ОГНЕСТОЙКИЙ ОПТОВОЛОКОННЫЙ КАБЕЛЬ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ВОЛОКОН Российский патент 2023 года по МПК G02B6/44 H01B7/295 

Область применения

Настоящее раскрытие относится к области оптических кабелей, пригодных для работы при пожаре и после него.

В частности, настоящее раскрытие относится к огнестойкому оптоволоконному кабелю, имеющему большое количество волокон и обладающему продолжительной огнестойкостью, до 180 минут.

Уровень техники

Оптоволоконные кабели, как правило, используют для телекоммуникаций, а также на большие расстояния, что дает бесспорные преимущества перед традиционными проводными телекоммуникационными сетями с точки зрения пригодности для передачи большей информации при значительно более высоких скоростях.

В определенных применениях, оптические кабели способны выдерживать огонь, без существенного снижения их качества передачи. Например, кабели, используемые в системах пожарной сигнализации и/или локального видеонаблюдения должны быть способны непрерывно передавать данные/сигналы в условиях пожара.

Для оптоволоконных кабелей может потребоваться поддержание их рабочих характеристик не только во время пожара, но также и в течение продолжительного периода времени после того, как огонь был потушен.

Вышеупомянутые требования более сложны для выполнения для оптоволоконных кабелей с большим количеством волокон, которые все чаще бывают востребованными на рынке, поскольку повышение количества волокон в кабеле приводит к уменьшению пустых пространств между волокнами. Тогда как противопожарные перемычки могут дать подходящую защиту от нагрева во время пожара, уменьшение пустых пространств между волокнами может вызвать разрыв волокон после пожара, - во время охлаждения,- из-за усадки полимерных буферных трубок, вмещающих в себя оптические волокна.

В дополнение, международные стандарты и требования клиентов становятся все более и более строгими в отношении огнестойких свойств оптоволоконных кабелей, для повышения пожарной безопасности в зданиях и продления стойкости кабелей при пожаре.

Таким образом, возникает потребность в оптоволоконных кабелях, особенно в оптических кабелях с большим количеством волокон, для повышения огнестойкости и долговечности кабеля, как во время пожара, так и по истечении указанного периода времени после пожара (времени охлаждения), для повышения безопасности.

В GB 2 138 168 раскрыт огнестойкий волоконный кабель, содержащий оптическое волокно. Кабель может содержать внутренний сердечник из пластмассы со стекловолокном, вокруг которого размещены оптические волокна. Вокруг каждого из оптических волокон обеспечена рубашка из органического материала, а пустоты между волокном и рубашкой заполнены кремнийорганической смазкой. Вокруг каждой рубашки из органического материала намотан слой слюдяной ленты, предпочтительно, расположенной на стеклянном носителе. Вокруг одной или группы органических оболочек с огнеупорными покрытиями обеспечен слой стеклянной ленты. Снаружи стеклянной ленты обеспечена рубашка из наполнителя, обладающая хорошими огнеупорными свойствами. Снаружи упомянутой рубашки из наполнителя может находиться армировка, оплетка, покрытие или проволочная арматура из стекла, стали или другого огнестойкого материала.

В US 2015/0131952 раскрыт огнестойкий кабель оптической связи. Кабель содержит множество элементов сердечника, включающих в себя пучки оптических волокон, расположенных в трубках, установленных вокруг центрального несущего элемента, образованного из стеклопластика. Слой, расположенный снаружи и окружающий элементы сердечника, может представлять собой огнеупорную ленту, такую как слюдяная лента. Слой армировки может быть расположен снаружи огнеупорного слоя. В материал рубашки кабеля встроено множество частиц вспучивающегося материала.

В каталоге FIREFLIX компании Caledonian Cables Ltd («Каледонские кабели») (2016, стр. 35-36), в числе прочих, раскрыты огнестойкие армированные оптоволоконные кабели, содержащие от 5 до 36 трубок, содержащих волокна, скрученных вокруг центрального несущего элемента. Центральный несущий элемент может быть изготовлен из армированного стеклопластика. Каждая трубка содержит от 4 до 12 волокон и заполнена гидрофобным гелем. Трубки по отдельности обмотаны огнеупорной стеклослюдяной лентой. Трубка, заполненная студенистой массой, защищена от воды путем использования набухающей ленты и нити. Кабель покрыт внутренней рубашкой из термопластичного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов, вокруг которого обеспечена стальная армировка и внешняя рубашка из материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов.

Заявитель обратился к проблеме обеспечения оптоволоконного кабеля с большим количеством волокон, обладающего повышенными огнестойкими свойствами, позволяющими ему поддерживать свои рабочие характеристики в течение длительного периода времени во время пожара, а также в течение заданного периода времени после тушения пожара, чтобы он отвечал вышеуказанным требованиям.

