ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ С ЗАЛИВОЧНОЙ МАССОЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G02B6/44 

Изобретение относится к волоконно-оптическому кабелю с по меньшей мере одним световодом и с заливочной массой жилы и/или сердечника, причем заливочная масса содержит по меньшей мере один пластификатор.

Заливочная масса такого вида известна из WO/A1-9427174. Наряду с пластификаторами в известной заливочной массе в качестве добавок вводят тиксотроп и/или глобулы (в частности, полые глобулы), и/или загустители. В качестве загустителей предпочтительно используют углеводородные полимеры. Загустители используют таким образом, что они по возможности в значительной степени противодействуют вытеканию капель заливочной массы, в частности, при высоких температурах.

Из US-PS 4342500 известен стойкий к высокому напряжению волоконно-оптический кабель. Если подобный кабель заполняют только сшитыми синтетическими материалами (например, полиуретан, эпоксидная смола, полиэфирная смола), тогда воздушные зазоры являются неизбежными. Они приводят к трудностям в области высоковольтных установок вследствие возможных высоких концентраций напряженности поля. По этой причине синтетические материалы размягчают путем добавки соответствующих пластификаторов, поскольку за счет этого может предотвращаться образование таких нежелательных полостей.

Из DE-OS 2728642 известен продольно водонепроницаемый волоконно-оптический кабель, в котором применена неполярная заливочная масса из разбухшего полистирола с маслом или термопластичный полиуретановый каучук в качестве заливочной массы жил. Разбухание полистирола вызывается примененным там маслом.

Из WO 86/05502 известен полиуретановый гель, который вводится в поврежденный, то есть уже проложенный электрический кабель позднее для целей ремонта. Примененный полиуретановый гель содержит только от 10 до 90 вес.% пластификатора. Далее предусмотрено использовать полиуретановый гель для заливки в месте сращивания или соединения между двумя кабелями. Этот специальный случай применения является возможным также при стекловолоконных сростках.

Из DE-A-2155655 известны в общем волоконно-армированные пластмассы или массы для покрытия, которые могут применяться, например, для пленок, фольги, литых продуктов, многослойных плат или армированных стекловолокном многослойных тел. Добавляемые пластификаторы должны составлять максимально 60 вес. %.

В основе изобретения лежит задача создания волоконно-оптического кабеля, заливочная масса которого может легко и недорого изготавливаться и в котором желаемая надежность относительно вытекания капель может обеспечиваться простым образом.

Эта задача решается в волоконно-оптическом кабеле типа названного в вводной части за счет того, что к заливочной массе добавлена по меньшей мере одна добавка, которая вступает во взаимодействие с пластификатором и растворяется и/или размягчается им, что эта заливочная масса введена в кабель при изготовлении волоконно-оптического кабеля и что доля пластификатора составляет между 99 и 92 вес.% заливочной массы.

За счет взаимодействия между пластификатором и добавкой последняя изменяется так, что она получает гелеобразную структуру и таким образом дает особенно хорошее и эффективное загустительное действие. За счет этого уже относительно малые количества добавок дают высокую надежность относительно вытекания капель заливочной массы. В зависимости от дозирования при этом может иметь место размягчение (= набуханию или разбуханию) добавки или полное растворение последней.

Изобретение относится далее к способу для изготовления заливочной массы для использования в волоконно-оптическом кабеле согласно изобретению, который отличается тем, что добавку вводят в окончательно приготовленную, содержащую по меньшей мере один пластификатор основную заливочную массу и хорошо размягчают и/или растворяют ее. Основная заливочная масса содержит все остальные предусмотренные для заливочной массы компоненты и готовая заливочная масса в смысле изобретения изготавливается таким образом только за счет того, что вводят добавку и за счет этого вызывают упомянутое взаимодействие между добавкой, с одной стороны, и пластификатором, в другой стороны. Этот способ имеет тем самым преимущество, что заливочные массы не должны, как до сих пор, готовиться в запас, а окончательная заливочная масса может окончательно смешиваться только при необходимости.

