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CN111033342B - 高光纤密度带状电缆 - Google Patents

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CN111033342B CN201880053917.4A CN201880053917A CN111033342B CN 111033342 B CN111033342 B CN 111033342B CN 201880053917 A CN201880053917 A CN 201880053917A CN 111033342 B CN111033342 B CN 111033342B
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Abstract

一种光纤电缆包括护套和多个绞合芯子单元，每个芯子单元包括柔性外皮和布置成带组的多根带，其中所述多根带中的每根带包括多根连接光纤，使得所述外皮内部的横截面积的50％‑70％被所述连接光纤占据。所述柔性外皮可以是符合带堆叠的形状并且使所有带在弯曲期间保持充当单一主体的挤出PVC材料。

Description

高光纤密度带状电缆
相关申请的交叉引用
根据专利法，本申请要求2017年7月5日提交的美国申请号62/528,966和2017年11月30日提交的美国申请号62/592,918的优先权权益，所述申请的内容是本申请的依托并且其全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开总体上涉及通信光缆，并且更具体地，涉及外径被配置成装配到指定尺寸的导管中的高光纤数通信光缆。高光纤数通信光缆可用于例如其中对单根电缆中的光纤数的需求可能超过3000根光纤的超级数据中心应用中。然而，常常需要使用具有小内径的现有导管来对这些高光纤密度电缆进行布线。此外，电缆内部的光纤密度是网络安装程序总成本的重要因素。与较高密度电缆的实际成本相比，使现有电缆直径中的光纤数加倍例如可节省更多的安装成本(即，不需要新的导管，不需要第二根电缆拉线)。
当今的常规带状电缆是基于近二十年仅有很小变化的技术的。例如，常规的216光纤带状堆叠通常包括18根12光纤带。多年来，随着电缆价格的下降，电缆安装成本不断增加。因此，为了减少总安装成本，需要在同一空间中放置更多的光纤。趋势是较小直径的电缆和/或可装配在给定直径导管空间内的尽可能最多的光纤。
电缆供应商一直在研究较高光纤密度电缆解决方案，由此产生了例如2000根光纤电缆解决方案具有与过去的1000根光纤电缆解决方案类似的电缆直径。一些这样的电缆解决方案依赖于可卷式带概念，所述概念包括例如轻松地将光纤粘在一起以形成可更容易地卷成适形于电缆护套或导管中的高密度包装的柔性带的间断性纤维网。
电缆密度可根据护套外径、根据护套内径内部、以及根据子单元直径内部进行评述。具有250μm光纤的常规松管电缆可具有在护套外径中为4.5％(即，使用有色光纤直径的面积之和除以护套外径的总面积的面积比)、在护套内经内部为7.4％、以及在子单元内部(例如，在“缓冲管”或外皮内部)为29％的光纤密度。
有色光纤面积与“电缆单元”面积比可转换为“每平方毫米的光纤”。下面的表1示出这种关系：
表1
Figure BDA0002387332910000021
如表所示，有色光纤面积与电缆单位面积的50％面积比在250μm有色光纤下具有每平方毫米10.2根光纤，而类似的面积比在208μm有色光纤下具有每平方毫米14.7根光纤。
松散的光纤(即，完全未连接的光纤)能够紧密地包装在电缆单元内部。当今的微型电缆中的一些具有极高的松散光纤密度，诸如具有208μm光纤的Corning288F
Figure BDA0002387332910000022
HD电缆在子单元内部的密度或面积比为59％、具有250μm光纤的Corning 72F
Figure BDA0002387332910000023
电缆在子单元内部的密度或面积比为62％、以及具有200μm光纤的PrysmianGroup 864F
Figure BDA0002387332910000024
电缆在子单元内部的密度或面积比为42％。这些电缆在外部护套密度方面具有高密度，分别为13％、16％和16％，而常规的松管电缆为4.5％。然而，与允许多路熔接的电缆相比，使用松散的光纤电缆进行单光纤接合可能非常耗时和费力，从而导致更高的实施成本。期望能够对已经在电缆内按颜色顺序对齐的12光纤(12F)组进行多路熔接。松散的光纤电缆在电缆剥皮之后可在现场制成带状，但这导致另外的时间和成本。
较新的电缆设计采用可卷式或柔韧带，这些带是通常具有沿纵向长度与常规带基体间断连接的光纤而非具有沿整个纵向长度围绕单独光纤的完全实心带基体的带。间断连接允许12F带几乎就像松散的光纤一样卷起，而不是保留在刚性1F×12F阵列中。在可靠带从电缆移除并被扁平化之后，间断连接还维持12光纤颜色取向以便进行多路熔接。
由于电缆制造和卷绕期间引发的应力以及由于现场安装期间电缆拉伸和弯曲所致的电缆内部光纤衰减是这些高光纤密度可靠带状电缆的主要问题。弯曲衰减的特征主要在于宏弯曲衰减，但微弯曲衰减也可能是显著的。具有较低密度的常规电缆通常使用具有9.2μm模场直径(MFD)的标准G.652.D光纤。在高密度电缆中，随着光纤数的增加，弯曲的物理问题-电缆内任何一根光纤的最小弯曲直径-可能需要具有8.8μm或更小MFD的更多弯曲不敏感光纤。
例如，电缆设计人员可在具有较低密度比的较低光纤数电缆中用G.652.D光纤开始，并且随着光纤数的增加，依赖于更多的弯曲不敏感光纤G.657.A1、G.657.A2/B2甚至G.657.B3，以从电缆制造到电缆安装的严格程度达到可接受的电缆衰减值。如果电缆中使用的光纤具有小于9微米(例如8.6或8.8微米)的MFD，那么可能产生模场失配。将8.8μm MFD光纤接合到预先存在或预先安装的9.2μm MFD光纤可能产生对于现场技术人员而言不良的拼接外观。
此外，识别高光纤数电缆中的12F带和多组带可能变得困难。当今市场上许多常规的高密度可卷式带状电缆都不具有能够布线以使多组带与护套分离并且在分离后被识别的子单元。在初始安装时需要识别，在修复事件和其他未来的网络维护事件(例如在新的最终用户添加和更改期间)中也需要识别。移除护套后，常规电缆依赖于有色捆扎线或开槽芯结构来识别可卷式带和/或对其进行分组。例如，在某些常规的高光纤数电缆中，一旦移除了护套，便可通过有色捆扎线单独地识别多组可卷式带(例如，12组12根12F可卷式带)。然而，当处理这些组时，捆扎线可容易地从芯分离和/或退绕，并且将立即丢失所述组的识别。
在开槽芯电缆中，护套移除后，可将多组柔韧或可靠带(例如，432F或36根12F柔韧或可卷式带)从每个槽中分离或移除。然而，一旦从槽中移除，在电缆结构内就没有其他方法可以单独地识别一个狭槽中的光纤(例如，432F)与另一个狭槽中的光纤。
