Изобретение в целом относится к оптическим волоконным лентам, более конкретно - к оптическим волоконным лентам с улучшенной зачищаемостью.
В настоящее время оптическое волокно активно заменяет медные проводники в телекоммуникационных кабелях длинных линий, а также широко используется для передачи информации. Ожидается расширение применения волоконной оптики для местной контурной телефонии и кабельного телевидения, поскольку локальные волоконные сети создаются для передачи возрастающих объемов информации в форме данных, аудио- и видеосигналов для частных и коммерческих пользователей. Кроме того, началось и, как ожидается, будет расширяться применение оптических волокон в бытовых и коммерческих целях для передачи внутренней информации, аудио- и видеосигналов.
Одним из принципиальных недостатков применения оптических волокон являются трудности в обеспечении сращивания торец в торец с приемлемыми потерями света при передаче. Для хорошей связи необходимо очень точное совмещение двух волокон. В настоящее время это требует очень высокого уровня мастерства монтажника, а также гораздо больше времени и более дорогостоящих инструментов, чем для монтажа соединения с использованием металлических проводников. Кроме того, эта проблема, хотя и являясь важной для волокон в длинных линиях передачи, обостряется в случае локального применения волокна, когда количество соединений на единицу длины смонтированного волокна сильно возрастает.
Ленты из оптического волокна представляют собой модульную структуру, которая упрощает конструкцию, монтаж и техническое обслуживание оптического волоконного кабеля за счет устранения необходимости работы с отдельными волокнами. Оптическая волоконная лента состоит из множества оптических волноводов, каждый из которых обычно имеет одно или несколько полимерных покрытий, предназначенных для защиты и прокладки волноводов. Множество волноводов с нанесенным покрытием, часто называемые оптическими волокнами, фиксируются в копланарном положении материалом ленточной матрицы, который связывает отдельные оптические волокна общим наружным кожухом или оболочкой.
Применение оптических волоконных лент обещает снизить трудоемкость и расходы, связанные с сопряжением отдельных оптических волокон, поскольку оптические волокна в ленте можно сращивать путем соединения гораздо более объемной ленты при условии, что положение оптических волокон в ней можно точно зафиксировать и сохранять. В одном из способов, обычно применяемом для сращивания лент и известном как сращивание сплавлением масс, первая операция включает полное удаление всех защитных полимерных покрытий и материала матрицы ленты. Способ основан на применении V-образного блока для совмещения отдельных волокон. С помощью V-образного блока особенно хорошо регулируют угловое совмещение, если оптический волновод не имеет неровностей, в частности неровных остатков материала первичного покрытия в зоне контакта оптического волновода с V-образным блоком. Кроме того, V-образный блок обеспечивает точное совмещение концов двух оптических волноводов, если остаточное покрытие первичного материала на обоих концах имеет одинаковую толщину. Вследствие этого совмещение двух оптических волноводов и успешное сращивание сплавлением масс зависят от полноты удаления защитных покрытий. Действительно, если материалы покрытия невозможно удалить чисто и легко, то выполнение операции сращивания с помощью V-образного блока и других аналогичных устройств будет серьезно затруднено.
Необходимость полного удаления первичного покрытия с оптического волновода должна сочетаться с функцией покрытия по защите волоконного волновода от механических нагрузок, проникновения влаги, к которой особенно чувствителен силикатный материал, обычно используемый для изготовления оптического волновода, и других вредных факторов окружающей среды. Защита оптического волновода от этих вредных факторов, вероятно, будет приобретать все большее значение, в особенности по мере расширения применения оптических волокон для локальной передачи данных, аудио- и видеосигналов. В отличие от сравнительно герметичных условий эксплуатации кабелей длинных линий, где меньше мест обнажения волокон и они более закрыты, локальные оптические волокна, имеющие гораздо большее количество сращиваний, в большей степени подвержены воздействию всевозможных вредных факторов окружающей среды. Так, например, соединения оптических волокон обычно выполняют на доступных основаниях, которые часто бывают негерметизированными, что открывает доступ к оптическому волокну насекомым и животным и подвергает оптическое волокно воздействию влаги и воды. Кроме того, существенная доля оптических волоконных кабелей будет смонтирована в существующих трубопроводах, включая трубы с паропроводными линиями, где имеется риск теплового повреждения покрытия, отдельно или в сочетании с высокой влажностью, не говоря уже о непосредственном воздействии пара. Способность покрытий защищать оптический волновод от механических нагрузок и влаги коррелирует с величиной силы адгезии между первичным покрытием и оптическим волноводом во влажном состоянии.
Требования, с одной стороны, прочной связи между первичным покрытием и волноводом, а с другой стороны, возможности легкого и равномерного удаления покрытия, представляют собой серьезную задачу при разработке состава первичного покрытия. Настоящее изобретение направлено на удовлетворение этих двойных требований по адгезии и удалению покрытия.
Настоящее изобретение относится к оптической волоконной ленте. Оптическая волоконная лента включает множество практически копланарных оптических волокон с покрытием и материал ленточной матрицы, который обеспечивает практически копланарное выравнивание множества покрытых оптических волокон. Каждое оптическое волокно содержит сердечник, оболочку, окружающую сердечник и смежную с ним, а также материал первичного полимерного покрытия, окружающий оболочку и смежный с ней. Материал первичного полимерного покрытия имеет сцепление с оболочкой, при этом между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия образуется граница раздела. После приложения к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия продольной силы для зачистки изоляции материал ленточной матрицы и материал первичного полимерного покрытия практически удаляют с оболочки, оставляя непрерывный гладкий остаточный слой материала первичного полимерного покрытия с толщиной менее примерно 5 мкм.