Это позволяет способ для изготовления оптического элемента передачи с заливочной массой согласно изобретению, который отличается тем, что основную заливочную массу соединяют с добавкой в области изготовления световодной жилы и/или волоконно-оптического кабеля и что полученную таким образом теперь готовую заливочную массу в непрерывном процессе заполняют в соответствующую световодную жилу и/или волоконно-оптический кабель.

Изобретение и формы его дальнейшего развития поясняются ниже более подробно с помощью чертежей.

При этом на фигурах показано:
фиг. 1 - оптический элемент передачи в виде полой жилы с заливочной массой согласно изобретению внутри защитной оболочки,
фиг. 2 - в поперечном сечении волоконно-оптический кабель с заливочной массой согласно изобретения в качестве заливочной массы сердечника и
фиг. 3 - в схематическом представлении устройство для заполнения оптического элемента передачи заливочной массой согласно изобретения.

На фиг. 1 показана так называемая полая жила GA (световодная жила), в которой внутри защитной оболочки SH из пластмассы и/или металла расположен по меньшей мере один световод LW, который окружен снаружи плотно сидящим защитным слоем (Coating) CT. Для мягкой заделки этого световода предусмотрена заливочная масса FC, которая окружает со всех сторон световод LW. Эта заливочная масса содержит по меньшей мере долю в виде пластификатора, а также добавку, которая вступает во взаимодействие с пластификатором и размягчается и/или соответственно растворяется им. Вследствие выгодных характеристик изготовленной таким образом массы она может использоваться в широком диапазоне температур и, однако, - для защиты световода LW - является достаточно мягкой и одновременно достаточной относительно вытекания капель.

На фиг. 2 представлен волоконно-оптический кабель ОС, который содержит три световодные жилы GA1, GA2 и GA3, конструкция которых соответствует структуре согласно фиг. 1. Они содержат соответственно по меньшей мере один световод LW1, LW2 и LW3, окруженный соответствующим защитным слоем (Coating CT1, CT2, CT3). Далее внутри соответствующей защитной оболочки SH1 - SH3 предусмотрена заливочная масса FC1 - FC3, которая содержит пластификатор, а также добавку, которая вступает во взаимодействие с пластификатором и размягчается или, соответственно, растворяется им. Внешние промежутки между жилами целесообразно скрученных друг с другом световодных жил GA1 - GA3 предпочтительно заполнены заливочной массой FCS сердечника, которая полностью заполняет все внутреннее пространство до внутренней стенки кабельной оболочки CS. Таким образом возникает продольно водонепроницаемый волоконно-оптический кабель ОС, который предлагает оптимальную механическую защиту как световодных жил GA1 - GA3, так и содержащихся в них световодов LW1 - LW3.

Возможно также, что элемент ОС образует только оптический пучок проводов (при известных обстоятельствах без внешней защитной оболочки CS или, соответственно, с использованием только обмотки или намотки вместо CS). При этом в кабель могут быть скручены множество таких пучков, причем тогда снаружи вокруг этих пучков должна на носиться внешняя защитная оболочка кабеля и свободные пространства между жилами также быть заполненными заливочной массой сердечника FCS.

Примененные в заливочной массе согласно изобретению компоненты ниже описываются более подробно.

Пластификатор
Предпочтительно используют пластификаторы, которые являются жидкими при температуре 20^oC. Предпочтительно используют поливинилхлоридные (ПВХ) пластификаторы. Можно использовать также различные пластификаторы, в частности различные ПВХ-пластификаторы. Предпочтительно используют пластификаторы с по меньшей мере одним сложным эфиром кислоты. Особенно целесообразным является использование сложных эфиров карбоновой кислоты, в частности сложных эфиров многократной карбоновой кислоты из ароматических и/или алифатических сложных эфиров многократной карбоновой кислоты или их смеси. Возможно также применять в качестве пластификаторов сложные эфиры фталевой кислоты, сложные эфиры тримеллитной кислоты, сложные полиэфиры из адипина, себацина или ацелаина, сложные эфиры жирных кислот.