对于这些类型的常规电缆，必须使用除电缆本身之外的单独获得的零件组并将其应用于管理可靠带束，直到完成拼接和封闭为止。这些另外的零件和系统以及相关联的处理和拼接方法需要另外的安装时间、成本和耐心。此外，在未来的修复时间期间，必须重新获得所述单独获得的零件组以帮助再次组织带和光纤。
在初始安装和/或将来打开闭合件或机柜期间，分离且散乱的间断连接的光纤和带缺乏保护。连接点之间的松散光纤因能捕捉任何东西而臭名昭著。因此，可指示现场技术人员安装套管或分叉管以保护和组织暴露的光纤，这增加了另外的材料成本以及安装的时间和精力。
最后，尽管与松散的12F光纤拼接相比，间断连接的光纤带可促进12F多路熔接，但间断连接的光纤带不像常规的实心基体带那样容易和快速地识别和拼接。间断连接或可卷式带必须依赖复杂的标记方案(诸如环形或计数标记识别)来识别单独的光纤。相反地，实心带允许以清晰的字符直接印刷到实心基体上。如光纤类型(例如，G.652.D)或光纤直径(例如，200μm或250μm)的另外信息可以字符形式印刷在实心基体带上，而这在依赖于是一些常规可靠带状高光纤数电缆的典型特征的计数标记系统的情况下是不可能的。
此外，虽然光纤颜色可按顺序保持，但是与更稳健的常规实心基体带相比，间断连接的带仍必须小心操作和处理以为拼接做准备。
为了能够更容易地进行现场拼接，需要一种与例如常规电缆的可靠带解决方案相比保留常规带的至少一些实心结构的高密度带状堆叠电缆。
发明内容
一种高密度带状电缆包括护套和多个绞合芯子单元，每个芯子单元包括柔性外皮和布置成带组的多根带，其中所述多根带中的每根带包括多根连接光纤，使得所述外皮内部的横截面积的50％-70％被所述连接光纤占据。
所述柔性外皮可以是符合带堆叠的形状并且使所有带在弯曲期间保持充当单一主体的挤出PVC材料，但其在所述带组周围刚好足够松散，使得当一定长度的子单元(在所述电缆内部单独地或成组地)被弯曲和卷绕时，单独带自由地相对于彼此纵向调整自己，从而防止任何一根带在电缆弯曲期间发生屈曲。
所述外皮的所述柔性PVC材料能够实现非常高密度的带状电缆设计，其具有为护套外径的19％-23％、护套内径内部的27％-33％和芯子单元内部的50％-70％的光纤密度范围，同时使用例如G.652.D光纤来保持衰减性能。
附图说明
图1是根据本公开的各方面的光纤电缆的等轴剖面图。
图2是根据本公开的各方面的图1所示的电缆的剖视图。
图3是根据本公开的各方面的光纤子单元的剖视图。
图4是根据本公开的各方面的真空挤出的光纤子单元的剖视图。
图5A至图5E示出根据本公开的各方面的各种大小的电缆的剖视图。
图6是根据本公开的各方面的具有中心泡沫棒的电缆的横截面图解。
图7是根据本公开的各方面的来自图1和图2所示的电缆的具有各种替代特征的电缆的横截面图解。
具体实施方式
参考图1和图2，示出根据一个示例性实施方案的被示出为电缆10的通信光缆。电缆10包括被示出为电缆护套12的电缆主体，所述电缆护套12具有限定如下文所讨论的各种电缆部件或芯元件定位在其内的内部区域或区的内表面13、以及总体上限定电缆10的外径(OD)的外表面15。通常，在电缆部件中包括多根光纤14，并且电缆10在安装期间以及之后向所述多根光纤14提供结构和保护(例如，处理期间的保护、元件的保护、害虫的保护等)。
根据本公开的各方面，第一类型的芯元件可以是光学传输芯子单元16，所述光学传输芯子单元16包括位于薄外皮20内的单根光纤的光纤组18。多个这些光学传输芯子单元16可以一定图案或布置(例如，螺旋形图案、螺旋状图案、SZ图案等)缠绕提供。总的来说，成股和/或成组的光学传输芯子单元16可形成电缆10的芯28。多个光学传输芯子单元16可缠绕在中心支撑构件周围，或者如图1所示，芯28可不含常规的强度构件。电缆10可从光学传输芯子单元16本身和/或可包括嵌入式强度构件的护套12的构型得出强度特性。
可提供至少一个包封元件30(诸如例如膜捆扎物、捆扎条带、铠装层或铠装条带或水溶胀条带)以在芯与护套12之间围绕芯28。在包封元件30是位于成股子单元16周围的膜或薄膜的情况下，膜可以是挤出薄膜，其冷却以向芯子单元16和其他芯元件上提供向内指向的力，所述其他芯元件可包括例如填充棒或管以及中心强度构件。由膜提供的向内指向的力有助于将成股子单元16保持在相对于彼此的相对位置。因此，在实施方案中，在芯元件的外表面与膜之间提供过盈配合，使得膜起到向电缆10的芯元件上提供向内指向的力以例如防止/抵抗所缠绕芯元件散开的作用。
在各种实施方案中，形成包封元件30的膜由第一材料形成，并且护套12可由第二材料形成。在各种实施方案中，第一材料不同于第二材料。在一些这样的实施方案中，第一材料的材料类型不同于第二材料的材料类型。在各种实施方案中，膜可由多种挤出聚合物材料形成。在各种实施方案中，膜可由低密度聚乙烯(LDPE)、聚酯或聚丙烯形成。在一个实施方案中，膜由线性LDPE形成。在一个实施方案中，膜由具有介于600MPa与1000MPa之间、并且更具体地约800Mpa(例如，800MPa±5％)的弹性模量的LDPE材料形成。在一个实施方案中，膜由具有介于2000MPa与2800MPa之间、并且更具体地约2400Mpa(例如，2400MPa±5％)的弹性模量的聚酯材料形成。在各种实施方案中，膜的材料可包括有色材料。此外，膜可包括UV稳定化合物，并且可包括有助于撕裂的弱化区域(例如，较低厚度的区域)。
如上所述，膜的第一材料可不同于护套12的第二材料。在一些这样的实施方案中，膜可由在电缆生产中比护套12更早的时间或更早的阶段挤出的第一材料形成。在此类实施方案中，膜在形成护套12之前形成。在一些这样的实施方案中，第一挤出过程在电缆生产中较早的时间形成膜，并且第二挤出过程在电缆生产中较晚的时间形成护套12。在一些这样的实施方案中，膜的第一材料和护套12的第二材料是相同类型的材料(例如，均为MDPE、PP等)，它们在电缆10的生产期间的不同时间点与电缆10相关联。在其他实施方案中，膜的第一材料和护套12的第二材料是在电缆10的生产期间的不同时间点与电缆10相关联的不同类型的材料(例如，膜为LDPE，并且护套12为MDPE)，并且也可在电缆10的生产期间的不同时间点与电缆10相关联。
膜也可以是例如具有0.5毫米或更大的厚度的厚膜，其中作为包封元件30的所述膜是芯28的唯一或主要保护。薄护套12可挤出在厚膜之上。
护套12可由具有介于1.0mm与4.0mm之间的壁厚17的挤出聚合物材料形成。根据本公开的各方面，护套12的壁厚17可在护套12的外径(OD)的7％-10％的范围中，以平衡电缆10的抗扭结性与整体电缆柔性。
根据本公开的又一些方面，护套12可以是具有例如总壁厚相同的结合尼龙层的共挤出聚合物护套、或在层之间具有成股强度元件的类似厚度的双层护套。成股强度元件可以是例如聚芳基酰胺纱线或浸渍玻璃纤维股线，其覆盖内护套层的50％-100％并且在挤出过程期间允许外护套层的部分结合到内护套层。
