CN1186964A - 制作光纤带缆的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造光纤带缆的方法,假定光纤带缆厚度为2d(mm),导轮直径为2R(mm),该光纤带缆离开紫外照射装置后直到与该导轮接触的时间为t(ms),则满足关系d/[(R+d)×t]< 0.2。相应地,所述光纤带缆不产生任何损害,并且在其涂膜光纤中没有微曲产生,从而可防止其传输性能的降低。

Description

制作光纤带缆的方法

本发明涉及一种其中多个涂膜光纤设置在一个平面内并成束为带状的光纤带缆的制作方法。

在一种光纤带缆中，平行设置的多个涂膜光纤在由紫外可固化树脂制成的聚合涂料进行涂膜时成束在一起。在传统的制作光纤带缆方法中，在多个涂膜光纤由紫外固化树脂聚合涂膜时，为使这样涂覆的紫外可固化树脂固化，在一个紫外照射装置中以紫外线对其进行照射。这里，在产生紫外线的紫外灯发光时，产生了大量的热量。由于这种热量的原因，使此聚集的涂料软化，并以此状态与其它硬质材料粘接，从而损害了光纤带缆表面，或者由于微曲对这些涂膜光纤产生负面影响。

为克服此问题，例如在日本专利申请公开文本No.1-191110中，在制作光纤带缆时，为使光纤带缆表面温度低于其紫外可固化树脂的玻璃化温度，采用冷却气体流入紫外照射(固化)装置中。并且，在此说明书中，提供了输出均不高于一既定水平的多级紫外照射装置，在紫外固化处理中光纤带缆表面温度低于紫外可固化树脂的玻璃化温度时制取光纤带缆。

另一方面，在日本实用新型申请公开说明书No.2-149904中，采用冷却水流经用于牵引涂有紫外可固化树脂光纤带缆的卷盘外围附近的空心部分，从而冷却此固化的光纤带缆。

经过细致研究，本发明人发现如下问题。也就是说，发明人发现，不仅是通过在制作光纤带缆传统方法情况下简单冷却光纤带缆不可能防止光纤带缆表面的损害以及涂膜光纤的微曲，而且光纤带缆表面的损害还可归因于除温度之外的因素。也即，已经发现，用于聚合涂料的固化反应在光纤带缆由紫外照射装置中拉出时还未完成，而是在其后进一步进行。在此机理中，当光纤带缆由紫外线照射时，聚合涂料中含有的光聚合反应引发剂吸收紫外线，从而产生自由基。这些自由基引发紫外可固化树脂的固化反应。一旦由紫外辐射在此树脂中产生自由基，则即使在其后没有紫外线照射时，只要该树脂中存在此自由基，固化反应就会进行。

紫外可固化树脂的固化反应为自由基反应，其进展速度很高，然而，由于光纤带缆制作方法的最近发展，制造光纤带缆的传送速度极大提高，从而使紫外照射时间低于固化反应所需时间。因而，如果在固化反应未充分进行且光纤带缆温度相当低的状态下，光纤带缆与导轮接触，则由于光纤带缆表面的损害或涂膜光纤的微曲，会使光纤带缆的传输特性变差。

本发明目的在于提供一种制造光纤带缆的方法，它能防止在光纤带缆表面发生损害，防止在涂膜光纤中发生微曲，并防止传输损耗增加。

本发明提供了一种制造光纤带缆的方法，该方法包括如下步骤：

准备一个紫外照射装置和一个直径2R(mm)的导轮；

将至少两个涂膜光纤平行设置在一个平面内；

以含有紫外可固化树脂的聚合涂料对如此设置的涂膜光纤集中涂膜；

在所述紫外照射装置中以紫外线照射所述聚合涂料，使此聚合涂料固化以形成厚度2d(mm)的光纤带缆；并且

使离开紫外照射装置的光纤带缆与所述导轮接触，使得光纤带缆离开紫外照射装置后直径与导轮接触的一段时间t(ms)满足下列关系式：

d/[(R+d)*t]＜0.2

此处，所述涂膜光纤为至少涂有一层涂层的光纤。

所述光纤带缆为平行设置在一个平面内的所述涂膜光纤，在以聚合涂料进行涂覆时集束在一起，成为带状的光缆。

根据本发明，由于按照与其弯曲幅度的大小有关的项d/(R+d)考虑光纤带缆离开紫外照射装置至导轮以与后者接触的时间t，所以光纤带缆与导轮接触时，固化反应已充分进行了。因此，光纤带缆表面未产生任何损害，并且涂膜光纤中未发生任何微曲，从而可防止其传输性能降低，即，可防止其传输损耗增加。