Возможно предусматривать в качестве пластификаторов также эпоксидные пластификаторы. Эпоксидный пластификатор или пластификаторы должны целесообразно содержать в молекуле по меньшей мере одну полярную группу, в частности, в виде функциональной группы или гетероатома. Особенно предпочтительным является применение в качестве пластификатора карбоксильных групп, гидроксильных групп, группировок сложных эфиров или группы простого эфира. В качестве гетероатомов предпочтительно применяют атомы азота, фосфора или галогена. Полярные молекулы пластификаторов являются целесообразно сильнее полярными, чем молекулы чисто углеводородного соединения или, соответственно, чем чистые полиолефины.

Пластификаторы предпочтительно выбирают так, что они не размягчают или не влияют на материалы примененных защитных оболочек SH на фиг. 1 и/или SH1 - SH3, а также CS на фиг. 2. Если защитные оболочки выполнены, например, из полиолефинов, как например полипропилен, полиэтилен, полиметилпентен и т.д., тогда целесообразно в качестве пластификаторов можно рассматривать такие, которые являются более полярными, чем названные защитные оболочки (то есть все пластификаторы, которые названы выше).

Долю пластификатора (пластификаторов) во всей заливочной массе целесообразно следует выбирать между 99 и 80 вес.%, в частности между 99 и 92 вес. %.

Добавка
В качестве добавки (при необходимости могут применяться также многие различные добавки) особенно пригодными являются те вещества, для которых соответствующий пластификатор применяется также иначе (то есть в обычных случаях применения пластификаторов в химии). Например, ПВХ-пластификатор используется предпочтительно вместе с состоящей из ПВХ добавки. Если в качестве пластификаторов предусмотрены эпоксидные пластификаторы, то в качестве добавки используется размягчаемое и/или растворяемое эпоксидными пластификаторами вещество, в частности, например, эпоксиды.

Особенно пригодными в качестве добавок являются все полярные твердые вещества, чтобы изготавливать размягченные гели желаемого вида.

Преимущество подобных гелей состоит прежде всего в том, что полярные твердые вещества, как например ПВХ в ПВХ-пластификаторах, растворяются экстремально быстро и тем самым присутствуют также идеально распределенными. Это имеет особенное значение для равномерной и гомогенной структуры заливочной массы. Способ изготовления гелей или заливочных масс этого вида является очень простым и не требует никакой специальной технологии. Предпочтительно добавка вводится горячей (в диапазоне температур между 100^oC и 160^oC) в пластификатор и претерпевает там в течение кратчайшего времени (между 60 с и 600 с) желаемое размягчение и/или растворение или, соответственно, желаемое взаимодействие.

Относительно малые доли добавок являются достаточными, чтобы получить желаемую гелеобразную заливочную массу. Долю добавок во всей заливочной массе целесообразно выбирают меньше, чем 20 вес.%, предпочтительно меньше, чем 10 вес.%, и, в частности, меньше, чем 8 вес.% заливочной массы.

В качестве минимальной доли в качестве добавки предпочтительно имеется от 1 до 3 вес.% заливочной массы.

При полном растворении добавки/добавок зернистый порошок переходит в раствор. В противоположность этому при набухании/разбухании добавки/добавок зернистый порошок доводится только до набухания и увеличивает свой объем. Так в случае ПВХ может происходить полное растворение и при ПС/ПК/ПБТ и т.д. - набухание частиц.

Добавка/добавки действуют аналогично как обычные в заливочных массах загустители или, соответственно, тиксотропы, так что от таких дальнейших добавок в заливочной массе согласно изобретению в общем в большинстве случаев можно отказаться.