护套12可由基底材料(诸如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯、共聚物、聚苯乙烯和苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚酰胺(即，尼龙)、诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯的聚酯)以及其他塑性材料构成。根据本公开的各方面，护套12可由低密度、中等密度或高密度聚乙烯材料制成。此类聚乙烯材料可包括低密度、中等密度或高密度超高分子量聚乙烯材料。护套12可包括低烟无卤材料，诸如低烟无卤聚烯烃和聚碳。
如图1和图2所示，成对的强度构件32可布置在电缆10横截面的相对侧上。护套12、芯子单元16、包封元件30和强度构件32全部都可沿着电缆10的整个或基本上全部长度纵向延伸。强度构件32可完全或基本上嵌入电缆护套12中。在所示的实施方案中，强度构件32在横截面上是圆形的，其中每个强度构件32具有在1mm至3mm的范围内的直径，例如在电缆10具有33mm OD的情况下为2.05mm，其中护套12的壁厚为大约2.5mm。“强度构件高度”33被限定为电缆一侧上的最外强度构件的最外边缘(在图2中被示出为最高和最低边缘)之间的间隔。同样如图2所示，强度构件32可彼此抵接，因此强度构件高度33是电缆10的每一侧上的强度构件32的直径之和。例如，在强度构件32具有2.05mm强度构件直径的情况下，如果强度构件32抵接，那么强度构件高度33将等于4.1mm。
通过在电缆10的相对侧上具有多个强度构件32，如图1和图2所示，可减小强度构件32的外径，这进而允许减小护套12的提供所需强度、柔性和保护质量所必要的壁厚。
尽管示出了在电缆10的基本沿直径相对的侧上具有强度构件32，但是其他合适的构型可包括例如布置在偏离上述直径构型的位置处的强度构件32、或例如径向地布置在围绕电缆圆周的基本均匀的空间点处的多个或单独强度构件32。强度构件32的后一种布置可例如用于消除在电缆10中形成优先弯曲平面。
强度构件32可以是电介刚性/半刚性强度构件，诸如具有圆形横截面的玻璃增强聚合物(GRP)棒，但也可使用其他合适的材料(例如钢)和/或横截面。根据本公开的又一些方面，强度构件32可以是例如聚芳基酰胺纱线或浸渍玻璃纤维纱线。强度构件32可封装在诸如乙基丙烯酸(EAA)共聚物材料的合适结合材料中，以增强强度构件32与护套12的结合特性。因此，强度构件32可向电缆10提供抗张强度，同时在护套挤出过程和低至-40℃的寒冷天气循环期间提供对护套收缩的抵抗力。
根据本公开的又一些方面，如图7所示，电缆200可并入上文参考图1和图2所讨论的相同特征中的许多。然而，电缆200在电缆的呈基本沿直径相对的关系的每一侧上可仅具有一个强度构件232，而不是图1和图2所示的成对的强度构件32。此外，强度构件232可具有非圆形的几何性质，诸如为卵形或大致矩形的横截面形状。通过将典型圆形强度构件32扁平化为椭圆形或大致更扁平的矩形强度构件232，可进一步减小强度构件232的区域中护套12的壁厚，同时继续向电缆10提供必要的强度、柔性和保护质量。例如，如图7所示，相较于具有2.05mm的4个强度元件32的电缆，GRP具有660kN的EA(弹性模量×横截面积)和大约3.05mm的总壁厚，其中在GRP上方具有1.0mm的护套。电缆200可仅具有仅1.4mm宽的2个强度构件232，并且具有4.1mm的强度构件高度33，其中在每个强度构件232内部具有0.3mm的壁并且在强度构件232外部具有大约0.7mm的壁厚，得出大约2.4mm的总壁厚。电缆200的660kN的所得EA与具有4个强度构件32的电缆10的EA相同。一般来讲，在包括强度构件232的总壁厚小于2.6mm的情况下，具有介电强度构件232的护套12的EA可能大于400kN。在包括强度构件232的总壁厚小于2.0mm的情况下，具有包括例如钢丝的强度构件232的护套12的EA可能大于400kN。
如图1和图2所示，可提供撕裂绳(ripcord)34以在施加足够的向外指向的力时撕裂穿过电缆部件之一(例如，包封元件30和/或护套12)的至少一部分，以提供到芯28的通路。除撕裂绳34之外或替代撕裂绳34，护套12可包括有助于进入芯28的通路特征48。例如，一对沿直径相对的中断部可被共挤出成沿着护套12的长度延伸，以使得能够容易地沿着电缆10的中心线分离护套。
电缆护套12可包括一个或多个嵌入式细长构件，其被示出为通路特征48。一般来讲，通路特征48是嵌入电缆护套12的材料内的细长构件或结构。在各种实施方案中，通路特征48是在电缆的第一端与第二端之间延伸电缆护套12的长度的邻接构件。
一般来讲，电缆护套12由第一材料制成，并且通路特征48由不同于第一材料的第二材料制成。材料上的差异在电缆护套12内通路特征48的位置处提供中断部或薄弱部。这些中断部提供进入点，当需要进入子单元16时，所述进入点允许电缆10的使用者拆分电缆护套12。在各种实施方案中，通路特征48可由相对于电缆护套12的材料(例如，中密度聚乙烯)具有低结合性、允许用户进行护套拆分的材料(例如，聚丙烯/聚乙烯共混物)形成。在各种实施方案中，通路特征48可如下文所描述的那样形成(例如，共挤出)。在其他实施方案中，通路特征48是嵌入电缆护套12的材料中的非挤出元件，诸如撕裂绳。
在示例性实施方案中，当护套12被挤出时，通路特征48结合到护套的主要部分。所述主要部分和通路特征48可由可挤出聚合物形成，使得当用于形成护套12的主要部分和通路特征48的挤出物冷却并凝固时，挤出物在通路特征48的界面处结合。当通路特征48在与护套12的主要部分相同的步骤中挤出的同时形成时，通路特征48与护套12的其余部分之间的结合通常可描述为在护套12凝固时通过聚合物链缠结而实现。护套12因此包括粘性复合结构。界面可以是护套12的主要部分的材料与通路特征48之间的过渡区域。
通路特征48可以是护套12中相对较窄的条，并且可占据护套横截面积的相对较小部分。在图2中，两个通路特征48形成在护套12中，以便于打开护套。然而，通路特征48的数量、间隔、形状、组成和其它方面可以改变。
根据本公开的各方面，护套12的主要部分可由中等密度聚乙烯(MDPE)挤出，并且通路特征48可由聚丙烯(PP)挤出。护套12可在共挤出过程中形成，使得护套12的主要部分和通路特征48在冷却期间结合以在界面处形成相对较强的结合。根据本公开的又一些方面，可在电缆10的外部上提供触觉或视觉特征以用作用于定位通路特征48的定位特征。
图3是芯子单元16的放大视图，其示出被外皮20围绕的光纤组18。每根光纤组18可包括任何倍数的光纤层40。每根光纤层40可包括分组成组并间断地或连续地连接以形成以基本水平方式布置的基带42的多根光纤。根据本公开的各方面，基带42可由4根、8根、12根、16根、24根或36根光纤14构成，它们被封入常规的固化带基体中。如图3所示，基带42可由12或24根光纤14构成，它们被封入常规的固化带基体中以形成12光纤(12F)和24光纤(24F)基带42。