Сущность изобретения

Заявитель обнаружил, что в оптическом кабеле с большим числом волокон может быть достигнута продолжительная защита от огня и снижение вероятности обрыва волокна после пожара, когда кабель обеспечен слюдяной лентой (лентами) и слоем стекловидной пряжи, совместно окружающими все буферные трубки, вмещающие в себя оптические волокна, и огнеупорной многослойной оболочкой, содержащей слои огнестойкого материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), обладающего предельным кислородным индексом (ПКИ), отличные друг от друга, а самый внешний слой из них обладает низким ПКИ.

В частности, Заявитель выявил, что обеспечение огнестойкой внешней многослойной оболочки, как было указано выше, в сочетании со слюдяной лентой (лентами) и слоем в форме стекловидной пряжи, позволяет защищать нижележащие оптические волокна от огня в течение продолжительного периода времени, а также в течение определенного периода времени после тушения пожара в ходе охлаждения, со снижением, таким образом, повреждений оптических волокон после пожара.

Вышеуказанные преимущества достигаются без ухудшения механических свойств оптического кабеля, в частности, с точки зрения прочности на растяжение и удлинения при разрыве, даже после термического старения, и пригодности к обработке оболочки, например, посредством стандартных технологий экструзии.

Следовательно, настоящее раскрытие относится к огнестойкому оптоволоконному кабелю, содержащему:

- сердечник, содержащий центральный несущий элемент и множество буферных трубок, расположенных вокруг центрального несущего элемента, причем каждая буферная трубка содержит множество оптических волокон;

- слой слюды, расположенный вокруг сердечника;

- слой стекловидной пряжи, окружающий и находящийся в непосредственном контакте со слоем слюды;

- металлическую армировку, окружающую слой стекловидной пряжи; и

- многослойную оболочку, окружающую и находящуюся в непосредственном контакте с металлической армировкой,

причем многослойная оболочка содержит первый слой, второй слой, окружающий и находящийся в контакте с первым слоем, и третий слой, находящийся в радиальном внутреннем местоположении относительно первого слоя и в непосредственном контакте с ним, причем первый, второй и третий слои изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), причем LS0H-материал первого слоя обладает предельным кислородным индексом (ПКИ), большим, чем ПКИ LS0H-материала второго слоя и третьего слоя, а второй слой представляет собой самый внешний слой кабеля.

Третий слой многослойной оболочки окружает и находится в непосредственном контакте с металлической армировкой.

Согласно варианту воплощения первый слой многослойной оболочки изготовлен из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ более 70%.

Согласно варианту воплощения оба слоя оболочки, - третий и второй, изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ 25-70%, например, 30-50%.

Подробное описание

В рамках настоящего описания и последующей формулы изобретения, предельный кислородный индекс (ПКИ) представляет собой минимальную концентрацию кислорода, выраженную в процентах, которая поддерживает горение полимера в случае пожара. Более высокие значения ПКИ означают большую огнезадерживаемость. Значения ПКИ определяют с помощью стандартизованных испытаний, таких как ASTM D2863-12 (2012) или CEI 20-22-4 (2006-07).

В целях настоящего описания и формулы изобретения, которая следует далее, за исключением случаев, когда указано иное, все числа, выражающие суммы, количества, процентные содержания, и т.д., следует понимать как изменяемые во всех случаях с помощью термина «примерно». Также все диапазоны включают в себя любые сочетания раскрытых максимальных и минимальных точек и включают в себя любые промежуточные диапазоны внутри них, которые могут быть специально перечислены или могут быть не перечислены в них.

Как используется в спецификации и прилагаемой формуле изобретения, использование единственного числа не исключает множественного, если из контекста четко не следует иное. Таким образом, например, ссылка на «опору» включает в себя множество опор. В данной спецификации и в формуле изобретения, которая следует далее, может быть сделана ссылка на множество терминов, которые должны иметь следующие значения, пока не будет очевидно обратное намерение.

Следует понимать, что признаки вариантов воплощения раскрытия, представленного выше и ниже, могут сочетаться любым образом, даже с образованием дополнительных вариантов воплощения, которые в явном виде не раскрыты, но которые попадают в объем настоящего раскрытия.

В целях настоящего описания и формулы изобретения, оптическое волокно содержит передающий сердечник, окруженный обшивкой, причем является предпочтительным, чтобы упомянутый сердечник и обшивка были изготовлены из стекла и одного или двух защитных покрытий, например, на основе акрилатного материала.

В варианте воплощения оптоволоконный кабель по настоящему раскрытию содержит, по меньшей мере, двадцать четыре (24) оптических волокон. Оптоволоконный кабель может содержать до 144 оптических волокон.