Настоящее изобретение относится также к оптической волоконной ленте, которая содержит множество покрытых практически копланарных оптических волокон и материал ленточной матрицы, который обеспечивает практически копланарное выравнивание множества покрытых оптических волокон. Каждое оптическое волокно включает сердечник, оболочку, окружающую сердечник и смежную с ним, а также материал первичного полимерного покрытия, окружающий оболочку и смежный с ней. Материал первичного полимерного покрытия содержит кремнийорганическое соединение.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу удаления изоляции с оптической волоконной ленты. Способ включает создание оптической волоконной ленты, которая содержит множество покрытых практически копланарных оптических волокон и материал ленточной матрицы, который обеспечивает практически копланарное выравнивание множества покрытых оптических волокон. Каждое из покрытых, практически копланарных оптических волокон содержит сердечник, оболочку, окружающую сердечник и смежную с ним, а также материал первичного полимерного покрытия, окружающий оболочку и смежный с ней. Материал первичного полимерного покрытия имеет сцепление с оболочкой, при этом между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия образуется граница раздела. Способ включает также приложение к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия продольной силы зачистки, достаточной для практического удаления материала матрицы ленты и материала первичного полимерного покрытия с оболочки. Материал первичного полимерного покрытия имеет такое строение, что оставляет на оболочке непрерывный гладкий остаточный слой толщиной менее примерно 5 мкм в результате приложения продольной силы зачистки.
Настоящее изобретение относится также к составу, обеспечивающему первичное покрытие оптического стекловолокна. Состав покрытия включает кремнийорганическое соединение.
Оптические волоконные ленты согласно настоящему изобретению позволяют удалять материал первичного полимерного покрытия с оболочки таким образом, чтобы после удаления остаточный слой материала первичного полимерного покрытия на оболочке был достаточно равномерным для обеспечения точного совмещения лент. Вследствие этого оптические волоконные ленты согласно настоящему изобретению позволяют выполнять высококачественные соединения с использованием технологии сращивания сплавлением масс. В то же время адгезия материала первичного покрытия к оболочке является достаточной для предотвращения расслоения во влажной среде и, следовательно, для предотвращения разрушающего влияния влаги и других вредных факторов окружающей среды на оболочку и сердечник.
На фиг. 1 представлен поперечный разрез одного из образцов четырехволоконной ленты согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2А-С представлены трехмерные изображения устройства для закрепления и зачистки оптической волоконной ленты согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение относится к оптической волоконной ленте, поперечный разрез которой показан на фиг. 1.
В одном аспекте оптическая волоконная лента согласно настоящему изобретению включает множество покрытых, практически копланарных оптических волокон 2 и материал 4 ленточной матрицы, который обеспечивают практически копланарное выравнивание множества покрытых оптических волокон. Каждое оптическое волокно содержит стеклянный сердечник 6, оболочку 8, окружающую стеклянный сердечник 6 и смежную с ним, а также материал 10 первичного полимерного покрытия, окружающий оболочку 8 и смежный с ней. Материал 10 первичного полимерного покрытия имеет сцепление с оболочкой 8, при этом между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия образуется граница 12 раздела. После приложения к границе 12 раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия продольной силы зачистки материал 4 ленточной матрицы и материал 10 первичного полимерного покрытия практически удаляют с оболочки 8, оставляя непрерывный гладкий остаточный слой материала 10 первичного полимерного покрытия с толщиной менее примерно 5 мкм.
Материал 10 первичного полимерного покрытия может быть покрыт сверху материалом 14 вторичного полимерного покрытия. Материал 14 вторичного покрытия может представлять собой плотно прилегающее покрытие или, в альтернативном случае, покрытие в виде трубки с зазором. Независимо от типа применяемого вторичного покрытия предпочтительно, чтобы поверхность материала 14 вторичного полимерного покрытия обеспечивала отсутствие прилипания между соседними витками волокна, приводящего к неравномерному сматыванию с рабочей катушки.
Компоненты оптического волокна оптической волоконной ленты согласно настоящему изобретению могут факультативно включать окрашенный материал, в частности окрашенное покрытие, которое идентифицирует каждое оптическое волокно в ленте. Факультативное окрашенное покрытие предпочтительно окружает материал самого наружного полимерного покрытия и является смежным с ним. Как показано на фиг. 1, где оптическое волокно включает материал 14 факультативного вторичного полимерного покрытия, окрашенное покрытие 16 окружает материал 14 вторичного полимерного покрытия и является смежным с ним.
Оптическое волокно, которое содержится в оптической волоконной ленте согласно настоящему изобретению, включает сердечник. К подходящим волокнам относятся волокна со ступенчатым профилем показателя преломления, имеющие сердечник с показателем преломления, который не зависит от расстояния до оси волокна, а также волокна с градиентным показателем преломления, изменяющимся в зависимости от расстояния до оси волокна. При этом может использоваться любой известный материал сердечника, в частности описанные Berkey в патенте США N 4486212. Обычно сердечник представляет собой кварцевое стекло, имеющее цилиндрическое поперечное сечение и диаметр от 5 до 10 мкм для одномодовых волокон и от 20 до 100 мкм для мультимодовых волокон. Сердечник может факультативно содержать различные количества других материалов, в частности оксидов титана, таллия, германия и бора, которые модифицируют показатель преломления сердечника. В альтернативном случае сердечник может быть выполнен из пластмассы. Однако вследствие того, что потери на затухание в волокнах с пластмассовыми сердечниками очень велики и обычно составляют несколько сотен дБ/км по сравнению с типичными потерями на затухание в волокнах со стеклянными сердечниками менее 10 дБ/км, применение волокон с пластмассовыми сердечниками ограничено трактами с очень короткой длиной.