在例如24F基带42的情况下，24F带可具有诸如薄弱部分或优先撕裂特征的特征，用于轻松地分离24F带或将24F带折叠成较小光纤数的多根带(诸如两根12F带)，以便于拼接或堆叠。具有制造的薄弱部分以允许将带中的光纤组分离或折叠成子单元的光纤带(诸如美国专利7,039,282中公开的带的类型，所述专利的全部内容以引用方式并入本文)可用于本文所公开的基带42。尽管本文针对24F带进行了公开，但也可适用于薄弱部分或优先撕裂特征。
尽管可卷式带可包括用于形成本文所公开的带层40的基带42，但本公开的各方面可针对具有更实心、连续的带基体的带以克服在处理和拼接间断连接或可卷式带时遇到的困难。具体地，多路熔接例如多个12F 200μm或250μm带比多路熔接柔性可卷式带更简单且更快，并且比现场带状化松散的光纤或单光纤多路熔融更容易且更快得多。尽管在本文中称为200μm光纤或250μm光纤，但光纤的实际直径可因各种属性而不同。例如，尽管称为200μm光纤，但当考虑到可单独施加于单独的光纤以便有效识别的着色层时，光纤的实际直径可更接近208μm。
根据本公开的各方面，本文所公开的基带42可包括单层基体或具有内基体和外基体的双层基体。单层基体或双层基体的内基体和/或外基体可包括树脂基体材料，所述树脂基体材料与着色材料混合以产生有色调的颜色外观。根据又一些方面，树脂基体材料可通过在树脂基体材料中使用有机或无机染料来着色。可调整基体材料的着色以提供不同程度的色调或不透明度。带基体的着色可产生例如白色、蓝色、橙色、绿色、棕色和石板色的各种阴影或色调，但也可提供其他颜色，诸如红色、黑色、黄色、紫色、玫瑰色和浅绿色。根据本公开的又一些方面，例如，双层基体的内基体可为有色调的，并且外基体可由基本上透明以允许容易地观察内基体的有色调基体颜色的第二树脂基体材料形成。根据本公开的又一些方面，在施加透明的第二树脂基体之前，印刷字符可施加于内基体以进一步识别基带42的除颜色编码之外的特性，并且可包括诸如光纤类型、光纤大小、带号等信息。除基体着色之外，可使用喷墨印刷、激光烧蚀、印刷轮或任何其他合适的印刷技术来提供进一步的带识别。在内基体与外基体之间放置印刷字符可防止字符在现场使用时发生的涂抹或磨损。此外，通过有意使用与特定颜色具有预期对比度的印刷品，可大大增强例如在弱光条件下阅读的能力。尽管上文描述了具有有色调着色的内基体和基本上透明的外基体，但内基体和外基体中的一者或两者可具有有色调着色和/或是基本上透明的。
每个光纤组18可包括任何数量的堆叠光纤层40，其中光纤层40可具有变化的宽度以形成光纤组18的阶梯状周边。例如，如图3和图4所示，光纤组18可包括堆叠光纤带的中间子组43，其中在中间子组43的相对侧上具有至少一组侧向子组44a、44b。如图所示，中间子组43可具有24F带的8个光纤层40，每个层包括1根24F带(优选地能够分离成2根12F带)或并列对齐的2根12F带；并且侧向子组44a、44b可各自包括12F带的4个光纤层40，使得每个芯子单元16如图所示的那样具有总共288根单独光纤14。
根据本公开的又一些方面，光纤层40可包括16F带，其中200μm光纤着色到208μm，这使得每根16F带大约3.4mm宽。这仍然适用于常规的250μm间距的12F带多路熔接机。通过使多路熔接达到16F，可将给定光纤数的总拼接时间减少25％(例如，一根192F电缆具有16根12F带；另一根192F电缆具有12根16F带)。如果如预期的那样，每根带的拼接时间是相等的，那么在具有16F带的子单元中拼接192F可在比在可比的12F基本电缆中拼接192F少25％的时间内完成。16F光纤组18的各种构型可使用8F、16F、24F、32F带来堆叠。另外，具有16F带的256F芯子单元16的构型可绞合在一起。例如，15芯子单元16围绕具有泡沫中心芯的9芯子单元16例如可提供6144光纤电缆。
如图1和图2所示，电缆10可具有芯28，所述芯28具有例如总共12个芯子单元16。如图所示，芯28可被构造成使得芯子单元16中的9个在外部围绕3个居中定位的芯子单元16绞合。水溶胀条带或螺旋状绞合纱线例如可被提供来在制造期间固定和/或结合3个居中定位的芯元件。替代地，芯28可绞合在行星螺旋状绞合机上使得不需要捆扎物或中心构件来制造电缆10。当将每个芯子单元16的288根光纤添加到12个芯子单元16中的每一者时，所得电缆10具有为3456根光纤的总光纤数。当根据本发明的各方面以最小的自由空间构造时，电缆10可具有33mm(1.30英寸)的外径和42％的面积填充率，从而使得电缆10能够容易地装配在常规的2英寸(约50mm)导管内。
光纤层40的数量和在每个子组中包括一个层的光纤带的数量可根据所需电缆的大小和满足所述特定电缆大小的光纤需求所必要的光纤密度而变化。每个光纤层40可包含具有至少一根光纤带的至少一个相应层，并且尽管先前被描述为包括24F或12F带，但也可使用其他大小的光纤带，诸如16光纤(16F)带、8光纤(8F)带、6光纤(6F)带或4光纤(4F)带。每个子组可逐渐变小，例如，从中间子组开始然后移动到侧向子组。因此，光纤带组18可限定阶梯状轮廓，所述阶梯状轮廓可关于中间子组42大致对称。阶梯状轮廓可通过例如用多组光纤带基本上填充芯28的体积来限定高光纤包装密度。宽度w和/或高度h在阶梯之间可以是恒定的，或者它们可在轮廓上在阶梯之间逐渐变小或变大。此外，当比较类似的光纤数和电缆尺寸时，通过将光纤大小从250μm改变到200μm或者增加芯子单元16中光纤的数量，可产生甚至更高的光纤密度。此外，光纤带组18可由相等宽度和光纤大小的多个光纤层40构成，由此呈现出更像矩形或正方形的横截面覆盖区(footprint)，并且不存在上文描述的阶梯状轮廓。
例如，尽管关于图1和图2示出并描述了特定的大小和构型，诸如具有九(9)绕三(3)芯子单元绞合的两层电缆，但设想了包括具有以下形式的电缆的其他构型：在中心具有仅一个芯子单元16；一层六股子单元16；其他两层构型，诸如十二(12)绕六(6)芯子单元16；或三层构型，诸如十五(15)芯子单元16围绕中间层的九(9)芯子单元16绞合，所述中间层的九(9)芯子单元16进而可围绕内层的三(3)芯子单元16绞合。设想了当与例如200μm光纤结合时，仍可装配在2英寸(约50mm)导管中的具有超过7000根光纤的光纤数的高光纤数高密度电缆。
在存在多个子单元绞合的正常电缆加工中，子单元通常以特定捻距(laylength)螺旋绞合在一起，以促进电缆弯曲而不对子单元产生过度的应力。在不绞合的情况下，在电缆弯曲期间，弯曲部内部的子单元压缩和屈曲，而弯曲部外部的子单元被置于张力下，并希望朝向电缆弯曲部的中性轴线移动。绞合过程将电缆中子单元的位置“平均化”。平均而言，在绞合子单元的情况下，子单元的弯曲中心变成电缆的中心。然而，在绞合子单元的任一捻距内，大约一半的子单元长度处于张力下，而另一半处于压缩下。如果电缆护套足够松散，那么弯曲部外部上子单元的处于张力下的部分将从弯曲部内部受到压缩的子单元的部分拉出适当的长度，这使子单元应力基本上为零。这种机制在本文中称为“纵向平移”。如果护套12被挤出成太紧密地围绕绞合芯子单元16的芯28，护套12产生径向法向力，在子单元在电缆弯曲期间能够纵向平移之前，子单元必须克服这些径向法向力。