另外，本发明提供了一种制作光纤带缆的方法，其中含聚合涂料的紫外可固化树脂最好具有在至少70℃但不高于150℃的范围内的玻璃化温度。

根据本发明，当玻璃化温度超过150℃时，其应力消除易于延迟；而当其低于70℃时，室温下的杨氏模量趋于降低，从而降低了其横向压力特性。因此，在至少70℃而不高于150℃的玻璃化温度范围内，可获得考虑横向压力特性和应力消除的优越特性。

而且，本发明提供了一种制作光纤带缆的方法，其中在其聚合涂料中向100份按重量计的紫外可固化树脂中最好加入按重量计1份，但不多于5份的酰基膦化氧型聚合反应引发剂。

根据本发明，由于采用了酰基膦化氧型聚合反应引发剂，可加快紫外可固化树脂的固化反应，从而允许在更短时间内制作光纤带缆。

由下述详细说明及附图可更完全地理解本发明，它们只作为示例给出，不应理解为对本发明的限制。

由下述详细说明可清楚本发明的进一步应用范围。然而应当理解，本发明优选实施例的详细说明及特例，只是以示例形式给出，因为根据此详细说明，本领域技术人员很清楚本发明精神范围内的各种变化和改动。

图1是采用根据本发明的制作光纤带缆方法的一个实施例的光纤带缆制作设备的示意图；

图2A是表示4纤光纤带缆的垂直剖面图；

图2B是表示8纤光纤带缆的垂直剖面图；

图3是表示光纤带缆和导轮轮廓的示意图。

下面参照图1至图3说明根据本发明的光纤带缆制作方法的优选实施例。

图1为采用根据本发明的制作光纤带缆方法的一个优选实施例的光纤带缆制作设备的示意图；另一方面，图2A和2B分别为表示4纤和8纤光纤带缆的垂直剖面图。

本发明所用光纤带缆为平行设置在一个平面内的多个涂膜光纤1集束在一起，由含有紫外可固化树脂的聚合涂料加以涂覆。在本说明书中，具有N根涂膜光纤(N为大于2的整数)的光纤带缆称为“N-纤带缆”。

参照图2A，所示的为4纤带缆，其中4根涂膜光纤1平行设置于一个平面内。例如，各涂膜光纤1的结构为，一根直径125μm的硅玻璃光纤21上涂覆有一内保护涂层22，然后是一外保护涂层23，和接下来的一标色层24作为最外层。而且，四根涂膜光纤1在其安排状态中，由含有紫外可固化树脂的聚合涂料25集束在一起。

虽然图2A中所示保护涂层为由内保护涂层22和外保护涂层23组成的两层，但其也可由一层或三层以上构成。而且，可省去标色层24。

参照图2B，所示为8纤带缆，其中设置了8根涂膜光纤1。在此8纤带缆中，平行设置的每组四根涂膜光纤1涂有内聚合涂料26，然后整个两组涂以外聚合涂料27。

下面参照图1描述制作光纤带缆的方法。在此图中，表示了具有单层聚合涂料和N根涂膜光纤的N纤带缆。

首先，N根涂膜光纤1由用于传送的供给装置3输送，供给装置3配备有分别绕以涂膜光纤1的N个轮2。这里，通过一个浮动轮4向涂膜光纤1施加了几十克的张力。如此输送的N根涂膜光纤由各具有对应槽的两个导轮5聚集，然后在送至涂膜装置6之前平行排列，相互紧密接触。在涂膜装置6中，含紫外可固化树脂的聚合涂料25由一个压力式树脂箱7通过孔7a提供，从而以聚合涂料25对N根涂膜光纤1进行涂膜聚合。

可优选用作聚合涂料25中所含的紫外可固化树脂例如为尿基丙烯酸酯型紫外可固化树脂和环氧基丙烯酸酯型紫外可固化树脂。所述紫外可固化树脂的玻璃化温度优选在至少70℃，但不高于150℃的范围内，并且更优选在至少80℃但不高于140℃的范围内。在玻璃化温度超过150℃时容易延迟其应力消除；而当其低于70℃时，室温下的杨氏模量趋于降低，从而降低了其横向压力性能。因此，在上述玻璃化温度范围内，考虑横向压力特性和应力消除，可获得最佳特性。这里，应力消除率与在光纤带缆中发生的畸变有关，这将在后面加以解释。

