具有低弹性模量的光纤电缆护套的制作方法

具有低弹性模量的光纤电缆护套
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35 u.s.c.
§
119要求2019年2月26日提交的美国临时申请号62/810,421的优先权的权益，所述临时申请的内容是本技术的基础并且以引用方式整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种具有低弹性模量的聚合物组合物，并且更具体地涉及一种特别适合用作光纤电缆护套的聚合物组合物。


背景技术：

4.一些聚烯烃具有用作多种电缆类型的电缆护套材料的有利性质。特别地，某些聚烯烃具有良好柔性并且能够在操作温度范围内维持某些相关机械性质。聚烯烃可挤出为围绕电缆，以便帮助保护电缆的内部部件免受部署电缆的环境的影响。


技术实现要素：

5.在一个方面，本公开的实施方式涉及一种聚合物组合物。所述聚合物组合物包括0重量％至80重量％的聚烯烃组分和20重量％至100重量％的热塑性弹性体组分。所述聚合物组合物具有如根据astm d4065使用动态力学分析在
‑
40℃下测量的至多1500mpa的弹性模量。此外所述聚合物组合物具有在根据astm e831测量时在
‑
40℃至25℃的温度范围内平均的至少120
×
10
‑6/k的热膨胀系数，并且聚合物组合物具有如使用动态力学分析在
‑
40℃下测量的至多4.0mpa的热收缩应力。
6.在另一方面，本公开的实施方式涉及一种光纤电缆。所述光纤电缆包括至少一根光纤以及围绕所述至少一根光纤的聚合物护套。所述聚合物护套至少部分地由聚合物组合物形成，所述聚合物组合物包括0重量％至80重量％的聚烯烃组分和20重量％至100重量％的热塑性弹性体组分。所述聚合物组合物具有如根据astm d4065使用动态力学分析在
‑
40℃下测量的至多1500mpa的弹性模量。此外所述聚合物组合物具有在根据astm e831测量时在
‑
40℃至25℃的温度范围内平均的至少120
×
10
‑6/k的热膨胀系数，并且聚合物组合物具有如使用动态力学分析在
‑
40℃下测量的至多4.0mpa的热收缩应力。
7.在又一方面，本公开的实施方式涉及一种光纤引入电缆。所述光纤引入电缆包括至少一根光纤以及围绕所述至少一根光纤设置的缓冲管。此外，所述光纤引入电缆包括围绕所述缓冲管设置的多根抗拉纱和围绕所述多根抗拉纱设置的聚合物护套。所述聚合物护套至少部分地由聚合物组合物形成，所述聚合物组合物基本上由0重量％至80重量％的聚烯烃组分、20重量％至100重量％的热塑性弹性体组分和0重量％至40重量％的填料组分组成。所述聚合物组合物具有如根据astm d4065使用动态力学分析在
‑
40℃下测量的200mpa至1500mpa的弹性模量，并且所述聚合物组合物具有在根据astm e831测量时在
‑
40℃至25℃温度范围内平均的120
×
10
‑6/k至300
×
10
‑6/k的热膨胀系数。
8.另外的特征和优点将在以下详述中陈述，并且在一定程度上根据说明对本领域技
术人员将显而易见或通过实践如书面说明及其权利要求以及附图中所述的实施方式意识到。
9.应理解，前述一般说明和以下详述仅係例示性的，并且意图提供用于理解权利要求书的性质和特征的综述或框架。
10.包括附图以提供进一步理解并且该附图并入本说明书且构成本说明书之一部分。附图说明一或多项实施例，并且与描述一起用以解释各种实施例之原理和操作。
附图说明
11.并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的若干方面，并与描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：
12.图1是根据示例性实施方式制成的聚合物组合物以及比较例在温度范围内的弹性模量的图形表示；
13.图2是根据示例性实施方式制成的聚合物组合物以及比较例在温度范围内的热膨胀系数的图形表示；