外皮20可由紧密地挤出以围绕每个芯子单元16中的每个带组18的可剥离增塑PVC材料制成。外皮20可以是增塑PVC的单个挤出层，其既薄(例如，厚度在0.15mm和0.5mm之间，优选地约0.25mm)又由柔软的材料构成，所述材料通过手动捏住外皮材料而容易地分离。挤出外皮20是紧密的，因为它符合带组18的形状，并且在电缆弯曲期间使所有单根带42在电缆内部的子单元之间的纵向平移期间作为整体。通过维持所有带作为整体，根据本公开的各方面的芯子单元使任何一根带在电缆弯曲期间不发生屈曲。外皮20执行此功能的能力还将使呈可卷式带格式的任何一根光纤在子单元纵向平移期间不发生屈曲。尽管本文所公开的实施方案可具有完全连续的外皮20，即，在径向和沿电缆整个长度的纵向上都是完整的，但实施方案也可包括具有非连续特征(诸如例如孔穴、窗口、狭缝或间隙)的外皮20，使得具有非连续特征的外皮20的表面积为外皮20是完全连续的情况下的表面积的至少50％。
下面的表2示出外皮20(包括增塑PVC材料)相对于温度的弹性模量。如表2所指出，外皮20在室温下的弹性模量小于100MPa，而在低温(例如，-10℃)下仅升高到大约800MPa。相比之下，典型的光纤电缆护套(诸如包括中等密度聚乙烯(MDPE)材料的光纤电缆护套)具有在室温下高于800MPa的弹性模量。
表2
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与外皮20的薄壁相结合，对于具有大约6mm的有效直径的子单元16，外皮20的EA(模量×横截面积)非常低，为大约1000牛顿。具有0.25mm厚度的薄外皮20的外皮面积(A)可计算为(外皮有效外径的平方值(例如，(6mm)2)-外皮有效内径的平方值(例如，(5.5mm)2))*PI/4。相比之下，较厚且具有大于800MPa的较高模量的典型MDPE光纤电缆护套具有在室温下为61,852牛顿的EA。挤出外皮20的材料性质确保外皮20不对带组18产生过度的法向力。
根据本公开的又一些方面，如图4所示，可对挤出生产线施加真空，以使外皮20被更紧密地拉向带组18的带42。就这一点而言，外皮20可在带组18的阶梯位置处形成凹形桥接部分45。与常规挤出的缓冲管相比，真空挤出外皮20实质上减少了子单元16中的自由空间。此外，在低温循环期间，并且结合带组18的阶梯形状，真空装配的外皮20能够沿箭头47的方向拉伸，以防止外皮20对带组18施加法向力。共形外皮20具有大于圆管的最大填充率的光纤填充率。因此，由于与阵列的非圆形形状相关联的机械干涉，共形外皮20可与带阵列一起旋转。外皮20还确保阵列内每根带的相对位置，并且在带阵列的边缘与周围的电缆元件之间呈现一致的边界。
如图3和图4所示，外皮20可挤出在常规带的堆叠周围，其中所述带具有两种不同的宽度(12F带和24F带)。然而，挤出外皮20可适用于多种光纤束布置中的任何一种，例如一种带宽度的带堆叠(例如，12×12F带)、或间断连接的可卷式带。挤出外皮20还可包含光纤的子束，例如位于全部在挤出外皮20内部的捆扎线内部的可卷式带或常规带的多个光纤组。挤出外皮20可为大致圆形、方形、矩形或其他形状，并且具有一束芯子单元16的电缆中的每个单独外皮20可被着上不同颜色，以增强单独子单元16中的光纤的配置管理和布线。可在外皮20的外侧提供另外的印刷标记，以提供另外的配置或产品信息，诸如用于识别单独芯子单元16的编号和/或例如关于每个芯子单元16中所包含的光纤类型的信息。
尽管外皮20在上文被描述为紧密的，同时挤出外皮20是松散的或刚好足够松散，使得当一定长度的芯子单元16(在电缆内部单独地或成组地)被弯曲和卷绕时，单独带42可自由地相对于彼此纵向调整自己，从而在挤出外皮20内部或之内纵向平移，消除弯曲应力并使单独带42不发生屈曲。这也适用于呈可卷式带构型的光纤。外皮20的特殊材料不会径向挤压或持续径向挤压，并且在带或光纤之间产生将阻碍单独芯子单元16纵向平移的法向力。
每个单独带组18被绞合以在芯子单元16内纵向扭转。基于由于绞合(扭转)引起的残余光纤应变，带组18的绞合捻距应当在300mm-600mm的范围内。由于顶部带与底部带之间的长度累积差异，带组捻距和芯子单元16绞合节距不应具有相同的值。对于使用单向管绞合(非SZ)制成的电缆，带股线可在一个方向上，而芯子单元股线在另一个方向(正常捻向)上。根据其他实施方案，使用单向管绞合的电缆可用在相同的方向上绞合(同向捻股)的带组股线和芯子单元股线来制成。在使用同向捻股构型的电缆的情况下，由于一根带总是朝向电缆中心，并且一根带总是在电缆外部，因此在这种情况期间长度差异累积。差异累积导致高的带余长(ERL)和宏弯曲。
为了减少长度差异累积并保持带组18上的最小应变，可使用各种配置，诸如300mm带组捻距和600mm绞合芯子单元捻距、600mm带组捻距和900mm绞合芯子单元捻距、500mm带组捻距和1000mm绞合芯子单元捻距、和/或其中带组18和芯子单元16捻距不同的其他合适的配置。芯子单元16的绞合可足够松散，以使得芯元件16可在弯曲和拉伸期间纵向地调整或“纵向地平移”。
外皮20可以是连续(径向和纵向连续)施加的热塑性材料。光纤和由光纤制成的带由于玻璃纤维的强度而具有高抗拉刚度，但由于每根光纤的小直径而具有低屈曲阈值。弯曲性能通过绞合得到增强，但光纤必须能够通过在绞合节距的约1/4的距离处施加的压缩力滑动而不发生屈曲，以防止信号丢失。共形外皮20作为边界起作用以限制在电缆或子单元的正常处理期间由于屈曲力而在阵列内的带42之间发生的分离。连续外皮20防止可能例如在具有未绑定的带或光纤的电缆中或在具有用捆扎纱线绑定的带或光纤的电缆中发生的局部带或光纤屈曲问题，其中在捆扎物中存在足够的自由空间或间隙供光纤或带屈曲。这些宏弯曲事件可描述为统计异常值，其中大部分光纤长度不存在弯曲问题，但只有极小部分的长度存在弯曲或屈曲问题。在标准松管光纤电缆中或在具有小于50％面积比的电缆中，许多光缆设计和衰减性能都归结于管理异常衰减弯曲。为了使光缆在安装、处理和终生运行期间在弯曲和张力方面具有良好的衰减，单独的和聚合的光纤都必须能够找到缓解弯曲应力(无论是拉伸还是收缩)的路径。