Количество буферных трубок в кабеле и количество оптических волокон, содержащихся в каждой буферной трубке, может изменяться согласно спецификации кабеля или запросам пользователей. Например, каждая буферная трубка может содержать от 2 до 12 оптических волокон.

В варианте воплощения сердечник настоящего кабеля дополнительно содержит связующие нити, окружающие буферные трубки (для поддержания их на месте при нанесении слоя слюды в ходе изготовления), и/или водонабухающую ленту, например, в форме продольно намотанной фольги, окружающей буферные трубки для достижения водонепроницаемости.

В варианте воплощения буферные трубки содержат водоблокирующий наполнительный материал, содержащий кремнийорганический гель, в котором упомянутый кремнийорганический гель имеет температуру каплепадения, по меньшей мере, 200°C.

В целях настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, температура каплепадения представляет собой численное значение, отнесенное к составу смазки, представляющее температуру, при которой первая капля материала выпадает из испытательного тигля. Температуру каплепадения можно измерять при условиях, заданных в ASTM D566-02 (2002).

Заявитель выявил, что повреждения, наносимые оптическому волокну после пожара, можно дополнительно снизить путем введения кремнийорганического геля в качестве водоблокирующего материала в буферные трубки, причем упомянутый кремнийорганический гель обладает температурой каплепадения более 200°C.

Кремнийорганический материал является, как правило, очень стабильным полимером, и в значительной мере эта стабильность возникает вследствие реакций обратимого гидролиза, возникающих под действием нагрева, так что полимер в основном укрепляет волокна сам по себе. Заявитель наблюдал, что кремнийорганический гель, окружающий оптические волокна во время и после пожара мог обеспечивать некую защиту от механического напряжения.

В варианте воплощения кремнийорганический гель в качестве водоблокирующего материала представляет собой полиорганосилоксан, например, диметилсилоксан, диметилфенилсилоксан, метилфенилсилоксан.

В варианте воплощения кремнийорганический гель в качестве водоблокирующего материала имеет температуру каплепадения ≥250°C.

В некоторых вариантах воплощения центральный несущий элемент содержит тело из упрочненного диэлектрического материала. В альтернативном варианте воплощения центральный несущий элемент содержит тело из металлического материала, такого как сталь.

В варианте воплощения центральный несущий элемент содержит огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H). Огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) может быть встроен в упрочненный диэлектрический материал центрального несущего элемента. В качестве альтернативы, огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента может присутствовать в форме слоя, нанесенного на внешнюю поверхность тела центрального несущего элемента.

В варианте воплощения огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента имеет ПКИ 25-40%.

В настоящем изобретении и формуле изобретения, под «LS0H-огнеупорным полимерным материалом» понимают полимерный материал, содержащий неорганический огнеупорный наполнитель, выбранный из: гидроксидов металлов, гидратированных оксидов металлов, солей металлов, имеющих, по меньшей мере, одну гидроксильную группу, и гидратированных солей металлов.

Заявитель обнаружил, что огнеупорный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) в радиально внутреннем местоположении относительно расположения буферных трубок, которые содержат оптические волокна, может обеспечивать дополнительное снижение или даже предотвращение разрыва упомянутого оптического волокна. Является предпочтительным, чтобы в качестве огнестойких накопителей были использованы гидроксиды, такие как гидроксид магния и гидроксид алюминия, из-за их способности высвобождать воду при нагреве. Не желая привязываться к теории, Заявитель предположил, что гидроксид, содержащийся в огнеупорном материале с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) в радиальном внутреннем местоположении относительно буферных трубок, хотя непосредственно не достигается огнем, в любом случае может подвергаться воздействию температуры, приводящей в действие высвобождение количества воды, подходящего для снижения нагрева буферных трубок. Следовательно, полимерный материал буферной трубки может подвергаться более низкому термическому расширению, которое водоблокирующий материал на основе кремнийорганического геля, если он имеется, способен полностью скомпенсировать в ходе охлаждения после пожара, с ограниченным напряжением для оптического волокна.

В дополнение, присутствие огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) в радиальном внутреннем местоположении относительно буферных трубок позволяет использовать один противопожарный барьер, окружающий все вместе взятые буферные трубки, а не другие компоновки, такие как противопожарный барьер вокруг каждой одиночной трубки, что способствует экономии материала для противопожарного барьера и упрощению процесса изготовления.

В варианте воплощения оптического кабеля согласно раскрытию буферные трубки содержат водоблокирующий наполнительный материал, содержащий кремнийорганический гель, в котором упомянутый кремнийорганический гель имеет температуру каплепадения, по меньшей мере, 200°C, а центральный несущий элемент содержит огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H).