Дополнительные вещества
Наряду с уже упомянутыми и в основном определяющими поведение заливочной массы долями пластификаторов и вступающими с ними во взаимодействие в виде размягчения или растворения добавками могут применяться другие дополнительные вещества в зависимости от желаемого случая применения:
а) глобулы, в частности полые глобулы. Используют, в частности, такие, которые подобны известным под торговой маркой "Expancell" фирмы Nobel Industries. Внешний диаметр (размер частиц) этих глобул должен быть целесообразно значительно ниже диаметра световодов, то есть ниже 100 мкм. Предпочтительно используют глобулы, диаметр которых является меньше 50 мкм, в частности ниже 10 мкм.

Доля глобул в заливочной массе в целом должна выбираться целесообразно между 1 и 4 вес.%, в частности между 2 и 3 вес.%.

В качестве легкорастворимых во всех названных жидких пластификаторах полярных твердых веществ особенно пригодными являются ПВХ, метилцеллюлоза, производные целлюлозы, пропионат целлюлозы, ПК, АВС, ПБТ и эпоксиды.

Названные последними вещества ПК, АВС, ПБТ и эпоксиды являются полярными твердыми веществами, которые растворяются или, соответственно, размягчаются в названных пластификаторах.

Последующие примеры отражают рецептуры, которые удовлетворяют требованиям к заливочным массам для волоконно-оптических кабелей или оптических полых жил.

Пример 1.

В 96 вес.% паламоля 652 (фирмы BASF) в качестве пластификатора и 1% стабилизатора ирганокс 1010 (Ciba Additive, Франкфурт), который служит для стабилизации ПВХ или, соответственно, в качестве антиоксиданта, при помешивании при 140^oC вводят в качестве добавки 3% винноля EG 70 (фирмы Vinnolit Kunststoff, Исманинг).

После охлаждения однородной жидкости получается гель со следующими свойствами:
конусная пенетрация при -40^oC: 200 1/10 мм
вязкость при 20^oC: 15.000 мПа•с
точка замерзания: < -30^oC.

Гель заполняли в трубочки полых жил длиной 30 см (сравни фиг. 1) и при различных температурах в вертикальном положении хранили в шкафу конвекционной сушки. Точка капания массы лежит при > 80^oC.

Пример 2.

В 95 вес.% паламоля 652 (фирмы BASF) в качестве пластификатора и 1% стабилизатора ирганокс 1010 (Ciba Additive, Франкфурт) в качестве антиоксиданта, при помешивании при 140^oC вводят в качестве добавки 4% винноля EG 70.

После охлаждения однородной жидкости получается гель со следующими свойствами:
конусная пенетрация при -40^oC: 183 1/10 мм
вязкость при 20^oC: 26.000 мПа•с
точка замерзания: < -30^oC.

Гель заполняли в трубочки полых жил длиной 30 см и при различных температурах в вертикальном положении хранили в шкафу конвекционной сушки.

Точка капания массы лежит при > 80^oC.

Пример 3.

В 95 вес. % палатиноля АН (фирмы BASF) в качестве пластификатора и 1% стабилизатора ирганокс 1010 (фирмы Ciba Additive, Франкфурт) в качестве стабилизатора для ПВХ при помешивании при 140^oC вводят в качестве добавки 4% винноля EG 70 (фирмы Vinnolit Kunststoff, Исманинг).

После охлаждения однородной жидкости получается гель со следующими свойствами:
конусная пенетрация при -40^oC: 264 1/10 мм
вязкость при 20^oC: 8.000 мПа•с
точка замерзания: < -45^oC.

Гель заполняли в трубочки полых жил длиной 30 см и при различных температурах в вертикальном положении хранили в шкафу конвекционной сушки. Точка капания массы лежит при > 80^oC.

Пример 4.