另外，聚合涂料25的固化反应越快，则生产率就会越高，从而对光纤带缆生产就有利。酰基膦化氧型聚合反应引发剂在加速固化反应方面性能优越，从而在光纤带缆生产中是很有效的。

优选用作这种酰基膦化氧型聚合反应引发剂的例子为2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基膦化氧，双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基膦化氧，等等。可以与所述酰基膦化氧型聚合反应引发剂一起使用的聚合反应引发剂例子包括α-羟基苯乙酮苯甲基缩酮，α-氨基苯乙酮等。更特别地，可使用例如2-羟基-2甲基-1-苯基丙酮，2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等。

当按重量计向100份聚合涂料25中含有的紫外可固化树脂加入的酰基膦化氧型聚合反应引发剂少于1份时，其固化反应比率趋于不足；而当其按重量计超过5份时，则光能由聚合反应引发剂本身吸收，从而在涂膜的深层固化趋于不足。因此，在聚合涂料25中，向按重量计100份的紫外可固化树脂中最好加入按重量计至少1份但不多于5份的酰基膦化氧型聚合反应引发剂。

接着，涂有聚合涂料25的涂膜光纤1离开涂膜装置6通过所述紫外照射装置8，在其中以紫外线对聚合涂料进行照射使其固化。然后，光纤带缆9离开紫外照射装置8，与导轮10接触。这样制得的N纤带缆9，其中N根涂膜光纤1以带状集束在一起，通过一个供给绞盘11和一个卷绕张力调节辊12，然后由一个卷绕装置13缠绕在一个预定轮14上。此时，卷绕张力设定为数十克至数百克。

这里，光纤带缆9离开紫外照射装置8的出口8a后直到与导轮10接触的时间t越短，则聚合涂料25中含有的紫外可固化树脂固化反应进行的程度就越低。因此，聚合涂料25变软，使得即使轻微的变形也会导致其传输特性的下降。相反地，当上述时间t较长时，固化反应进行的程度较高，使得紫外可固化树脂变硬，从而耐受更大的变形。如图3所示，变形幅度与d/(R+d)有关，其中光纤带缆9的厚度为2d(mm)，导轮10的直径为2R(mm)。这里，图3表示出光纤带缆9和导轮10的示意图，图中没有画出后者的沟槽。

考虑传输时间t(ms)，本发明人发现不发生变形的参数d/[(R+d)×t]的最佳范围具有上限0.2和下限0.00021。当满足此条件时，光纤带缆9在聚合涂料25中含有的紫外可固化树脂的固化反应充分进行的状态下与导轮10接触。在此情况下，光纤带缆9的表面不产生损害，并且在涂膜光纤1中不发生微曲。另外，可防止其传输特性降低，也就是可防止传输损耗增加，而无需增大制作光纤带缆的设备且不降低生产率。

这里，光纤带缆9的厚度2d(mm)是指其在聚合涂料25中含有的紫外可固外树脂固化后的厚度，它决定于缆线的结构。光纤带缆9的厚度2d(mm)优选为约0.25mm至0.5mm，最好在约0.28mm至约0.45mm范围内。

另一方面，导轮10的直径2R(mm)优选为30mm至600mm，最好在50mm至200mm之间。当导轮10的直径2R小于30mm时，即使与生产中相同牵引速度时相比，其转数也会增大，从而其负载部件本身容易很快损坏。另一方面，当导轮10的直径2R超过600mm时，可操作性会变差，并且设备也庞大。

到达时间t(ms)可优选在10ms至2,000ms的范围内，最好在10ms至1,000ms的范围内。这里，t决定于导轮10的位置(即，由紫外照射装置8的出口8a至光纤带缆9与导轮10接触处的距离a(m))和光纤带缆9的牵引速度v(m/s)。可选用，距离a为0.3m至2.0m，而牵引速度v大于1m/s。当距离a小于0.3m时其工作能力下降，而距离a超过2.0m时设备会变得庞大。