В варианте воплощения огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента содержит огнеупорный наполнитель, выбранный из гидроксида алюминия или магния, гидратированного оксида алюминия или магния, соли алюминия или магния, имеющего, по меньшей мере, одну гидроксильную группу, или гидратированную соль алюминия или магния.

В варианте воплощения огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента содержит гидроксид магния, тригидрат оксида алюминия или гидратированный карбонат магния. В другом варианте воплощения гидроксидсодержащий огнеупорный полимерный материал центрального несущего элемента содержит гидроксид магния.

Гидроксид магния характеризуется температурой разложения примерно 340°C и, таким образом, допускает использование высоких температур экструзии. Гидроксид магния по настоящему раскрытию может быть синтетического или природного происхождения, и последний получают путем измельчения минералов на основе гидроксида магния, такого как брусит, и т.п., как описано, например, в WO2007/049090.

Огнеупорный наполнитель можно использовать в форме частиц, которые являются необработанными или поверхностно-обработанными насыщенными или ненасыщенными жирными кислотами, содержащими от 8 до 24 атомов углерода, или их солями металлов, такими как, например: олеиновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, изостеариновая кислота, лауриновая кислота; стеарат или олеат магния или цинка; и т.п., для повышения совместимости с полимерным материалом, при этом огнеупорный наполнитель также может быть поверхностно-обработанным подходящими связующими веществами, например, органическими силанами с короткой цепью или титанатами, такими как винилэтоксисилан, винилтриацетилсилан, тетраизопропилтитанат, тетра-н-бутилтитанат, и т.п.

В варианте воплощения огнестойкий полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента содержит полимер, выбранный из: полиэтилена; сополимеров этилена, по меньшей мере, с одним α-олефином, содержащим 3-12 атомов углерода, и не обязательно, по меньшей мере, с один диеном, содержащим 4-20 атомов углерода; полипропилена; термопластических сополимеров пропилена с этиленом и/или, по меньшей мере, с одним α-олефином, содержащим 4-12 атомов углерода; сополимеров этилена, по меньшей мере, с одним сложным эфиром, выбранным из алкилакрилатов, алкилметакрилатов и винилкарбоксилатов, в которых содержащиеся в них алкильные и карбоксильные группы являются линейными или разветвленными, и в которых линейная или разветвленная алкильная группа может содержать 1-8, предпочтительно, 1-4 атомов углерода, тогда как линейная или разветвленная карбоксильная группа может содержать 2-8, предпочтительно, 2-5, атомов углерода; и их смесей.

Под «α-олефином», как правило, понимают олефин с формулой CH₂=CH-R, в котором R представляет собой линейный или разветвленный алкил, имеющий 1-10 атомов углерода. Причем α-олефин может быть выбран, например, из пропилена, 1-бутена, 1-пентена, 4-метил-1-пентена, 1-гексена, 1-октена, 1-додецена, и т.п. Из них предпочтительными являются, в частности, пропилен, 1-бутен, 1-гексен и 1-октен.

Примерами полимера, который можно использовать в огнестойком полимерном материале с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) для центрального несущего элемента по настоящему раскрытию, являются: полиэтилен повышенной плотности (ПЭПП) (d=0,940-0,970 г/см³), полиэтилен средней плотности (ПЭСП) (d=0,926-0,940 г/см³), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) (d=0,910-0,926 г/см³); линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) и полиэтилен очень низкой плотности (ПЭОНП) (d=0,860-0,910 г/см³); полипропилен (ПП); термопластические сополимеры пропилена с этиленом; сополимеры этилен/винилацетата (ЭВА) сополимеры; сополимеры этилен/этилацетата (ЭЭА), сополимеры этилен/бутилацетата (ЭБА); этилен/α-олефиновые каучуки, в частности, этилен/пропиленовые каучуки (ЭПК), этилен/пропилен/диеновые каучуки (ЭПДМ); и их смеси.

В варианте воплощения слой слюды содержит одну или две слюдяные ленты. Слюдяную ленту (ленты) наматывают вокруг сердечника, содержащего центральный несущий элемент и буферные трубки. При наличии двух слюдяных лент, их можно наматывать в одном направлении.

Слой слюды и слой стекловидной пряжи представляют собой упрочняющие слои, обеспечивающие физическую защиту и прочность на растяжение, с дополнительной противопожарной защитой. Масса этих слоев в основном зависит от требуемых механических характеристик, в частности, прочности на растяжение, согласно конкретному применению кабеля.