Сердечник предпочтительно окружен оболочкой, смежной с ним и имеющей меньший показатель преломления, чем показатель преломления сердечника. Множество материалов оболочки, как пластмассовых, так и стеклянных (например, кварцевые и боросиликатные стекла), используют для изготовления обычных оптических волокон, при этом любые из этих материалов могут применяться для получения оболочки в оптических волоконных лентах согласно настоящему изобретению.
Во многих случаях между сердечником и оболочкой имеется видимая граница. Альтернативно сердечник и оболочка могут не иметь четкой границы, в частности, если сердечник и оболочка изготовлены из стекла и сплавлены друг с другом, образуя волокно с градиентным показателем преломления. В другом варианте исполнения сердечник может быть изготовлен в виде нескольких стеклянных или пластмассовых слоев с различным показателем преломления. Оптическая волоконная лента согласно настоящему изобретению может содержать оптические волокна с любой из описанных выше конфигураций сердечника и оболочки.
Оболочка окружена смежным с ним материалом первичного полимерного покрытия. Материал первичного полимерного покрытия подобран таким образом, что после приложения к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия продольной силы для удаления изоляции материал матрицы ленты и материал первичного полимерного покрытия практически удаляются с оболочки, оставляя непрерывный гладкий остаточный слой материала первичного полимерного покрытия. Толщина остаточного слоя материала первичного полимерного покрытия составляет менее примерно 5 мкм, предпочтительно - менее примерно 3 мкм, более предпочтительно - менее примерно 1 мкм.
Величина прилагаемой силы для удаления изоляции не является критичной. Однако в некоторых случаях, в особенности когда количество оптических волокон, содержащихся в оптической волоконной ленте, велико, предпочтительно, чтобы продольная сила снятия изоляции составляла менее примерно 50 H (5000 г), более предпочтительно - менее примерно 40 H (4000 г). Способы измерения продольной силы снятия изоляции хорошо известны специалистам в данной области.
Одним из подходящих способов практического удаления материала ленточной матрицы, материала первичного полимерного покрытия, материала факультативного вторичного полимерного покрытия и факультативного окрашенного покрытия является применение термических устройств для удаления изоляции Fujikura HJS-01 или Sumitomo JR4A, отрегулированых на 60-140oC с зазором лезвия 150 мкм и скоростью зачистки 100 мм/мин. Типичные устройства такого типа представлены на фиг. 2А-2С. Устройство 20 для удаления изоляции содержит подвижную часть 22 и стационарную часть 24, которые могут скользить относительно друг друга по направляющим 26. Подвижная часть 22 включает основание 28 подвижной части и подвижную крышку 32, которая на петлях прикреплена к основанию 28 подвижной части. Стационарная часть 24 включает основание 32 стационарной части и стационарную крышку 34, которая на петлях прикреплена к основанию 32 стационарной части.
При обработке оптическую волоконную ленту 36 помещают в держатель 38 волокна таким образом, чтобы оптическая волоконная лента примерно на 25-30 мм выступала из держателя 38 волокна. При открытых подвижной крышке 30 и стационарной крышке 34 устройства 20 для удаления изоляции, как показано на фиг. 2А, держатель 38 волокна помещают в устройство 20 для удаления изоляции, как указывает стрелка А на фиг. 2А. Затем закрывают подвижную крышку 30 и стационарную крышку 34, прижимая противоположные лезвия 40 к оптической волоконной ленте 36 и заставляя их врезаться в оптическую волоконную ленту 36 с противоположных сторон на глубину, равную половине зазора между лезвиями. Закрытие стационарной крышки 34 также вызывает прижим части оптической волоконной ленты 36 к нагревателю 42, который находится в основании 32 стационарной части и соединен с источником питания (не показан) проводом 43. Часть оптической волоконной ленты 36, которая находится в контакте с нагревателем 42, нагревают до температуры нагревателя 42, обычно в течение примерно 5-10 секунд, а затем отводят подвижную часть 22 от стационарной части 24 по линии, параллельной направляющим 26, открывая зачищенные оптические волокна 44, как показано стрелкой В на фиг. 2В. Далее, согласно фиг. 2С, открывают подвижную крышку 30 и стационарную крышку 34 и снимают держатель 38 волокна с устройства 20 для удаления изоляции, как указывает стрелка С на фиг. 2С. Удаленный материал ленточной матрицы, материал первичного полимерного покрытия, материал факультативного вторичного покрытия и факультативное окрашенное покрытие, показанные совместно в виде трубки 46, остаются в стационарной части 24.
Адгезия материала первичного полимерного покрытия оптического волокна к оболочке, измеренная по величине сопротивления отслаиванию под углом 180o, предпочтительно составляет примерно от 0,5 H (50 г) до примерно 0,02 H (2 г). Способы измерения сопротивления отслаиванию под углом 180o описаны в ASTM D-903, который приводится здесь в качестве ссылки.
Материал первичного полимерного покрытия предпочтительно содержит кремнийорганическое соединение. Пригодными являются кремнийорганические соединения, содержащие связи Si-O-Si и имеющие общую формулу (-R1R2-SiO-)x, где x - целое число не менее 2, предпочтительно от 2 до 105, а R1 и R2 одинаковые или разные алкильные группы. Предпочтительно R1 и R2 представляют собой незамещенные алкильные группы от C1 до C6, в частности метил, этил, пропил, изопропил, бутил, вторичный бутил, третичный бутил, пентил, изопентил, неопентил, гексил, 2-метилпентил, 3-метилпентил, циклогексил и т.п. Более предпочтительно R1 и R2 представляют собой метил. Подходящие кремнийорганические соединения включают линейные, разветвленные и/или циклические силоксаны. Одним из иллюстративных примеров подходящих линейных силоксанов является гексаметилдисилоксан. Предпочтительными циклическими силоксанами являются те, которые содержат по меньшей мере три атома кремния, более предпочтительно - от 3 до 6 атомов кремния. Они включают гексаметилциклотрисилоксан, октаметилциклотетрасилоксан ("OMCTS), декаметилциклопентасилоксан, додекаметилциклогексасилоксан, а также их смеси. OMCTS является особенно предпочтительным для использования, в оптических волоконных лентах согласно настоящему изобретению. Получение этих и других полиметилциклосилоксанов описано Baile и др. в патенте США N 4689420, который приводится здесь в качестве ссылки.