14.图3描绘了用于计算根据示例性实施方式制成的聚合物组合物的热膨胀系数的作为温度函数的尺寸变化；
15.图4是光纤电缆的图示，其中电缆的部件包括根据示例性实施方式制成的聚合物组合物；并且
16.图5是根据示例性实施方式的具有包括聚合物组合物的电缆护套的圆形引入电缆的图示。
17.虽然将结合某些优选实施方式来描述本发明，但无意将本发明限于那些实施方式。相反，本发明意图涵盖包括在本发明的由随附权利要求限定的精神和方位内的所有替代方案、修改和等效方案。
具体实施方式
18.大体参考附图，提供了具有尤其是低至
‑
40℃温度下低弹性模量的聚合物组合物的各种实施方式。聚合物组合物的低弹性模量导致在
‑
40℃下收缩力减小。在实施方式中，聚合物组合物用作光纤电缆的组分，特别是用作电缆护套。作为电缆护套材料，聚合物组合物改进光纤电缆的温度循环性能。有利地，通过使用由所公开聚合物组合物制成的电缆护套，硬或坚硬玻璃纱可用例如软芳纶纱代替作为抗拉元件，这允许改进弯曲性能。此外，此类光纤电缆可更成本有效地制成是因为可使用更小强化元件(例如，玻璃增强塑料强化杆)，并且因为在不牺牲低温性能的情况下光纤电缆中可包括更多纤维。替代地，所公的聚合物组合物的电缆护套允许使用较小管，因此，由于整个电缆在低温下收缩率较低，因此电缆外径较小。在实施方式中，聚合物组合物可用于减小电缆的光纤电缆组件(例如，外电缆护套、内电缆护套、粘结剂层等)上的热应变。虽然聚合物组合物的实施方式是在光纤电缆的情境下讨论的，但此类讨论并不意图限制聚合物组合物可利用的可能的情境和应用。
19.如上所提及，所公开聚合物组合物特别适用于减小松管光纤电缆中的热收缩应变。在下式中提供了一种表达松套管电缆热应变的方式：
[0020][0021]
其中e是材料的弹性模量，a是材料的横截面积，并且α是材料的热膨胀系数(cte)。在当前公开的聚合物组合物中，选择聚合物组合物的组分以便减少电缆护套或内护套材料的热收缩，这种热收缩在低温下发生并导致光衰减增加。通过减小热应变，热收缩应力减小。在减小热应变的先前尝试中，重点在于减小电缆护套材料的cte。然而，虽然此类组合物在减小热应变方面是成功的，但对于某些应用而言，低cte材料的成本高得令人望而却步，并且低cte护套材料相比其他常规材料具有更高表面摩擦力，这对某些电缆安装方法(诸如通过管道“喷射”或“吹塑”电缆)是不利的。另外，低cte材料往往与某些电缆接入技术不兼容，因为低cte材料与接入特征(例如，沿电缆护套的纵轴延伸的聚丙烯条)太兼容，从而导致增强低cte材料与接入特征之间的粘合。
[0022]
因此，与低cte组合物相比，当前公开的聚合物组合物的实施方式寻求在
‑
40℃至80℃的电缆操作温度范围内降低弹性模量。就此而言，当前公开的聚合物组合物包括聚烯烃组分和热塑性弹性体组分的混合物。所公开聚合物组合物的实施方式在
‑
40℃至80℃的整个温度范围内具有低于1500mpa的弹性模量。此外，在实施方式中，聚合物组合物表现出在
‑
40℃下不超过4.0mpa的热收缩应力。在实施方式中，聚合物组合物用作围绕容纳光纤或光纤带的一个或多个缓冲管的电缆护套，并且在其他实施方式中，聚合物组合物用作具有标准电缆护套材料的外层的双层护套结构的内层护套。
[0023]
在实施方式中，聚合物组合物包括聚烯烃组分、热塑性弹性体组分和任选的填料组分。在示例性实施方式中，除其他聚烯烃之外，聚烯烃组分可包括中密度聚乙烯(mdpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)或聚丙烯(pp)共聚物中的至少一者。在实施方式中，聚烯烃组分是聚合物组合物的0重量％至80重量％。在其他实施方式中，聚烯烃组分是聚合物组合物的20重量％至70重量％，并且在其他实施方式中，聚烯烃组分是聚合物组合物的40重量％至60重量％。
[0024]
在示例性实施方式中，聚合物组合物的热塑性弹性体组分可包括以下中的至少一者：烯烃嵌段共聚物、烯烃无规共聚物、乙烯