Металлическая армировка кабеля по раскрытию может быть изготовлена из любой материала, подходящего для придания сердечнику кабеля защиты от внешнего напряжения, в частности, от сил сжатия, и чтобы сделать кабель недоступным для грызунов. В варианте воплощения, армировка изготовлена из стали или меди, которая может присутствовать в форме металлической проволоки или гофрированной ленты или продольно герметизированной трубы, нанесенной (необязательно) вокруг сердечника кабеля by с помощью технологии вытягивания.

В варианте воплощения четвертый слой, изготовленный из огнестойкого полимерного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), вставлен между слоем стекловидной пряжи и металлической армировкой и (необязательно) в непосредственном контакте с одним или обоими из них. Полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) четвертого слоя может иметь ПКИ в диапазоне, раскрытом для второго и третьего слоя многослойной оболочки. Четвертый слой может быть изготовлен из почти того же материала, из которого сделан третий и/или второй слой.

Полимерный материал вышеуказанного четвертого слоя можно выбрать из перечня, уже представленного применительно к огнеупорному материалу с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента. То же применимо и для содержащегося в нем неорганического огнестойкого наполнителя.

В варианте воплощения водонабухаемый слой, изготовленный из одного или более слоев, вставлен между слоем стекловидной пряжи и металлической армировкой.

В варианте воплощения водонабухаемый слой окружает четвертый слой, изготовленный из огнестойкого полимерного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) (необязательно), в непосредственном контакте с ним. В варианте воплощения водонабухаемый слой содержит или состоит из ленты, включающей в себя водонабухаемый материал и продольно нанесенной поверх четвертого слоя. Водонабухаемый слой придает кабелю водонепроницаемость в продольном направлении, предотвращая, таким образом, проникновение воды и/или влаги вдоль кабеля. Например, водонабухаемый материал может содержать сверхабсорбирующие полимеры (САП), такие как порошок САП.

Кабель, согласно настоящему раскрытию, включает в себя многослойную оболочку, окружающую металлическую армировку и находящуюся в непосредственном контакте с ней. Многослойная оболочка содержит третий слой, первый слой и второй слой, которые все изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H).

Полимерный материал каждого слоя многослойной оболочки можно выбрать из перечня, уже обеспеченного применительно к огнеупорному материалу с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) центрального несущего элемента. То же применимо для содержащегося в нем неорганического огнестойкого наполнителя.

В варианте воплощения первый слой многослойной оболочки изготовлен из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ более 70%, например, 75-90%.

В варианте воплощения оба слоя многослойной оболочки - третий и второй, изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ, меньший, чем ПКИ для первого слоя, и составляющий 25-70%. В варианте воплощения ПКИ материалов третьего и второго слоя находится в диапазоне 30-50%.

В варианте воплощения третий слой и второй слой многослойной оболочки изготовлены из почти одинакового огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H).

В варианте воплощения третий слой изготовлен из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ более низкого, чем ПКИ второго слоя. ПКИ материала третьего слоя может находиться в диапазоне 25-35%, тогда как ПКИ материала второго слоя может находиться в диапазоне 35-50%. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что в этом варианте воплощения, когда материал второго слоя имеет ПКИ, составляющий 35%, материал третьего слоя будет иметь более низкий ПКИ в диапазоне, указанном выше.

Огнестойкому полимерному материалу с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) может быть придан другой ПКИ, путем изменения количества неорганического огнеупорного наполнителя, смешанного с полимерной основой, которое будет больше, например, в огнеупорном материале, образующем первый слой оболочки, и ниже в материале, образующем второй слой оболочки.

В частности, согласно варианту воплощения настоящего раскрытия, количество огнеупорного наполнителя в LS0H-материале первого слоя многослойной оболочки составляет, по меньшей мере, 500 м.ч., предпочтительно, 600-900 м.ч.

Согласно варианту воплощения настоящего раскрытия количество огнеупорного наполнителя в LS0H-материале второго слоя, третьего слоя многослойной оболочки, четвертого слоя и/или центрального несущего элемента составляет менее 500 м.ч., предпочтительно, 150-300 м.ч.

Согласно варианту воплощения настоящего раскрытия, количество огнеупорного наполнителя в LS0H-материале второго слоя составляет 180-400 м.ч., а количество огнеупорного наполнителя в LS0H-материале третьего слоя составляет 150-180 м.ч.

В рамках настоящего описания и формулы изобретения, термин «м.ч.» (сокращение от «массовых частей» для каучуков) используют для обозначения массовых частей на 100 массовых частей полимерного основания.

Слои многослойной оболочки находятся в непосредственном контакте друг с другом так, чтобы третий слой был окружен и находился в непосредственном контакте с первым слоем, который, в свою очередь, окружен и находится в непосредственном контакте со вторым слоем.