Предпочтительно кремнийорганическое соединение содержится в материале первичного полимерного покрытия в количестве примерно от 0,25 мас.% до предела растворимости кремния в полимере или в полимерах, которые образуют материал первичного полимерного покрытия. Обычно пределом растворимости является максимальная концентрация кремнийорганическрго соединения, которая не вызывает помутнения материала первичного полимерного покрытия. В особенности предпочтительные концентрации кремнийорганического соединения в материале первичного полимерного покрытия составляют примерно от 2 до примерно 10 мас.%, более предпочтительно - примерно от 3 до примерно 7 мас.%.
Материал первичного полимерного покрытия предпочтительно включает полимеры с ненасыщенностью этиленового типа, отверждаемые ультрафиолетовым излучением, в частности поли(алкилалкакрилат) или алкакрилат с концевыми акрилатными группами. Подходящие поли(алкилалкакрилаты) включают метилметакрилат, этилметакрилат и т.п. Другие подходящие материалы первичного полимерного покрытия, в частности описанные Levy в патенте США N 4324575, который приведен здесь в качестве ссылки, очевидны для специалистов в данной области.
Один особенно предпочтительный материал первичного полимерного покрытия представляет собой сочетание кремнийорганического соединения и материала покрытия, описанного Coady и др. в патенте США N 5219896 ("Coady"), который приведен здесь в качестве ссылки.
Вкратце, особенно предпочтительный материал покрытия содержит: (1) примерно от 30 до примерно 80 мас.%, в расчете на общую массу состава покрытия, полиуретана с концевыми акрилатными связями ("акрилатный полиуретан") со среднечисленной молекулярной массой примерно от 2500 до примерно 8000 дальтонов; (2) примерно от 20 до примерно 60 мас.% акрилата незамещенного или C7-C10, предпочтительно C8-C9, алкилзамещенного фенола, который алкоксилирован C2-C4 алкиленоксидом и содержит примерно от 1 до примерно 5 молей оксида на моль фенола; (3) примерно от 5 до примерно 30 мас.% по меньшей мере одного алкилакрилата, имеющего температуру стеклования ("Tg") примерно от -90oC, примерно -45oC, предпочтительно ниже - примерно - 60oC; и (4) от примерно 2 до примерно 10 мас.%, предпочтительно - от примерно 3 до примерно 7 мас.% кремнийорганического соединения.
Полиуретан с концевыми акрилатными группами является продуктом реакции форполимера, органического диизоцианата и оксиакрилата. Форполимер представляет собой углеродную цепь, которая может содержать атомы кислорода и/или азота, к которым добавлены концевые акрилатные функциональные группы путем использования диизоцианата. Форполимер содержит в среднем по меньшей мере около двух форполимерных функциональных групп, которые могут вступать в реакцию с изоцианатной группой, например окси-, меркапто-, амино- или аналогичные группы. Среднечисленная молекулярная масса форполимера составляет примерно от 700 до примерно 2000, предпочтительно - примерно от 800 до примерно 2000. Пригодные форполимеры включают поликарбонаты и смеси простых полиэфиров (например, поли(пропиленоксид) и поли(тетраметиленгликоль)), а также поликарбонаты. Хотя все описанные выше форполимеры пригодны для использования в оптической волоконной ленте согласно настоящему изобретению, поликарбонатдиолы дают наилучшие результаты, особенно с точки зрения устойчивости к гидролизу и окислению, и поэтому являются предпочтительными.
Поликарбонатдиолы обычно получают путем алкоголиза диэтилкарбоната или дифенилкарбоната алкандиолом, в частности 1,4-бутандиолом, 1,6-гександиолом, и 1,12-додекандиолом; алкиленэфирдиолом, в частности, триэтиленгликолем и трипропиленгликолем; или их смесью. Подходящие поликарбонатные диолы включают DURACARB 122, выпускаемый в промышленных масштабах компанией PPG Industries, и PERMANOL КМ 10-1733, выпускаемый в промышленных масштабах компанией Permuthane, Inc. , MA. DURACARB 122 получают путем алкоголиза диэтилкарбоната гександиолом.
Для получения акрилатного полиуретана можно использовать множество диизоцианатов в отдельности или в виде их смеси. Примеры диизоцианатов включают толуолдиизоцианат, метилендифенилдиизоцианат, гексаметилендиизоцианат, циклогексилендиизоцианат, метилендициклогександиизоцианат, 2,2,4-триметилгексаметилендиизоцианат, м-фенилендиизоцианат, 4-хлор-1,3-фенилендиизоцианат, 4,4'-бифенилендиизоцианат, 1,5-нафтилен-диизоцианат, 1,4-тетраметилендиизоцианат, 1,6-гексаметилендиизоцианат, 1,10-декаметилендиизоцианат, 1,4-циклогексилендииэоцианат и, предпочтительно, изофорондиизоцианат ("IPDI").
Оксиакрилат может представлять собой моноакрилат или полиакрилат. В результате реакции изоцианатной группы с гидроксильной группой оксиакрилата получается уретановая связь, которая образует уретан с акрилатной концевой группой. К пригодным моногидридным акрилатам относятся оксиалкильные C2-C4 акрилаты и полиакрилаты, в частности 2-гидроксиэтилакрилат, 2-гидроксипропилакрилат, глицерилдиакрилат и их смеси. Могут быть также использованы метакрилатные аналоги указанных акрилатов.