‑
丙烯橡胶(epr)、乙烯
‑
丙烯
‑
二烯橡胶(epdm)、乙烯
‑
辛烯(eo)、乙烯
‑
己烯(eh)、乙烯
‑
丁烯(eb)、乙烯
‑
乙酸乙烯酯(eva)、乙烯
‑
乙酸丁酯(eba)和苯乙烯
‑
乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(sebs)等。在实施方式中，聚合物组合物包括热塑性弹性体的20重量％至100重量％。在进一步实施方式中，聚合物组合物包括30重量％至80重量％的热塑性弹性体，并且在其他实施方式中，聚合物组合物包括40重量％至60重量％的热塑性弹性体。
[0025]
在包括填料组分的实施方式中，可添加填料组分以降低成本或提供另外的功能。例如，填料组分可被配置为提供阻燃性。示例性阻燃填料包括三水合氧化铝(ath)、氢氧化镁(mdh)、勃姆石(氢氧化铝)、碳酸钙(caco3)和膨胀型添加剂(例如，三聚氰胺、多磷酸铵、季戊四醇、多膦酸盐和其他含磷化合物)等。填料组分可包括一种或多种阻燃添加剂和/或一种或多种其他填料，诸如滑石、炭黑、tio2等。在特定实施方式中，填料包括至少2.5重量％的炭黑用于户外应用中的uv防护。在实施方式中，聚合物组合物包括多达40重量％的
填料组分。
[0026]
在实施方式中，聚合物组合物基本上由仅聚烯烃组分、热塑性弹性体组分和任选的填料组分组成。即，聚合物组合物可不含有另外的组分。然而，在某些实施方式中，聚合物组合物可包括并不实质上影响所公开聚合物组合物的基本和新颖特性的其他次要加工和/或性能添加剂。例如，可添加分散剂以辅助填料组分的分散。更进一步地，聚合物组合物可包括多达1重量％的低摩擦添加剂，诸如脂肪酸或脂肪酸酰胺。例如，脂肪酸可具有介于c6至c
25
之间的碳主链，并且是饱和的或不饱和的。具体示例包括辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山萮酸、木蜡酸、蜡酸等。类似地，脂肪酸酰胺可具有例如介于c6与c
25
之间的碳主链，并且是饱和的或不饱和的。
[0027]
在实施方式中，聚合物组合物通过挤压来制备。在具体实施方式中，聚合物组合物通过双螺杆挤出来制备。在光纤电缆的特定情境下，聚合物组合物可被挤出为光纤电缆的护套和/或光纤电缆的另一部件。
[0028]
在实施方式中，根据astm d4065通过动态力学分析(dma)在
‑
40℃下测量的弹性模量(替代地，储能模量)为至多1500mpa。在进一步实施方式中，通过dma在
‑
40℃下测量的弹性模量为至多1000mpa，并且在再一实施方式中，通过dma测量的
‑
40℃下的弹性模量为至多500mpa。在实施方式中，通过dma在
‑
40℃下测量的弹性模量在200mpa至1500mpa的范围内。此外，在实施方式中，从
‑
40℃到25℃测量的cte是至少120
×
10
‑6/k。在其他实施方式中，cte是至少140
×
10
‑6/k，并且在其他实施方式中，cte是至少160
×
10
‑6/k。在实施方式中，cte至多为300
×
10
‑6/k。更进一步地，在实施方式中，使用动态力学分析仪在
‑
40℃下测量的热收缩应力为至多4.0mpa。在其他实施方式中，
‑
40℃下的热收缩应力为至多3.0mpa，而在其他实施方式中，
‑
40℃下的热收缩应力为至多2.0mpa。
[0029]
实施例
[0030]
根据下表1中提供的组合物制备若干示例性聚合物组合物。c1和c2是比较例，e1
‑
e5是根据本公开的实施例。在表1中，lldpe对应于le8707(可从borealis ag，vienna，austria获得)，obc1对应于烯烃嵌段共聚物infuse
tm 9100，ldpe对应于agility
tm 1021，obc2对应于infuse
tm 9500，obc3对应于infuse
tm 9807(infuse
tm
和agility
tm