В многослойной оболочке каждый слой может иметь толщину 0,8-2,5 мм.

Получение оптического кабеля согласно раскрытию можно осуществлять с помощью стандартных технологий. Например, нанесение упрочняющего слоя (слоя слюды и слоя стекловидной пряжи) и слоя металлической армировки можно осуществлять с помощью машин для нанесения оболочки, а армировка также может быть термически герметизирована вдоль перекрытия. В дополнение, многослойную оболочку можно наносить так, чтобы она окружала металлическую армировку, путем стандартного процесса экструзии пластического материала. Например, многослойную оболочку можно наносить посредством «тандемной» технологии, в которой отдельные экструдеры, расположенные последовательно, используют для нанесения третьего слоя, первого слоя, а затем и второго слоя, или путем совместной экструзии третьего слоя, первого слоя и второго слоя.

Дополнительные детали будут проиллюстрированы в дальнейшем подробном описании, приведенном в качестве примера, а не ограничения, со ссылкой на прилагаемую Фигуру 1, которая представляет собой поперечный разрез огнестойкого оптоволоконного кабеля согласно варианту воплощения настоящего раскрытия.

На Фигуре 1, оптоволоконный кабель обозначен номером ссылки 1. Кабель 1 содержит сердечник 1a. Сердечник 1a, в свою очередь, содержит центральный 2 несущий элемент и множество буферных 4 трубок, каждая из которых содержит множество оптических волокон 5.

Центральный 2 несущий элемент представляет собой удлиненный элемент, и он может иметь круглое или почти круглое поперечное сечение. В настоящем варианте воплощения, центральный несущий элемент содержит тело 2a из упрочненного диэлектрического материала, например, армированный стеклопластик (GRP), пластик, армированный волокном (FRP), или любой другой аналогичный материал. Тело 2a покрыто покрытием 2b, изготовленным из огнестойкого полимерного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H). Материал покрытия 2b может содержать, например, гидроксид магния в количестве примерно 130 м.ч. Этот материал может иметь ПКИ 28%.

Множество буферных 4 трубок расположено радиально вокруг центрального 2 несущего элемента. В варианте воплощения буферные 4 трубки скручены вокруг центрального 2 несущего элемента в S-Z- конфигурации.

В варианте воплощения по Фигуре 1, вокруг центрального 2 несущего элемента обеспечено восемь буферных 4 трубок. Однако в других вариантах воплощения это может быть большее или меньшее количество трубок.

Буферные 4 трубки могут быть изготовлены из любого подходящего полимерного материала, например, полибутилентерефталата (ПБТ). В варианте воплощения буферные трубки могут быть изготовлены из огнестойкого полимерного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), как описано выше.

Каждая буферная 4 трубка содержит множество оптических волокон. В варианте воплощения каждая буферная 4 трубка содержит 12 оптических волокон.

Каждая буферная 4 трубка может содержать водоблокирующий 6 наполнительный материал, содержащий кремнийорганический гель, с температурой каплепадения, по меньшей мере, 200°C.

Например, материалы, подходящие в качестве водоблокирующего наполнителя для кабеля по настоящему раскрытию, представляют собой полиорганосилоксан, поставляемый на рынок как Rhodorsil® компанией Rhodia Siliconi Italia S.p.A., Италия.

Следует отметить, что каждая одиночная буферная 4 трубка по отдельности огнестойкими материалами, например, слюдяными лентами не защищена.

Сердечник 1a, содержащий буферные 4 трубки и центральный 2 несущий элемент, обмотан слоем 7 слюды 7 слюды.

В варианте воплощения слой 7 слюды содержит две слюдяные ленты. Слюду, например, в форме хлопьев, можно прикреплять к защитному слою, с использованием связующего, такого как кремнийорганическая смола или эластомер, акриловая смола и/или эпоксидная смола. Защитный слой может быть образован из поддерживающей ткани, такой как стекловолокно и/или стеклоткань.

В варианте воплощения каждую слюдяную ленту наматывают с перекрыванием. Перекрывание может составлять более 40%, а предпочтительно, 50%.

В радиальном внешнем местоположении и в непосредственном контакте со слоем 7 слюды обеспечен слой 8 стекловидной пряжи.

Слой 8 стекловидной пряжи и слой 7 слюды действуют как противопожарный барьер. Слой противопожарного барьера в основном обладает функцией предотвращения непосредственного контакта сердечника с пламенем, которое окружает кабель в случае пожара.

В радиальном внешнем местоположении и в непосредственном контакте со слоем стекловидной пряжи обеспечен четвертый 9 слой. Четвертый 9 слой можно экструдировать непосредственно на слой 8 стекловидной пряжи.