В 96 вес. % палатиноля АН (фирмы BASF) в качестве пластификатора и 1% стабилизатора ирганокс 1010 (фирмы Ciba Additive, Франкфурт) в качестве стабилизатора для ПВХ при помешивании вводят при 140^oC в качестве добавки 3% винноля EG 70 (фирмы Vinnolit Kunststoff, Исманинг).

После охлаждения однородной жидкости получается гель со следующими свойствами:
конусная пенетрация при -40^oC: 350 1/10 мм
вязкость при 20^oC: 5.000 мПа•с
точка замерзания: < -45^oC.

Гель заполняли в трубочки полых жил длиной 30 см и при различных температурах в вертикальном положении хранили в шкафу конвекционной сушки.

Точка капания массы лежит при > 80^oC.

Пример 5.

В 95 вес. % палатиноля 11 (фирмы BASF) в качестве пластификатора и 1% стабилизатора ирганокс 1010 (фирмы Ciba Additive, Франкфурт) в качестве стабилизатора для ПВХ при помешивании вводят при 140^oC в качестве добавки 4% винноля EG 70 (фирмы Vinnolit Kunststoff, Исманинг).

После охлаждения однородной жидкости получается гель со следующими свойствами:
конусная пенетрация при -40^oC: 140 1/10 мм
вязкость при 20^oC: 6.000 мПа•с
точка замерзания: < -40^oC.

Гель заполняли в трубочки полых жил длиной 30 см и при различных температурах в вертикальном положении хранили в шкафу конвекционной сушки. Точка капания массы лежит при > 80^oC.

Пример 6.

В 96 вес. % палатиноля AM (фирмы BASF) в качестве пластификатора и 1% стабилизатора ирганокс 1010 (фирмы Ciba) в качестве стабилизатора для ПВХ вводят при помешивании при 120^oC в качестве добавки 2 вес.% винноля EG 70 (фирмы Vinnolit Kunststoff, Исманинг) и 2 вес.% экспанселя (фирмы Nobel Industries) в качестве глобул.

После охлаждения однородной жидкости получается гетерогенный гель со следующими свойствами:
конусная пенетрация при -40^oC: 300 1/10 мм
вязкость при 20^oC: 17.000 мПа•с
точка замерзания: < -45^oC.

Приготовление соответствующей изобретению заливочной массы и ее использование на участке изготовления кабеля более подробно поясняется с помощью фиг. 3. При этом прежде всего предположено, что должен быть изготовлен оптический элемент передачи в смысле фиг. 1, то есть, в частности, оптическая полая жила. Световод или световоды LW размещены на резервных катушках VS и вводятся в экструдер EX. Этот экструдер EX служит для нанесения внешней защитной оболочки SH, так что на его выходе имеет место готовый оптический элемент передачи, например, в виде полой жилы GA.

Подготовка заливочной массы происходит целесообразно на месте, то есть непосредственно в области экструдера EX и в режиме "он-лайн", то есть в непрерывном процессе изготовления. В первом резервном резервуаре ВТ1 размещена предпочтительно порошкообразная добавка FCP, в то время как во втором резервном резервуаре ВТ2 - окончательно приготовленная основная заливочная масса FCW, то есть, в частности, жидкий пластификатор, а также при необходимости полые глобулы. Основная заливочная масса содержит таким образом все компоненты готовой заливочной массы за исключением только необходимой для размягчения/растворения добавки. Основная заливочная масса FCW вместе с добавкой FCP подводится к смесительному устройству MX, где происходит тщательное перемешивание предпочтительно порошкообразных компонентов добавки FCP и остальных, предпочтительно жидких, компонентов основной заливочной массы FCW. Уже в процессе смешивания наступает взаимодействие (размягчение или, соответственно, растворение) между жидким пластификатором основной заливочной массы FCW, с одной стороны, и добавкой или добавками FCP, с другой стороны, чему способствует, в частности, то, что работают с повышенной температурой, например между 100^oC и 160^oC в области смесительного устройства MX. Полученная таким образом готовая заливочная масса FC по соответствующей линии вводится в экструзионную головку экструдера EX и там, предпочтительно в области вытяжного конуса для защитной оболочки SH направляется внутрь этого вытяжного конуса. За счет этого происходит всестороннее и полное заполнение внутреннего пространства защитной оболочки SH согласно фиг. 1.