聚合物可从the dow chemical company,midland,michigan,usa获得)。obc1和obc2具有相同的密度0.877g/cm3，但obc2具有更高的熔融指数(5g/10min对1g/10min(190℃下2.16kg))。obc3具有低于obc1和obc2、为0.866g/cm3的密度，但obc3具有最高熔融指数(15g/10min)。
[0031]
表1.配方和性能聚合物组合物
[0032] 组合物重量比热收缩应力(mpa)c1lldpe100/04.85c2lldpe/sebs/黏土50/40/101.78e1lldpe/obc170/302.95e2lldpe/obc150/501.44e3lldpe/obc1/caco3母料40/40/201.56e4ldpe/obc230/700.97e5ldpe/obc350/501.79
[0033]
如表1所示，测量了每种组合物c1和c2以及e1至e5的热收缩应力。特别地，通过将
温度从35℃降低到
‑
40℃并在
‑
40℃下测量收缩应力，使用动态力学分析仪(dma)对夹在两个夹钳之间的挤压样品测量了热收缩应力。从表1中可看出，仅含有lldpe的c1表现出4.85mpa的收缩应力，这显著高于c2和e1至e5。c2是低cte配方，其具有低于2mpa的收缩应力，但如下所讨论，c2的弹性模量在
‑
40℃下远高于1500mpa。c2的cte在
‑
40℃至40℃的温度范围内也低于e1
‑
e5。对比e1和e2可看出，随着热塑性弹性体(obc1)量的增加，收缩应力减小；然而，e1和e2两者均低于4.0mpa的收缩应力。此外，如e3所示，聚烯烃和热塑性弹性体保持1:1的比例，但将20重量％的填料添加到母料。可看出，收缩应力仅从e2略微增加。e4和e5展示了含有另一种聚烯烃ldpe的组合物的收缩应力。与e1和e2一样，随着热塑性弹性体量的增加，收缩应力减小。
[0034]
c1、c2、e2和e3的弹性模量是使用dma获得的，并且在图1中针对
‑
40℃至80℃的温度范围示出。从图1中可看出，e2和e3的弹性模量在整个温度范围内比c1和c2平坦得多。特别地，c1的弹性模量随着温度降低而迅速增大。c2具有有些平坦的弹性模量，直到约
‑
20℃以下，弹性模量急剧增大。实际上，c2具有大约2000mpa的
‑
40℃下的弹性模量。相比之下，e2(无填料)和e3(有填料)具有在整个所描绘温度范围内均低于1000mpa的弹性模量。
[0035]
图2描绘了e3、c1和c2在
‑
40℃至40℃温度范围内测量的cte。可清楚地看出，在整个温度范围内，c2具有的cte远低于e3和c1，这就是实现表1中所示的低热收缩应力的方式。然而，e3能够实现比c2更低的热收缩应力，尽管其具有的cte与c1约相同。因此，图1和2展示了cte和弹性模量的相反性质以实现低(例如，小于4.0mpa)热收缩应力，如样品e3和c2所证明。图3描绘了e1至e3在
‑
40℃与70℃之间进行的cte测量。如基于图3的曲线图上所示的测量结果所计算，这三个样品从
‑
40℃到23℃的平均cte在约200
×
10
‑6/k至250
×
10
‑6/k的范围内。根据astm e831通过热机械分析(tma)来测量聚合物组合物的热膨胀行为。
[0036]
本文所公开的聚合物组合物可应用于多种情境。在图4所示的特定实施方式中，聚合物组合物用作电缆或电缆部件的护套。图4所示的电缆是光纤电缆20。电缆20包括电缆主体，所述主体被示出为电缆护套22、具有限定通道的内表面24，所述通道被示出为中心孔洞26。被示出为光纤28的多个通信元件位于孔洞26内。电缆20包括位于中心孔26内的多个纤芯元件。第一种类型的纤芯元件是光学传输纤芯元件，并且这些纤芯元件包括位于管内的光纤束28，所述管被示出为缓冲管30。缓冲管30围绕中心支撑件布置，所述中心支撑件被示出为中心加强构件34。中心加强构件34包括外涂覆层36。诸如防水障壁38的障壁材料围绕包裹的缓冲管30定位。被示出为撕裂绳(rip cord)39的易接近特征可位于电缆护套22内部，以促进对缓冲管30的接近。