Четвертый 9 слой может иметь толщину 0,8-2,5 мм. В одном варианте воплощения такая толщина составляет 1,4 мм.

Четвертый 9 слой изготавливают из огнестойкого, с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), полимерного материала. Материал четвертого 9 слоя может содержать, например, гидроксид магния в количестве примерно 200 м.ч. Этот материал может иметь ПКИ 37%.

В радиально внешнем местоположении относительно четвертого 9 слоя обеспечен водонабухаемый 10 слой, в основном обладающий функцией блокирования натекания и переноса воды и/или влаги вовнутрь кабеля.

В радиально внешнем местоположении относительно водонабухаемого 10 слоя обеспечена металлическая 11 армировка.

В настоящем варианте воплощения армировка 11 может быть изготовлена из гофрированной 11 металлической ленты, изготовленной, по меньшей мере, частично, например, из стали. Армировка 11 может иметь толщину 0,15 мм.

В одном варианте воплощения металлическая армировка имеет, по меньшей мере, одну поверхность, покрытую слоем сополимера. В другом варианте воплощения, металлическая 11 армировка имеет обе поверхности, покрытые слоем сополимера.

В радиально внешнем местоположении и в непосредственном контакте с металлической 11 армировкой обеспечена многослойная 12 оболочка. Многослойная 12 оболочка может быть экструдирована непосредственно на армировку 11.

Многослойная 12 оболочка содержит третий 12a слой, первый 12b слой и второй 12c слой, все из которых изготовлены из огнеупорного полимерного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), причем LS0H-материал первого слоя обладает предельным кислородным индексом (ПКИ), большим, чем ПКИ LS0H-материала второго и третьего слоя.

Например, материал первого 12b слоя может содержать, например, гидроксид магния в количестве примерно 780 м.ч. Этот материал может иметь ПКИ 85%. Материал третьего 12a слоя и второго 12c слоя может содержать каждый, например, гидроксид магния в количестве примерно 200 м.ч. Этот материал может иметь ПКИ 37%.

ПРИМЕР

Заявитель провел испытания на огнестойкость для кабелей согласно настоящему раскрытию, обладающих структурой, аналогичной структуре кабеля 1 по Фигуре 1, и содержащих 144 волокон в 12 буферных трубках, - по 12 волокон в каждой.

Буферные трубки кабелей были изготовлены из полибутена (ПБТ) и заполнены полидиметилсилоксановым гелем, обладающим температурой каплепадения более 250°C. В дополнение, каждый кабель имел центральный несущий элемент, изготовленный из GRP, покрытого покрытием, изготовленным из огнестойкого полимерного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ 28%.

Огнеупорный четвертый слой был изготовлен из огнестойкого, с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) полимерного материала, содержащего гидроксид магния и имеющего ПКИ примерно 37%.

Многослойная оболочка была изготовлена из огнестойкого, с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H) полимерного материала, содержащего гидроксид магния и имеющего ПКИ примерно 37% для третьего слоя и второго слоя, и ПКИ 85% для первого слоя.

Для тестирования вышеупомянутых кабелей были использованы два стандарта: IEC 60331-25 (1999) и BS 7846-F2 (2015).

Все протестированные кабели согласно настоящему раскрытию прошли оба вышеупомянутых испытания.

Что касается испытания IEC 60331-25 (1999), по истечении 180 минут при 750°C, был выявлен сигнал затухания 1,5 дБ. После охлаждения в течение 15 минут, было обнаружено полное функционирование оптических волокон (без какого-либо разрыва, без какого-либо обрыва сигнала), с обеспечением, таким образом, целостности цепи.

Следует отметить, что стандарт IEC 60331-5 (1999) обычно информирует об огнестойкости по истечении 90 минут пожара, с периодом охлаждения 15 минут. Однако вышеуказанные испытания показывают, что кабели, согласно раскрытию, поддерживают свои рабочие характеристики в течение более длительного периода времени во время пожара, а также во время периода охлаждения, обеспечивая, таким образом, повышенную (продолжительную) противопожарную защиту и снижение вероятности разрыва волокна после пожара.

Что касается испытания BS 7846-F2 (2015), кабели, согласно раскрытию, были протестированы для оценки отдельно огнестойкости и огнестойкости при разбрызгивании воды. Огнестойкость сама по себе была оценена в ходе испытания при температуре 950±40°C и продолжительности действия пламени 15 минут. Огнестойкость при разбрызгивании воды была оценена в ходе испытания при температуре 650±40°C при действии пламени в течение 15 минут и дополнительно в течение 15 минут под действием пламени и воды одновременно.

Все протестированные кабели согласно раскрытию прошли вышеуказанное испытание, так как было обнаружено, что оптические волокна полностью функционируют без обрыва волокна, а только лишь с затуханием сигнала.

