出泡沫组合物形成。有利地，使用化学发泡，泡沫组合物可以通过在挤出机中简单地混合TPE、LDPE、化学发泡剂和交联剂制备。在特定实施方式中，在将TPE、LDPE、化学发泡剂和交联剂添加到挤出机料斗中之前，将它们干燥混合。其他添加剂也可添加到挤出机中的泡沫组合物，包括成核剂、加工助剂、UV稳定剂和/或抗氧化剂等。通过调节挤出机内的温度和压力分布以有效地使用化学发泡剂来实现泡沫组合物作为泡沫的成功挤出。在挤出期间，进料区处的温度保持足够低以防止筒中的化学发泡剂的过早分解，同时仍允许形成熔体密封(否则气体可能通过料斗发生损失)。然后熔体区温度应快速升高至高于化学发泡剂的分解温度，并且同时引发过氧化物分解。在熔体上维持足够的压力以防止在挤出机中起泡。在实施方式中，通过使用高压缩螺杆或在挤出机的熔化区之后降低温度来维持压力。维持压力直到泡沫组合物退出模具，此时快速的压降引发泡沫组合物的成核和发泡。此时的泡沫组合物熔化温度保持尽可能低，使得可以快速进行冷却以控制膨胀并且限制气体逸出。在实施方式中，温度保持低于未发泡塑料的温度以增强表面外观。

在挤出发泡(物理或化学)期间，在实施方式中，主要通过挤出模具工具调整围绕叠堆20的中心孔18提供的自由空间量。在发泡期间，泡沫倾向于在挤出模具出口处在所有方向上膨胀，并且挤出工具可以设计成，例如，通过仅允许泡沫在某些方向上膨胀来操纵泡沫在期望方向上的膨胀。此外，自由空间量可以通过围绕子单元25的泡沫的下拉量被控制。例如，可以使用更宽或更窄的挤出喷嘴来提供另外的自由空间或减少自由空间。此外，在实施方式中，沿子单元25的长度的自由空间量可以通过在挤出期间调整挤出工具来改变。

泡沫在泡沫组合物挤出期间形成(物理地或化学地)闭孔泡沫。在泡沫组合物中，TPE将弹性体性能提供到泡沫，而LDPE则由于长链支化导致的高熔体强度而提供高膨胀比。在泡沫挤出期间，如果共混物的熔体强度太低，气泡将在泡沫冷却之前破裂并聚结，并且将导致具有大气泡的劣质泡沫。具有长链支化的LDPE表现出应变硬化。应变硬化是在熔体中测量的，并且表示熔体应变时拉伸粘度的增加。这允许最大的气泡膨胀而不过度破裂和聚结。

在实施方式中，发泡工艺被配置来实现具有10μm至300μm的当量圆直径(ECD)的精细、窄分布的闭孔形态。在其他实施方式中，ECD在20μm至200μm的范围内，并且在其他实施方式中，ECD在30μm至100μm的范围内。在实施方式中，所得泡沫具有至少50％的膨胀率。在其他实施方式中，所得泡沫具有至少60％的膨胀率。此外，在实施方式中，所得泡沫具有50％-70％(更特别地，50％-60％)的密度降低(与未发泡的共混物相比)。

图5和图6分别描绘使用物理发泡和化学发泡形成的发泡管12。具体地，图5的发泡管12由包含TPE(Infuse 9807)的70重量％和LDPE(Agility 1021)的30重量％的泡沫组合物形成。发泡涉及将CO

有利地，发泡管12允许在电缆制造期间吸收压缩应力，而不是将这种应力传递到光纤，这可以产生衰减。例如，在图2的实施方式中，其中多个子单元25围绕中心强度构件40绞合，发泡管在缠绕期间可以预压缩多至50％-60％应变，并且在任何应力将传递到叠堆20之前仍然吸收多至至少70％压缩应变的压缩应力。

依据泡沫特性，根据实施方式，根据本公开内容的发泡管12的泡沫被配置来在50％压缩应变下具有不超过3MPa的压缩模量。在其他实施方式中，在50％压缩应变下的压缩模量不超过2MPa，并且在其他实施方式中，在50％压缩应变下的压缩模量不超过1MPa。图7描绘用于图5的物理泡沫的示例性应力应变曲线。如在图7中可以看见，应力-应变曲线具有通过至少50％应变的长平台区域。实际上，压缩应力不超过1MPa直到达到60％的应变。

此外，发泡管12的泡沫被配置为具有不超过20％的压缩形变，所述压缩形变在压缩至50％的应变达十小时之后并且在四小时的恢复时间之后测量。即，在50％的应变下压缩10小时后，在去除应变后，试样将恢复到其原始厚度的至少80％。压缩形变测量可以通过动态机械分析仪上的平行板压缩固定装置进行评估(例如，DMA Q800，购自TAInstruments,New Castle,DE)。

设想本文所公开的光纤电缆10的实施方式通过相关的电信标准以确保可靠性，包括Telecordia GR-20和ICEA-640。另外，泡沫在低温下保持柔性，玻璃化转变温度低于-50℃。此外，泡沫在-40℃至85℃的温度范围内大小稳定，特别地具有小于5％的收缩率，符合Telecordia GR-20护套部件行业标准的要求。另外，与由例如PVC制成的常规使用的子单元护套相比，发泡管的泡沫组合物中使用的材料具有更大的抗黄蜂喷雾性。

除非另外明确说明，否则决不意图将本文阐述的任何方法诠释为要求按特定次序执行其步骤。因此，在方法权利要求未实际叙述其步骤要遵循的次序或在权利要求或描述中未另外具体陈述各步骤将限于特定次序的情况下，决不意图推断任何特定次序。此外，如本文所使用，冠词“一种”意图包括一种或超过一种的组分或元素，并不意图诠释为意指仅一个。

对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离所公开的实施方式的精神或范围的情况下进行各种修改和变化。由于本领域技术人员可想到对结合实施方式的精神和实质的所公开的实施方式的修改、组合、子组合和变型，因此所公开的实施方式应被诠释为包括所附权利要求及其等同物的范围内的所有事物。