实施例

下面结合实施例1至5，比较例1和2，以及参照例1和2，进一步详细说明根据本发明的光纤带缆制造方法。实施例1至4

一根外径125μm的单模裸光纤玻璃，被涂以分别由两种不同的丙烯酸尿酯型紫外可固化树脂构成的两层涂层。接着，对其上涂覆由紫外可固化树脂制成的一层着色层，从而形成一条外径250μm的涂膜光纤。首先，从设置有四卷涂膜光纤1的用于传送的供给装置3，传送这些涂膜光纤1。然后，这些传送的涂膜光纤1在涂膜装置6中由聚合涂料25加以涂膜聚合。聚合涂料25在紫外照射装置8中由紫外线照射得以固化，从而将四根涂膜光纤1集束在一起，形成4纤带缆9。这里，卷绕张力设定为150g。

在这些实施例中，采用丙烯酸尿酯型紫外可固化树脂A作为聚合涂料25用于将四根涂膜光纤1集束在一起，而向按重量计100份A中加入了按重量计3份的2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基膦化氧作为聚合反应引发剂。这里，丙烯酸尿酯型紫外可固化树脂A至B至D，后面将要提及，它们是彼此不同具有区别构成的树脂。改变这些树脂中的齐聚物和多官能单聚物的含量，以使其玻璃化温度设定为互不相同。为测量聚合涂料25的玻璃化温度，用刀片从制得的光纤带缆9上刮下聚合涂料25，并将如此获得的样品以一个粘弹性测量设备(RHEO-VIVRON，Orientec有限公司制造)加以测量。测量在频率为11Hz，加热速率为3℃/分的条件下进行，产生最大水平tanδ的温度即判定为玻璃化温度。

而且，在制造光纤带缆9时，紫外照射装置8的出口8a和导轮10之间的距离以及生产时的牵引速度可以改变，以调节光纤带缆9离开紫外照射装置8直到与导轮10接触的时间，即传输时间t。而且，通过调整带缆厚度(2d)和导轮10的直径(2R)，将d/[(R+d)×t]的值设定为小于0.2。

作为对如此制造的光纤带缆9的特性测试，测出了所述四根涂膜光纤1刚制成后的传输损耗大小。此测量的进行利用了光学时域反射仪(OTDR)(AQ-7110C，Ando电子有限公司制造)，它根据散射光强度确定光学损耗量。其平均值在表1中以“平均损耗”表示。对于横向压力测试，紧随1Km的所述四根涂膜光纤1每根以张力600g卷绕在桶经280mm的轮上之后，以所述OTDR测量其波长1.55μm处的传输损耗，然后确定所述四根涂膜光纤1的平均值。表1表示了这些结果。而且，在表1中，光纤带缆9的厚度和导轮10的直径分别列为“带缆厚度2d”和“导轮直径2R”。如表1所示，实施例1至4就平均损耗并且横向压力测试而言产生了良好的特性。

                                                表1

	聚合涂料	传输时间t(ms)	带缆厚度2d(mm)	导轮直径2R(mm)	d/(R+d)	d/[(R+d)×t]	玻璃化温度(℃)	平均损耗(dB/km)	横向压力试验(dB/km)
										实施例1	A	24	0.380	150	0.0025	0.1053	135	0.201	0.210
实施例2	A	24	0.380	90	0.0042	0.1752	135	0.209	0.211
										实施例3	A	18	0.310	90	0.0034	0.1907	135	0.205	0.217
实施例4	A	36	0.310	60	0.0051	0.1428	135	0.212	0.220
										实施例5	B	24	0.310	90	0.0034	0.1430	85	0.202	0.223
对比例1	A	24	0.380	60	0.0063	0.2622	135	0.254	0.284
										对比例2	A	10	0.310	150	0.0021	0.2062	135	0.268	0.305
参照例1	C	24	0.380	90	0.0042	0.1752	65	0.196	0.261
										参照例2	D	24	0.380	90	0.0042	0.1752	160	0.255	0.268

实施例5

光纤带缆9的制作方式除下述外与实施例2相同，采用丙烯酸尿酯型紫外可固化树脂B作为聚合涂料25，用于将四根涂膜光纤1集束在一起，向按重量计100份的B中加入按重量计1.5份的双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基膦化氧作为聚合反应引发剂，并且带缆厚度2d设定为0.310mm。树脂B的玻璃化温度85℃。对于如此获得的光纤带缆9，测量其传输损耗并进行横向压力试验，其结果列于表1中。如表1所示，制作后的传输损耗(平均损耗)为0.202dB/km是合适的，并且横向压力试验产生了合适的传输损耗水平为0.223dB/km。比较例1