Если установкой согласно фиг. 3 должен изготавливаться кабель соответственно фиг. 2, тогда с резервной катушки/катушек VS сходят один или несколько пучков, которые направляются внутрь экструдера EX, где наносится внешняя оболочка CS готового кабеля OC1.

Волоконно-оптический кабель содержит по меньшей мере один световод и заливочную массу, окружающую световод. Заливочная масса содержит по меньшей мере один пластификатор, в который добавлена по меньшей мере одна добавка, которая вступает во взаимодействие с пластификатором и растворяется или размягчается им. Доля пластификатора составляет между 99 и 92 вес.% заливочной массы. Заливочную массу соединяют с добавкой в области изготовления световедущей жилы. Обеспечен простой и надежный способ изготовления кабеля, в котором отсутствует возможность вытекания капель. 3 с. и 10 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Оптический элемент передачи (GA,OC), содержащий по меньшей мере один световод (LW) и заливочную массу световодной жилы и/или сердечника (FC, FCS), причем заливочная масса (FC) содержит по меньшей мере один пластификатор, отличающийся тем, что к заливочной массе (FC) добавлена по меньшей мере одна добавка, которая вступает во взаимодействие с пластификатором и растворяется или размягчается им, что эта заливочная масса (FC) введена в кабель (ОС) при изготовлении оптического кабеля и что доля пластификатора составляет между 99 и 92 вес.% заливочной массы. 2. Оптический элемент передачи по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора использован ПВХ-пластификатор. 3. Оптический элемент передачи по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве пластификатора использован по меньшей мере один сложный эфир карбоновой кислоты. 4. Оптический элемент передачи по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве добавки использована такая добавка, для которой соответствующий пластификатор уже так или иначе используется в качестве пластификатора. 5. Оптический элемент передачи по п.4. отличающийся тем, что использован ПВХ-пластификатор и в качестве добавки использован ПВХ. 6. Оптический элемент передачи по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что добавка введена в заливочную массу в виде порошка. 7. Оптический элемент передачи по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что добавка введена в заливочную массу по возможности тонко диспергированно. 8. Оптический элемент передачи по п.6 или 7, отличающийся тем, что размер частиц добавки выбран между 1 и 100 мкм, в частности, между 10 и 50 мкм. 9. Оптический элемент передачи по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что доля добавки составляет меньше, чем 20 вес.%, предпочтительно, меньше, чем 10 вес.%, и, в частности, меньше, чем 8 вес.% заливочной массы. 10. Оптический элемент передачи по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве добавок использованы такие вещества, которые содержат по меньшей мере одну полярную группу. 11. Оптический элемент передачи по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в качестве добавки использованы метилцеллюлоза, производные целлюлозы, ацетат целлюлозы, пропионат целлюлозы, PC, ABS, РВТ, эпоксиды. 12. Способ изготовления заливочной массы для оптического элемента передачи, отличающийся тем, что добавку вводят в готовую приготовленную, содержащую по меньшей мере один пластификатор заливочную массу и размягчают или растворяют ее. 13. Способ изготовления оптического элемента передачи с по меньшей мере одним световодом или одной световодной жилой и заливочной массой, отличающийся тем, что заливочную массу соединяют с добавкой в области изготовления световодной жилы и/или волоконно-оптического кабеля, и полученную таким образом готовую заливочную массу в непрерывном процессе заполняют в соответствующую световодную жилу и/или волоконно-оптический кабель.