通过在连续挤出外皮20内部具有30％或更大、但更优选地40％、或最优选地50％或更大的子单元光纤密度，可卷式带的单独光纤不能找到它们自己的与子单元组分离的路径，这将导致宏弯曲衰减异常值。另一方面，在挤出外皮20内部具有高光纤密度的带组18确保了单独带不能够屈曲。根据本公开的实施方案，具有如图4所示的288F带组18配置(即，8根堆叠24F带的中间子组43和各自4根12F带的侧向子组44a、44b)的芯子单元16可具有50％-70％的内部子单元光纤面积比，这意味着外皮20内部整个面积的50％-70％被实际光纤占据，并且内部面积的剩余30％-50％主要是带基体材料和/或有限的自由空间。在一个具体实施方案中，具有真空装配的外皮20，内部子单元光纤面积比为62％。无论光纤是250微米光纤还是200微米光纤，相同的比都适用，但当使用200微米光纤时，芯子单元16的内部面积减小。光纤密度还可根据护套的外径以及根据护套的内径进行评述。根据本公开的各方面的电缆可具有在护套外径上为19％-23％并且在护套内径内部为27％-33％的光纤密度范围。
芯子单元16内的屈曲力受除了由于外皮20的材料性质而引起的有限残余径向压缩之外的若干设计因素的限制，包括带之间、带42与外皮20之间以及单独子单元16的外皮20与周围电缆元件(例如，其他子单元16和/或包封元件30)之间的摩擦系数的关系；绞合；以及周围电缆结构内的有限残余径向压缩。例如，为了在弯曲期间能够在电缆10内的芯子单元16之间进行有效的纵向平移，同时确保每个单独带组18和对应子单元16作为一个单元，两个或更多个子单元16之间和/或子单元16与包封元件30之间的摩擦力应当小于子单元16的外皮20与包含在其中的带组18之间的摩擦力。
摩擦测试是根据ASTM D 1894-14提供的准则进行的，并且具有明显的变化。所述测试涉及使用MTS 5kN负荷框架和MTS 5N负荷传感器与具有32mm或38mm的宽度的带或PVC基座以及具有斜角边缘的61.8g铝制滑动件和具有47.6mm的宽度的77.5g PVC插入件。在一些情况下，滑动件的重量和宽度以及泡沫背衬均与ASTM建议存在偏差。利用多种变型将PVC加工成片形式，包括在加工压模板之前研磨化合物、在不研磨的情况下加工压模板、用聚酯薄膜加工压模板以产生表面光洁度。
芯子单元16之间(即，第一芯子单元16的外皮20与第二芯子单元16的外皮20之间)的平均动摩擦系数(CoF)测量为大约0.5，这是从用剥离自表面的聚酯薄膜制备的样品得出的数据的平均值。子单元之间的平均CoF的范围可在0.3至0.7之间。类似地，芯子单元16与包封元件30(在这种情况下为非织造水溶胀条带)之间的平均动CoF为大约0.5。子单元与包封元件30之间的平均动CoF的范围可在0.3至0.7之间。
根据本公开的其他方面，例如可将诸如滑石粉或硅酮粉末的合适的减摩剂添加到外皮20的外表面和或包封元件30的内表面。将滑石粉撒在PVC外皮表面上进行测试，芯子单元16之间(即，第一芯子单元16的外皮20与第二芯子单元16的外皮20之间)的平均动CoF减小到大约0.375，而都撒有滑石粉的芯子单元16与包封元件30之间的平均动CoF保持在大约0.5。对应芯子单元16的带组18与外皮20之间的平均动CoF测量为2.8。对应芯子单元的带组与外皮之间的平均动CoF的范围可为2.0至3.5。
如上所述，通过维持带与外皮之间的CoF的是芯子单元与其他电缆元件(例如，其他芯子单元和/或包封元件)之间的CoF的至少三倍并且至多达十倍的CoF比，芯子单元16可在弯曲期间在电缆10内滑动(纵向平移)，同时带与外皮20的内表面之间的高摩擦力将带组18和外皮20维持为一个单元。当电缆弯曲时，电缆尝试采用椭圆形形式。电缆椭圆度产生的法向力将芯子单元压在一起，并且芯子单元进而挤压带。相较于子单元和/或子单元与水溶胀条带包封元件之间的CoF，子单元外皮的PVC材料与带之间的更高CoF实现并且甚至促进子单元平移(外皮和带作为单一主体一起移动)，并将衰减完全维持在可接受限值内。
如图4所示，外皮20的最小管内径(TID)可小于带组18的最大对角线尺寸(DD)。外皮20的薄壁减少带组18和单独带或光纤上因管在挤出后冷却时的收缩引起的应变。通过将外皮20紧密耦合到带组18，进一步减少收缩。然而，用于外皮20的材料的柔软性质允许在弯曲和扭转期间足够的带和光纤移动，以减少光纤组18上的应变和单独光纤、特别是与外皮20的壁在内侧接触的隅角光纤上的衰减。此外，外皮20的低压缩模量提供比典型子单元壁(诸如常规缓冲管)更柔软的表面，这防止了隅角光纤中的微弯曲，同时允许在电缆弯曲和扭转期间有限量的带移动和堆叠调整。外皮20的软较材料允许隅角光纤移动，以减少单独隅角光纤上的应力以及衰减退化。
根据本公开的各方面，可向外皮20的内部添加诸如超吸收性聚合物(SAP)粉末的阻水材料。阻水SAP在不存在水时是硬颗粒，当带堆叠在电缆弯曲或卷绕、拉伸测试和/或温度循环期间被压靠在管壁上时，所述硬颗粒可导致微弯曲(如将光纤压入砂纸中)。具体地，带堆叠隅角光纤表现出最大的微弯曲衰减，这是由于这些光纤与阻水粉末和管壁直接接触。
然而，相较于常规的缓冲管，外皮20的较软材料减轻微弯曲衰减问题，这是由于向外皮20的内部添加了阻水SAP粉末。例如，常规的缓冲管无法吸收粉末在带组18的硬基体与缓冲管之间被压缩时产生的局部压力，从而导致微弯曲衰减。外皮20的较软材料能够压缩和吸收这些局部应力，由此防止是常规缓冲管设计的典型特征的微弯曲衰减问题并允许向外皮20的内部添加阻水粉末。可使用具有在1微米至100微米之间的平均粒度的SAP粉末。例如，在实施方案中，超吸收性聚合物粉末的平均粒度可小于或等于80微米。在其他实施方案中，超吸收性聚合物粉末的平均粒度可小于或等于50微米。在再一些实施方案中，超吸收性聚合物粉末的平均粒度可小于或等于38微米，并且在又一些实施方案中，超吸收性聚合物粉末的平均粒度可小于或等于25微米。另外，SAP粉末可具有设计上为球形形状的颗粒。
尽管可使用小型SAP粉末大小，但在某些其他实施方案中，可使用具有大于100微米的平均粒度的SAP粉末。特别地，由于如上所讨论的外皮20的较软材料，在具有如此高的光纤密度和有限自由空间的电缆中预期将看到的微弯曲衰减问题得以减少或消除。外皮20吸收许多将传递到与SAP粉末和常规硬缓冲管设计相关联的带和/或光纤的应力。
带组18的紧密带堆叠防止SAP粉末在单独带42之间迁移。通过防止SAP粉末在带之间迁移，可防止由于SAP粉末被压在两根硬质带之间而因微弯曲衰减引起的衰减问题。使用具有大于100微米的平均粒度的较大SAP粉末可进一步防止SAP粉末在单独带之间迁移。
尽管被公开为SAP粉末，但其他阻水材料(诸如掺入SAP颗粒的溶胀性热熔胶)也可施加到外皮20的内部和/或带组18的表面上，优选地在可能存在自由空间的位置处，诸如在光纤子组中的光纤数之间的阶梯隅角增加处。以此方式，可减少或防止在本公开的高密度电缆中的有限自由空间中的水迁移。此外，所施加的SAP粉末可用作例如带组18与外皮20之间的减摩剂。
如图1和图2所示，包封元件30可以是阻水元件，诸如嵌入或施加有SAP粉末的条带。另外，如图2所示，可以是非织造阻水条带的芯阻水元件50例如可在制造期间并入电缆中心。例如，芯阻水元件50可在子单元16的绞合过程期间以芯阻水元件50无规成束并挤入最内侧的一组芯子单元16之间的空间的方式引入。如图2所示，芯阻水元件50可以是具有比芯子单元16中的任一者的有效直径大得多的侧向尺寸的阻水条带。如图7所示，阻水元件50可被制造以形成具有从电缆中心延伸的三个腿的形状。每个腿可由一层或多层阻水元件材料构成，并且当以横截面观察时，与其他腿中的每一者径向偏置大约120°。