Для получения акрилатного полиуретана форполимерный диол, диизоцианат и оксиакрилат (в молярном отношении от примерно 1:2:2 соответственно до примерно 5:6:2 соответственно) смешивают с небольшом количеством катализатора, в частности от примерно 0,03 до примерно 0,1, предпочтительно - примерно 0,04 мас. % дибутилоловодилаурата. Обдув сухим газом, в частности сухим воздухом, азотом или углекислым газом, использован для того, чтобы обеспечить отсутствие влаги, которая может оказывать отрицательное влияние на реакцию. Реакцию проводят при температуре от примерно 40oC до примерно 80oC в течение времени, достаточного для использования практически всех функциональных гидроксильных групп форполимерного диола, оксиакрилата и свободных азот-углерод- кислородных групп ("NCO") диизоцианата. Дальнейшие детали, относящиеся к получению акрилатных полиуретанов, описаны в работе Coady, которая приводится здесь в качестве ссылки.
Материал первичного полимерного покрытия может включать небольшие количества (обычно примерно от 0,5 до примерно 6 мас.%) обычных фотоинициаторов и ингибиторов, промоторов адгезии и стабилизаторов.
Применяемые фотоинициаторы являются обычными компонентами светоотверждаемых покрытий с ненасыщенностью этиленового типа. К подходящим фотоинициаторам относятся арилкетоны, в частности бензофенон, ацетофенон, диэтоксиацетофенон, бензоин, бензил, антрахинон и т. п. Примером выпускаемого в промышленных масштабах фотоинициатора является IRGACURE 184, который представляет собой гидроксициклогексилфенилкетон, поставляемый компанией Ciba-Geigy Corp., Ardsley, NY. В случае необходимости свободнорадикальную полимеризацию можно ингибировать с помощью специального агента, в частности фенотиазина или бутилированного окситолуола в количестве примерно менее 0,1 мас.%.
Обычными промоторами адгезии являются силановые агенты сочетания, которые обычно могут содержаться в количестве примерно 1 мас.%. Примерами силановых агентов сочетания являются гаммаметакрилоксипропилтриметоксисилан, поставляемый в промышленных масштабах компанией Huls, Bristol, PA, под торговой маркой MEMO и гаммамеркаптопропилтриметоксисилан, поставляемый в промышленных масштабах компанией Union Carbide Corp., (Danbury, CT) под торговой маркой А-189.
Обычные стабилизаторы, в частности пространственно затрудненные амины, которые обеспечивают устойчивость отвержденного состава к ультрафиолетовому излучению, могут присутствовать в количествах, меньших чем примерно 1 мас.%. Примеры стабилизаторов включают бис- (2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинил)себацинат, поставляемый в промышленных масштабах компанией Ciba-Geigy Corp. , Ardsley, NY, под торговой маркой TINUVIN 770 и тиодиэтилен-(3,5-ди-трет- бутилгидрокси)гидроциннамат, также поставляемый в промышленных масштабах компанией Ciba-Geigy Corp. под торговой маркой IRGANOX 1035.
Типичные материалы для использования в качестве вторичных покрытий включают уретанакрилатные жидкости, молекулы которых образуют поперечные связи при облучении ультрафиолетовым излучением. Другие материалы, пригодные для использования в качестве вторичного покрытия, а также соображения относительно выбора таких материалов хорошо известны специалистам в данной области и описаны, например, Chapin и др. в патентах США N 4962992 и 5104433 ("патенты Chapin"), которые приведены здесь в качестве ссылки. Различные добавки, которые улучшают одно или несколько свойств покрытия, также могут присутствовать, в том числе указанные выше добавки, которые вводят в материал первичного полимерного покрытия.
Толщина оболочки и каждого из покрытий, а также диаметр сердечника не являются критичными для практической реализации настоящего изобретения. В качестве примера типичный диаметр вместе взятых сердечника и оболочки составляют примерно 125 мкм для одномодового волокна. Материал каждого полимерного покрытия имеет толщину около 30 мкм, таким образом, суммарный диаметр покрытого оптического волокна равен примерно 250 мкм.
Оптическая волоконная лента согласно настоящему изобретению включает также материал ленточной матрицы, который обеспечивает практически копланарное выравнивание множества покрытых оптических волокон. Материал ленты может герметизировать множество оптических волокон, образуя капсулу, или в альтернативном варианте оптические волокна могут соединяться друг с другом с помощью материала матрицы. Материал матрицы может быть изготовлен в виде одного слоя или сложной структуры. Подходящие материалы матрицы включают поливинилхлорид, а также другие известные материалы, которые могут быть использованы в качестве первичного и вторичного полимерного покрытия. Предпочтительно материал матрицы является материалом того же типа, что и материал, используемый для факультативного вторичного покрытия.
Оптическую волоконную ленту согласно настоящему изобретению можно получить стандартными способами. Вкратце, способ включает изготовление сердечника и оболочки, покрытие оболочки первичным полимерным материалом, факультативное покрытие первичного полимерного материала вторичным полимерным материалом, факультативное нанесение окрашенного покрытия на материал вторичного покрытия, размещение множества покрытых оптических волокон в копланарной конфигурации и нанесение материала ленточной матрицы на волокна, чтобы обеспечить сохранение их планарного расположения.
