微型光纤束单元及以其为基本结构的光缆 【技术领域】
本发明涉及一种微型光纤束的结构单元及以其为基本结构的光缆。
背景技术
按照光纤单元的构成形式，目前常用的光缆结构可有松套型和紧套型两类。松套型光缆中的光纤单元为由带有光纤二次涂层及着色层的单根光纤或由水平排列的单纤再附加基带涂层所形成的带状多纤结构。紧套型的光纤单元一般是在光纤上用聚氯乙烯、特殊聚烯烃材料、尼龙等工程材料挤出一定厚度的塑性材料组成的单纤结构，挤出后的单纤直径多为900μm，也有报道使用乙烯丙烯酸酯作为紧套层单纤结构的大直径光纤，其直径范围为400～600μm。目前各种形式的光缆都是以这种单纤为基本结构单元制造的。
研究发现，在某些特定设计中，上述形式的光纤单元并非是理想结构，导致了光缆外径偏大，制造工艺和工序复杂。例如，近期出现的一种8字型结构皮线光缆，其两端分别为GRP加强元件，中央为裸纤或紧套光纤。该结构耐侧压能力优良且具有适当的抗扭转强度，尺寸小，适合于入户的穿管。但该结构较适合于单芯或两芯类光纤芯数较小的单元，一旦光纤芯数增加，多芯光纤有可能和LSZH(低烟无卤聚烯烃阻燃)护套发生粘连，既增大了光纤的衰减，也增加了断纤几率。若全部使用紧套光缆，则将失去其光缆小尺寸的特点，而且在终端多纤的盘留和连接端头处理也会变得非常困难。
又如，在目前的中心束管型的室外光缆结构中，当光纤芯数超过12芯(国际规范的全色谱)时，一般采用束纤方法解决(即常规着色光纤通过不同颜色的细纱缠绕而成)，而束纤纱的张力大小、节距、每根光纤放线张力的大小都会影响光缆的生产。特别是光纤的放线张力不可避免地会存在偏差，从而会产生光纤束在二次套塑生产中的抛纤现象，累积后会导致光纤在套管中被折断形成短段造成损失。为避免其发生，一个简单的方法是放大套管内径，使其允许光纤有一定程度的弯曲，但这将丧失中心束管式光缆的低成本优势。而即使如此也仍会有小概率废品的可能。
层绞式光缆是现行室外光缆的主要应用形式，是一种多芯光缆，将多根着色光纤设置在不同颜色的套管中，通过套管给予光纤提供一定的保护，并以一定节距绞合在金属或非金属加强件上，用于提供室外光缆布放所需的机械强度，以及避免温度环境等变化对光缆的影响。但因其套管中必需要填充油膏，而这种触变性的油膏对施工及环境保护都有一定的负作用。全干式光缆是今后的发展趋势。现有的干套管技术主要有两种，一种是朝套管中吹阻水粉。在垂直布放的光缆(或有一定高差布放)中，其阻水粉会不断下移至光缆和光缆连接的接头盒中，一旦光缆出现破损，缺少阻水粉的套管难以保证良好的阻水性。另一种方法是在套管内与光纤平行放置阻水纱。此方法虽然可以有效地保证光缆的阻水要求，但是在光缆生产中阻水纱与光纤间的摩擦会增大光缆的衰减，降低了光缆的成品率。
公开号CN1460873A的中国专利文献公开了一种多芯集束型紧包光纤单元，由高分子光固化材料将多芯光纤紧密结合成所芯光纤束，在其外部再设置有护套。该结构仍是基于紧套光纤，或是基于紧套缆构成的微型光纤束单元，即仍囿于常规的紧“套”设计概念，认为无“套”不能达到“束”的作用。深入的研究和试验显示结果并非如此，且其外层“套”结构不仅增加了生产工序，降低了效率，还必然增大微型光纤束的外径尺寸，并进而增加光缆的外径，也难以达到提高缓冲外部压力作用的能力。因此作为光纤单元而言，在其外周设置的“套”结构实际并无任何积极意义。
【发明内容】
针对上述情况，本发明将提供一种微型光纤束单元，以及以该微型光纤束单元为基本结构的光缆。
本发明微型光纤束单元，是由至少2根分别包覆有二次涂层和着色外层的光纤以保持有间隙的集束状平行排布，并被UV固化材料封固成沿长度方向延伸的线型结构微型光纤束单元。线型结构微型光纤束单元中以集束状平行排布的所说光纤的数目，根据使用需要目前以采用为2、4或6根为佳。
经试验，上述微型光纤束单元中所说的以集束状平行排布的光纤的外侧边缘与线型结构微型光纤束单元外周缘间的最小距离最好以不小于50μm为佳，以达到兼顾生产操作、质量性能及经济性能等多方面的综合效果。试验显示，以上述的2芯微型光纤束单元为例，其外径尺寸可为600～900μm，最佳为700μm；4芯的微型光纤束单元外径尺寸可为700～1100μm，最佳为900μm；6芯的微型光纤束单元的外径尺寸可为950～1200μm，最佳为1000μm。