除采用直径为60mm的导轮10以外，以与实施例1相同的方式制作光纤带缆9。对于如此获得的光纤带缆9，测量其传输损耗，并进行横向压力试验。其结果列于表1中。如表1所示，在制作后的传输损耗水平很快增加至0.254dB/km。而且横向压力试验中的损耗为0.284dB/km，从而表明传输性能的降低。比较例2

除采用直径为150mm的导轮10，并且光纤带缆9离开紫外照射装置8直至与导轮10接触的时间设定为10ms以外，以与实施例3相同的方式制作光纤带缆9。对于如此获得的光纤带缆9，测量其传输损耗，并进行横向压力试验。其结果列于表1中。如表1所示，在制作后的传输损耗水平很快增至0.268dB/km。并且横向压力试验中的损耗为0.305dB/km，从而表明传输性能的降低。参照例1

采用丙烯酸尿酯型紫外可固化树脂C作为聚合涂料25，用于将四根涂膜光纤1集束在一起，向按重量计100份的C中加入按重量计3份的2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基膦化氧作为聚合反应引发剂，除此之外以与实施例2相同的方式制作光纤带缆9。该涂料25的玻璃化温度为65℃。对于如此获得的光纤带缆9，测量其传输损耗并且进行横向压力试验。其结果列于表1中。如表1所示，在制作后的传输损耗很快地成为0.196dB/km，是合适的，但横向压力试验中的损耗为0.261dB/km，从而表明其传输性能降低。参照例2

采用丙烯酸尿酯型紫外可固化树脂D作为聚合涂料25，用于将四根涂膜光纤1集束在一起，向按重量计100份的D中加入按重量计1.5份的双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基膦化氧作为聚合反应引发剂，除此之外以与实施例2相同的方式制作光纤带缆9。该聚合涂料25的玻璃化温度为160℃。对于如此获得的光纤带缆9，测量其传输损耗并进行横向压力试验。其结果列于表1中。如表1所示，在制作后的传输损耗很快为0.255dB/km，横向压力试验中的损耗为0.268dB/km，从而表明其传输性能的降低。

如前所述，根据本发明，因为光纤带缆通过紫外照射装置后直至与导轮接触的时间与其变形之间的关系可以定量确定，并且其上限得以限定，使得光纤带缆在聚合涂料的固化反应充分进行的状态下与导轮接触，从而在涂膜光纤中不发生微曲，并且在光纤带缆表面没有损害产生。并且有利于防止涂膜光纤中传输损耗的增加。

另外，由于紫外可固化树脂的玻璃化温度设定在既定范围内，加快了其应力消散，从而可使由于光纤带缆产生弯曲所引起的应力在短时间内得以消散。相应地，可防止其传输性能降低，并可制造出具有足够横向压力特性适于实用的光纤带缆。

而且，如果采用既定量的酰基膦化氧型聚合反应引发剂作为对于所述聚合涂料的光聚合作用引发剂，可使固化反应更快终止，从而有利于提高生产力。

根据以上描述的本发明，很明显可对本发明以很多方式加以改动。不应认为这种改动离开了本发明的精神和范围，而应认为这些对于本领域技术人员明显的改动都包括在下述权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种制造光纤带缆的方法，该方法包括如下步骤：

准备一个紫外照射装置和一个直径为2R(mm)的导轮；

将至少两根涂膜光纤平行设置在一个平面内；

以含有紫外可固化树脂的聚合涂料对如此设置的涂膜光纤进行聚合涂膜；

在所述紫外照射装置中以紫外线照射所述聚合涂料，以使所述聚合涂料固化，形成厚度为2d(mm)的光纤带缆；以及

使离开所述紫外照射装置的所述光纤带缆与所述导轮接触，使得所述光纤带缆离开所述紫外照射装置后直到与所述导轮接触的时间t(ms)满足如下关系式：

d/[(R+d)×t]＜0.2。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述t，R，以及d满足如下关系式：

0.00021＜d/[(R+d)×t]。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述紫外可固化树脂的玻璃化温度在至少70℃但不高于150℃的范围内。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述紫外可固化树脂的玻璃化温度在至少80℃但不高于140℃的范围内。

5.如权利要求1所述的方法，其中在所述聚合涂料中，向按重量计100份的所述紫外可固化树脂中加入至少按重量计1份但不高于按重量计5份的酰基膦化氧型聚合反应引发剂。

Images