Сердечник и оболочку обычно получают выполнением одной операции способами, которые хорошо известны специалистам в данной области. Пригодные для этого способы включают способ двойного тигля, описанный, например, в работе Midwinter, Optical Fibers for Transmission, New York: John Wiley, pp. 166-178 (1979), приведенной здесь в качестве ссылки, способами "стержень в трубке", и способами осаждения легированной двуокиси кремния ("DDS") (часто называемые также способами химического осаждения из паровой фазы ("CVD") или окислением в паровой фазе ("VPO"). Множество известных способов DDS пригодно для получения сердечника и оболочки, используемых в оптической волоконной ленте согласно настоящему изобретению. Они включают наружные CVD, описанные, например, в работе Blankership et al., "The Outside Vapor Deposition Method of Fabricating Optical Waveguide Fibers", IEEE J. Quantum Electron., 18: 1418-1423 (1982), приведенной здесь для ссылки, способы осевого осаждения из паровой фазы ("AVD"), описанные, например, в работе Inada, "Recent Progress in Fiber Fabrication Techniques by Vapor-phase Axial Deposition", IEEE J. Quantum Electron. , 18: 1424-1431 (1982), приведенной здесь в качестве ссылки, и внутренние CVD (часто называемые также модифицированными CVD ("MCVD") или способами внутреннего осаждения из паровой фазы ("IVD"), которые описаны, например, в работе Nagel et al., "An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance", IEEE J. Quantum Electron., 18: 459-476 (1982), приведенной здесь в качестве ссылки.
Материал первичного покрытия наносят на стеклянное волокно, используя обычные способы. При этом покрытие можно наносить как на одиночное волокно, так и на множество волокон.
Хорошо известен способ вытягивания стеклянных оптических волокон из специально приготовленной цилиндрической заготовки, которую локально и симметрично нагревают до температуры примерно 2000oC. Когда заготовка нагрета, например путем пропускания ее через печь, стеклянное волокно вытягивают из расплавленного материала. Материал первичного и факультативного вторичного покрытия наносят на стекловолокно, предпочтительно сразу после его вытягивания из заготовки. В общем случае материал первичного полимерного покрытия в неотвержденной или растворенной форме наносят на стеклянное волокно обычно путем протягивания волокна через ванну с неотвержденным или растворенным материалом первичного полимерного покрытия. Затем покрытие отверждают или удаляют растворитель, чтобы получить отвержденное покрытое оптическое волокно. Способ отверждения может быть термическим или фотонным, в частности облучением неотвержденного материала полимерного покрытия ультрафиолетовым излучением, в зависимости от природы материала полимерного покрытия и применяемого инициатора. Часто предпочтительным является последовательное нанесение материалов как первичного, так и вторичного полимерного покрытия в процессе вытягивания волокна. Один из способов нанесения двойных слоев материалов покрытий на движущееся стеклянное волокно описан Taylor в патенте США N 4474830, который приведен здесь в качестве ссылки. Другой способ нанесения двойных слоев материалов покрытий на стеклянное волокно описан Rennel и др. в патенте США N 4851165, который приведен здесь в качестве ссылки. Аналогично может быть нанесено окрашенное покрытие.
После этого покрытые оптические волокна устанавливают в копланарное положение и фиксируют их в этом положении, при этом наносят и отверждают неотвержденный материал ленточной матрицы. В некоторых случаях предпочтительно вначале подготовить ряд катушек с покрытыми оптическими волокнами, а затем изготавливать оптическую волоконную ленту отдельной операцией, в особенности если оптимальные скорости вытягивания волокна, нанесения покрытия и изготовления ленты существенно отличаются.
Типичным материалом матрицы ленты, отверждаемым ультрафиолетовым излучением, является смесь, которая содержит смолу, разбавитель и фотоинициатор. Смола может включать смолу, имеющую две концевые группы этиленового типа и синтезированную реакцией между алкилакрилатом с концевыми гидроксильными группами и продуктом реакции сложного полиэфира простого полиэфирполиола с молекулярной массой от 1000 до 6000 дальтонов с алифатическим или ароматическим диизоцианатом. В альтернативном случае смола может включать смолу, имеющую две концевые группы этиленового типа и синтезированную реакцией между глицидолакрилатом и полимером с концевыми карбоксильными группами или простым полиэфиром с молекулярной массой от 1000 до 6000 дальтонов. Разбавитель может содержать сложные монофункциональные или многофункцинальные эфиры акриловой кислоты с молекулярной массой от 100 до 1000 дальтонов, N-винилпирролидинон или винилкапролактам. Фотоинициаторы, пригодные для использования в материале ленточной матрицы включают кетонные соединения, в частности диэтоксиацетофенон, ацетофенон, бензофенон, бензоин, антрахинон и бензилдиметилкеталь. Типичная композиция материала ленточной матрицы может содержать смолу (50-90 мас. %), разбавители (5-40 мас.%), и фотоинициатор (1-10 мас. %). Можно также использовать другие подходящие добавки, в частности метакрилаты, эпоксиды ультрафиолетового отверждения или ненасыщенные сложные полиэфиры.
Известно множество способов герметизации оптических волокон материалом ленточной матрицы. Вкратце, множество расположенных в ряд покрытых оптических волокон пропускают через жидкий материал ленточной матрицы, который предпочтительно подают под давлением или под вакуумом в камеру покрытия, имеющую практически прямоугольное поперечное сечение. Более подробно информация об изготовлении лент с герметизированными оптическими волокнами описана Mayr в патенте США N 4752112 и Oestreich и др. в патенте США N 5486378, которые приведены здесь в качестве ссылки.
В тех случаях, когда материал ленточной матрицы идентичен материалу наружного полимерного покрытия, ленточную матрицу можно получить путем нанесения соответствующего растворителя на материал наружного полимерного покрытия, в то время как соседние оптические волокна находятся в тангенциальном контакте. Растворитель растворяет часть материала наружного полимерного покрытия, и после испарения растворителя соседние оптическое волокна оказываются сплавленными друг с другом, образуя таким образом оптическую волоконную ленту. В этом способе удаление растворителя можно обеспечить воздействием окружающего воздуха, или его можно ускорить, например, подачей газа, поглощающего растворитель и направленного на движущуюся волоконную ленту. Перед намоткой на катушку ленту предпочтительно обработать порошком, в частности, стеаратом кальция, чтобы уменьшить остаточную липкость, которая может быть следствием воздействия растворителя. При формировании материала ленточной матрицы из материала наружного полимерного покрытия следует тщательно выбирать растворитель и наносить его в определенном количестве и концентрации. Если растворитель слишком активен, он будет способствовать полному отслоению материала наружного полимерного покрытия. С другой стороны, слабый растворитель не обеспечит эффективного растворения покрытия. Более подробно сварка растворителем как средство получения оптической волоконной ленты описана Eichenbaum и др. в патентах Великобритании N 1570624 и США N 4147407, которые приведены здесь в качестве ссылки.