上述线型微型光纤束单元中的光纤为着色光纤，即在光纤表面应有厚度5～10μm的着色涂层，可以方便实际使用中的识别。在微型光纤束单元中，该成集束状设置的光纤又是被UV固化材料封固成一种紧套式的结构，因此封固光纤的该UV固化材料的固化度以低于各光纤着色外层的包覆固化度为宜，以方便光缆剥离施工中能通过单面刀片、MILLER钳等常规光纤剥离工具剥离相应光纤的操作。试验显示，通过降低UV固化材料的封固固化度，可以方便地将微型光纤束单元中的光纤剥离20厘米长，其长度足以供进行盘留和熔接操作的需要。
所说微型光纤束单元中的该UV固化材料可以为透明本色形式，也可以用着色剂使其具有不同的颜色，特别是在采用由多个该微型光纤束单元构成缆芯的光缆结构中，可方便对不同微型光纤束单元的区分、识别和操作，例对缆芯中白色4芯微型光纤束(单元)中的蓝色光纤，可称为白束-蓝纤而被识别和区分。
本发明上述结构形式的微型光纤束单元可以作为缆芯的基本结构，被用于目前多种不同结构形式光缆的制造。例如，以单根或多根所说的该线型结构微型光纤束单元作为缆芯，经依次包覆于其外的中间结构层(如常用的金属和/或非金属结构层)和/或外层护套结构，即可形成单根多芯或多根多芯光纤束单元紧套光缆，以代替目前常用的多芯紧套配线光缆。根据需要，在缆芯中或外层护套结构还可以按照目前的常规方式设置有同样也沿光缆长度方向延伸的各型加强元件。又如，在光纤套管内以两根或更多根本发明上述的线型结构微型光纤束单元为缆芯并填充相应的阻水油膏等材料，光纤套管外再包覆有阻水材料层、相应的中间结构层和外层护套结构，即可形成中心束管式光缆，其外层护套结构中同样也可还设置有沿光缆长度方向延伸的加强元件。将多根上述的线型结构微型光纤束单元与相应沿长度方向延伸的条状阻水材料按所需节距相互绞合成缆芯置于光纤套管内，即可形成目前常用的松套层绞式光缆。此外，以本发明上述的微型光纤束单元为基本结构，还可以制备出具有多级单元结构形式缆芯的多芯紧套式光缆。例如，可以先由上述集束状设置的所说线型结构微型光纤束单元和沿光缆长度方向延伸的第一级中心型加强元件及其外周包覆结构层构成紧束式二级结构单元，再由若干该二级结构单元与沿光缆长度方向延伸的第二级中心型加强元件构成束状缆芯，最后经外周包覆的含有金属或非金属结构的中间结构层及外层护套结构构成紧套式光缆。该缆芯中同样也可以还设置有以同样方式沿长度方向延伸的条状阻水材料。该多级单元结构形式的光缆可象目前光纤网络的城域网馈线段、主干层和汇聚层中使用的光纤带那样，同样具有如光纤敛集密度、外径小等各种优点，并具有相当的耐环境能力和力学强度，可以取代光纤网络中使用的该光纤带光缆。
由此可以理解，本发明上述形式的微型光纤束单元，不仅可以顺利解决目前光缆设计、生产中常遇到或难以解决的问题，而且可以作为基本结构单元而用于制造目前常用的各种松套型和紧套型光缆，且实质性地改进了现有光缆的结构设计，有利于在减小光缆的外径和/或重量的同时，成倍提高光缆中的光纤敛集密度，减少光缆的结构消耗，提高光缆的成品率，降低了光缆成本，适应和满足通讯业迅速发展的需要。
以下通过由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
【附图说明】
图1是本发明微型光纤束单元几种形式的结构示意图。
图2是本发明的一种中心束管式光缆的结构示意图。
图3是本发明的一种干式松套层绞光缆的结构示意图。
图4是本发明的一种单根多芯紧套光缆的结构示意图。
图5是本发明的一种多根多芯紧套配线光缆的结构示意图。
图6本发明的一种多芯紧套式轻铠光缆的结构示意图。
【具体实施方式】
图1是本发明的几种微型光纤束单元1的结构形式，图中的(a)、(b)和(c)分别为含有两根、四根和六根着色光纤2的微型光纤束单元。其中的每根着色光纤2外周分别包覆有二次涂层3和着色外层4。在微型光纤束单元中，各着色光纤2都是以保持有间隙方式的集束状平行排布，并由目前已有报道和使用的UV光固化材料5封固成沿长度方向延伸的线型结构微型光纤束单元，且其中呈集束状平行排布的着色光纤2的最外侧边缘与线型结构微型光纤束单元1外周缘间的最距离应≥50μm。