[0037]
在一个实施方式中，聚合物组合物并入光纤电缆20的光纤电缆护套22中。在另一实施方式中，聚合物组合物用于向上涂覆中心加强构件34以形成外涂覆层36。例如，缓冲管30的数量的选择可限定由中心加强构件34和外涂覆层36填充/支撑的内部开放几何形状。为了降低光纤电缆20的成本，中心加强构件34可制成得尽可能薄，同时仍然为光纤电缆20提供必要支撑。通过在中心强化构件34上向上涂覆聚合物组合物，可用外涂覆层36填充内部开放几何结构的其余部分。以此方式，提供中心加强构件34和外涂覆层36的成本降低，因为用于形成外涂覆层36的当前公开的聚合物组合物在材料成本方面通常比中心加强构件34便宜。
[0038]
图5描绘了光纤电缆20'的另一实施方式的横截面，其是圆形引入电缆(即通向房
屋的架空、埋地或管道电缆)。光纤电缆20'包括容纳在缓冲管30内的光纤28。在所描绘实施方式中，仅单根光纤28容纳在缓冲管30中，但在其他实施方式中，缓冲管30中可容纳多于一根光纤28。缓冲管30被多根抗拉纱40包围，所述抗拉纱诸如芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)、乙烯三氟氯乙烯(ectfe)、聚苯并咪唑(pbi)、全氟烷氧基(pfa)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚苯硫醚(pps)、液晶聚合物(lcp)或聚亚苯基苯并双恶唑(pbo)。有利地，这些相对较软的抗拉纱40可代替常规使用的较硬的玻璃纱，以增强弯曲性能。围绕抗拉纱40设置的是电缆护套22。电缆护套22由本文所公开的聚合物组合物制成。如图5所示，接入特征39嵌入在电缆护套22中。图5还描绘了围绕电缆护套22挤出的任选外涂覆层42。在此类实施方式中，光纤电缆20'的任选外涂覆层42是一层lldpe、mdpe、hdpe等，其可用于在管道内部吹制电缆时降低所得电缆的摩擦系数。在此类实施方式中，外涂覆层42可比电缆护套22薄。
[0039]
而且，使用本文公开的聚合物组合物提供了若干优点。特别地，聚合物组合物可用于生产具有增强的热性能和降低的制造成本的光纤电缆。最终，将所公开聚合物组合物并入光纤电缆的各种部件中可帮助实现减小缓冲管尺寸、缩短绞距以及将电缆设计驱动到负载和低温下的并发性能极限的目标。
[0040]
此外，根据本文所公开的实施方式制成的聚合物组合物在用作光纤电缆的部件时提供了若干另外的优点。例如，聚合物组合物可帮助将光纤电缆的操作温度范围扩展到
‑
40℃或更低。而且，小于4.0mpa的较低热收缩应力可降低与聚合物组合物接触的光纤的衰减，所述衰减是由聚合物组合物在寒冷环境中的收缩引起的。另外，聚合物组合物可允许使用更小的缓冲管，从而产生更低的材料成本和更低的总体产品成本。如上所讨论，聚合物组合物可帮助减小中心强化构件的直径(并因此降低成本)。此外，由于通过使用所公开聚合物组合物生产更小的电缆尺寸的潜力，预期所得电缆在安装期间具有更好的吹制性能。
[0041]
除非另外明确说明，否则决不意图将本文陈述的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求项未实际叙述其步骤要遵循的顺序或在权利要求或描述中未另外具体陈述各步骤将限于特定顺序的情况下，决不意图推断任何特定顺序。此外，如本文所用，冠词“一种”旨在包括一种或多于一种的组分或元素，并且并不意图视为意指仅一种。
[0042]
对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离所公开实施方式的精神或范围的情况下进行各种修改和变型。由于本领域技术人员可想到并入所公开实施方式的精神和实质的实施方式的修改、组合、子组合和变型，因此所公开实施方式应视为包括所附权利要求及其等同物的范围内的所有变化。