Настоящее изобретение относится также к способу зачистки оптической волоконной ленты. Способ включает получение оптической волоконной ленты, которая содержит множество покрытых, практически копланарных оптических волокон, и материал ленточной матрицы, который обеспечивает практически копланарное выравнивание указанного множества покрытых оптических волокон. Каждое из покрытых, практически копланарных оптических волокон, содержит стеклянный сердечник, оболочку, окружающую стеклянный сердечник и смежную с ним, материал первичного полимерного покрытия, окружающий оболочку и смежный с ней, материал факультативного вторичного полимерного покрытия, окружающий материал первичного полимерного покрытия и смежный с ним, и факультативное окрашенное покрытие, окружающее материал факультативного вторичного полимерного покрытия и смежное с ним, или, если материал факультативного вторичного полимерного покрытия не используется, смежное с материалом первичного полимерного покрытия. Материал первичного полимерного покрытия имеет сцепление с оболочкой, при этом между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия образуется граница раздела. Далее способ включает приложение продольной силы зачистки к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия, при этом указанная сила является достаточной для практического удаления с оболочки материала ленточной матрицы и материала первичного полимерного покрытия (а также материала факультативного вторичного полимерного покрытия и факультативного окрашенного покрытия, если они присутствуют). Материал ленточной матрицы таков, что в результате приложения продольной силы зачистки остается сплошной гладкий остаточный слой материала первичного полимерного покрытия с толщиной менее примерно 5 мкм.
Продольную силу зачистки прикладывают к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия при помощи специального зачищающего устройства. Зачищающее устройство содержит два режущих лезвия, расположенных одно напротив другого с зазором, который равен общей толщине сердечника и оболочки или несколько превышает ее (т. е. равен сумме диаметра сердечника и двойной толщины оболочки или несколько превышает эту сумму). Ленту вставляют в зачищающее устройство на небольшом расстоянии от одного конца ленты таким образом, чтобы участок ленты, с которого будут удаляться покрытия, выходил за переднюю кромку режущих лезвий, а лезвия сводят вместе до тех пор, пока расстояние между ними не будут равно установленному зазору. При этом с противоположных сторон прорезается материал ленточной матрицы, факультативное окрашенное покрытие, материал факультативного вторичного полимерного покрытия и основная часть материала первичного полимерного покрытия таким образом, чтобы обеспечить четко определенный разрыв материалов покрытия и ленточной матрицы. Удерживая лезвия в закрытой позиции, их перемещают к концу зачищаемой ленты, прикладывая продольную (т. е. параллельную оптической оси волокна) силу зачистки к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия. Во многих случаях величину продольной силы зачистки, которую требуется приложить для удаления покрытия и материала ленточной матрицы, можно уменьшить за счет нагрева поверхности удаляемого участка материала ленточной матрицы, перед приложением продольной силы, до температуры в диапазоне примерно от 80oC до примерно 110oC в течение времени от долей секунды до нескольких минут.
Устройства, которые особенно хорошо подходят для выполнения операции зачистки, поставляются на рынок. Предпочтительные устройства включают термические устройства для зачистки изоляции Fujikura HJS-01 и Sumitomo JR4A, которые устанавливают на температуру в диапазоне 60-140oC, с зазором между лезвиями, равным 150 мкм. Их конструкция и способ применения показаны на фиг. 2 A-C и рассмотрены выше.
Далее изобретение иллюстрируется следующими примерами.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 - Приготовление составов первичного покрытия
Полиуретан с акрилатными концевыми группами получили путем смешивания в соответствующем сосуде 2-оксиэтилакрилата, изофорондиизоцианата, дибутилоловолаурата, октил/децилакрилата и фенотиазина в количествах, указанных ниже в таблице 1. В процессе реакции проводили перемешивание и подачу осушенного воздуха. Температуру смеси повысили примерно до 40oC и выдержали смесь при этой температуре примерно 2 часа. После этого в сосуд добавили поликарбонатдиол в количестве, указанном в таблице 1, и перемешали со смесью. Температуру смеси повысили примерно до 70oC и выдержали смесь при этой температуре в течение времени, достаточного для расходования практически всех свободных групп NCO.
В качестве поликарбонатдиола в рецептуре использовали PERMANOL КМ 10-1733, поставляемый в промышленных масштабах компанией Permuthane Coatings, Peabody, MA. Применяемый октил/децилакрилат был получен от компании Radcure Specialties, Inc., Louisville, KY, торговая марка ODA.
Аликвоту описанного выше акрилатного полиуретана смешали с алкоксилированным фенолакрилатом и феноксиэтилакрилатом в соотношениях, указанных в таблице 2, покрытие A.
В каждый из пяти небольших флаконов, содержащих состав А, добавили 1, 3, 5, 7 и 10 мас.% OMCTS. Флаконы закрыли пробкой и несколько раз перевернули, чтобы перемешать компоненты. Все образцы за исключением одного, который содержал 10 мас.% OMCTS и стал слегка мутным, были прозрачными, указывая на то, что предел растворимости OMCTS в составе первичного покрытия А равен около 10 мас.%. Для того, чтобы обеспечить максимальное влияние кремнийорганического соединения на удаление изоляционного покрытия и избежать сложностей, которые может вызывать нерастворившийся OMCTS, приготовили первичное покрытие В с содержанием 7 мас.% OMCTS.