当提及芯子单元16的有效直径时，由于外皮20和带组18可能不一定呈现圆形或环形横截面形状，因此必须首先确定芯子单元16的主要和次要对角线尺寸，如图4中箭头52和54分别所示。芯子单元16的有效直径是主要对角线尺寸52和次要对角线尺寸54的平均值。例如，对于如图4所示用250μm光纤制成的288F子单元，分别地，主要对角线尺寸52为6.91并且次要对角线尺寸54为6.03mm。对这些值求平均，此芯子单元16的有效直径为6.47mm。
芯阻水元件50的侧向尺寸必须实质上大于最内侧芯子单元16的有效直径，以通过无规成束并放置到所述最内侧的一组芯子单元16之间的间隙空间中来达到防水的目的。例如，芯阻水元件50还可以是与用作包封元件30的溶胀条带类似或与其相同的非织造溶胀条带，其具有类似的CoF。所述条带极薄并且可具有介于10mm与至多达200mm之间、优选地介于65mm与110mm之间的侧向尺寸。
根据本公开的各方面，除了包封元件30之外或代替包封元件30，可将小颗粒(即，约1μm)引入护套12内部和或包封元件30内部中以减少芯子单元16与护套之间的运动。这些颗粒可选自但不限于以下实例：石墨、超高分子量小珠、硅氧烷、滑石粉和超吸水性聚合物(例如聚丙烯酸钠)。摩擦的减小允许芯子单元16使芯子单元16能够更容易地纵向平移以找到弯曲期间最小应变的路径。
在各种实施方案中，可对外皮20进行着色和/或在其上进行印刷以识别芯子单元16和/或芯部件的其他性质，诸如包括光纤组18的光纤14的类型(例如250μm或200μm)。
图5A至图5E示出根据本文所公开的特征和原理制造的各种电缆。图5A示出具有6个子单元116的电缆100，其中每个子单元具有288根光纤。所述光纤为250μm光纤。这产生在护套中具有1728根光纤的电缆，所述护套具有大约1.0英寸或25毫米的外半径。图5B已进行了描述并且包括具有12个子单元16的电缆10，其中每个子单元具有288根光纤。所述光纤为250μm光纤。这产生在护套中具有3456根光纤的电缆，所述护套具有大约1.23英寸或32毫米的外半径。图5C示出具有6个子单元216的电缆200，其中每个子单元具有288根光纤。所述光纤为200μm光纤。这产生在护套中具有1728根光纤的电缆，所述护套具有大约0.8英寸或21毫米的外半径。图5D示出具有12个子单元316的电缆300，其中每个子单元具有288根光纤。所述光纤为200μm光纤。这产生在护套中具有3456根光纤的电缆，所述护套具有大约1.10英寸或28毫米的外半径。图5D示出具有12个子单元416的电缆400，其中每个子单元具有288根光纤。所述光纤为200μm光纤。这产生在护套中具有5184根光纤的电缆，所述护套具有大约1.30英寸或33毫米的外半径。
根据本实施方案的一个方面，如图5A所示，例如，护套112可包括护套特征，以促进容易地通路电缆芯和/或电缆部件(诸如感测光纤)。电缆护套112可包括一个或多个嵌入式细长构件，其被示出为通路特征148。一般来讲，通路特征148是嵌入电缆护套112的材料内的细长构件或结构。在各种实施方案中，通路特征148是在电缆的第一端与第二端之间延伸电缆护套112的长度的连续构件。
一般来讲，电缆护套112由第一材料制成，并且通路特征148由不同于第一材料的第二材料制成。材料上的差异在电缆护套112内通路特征148的位置处提供中断部或薄弱部。这些中断部提供进入点，当需要进入子单元116时，所述进入点允许电缆100的使用者拆分电缆护套112。在各种实施方案中，通路特征148可由相对于电缆护套112的材料(例如，中密度聚乙烯)具有低结合性、允许用户进行护套拆分的材料(例如，聚丙烯/聚乙烯共混物)形成。在各种实施方案中，通路特征148可如下文所描述的那样形成(例如，共挤出)。在其他实施方案中，通路特征148是嵌入电缆护套112的材料中的非挤出元件，诸如撕裂绳。
在示例性实施方案中，当护套112被挤出时，通路特征148结合到护套的主要部分。所述主要部分和通路特征148可由可挤出聚合物形成，使得当用于形成护套112的主要部分和通路特征148的挤出物冷却并凝固时，挤出物在通路特征148的界面处结合。当通路特征148在与护套112的主要部分相同的步骤中挤出的同时形成时，通路特征148与护套112的其余部分之间的结合通常可描述为在护套112凝固时通过聚合物链缠结而实现。护套112因此包括粘性复合结构。界面可以是护套112的主要部分的材料与通路特征148之间的过渡区域。
通路特征148可以是护套112中相对较窄的条，并且可占据护套横截面积的相对较小部分。在图5A中，两个通路特征148形成在护套112中，以便于打开护套。然而，通路特征148的数量、间隔、形状、组成和其它方面可以改变。
根据本公开的各方面，护套112的主要部分可由中等密度聚乙烯(MDPE)挤出，并且通路特征148可由聚丙烯(PP)挤出。护套112可在共挤出过程中形成，使得护套112的主要部分和通路特征148在冷却期间结合以在界面处形成相对较强的结合。
根据本公开的又一些方面，图6示出泡沫填充棒150在诸如例如电缆100的电缆中的使用，其中在电缆芯的中心处可能存在空的空间。泡沫填充棒150有助于将电缆上的外力分布在多根纤维上并分布在一定长度上，以增加总负荷和电缆在测试期间达到衰减极限之前能够承受的挠曲。例如，80％密度减少的泡沫芯在负荷特性测试期间使平均压裂负荷加倍，并将GR-20标准压裂测试的失败率从100％减少到22％。此外，泡沫填充棒150防止子单元移动到绞合子单元的中心，这确保了所有子单元具有相同的长度并且拉伸负荷分布在所有子单元上，并且有助于形成圆形成品电缆，以便更容易地与当前设备进行喷射安装。
根据本公开的各方面，优选的泡沫填充棒的属性包括用于防止拉伸测试期间中心构件的压缩侧上的子单元上的压裂力低拉伸强度、和用于充分提供外力分布的LDPE材料的80％密度减少。可根据下面的图表针对子单元的数量对泡沫填充棒150的外径进行几何优化。大小设定的目标是泡沫填充棒与子单元之间有2％-4％间隙。
Figure BDA0002387332910000211
本文所讨论的光纤包括可以是由玻璃或塑料制成的柔性透明光纤的光纤。所述光纤可充当用于在光纤的两端之间传输光的波导。光纤包括由具有较低折射率的透明覆层材料围绕的透明芯。光可通过全内反射保留在芯中。玻璃光纤可包括二氧化硅，但是可使用诸如氟锆酸盐、氟铝酸盐和硫系玻璃的一些其他材料以及诸如蓝宝石的晶体材料。可通过具有较低折射率的光学覆层沿光纤的芯向下引导光，所述光学覆层通过全内反射将光捕获在芯中。覆层可用缓冲剂和/或保护其免受湿气和/或物理损坏影响和/或提供区分标记的另一种或多种涂层涂覆。这些涂层可以是在拉制过程期间施加到光纤外部的UV固化聚氨酯丙烯酸酯复合材料。涂层可保护玻璃纤维的股线。