Изобретение относится к области оптических кабелей, пригодных для работы при пожаре и после него, в частности к огнестойкому оптоволоконному кабелю, имеющему большое количество волокон и обладающему продолжительной огнестойкостью, до 180 минут. Заявленный огнестойкий оптоволоконный кабель содержит: сердечник, содержащий центральный несущий элемент и множество буферных трубок, расположенных вокруг центрального несущего элемента, причем каждая буферная трубка содержит множество оптических волокон; слой слюды, расположенный вокруг сердечника; слой стекловидной пряжи, окружающий и находящийся в непосредственном контакте со слоем слюды; металлическую армировку, окружающую слой стекловидной пряжи; и многослойную оболочку, окружающую и находящуюся в непосредственном контакте с металлической армировкой. Причем многослойная оболочка содержит первый слой, второй слой, окружающий и находящийся в контакте с первым слоем, и третий слой, находящийся в радиальном внутреннем местоположении относительно первого слоя и в непосредственном контакте с ним, причем первый, второй и третий слои изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H). При этом LS0H-материал первого слоя обладает предельным кислородным индексом (ПКИ), большим, чем ПКИ LS0H-материала второго слоя и третьего слоя, а второй слой представляет собой самый внешний слой кабеля. Технический результат - повышение огнестойкости и долговечности кабеля как во время пожара, так и по истечении указанного периода времени после пожара (времени охлаждения), для повышения безопасности. 13 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.

1. Огнестойкий оптоволоконный кабель, содержащий:

- сердечник, содержащий центральный несущий элемент и множество буферных трубок, расположенных вокруг центрального несущего элемента, причем каждая буферная трубка содержит множество оптических волокон;

- слой слюды, расположенный вокруг сердечника;

- слой стекловидной пряжи, окружающий и находящийся в непосредственном контакте со слоем слюды;

- металлическую армировку, окружающую слой стекловидной пряжи; и

- многослойную оболочку, окружающую и находящуюся в непосредственном контакте с металлической армировкой,

причем многослойная оболочка содержит первый слой, второй слой, окружающий и находящийся в контакте с первым слоем, и третий слой, находящийся в радиальном внутреннем местоположении относительно первого слоя и в непосредственном контакте с ним, причем первый, второй и третий слой изготовлен из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), причем LS0H-материал первого слоя обладает предельным кислородным индексом (ПКИ), большим, чем ПКИ LS0H-материала второго слоя и третьего слоя, а второй слой представляет собой самый внешний слой кабеля.

2. Оптоволоконный кабель по п. 1, в котором первый слой изготовлен из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ более 70%.

3. Оптический кабель по п. 2, в котором первый слой изготовлен из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ 75-90%.

4. Оптоволоконный кабель по п. 1, в котором как третий слой, так и второй слой многослойной оболочки, изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ 25-70%.

5. Оптоволоконный кабель по п. 4, в котором оба слоя, - третий и второй, изготовлены из огнеупорного материала с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H), имеющего ПКИ 30-50%.

6. Оптоволоконный кабель по п. 1, в котором буферные трубки содержат водоблокирующий наполнительный материал, содержащий кремнийорганический гель, в котором упомянутый кремнийорганический гель имеет температуру каплепадения, по меньшей мере, 200°C.

7. Оптоволоконный кабель по п. 6, в котором кремнийорганический гель имеет температуру каплепадения ≥250°C.

8. Оптоволоконный кабель по п. 1, в котором центральный несущий элемент содержит огнеупорный полимерный материал с низким уровнем дыма, с нулевым уровнем галогенов (LS0H).

9. Оптоволоконный кабель по п. 8, в котором центральный несущий элемент содержит тело, имеющее внешнюю поверхность, а огнеупорный полимерный материал LS0H присутствует в форме слоя на внешней поверхности тела.

10. Оптоволоконный кабель по п. 9, в котором огнеупорный полимерный материал LS0H центрального несущего элемента обладает предельным кислородным индексом 25-40%.

11. Оптоволоконный кабель по п. 1, дополнительно содержащий четвертый слой, вставленный между слоем стекловидной пряжи и металлической армировкой.

12. Оптоволоконный кабель по п. 11, в котором четвертый слой изготовлен из огнестойкого полимерного материала LS0H, имеющего предельный кислородный индекс (ПКИ) ≥30%.

13. Оптоволоконный кабель по п. 1, дополнительно содержащий водонабухающий слой, вставленный между слоем стекловидной пряжи и металлической армировкой.

14. Оптоволоконный кабель по п. 1, в котором каждый слой многослойной оболочки обладает толщиной 0,8-2,5 мм.