Первичное покрытие В, которое содержало OMCTS и состав которого указан в таблице 1, приготовили путем добавления 7 частей OMCTS к 93 частям первичного покрытия состава A и перемешивания полученной смеси в течение ночи. Утром было установлено, что раствор не помутнел.
Пример 2 - Получение оптических волоконных лент
Вытянутые согласно стандарту 1528 одномодовые волокна компании Corning Incorporated (Corning, NY) покрыли первичным составом A или первичным составом В, используя способ покрытия, описанный в патентах Chapin, которые приводятся здесь в качестве ссылки. Затем на волокна нанесли материал вторичного покрытия, аналогичный составу 950-044 и окрашенную композицию LTS, оба материала были поставлены компанией DSM Desotech, Inc. (Elgin, IL).
С помощью способа и устройства, описанных Oestreich и др. в патенте США N 5486378, приведенном здесь в качестве, ссылки, и материала ленточной матрицы (состав 950-706 производства компании DSM Desotech, Inc. (Elgin, IL), были изготовлены две 12-волоконные ленты. В одной ленте были волокна с первичным покрытием составом A, а в другой - волокна с первичным покрытием составом В.
Пример 3 - Испытания одиночного волокна
Одиночные жилы волокон A и В, содержащие 0 и 7 мас.% OMCTS соответственно, испытывали на силу отслаивания в сухом и мокром состоянии (EIA/TIA-455-178), а также на силу растяжения в сухом и мокром состоянии (ITM-5).
Данные, полученные для одиночных волокон и представленные в таблице 3, показывают, что волокно, содержащее OMCTS, дает меньшие величины усилия растяжения по сравнению с волокном без OMCTS как в сухом, так и в мокром состоянии. Уменьшенное усилие растяжения является общей характеристикой волокон, с которых лучше снимается изоляция при использовании их в форме ленты.
Для оценки влияния OMCTS на адгезию между оболочкой и первичным покрытием каждое волокно замачивали в воде при комнатной температуре и при 70oC в течение 30 суток. Испытания MIS, которые хорошо коррелируют со степенью расслоения, вызываемого замачиванием в воде, проводили через 2, 8, 14 и 30 дней после начала замачивания. Результаты MIS, представленные в таблице 3, предполагают, что добавление OMCTS не препятствует адгезии между первичным покрытием и оболочкой. Отсутствие расслоения подтверждается далее отсутствием повышенного ослабления сигнала 1300 нм и 1550 нм после замачивания волокна с OMCTS при 70oC в течение 30 суток. При наличии расслоения следовало ожидать существенного увеличения ослабления при замачивании в водной среде. Это показывает также, что добавление OMCTS не оказывает влияния на формирование адгезии первичного покрытия.
Оба покрытия имели примерно одинаковые характеристики водопоглощения и экстрагирования.
Пример 4 - Испытание волоконной ленты
Для каждой из двух 12-волоконных лент определяли усилие зачистки, степень чистоты и степень снятия трубки. Усилие снятия изоляции с ленты определяли с помощью термического устройства для зачистки Fujikura (Alcoa Fujikura Ltd., Duncan, SC), настроенного на 100oC и имеющего зазор между лезвиями 150 мкм. Образцы зачищали при скорости 100 мм/мин, усилие зачистки контролировали при частоте 200 Гц и при каждом испытании записывали пиковое усилие зачистки. Чистоту оценивали по субъективной шкале от 1 до 5 баллов, при этом 1 балл соответствовал тщательной зачистке без остатка, а 5 баллов соответствовали остатку после зачистки, который было невозможно удалить путем протирки спиртом.
Данные, полученные для лент, представлены в таблице 4. Как показывают результаты, наблюдалось существенное уменьшение усилия зачистки, с 57 Н (5800 г) для ленты, не содержащей OMCTS (обозначенной как лента А), до 39 Н (3974 г) для ленты, содержащей OMCTS (обозначенной как лента В). Степень чистоты у ленты, содержащей OMCTS, была значительно лучше (что указывает на более чистую ленту) по сравнению со стандартной лентой.
Подробное описание изобретения, приведено для наглядности, и очевидно, что это сделано только с указанной целью, при этом специалистами могут быть внесены различные изменения, не отступающие от сути и области применения изобретения, которое определено прилагаемой формулой.
Оптическая волоконная лента включает множество покрытых, практически компланарных оптических волокон и материал ленточной матрицы, который обеспечивает практически копланарное выравнивание указанного множества покрытых оптических волокон. Каждое из оптических волокон содержит стеклянный сердечник, оболочку, окружающую стеклянный сердечник и смежную с ним, материал первичного полимерного покрытия, предпочтительно содержащий кремнийорганическое соединение, окружающий оболочку и смежный с ней. Материал первичного полимерного покрытия имеет сцепление с оболочкой с образованием границы раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия. При приложении продольной силы зачистки к границе раздела между оболочкой и материалом первичного полимерного покрытия материал ленточной матрицы и материал первичного полимерного покрытия практически удаляются с оболочки. При этом на оболочке остается сплошной гладкий остаточный слой материала первичного полимерного покрытия с толщиной менее примерно 5 мкм. Оптические волоконные ленты обладают улучшенной зачищаемостью без ухудшения адгезии материала первичного покрытия и хорошо подходят для сращивания сплавлением масс. 11 з.п.ф-лы, 4 ил., 4 табл.
| US 4953945 A, 04.09.1990 | |||
| 0 |
|
SU349206A1 | |
| US 5457762 A, 10.10.1995 | |||
| Оптический кабель | 1987 |
|
SU1741618A3 |