图2是一种中心束管式光缆的结构形式。被置于光纤套管9内的缆芯由图1所示的四个六芯结构的线型结构微型光纤束单元1组成，并填充有阻水油膏11。光纤套管9外还包覆有阻水材料层8、带平行双钢丝结构的钢-聚乙烯的中间结构层7及外层护套结构6，该外层护套结构6中还对称设置有两条同样沿光缆长度方向延伸的加强元件10。其中除该线型结构微型光纤束单元1外，所说的光纤套管9、阻水材料层8、金属或非金属的中间结构层7、外层护套结构6、加强元件10，以及阻水油膏11等，均为目前同类光缆中的常规材料和常规结构，并通过常规工艺过程实现。而目前市场上已有的采用四个六芯光纤束缆芯、光纤套管外被覆带平行双钢丝结构的钢-聚乙烯护套的同样形式中心束管式光缆，其整个光缆的尺寸为12.1毫米，重量为143千克/千米。采用图2所示的本发明的该同类光缆，其套管外径至少可以降低1毫米，这样即使其它尺寸不变，光缆的外径将降低到11.1毫米，光缆的重量也降低为110千克/千米。
图3是本发明的一种松套层绞式光缆的结构形式。由三组四芯形式的线型结构微型光纤束单元1，按照所需节距和与其间隔设置、同样沿长度方向延伸的三根阻水纱材料12绞合构成缆芯，再以常规方式在其外挤出一层塑料，形成圆形的光纤松套管9即成。由于该微型光纤束单元1中的光纤2不会与阻水纱材料12直接摩擦，光缆的成品合格率可比目前同类的松套层绞式光缆大为提高。
图4是本发明的一种的单根多芯紧套式光缆的结构。以一根四芯或六芯形式的线型结构微型光纤束单元1代替目前采用900μm的单根紧套光纤，其外再以常规方式依次包覆有芳纶纱等中间结构层7和外层护套结构6即可。其结构尺寸与目前同样采用单根紧套光纤的同类光缆比可几无变化，但光纤的敛集密度却可提高数倍，从而在不降低光缆性能的前提下，能大幅降低光缆的外径和重量，并减少了光器件配线单元的尺寸，降低了光缆成本。
图5是本发明的一种的多芯紧套式配线光缆的结构。图示的是一种24芯的配线光缆结构。缆芯为由六根四芯形式的多芯紧套光缆的子单元13与沿光缆长度方向延伸的非金属中心型加强元件10呈集束状排布构成，其外周按常规方式以紧套方式包覆有复合铝带等中间结构层7及外层护套结构6。所说该多芯紧套光缆子单元13为由一根四芯式的该线型结构微型光纤束单元1与同样沿光缆长度方向延伸的相应中心型加强元件绞合，并由相应的包覆结构层构成。与目前已有的相同芯数紧套多芯束状光缆比较，同样为24芯的紧套结构的光缆，如果采用900μm紧套光纤结构，则光缆外径为8.3毫米，重量为66KG/KM，其中光纤放线架需要24个，在设备要求和制造上都具有相当的难度。但采用图5所示的本发明该四芯线型结构微型光纤束单元1时则只需要六个光纤放线架(如果使用的是四个六芯形式的改微型光纤束单元1，则只需四个光纤放线架)即可满足要求，光缆外径为5.5毫米，重量30千克/公里左右，光缆原材料成本至少可减少一半。如果采用的是由目前普通单芯光缆所成的6芯配线光缆，则两者重量和外径虽相同、力学性能相当，但其光缆中的光纤数量则仅有采用本发明该微型光纤束单元1时的1/4。
图6是本发明的一种可取代目前光纤网络中使用的光纤带光缆的紧套式光缆结构。其缆芯由多级单元结构构成：由集束状设置的六个4芯形式的线型结构微型光纤束单元1缠绕在φ1.2毫米沿光缆长度方向延伸的第一级非金属中心型加强元件101上，及其外周外包裹的阻水带或不同颜色标识带等包覆结构层，形成外径约3.5毫米的紧套光缆二级结构子单元14；再由五个该二级结构子单元14绞合在同样沿光缆长度方向延伸的φ3.0毫米二级中心型加强元件10上构成缆芯，其外周以常规方式再依次包覆具有阻水功能的芳纶纱及铝-聚乙烯粘结护套等相应的中间结构层7和外层护套结构6，即成为一种多级结构形式的紧套式光缆。其缆芯中还可以设置以同样方式沿长度方向延伸的条状阻水材料12。该光缆的外径可为14.8毫米，可以取代目前采用四芯或六芯带层绞式的光缆(其对应外径为18毫米左右)。这种结构将减少二次套塑的生产工序，改变现有光缆生产的基本流程，从而大大减少光缆生产的设备投资。