光纤类型可包括G.652、G.657.B3、G.657.A2/B2、G.657.A1。这些光纤类型可具有8.2微米至9.6微米的1310nm MFD。然而，具有MFD≥9微米的光纤可以是优选的，因为其与常规电缆兼容并且易于拼接。新型挤出外皮20和所得电缆性能增强使得能够使用在1310nm处具有≥9微米的MFD的光纤。根据本公开的各方面，这些高光纤数电缆设计能够实现在1310nm处具有≥9微米(例如，在1310nm处为9.0、9.1、9.2、9.3)的MFD的光纤，同时满足衰减要求，这是优选的，因为在与现有网络中的其他光纤进行拼接时没有发生模场失配。在有特别确定的要求的情况下，例如，如果剥皮的光纤存储在非常紧密的拼接托盘中的电缆外部，那么可使用成本较高、具有8.8μm MFD或其他较低MFD的特殊弯曲光纤。此外，如果光纤的直径小于200微米，诸如为185微米或更小，特殊弯曲光纤可实现具有较高密度的甚至更小直径的电缆。
因此，已经参考示例性实施方案描述了本发明，其中这些实施方案旨在说明发明构思而不是限制。本领域普通技术人员将理解，可在不脱离所附权利要求的范围的情况下对前述实施方案进行改变和修改。阶梯状轮廓可包括具有比相邻子组大或小的光纤数的子组的插入。另外，光纤子组可分别包括通常不相等的光纤数(未示出)。弯曲敏感度较低的光纤可放置在组/子组/带中的预先限定位置中，以保持光纤电缆的低总衰减。

Claims (33)

1.一种光纤电缆，其包括：
多个绞合芯子单元，每个芯子单元包括柔性外皮和布置成带组的多根带，其中所述多根带中的每根带包括多根连接光纤，使得所述外皮内部的横截面积的50％-70％被所述连接光纤占据；以及
护套，所述护套围绕所述多个绞合芯子单元，
其中对于每个芯子单元：所述带组限定阶梯状轮廓，所述柔性外皮是真空挤出的并且符合所述带组的形状，使得所述带组中的所有带在任何单独芯子单元相对于任何其他单独芯子单元纵向平移期间充当单一主体，并且所述柔性外皮被构造成当所述芯子单元被弯曲和卷绕时使得所述芯子单元的所述多根带能够在所述柔性外皮内部相对于彼此纵向平移。
2.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述外皮包括具有在室温下小于800MPa的弹性模量的挤出聚合物材料。
3.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述外皮包括具有在室温下小于200MPa的弹性模量的挤出聚合物材料。
4.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述多根连接光纤通过实心带基体材料沿着所述电缆的纵向长度连续地连接。
5.如权利要求4所述的光纤电缆，其中所述多根连接光纤包括通过带基体材料沿着所述电缆的纵向长度间断地连接的至少两根光纤。
6.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述护套包括至少两个强度元件，每个强度元件位于所述电缆的沿直径相对的侧上。
7.如权利要求6所述的光纤电缆，其中所述至少两个强度元件包括两对强度元件，每对强度元件在所述电缆的沿直径相对的侧上嵌入所述护套内。
8.如权利要求6所述的光纤电缆，其中每个强度元件是介电的，并且纵向嵌入所述护套内以使得包括所述强度元件的壁厚小于2.6mm并且所述护套的EA大于400kN。
9.如权利要求6所述的光纤电缆，其中每个强度元件是纵向嵌入所述护套内以使得包括所述强度元件的壁厚小于2.0mm并且所述护套的EA大于400kN的钢丝。
10.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述绞合芯子单元中的芯子单元之间的平均动摩擦系数小于0.7。
11.如权利要求10所述的光纤电缆，其还包括减摩剂，所述减摩剂施加到每个单独芯子单元的外表面。
12.如权利要求11所述的光纤电缆，其中所述减摩剂是滑石粉。
13.如权利要求1所述的光纤电缆，其还包括包封元件，所述包封元件围绕所述绞合芯子单元并且位于所述绞合芯子单元与所述护套之间。
14.如权利要求13所述的光纤电缆，其中所述包封元件是非织造水溶胀条带。
15.如权利要求13所述的光纤电缆，其中所述包封元件是金属或介电铠装层。
16.如权利要求13所述的光纤电缆，其中单独芯子单元与所述包封元件之间的平均动摩擦系数小于0.7。
17.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述带组与所述外皮之间的平均动摩擦系数小于5.0。
18.如权利要求17所述的光纤电缆，其中对应芯子单元的所述带组中的带与所述外皮之间的平均动摩擦系数介于2.0与3.5之间。
19.如权利要求1所述的光纤电缆，其中对应芯子单元的所述带组中的带与所述外皮之间的平均动摩擦系数是单独芯子单元之间的摩擦系数的至少三倍大，使得所述外皮和所述带组在弯曲期间作为单一主体一起移动。
20.如权利要求4所述的光纤电缆，其中所述实心带基体材料包括内基体层和外基体层，并且其中所述内基体层或所述外基体层 中的一者包括足以给任何单独带着色的着色添加剂。
21.如权利要求20所述的光纤电缆，其中所述外基体是透明的。
22.如权利要求20所述的光纤电缆，其还包括印刷层，所述印刷层位于所述内基体与所述外基体之间。
23.如权利要求1所述的光纤电缆，其还包括芯阻水元件。
24.如权利要求23所述的光纤电缆，其中所述芯阻水元件包括无规成束并且放置到所述绞合芯子单元的中心处的间隙空间中的非织造水溶胀条带。
25.如权利要求1所述的光纤电缆，其还包括SAP粉末，所述SAP粉末施加到所述绞合芯子单元中的每一者的内部。
26.如权利要求25所述的光纤电缆，其中所述SAP粉末的每个颗粒的平均大小为100微米或更大。
27.如权利要求25所述的光纤电缆，其中所述带组中的所述带中的任一者之间不存在SAP粉末。
28.如权利要求1所述的光纤电缆，其中所述护套由具有介于1.0mm与40mm之间的壁厚的挤出聚合物材料形成。
29.如权利要求28所述的光纤电缆，其中所述护套的所述壁厚应当在所述护套的外径的7％-10％的范围内，以平衡所述电缆的抗扭结性与整体电缆柔性。
30.如权利要求1所述的光纤电缆，其还包括共挤出到所述护套中的至少一个分离特征。
31.如权利要求1所述的光纤电缆，其中单独子单元与所述护套之间的平均动摩擦系数介于0.3与0.7之间。
32.如权利要求1所述的光纤电缆，其还包括嵌入所述护套中的分离特征，其中所述护套包括第一材料，并且所述分离特征是完全嵌入所述护套中的包括第二材料的中断部，所述中断部沿着所述电缆的长度延伸，其中所述第一材料和所述第二材料是能够挤出的，所述第一材料不同于所述第二材料，其中所述中断部允许所述护套的主要部分在所述中断部处分离以提供到所述子单元的通路。
33.如权利要求1所述的光纤电缆，其还包括泡沫填充棒，所述多个绞合芯子单元围绕所述泡沫填充棒定位。
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