водостойкий кабель

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический кабель, содержащий продольную полость, простирающуюся вдоль длины кабеля, по меньшей мере, одно оптическое волокно, размещенное внутри упомянутой продольной полости, причем упомянутая продольная полость дополнительно содержит твердый компактный элемент внутри себя, при этом упомянутый твердый компактный элемент содержит растворимый в воде полимерный материал, который при случайном поступлении воды в кабель способен образовывать водный раствор с предварительно определенной вязкостью с целью блокирования протекания воды на протяжении 10 м от точки поступления.

2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый твердый и компактный элемент содержит 30% по весу или более упомянутого растворимого в воде полимерного материала.

3. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый твердый и компактный элемент содержит 50% или более упомянутого растворимого в воде полимерного материала.

4. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый твердый и компактный элемент содержит более чем 75% по весу упомянутого растворимого в воде полимерного материала.

5. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый твердый компактный элемент представляет собой структурный элемент кабеля, способный вмещать и защищать по меньшей мере одно оптическое волокно, расположенное внутри упомянутой продольной полости.

6. Кабель по п. 5, отличающийся тем, что упомянутый структурный элемент является трубчатым элементом, а упомянутая продольная полость определена внутренним объемом упомянутого трубчатого элемента.

7. Кабель по п. 6, отличающийся тем, что упомянутый трубчатый элемент содержит двуслойную стенку, в которой внутренний слой выполнен из упомянутого растворимого в воде твердого материала, а наружный слой выполнен из обычного не растворимого в воде полимерного материала.

8. Кабель по п. 7, отличающийся тем, что упомянутый трубчатый элемент содержит третий наружный слой, выполненный из растворимого в воде твердого полимерного материала.

9. Кабель по п. 6, отличающийся тем, что упомянутый трубчатый элемент выполнен из единственной оболочки из упомянутого растворимого в воде твердого материала.

10. Кабель по п. 5, отличающийся тем, что упомянутый структурный элемент, способный вмещать по меньшей мере одно оптическое волокно, представляет собой имеющую канавки жилу, содержащую по меньшей мере одну канавку, продольно расположенную на наружной поверхности упомянутой жилы, а продольная полость определена внутренним объемом упомянутой канавки.

11. Кабель по п. 10, отличающийся тем, что по меньшей мере стенки упомянутой канавки сделаны из растворимого в воде твердого полимерного материала.

12. Кабель по п. 10, отличающийся тем, что упомянутая имеющая канавки жила выполнена полностью из упомянутого растворимого в воде твердого полимерного материала.

13. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что твердый компактный элемент, выполненный из растворимого в воде полимерного материала, представляет собой ленту.

14. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что растворимый в воде полимерный материал имеет растворимость в воде по меньшей мере 100г/л.

15. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый водный раствор имеет вязкость по меньшей мере 10⁴ сП (10 нсек/м²) при 20^oС.

16. Кабель по п. 14, отличающийся тем, что упомянутый водный раствор содержит количество растворимого в воде полимерного материала 100-250 г/л.

17. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что соотношение между поперечным сечением упомянутой полости и периметром упомянутого растворимого в воде элемента в соприкосновении с упомянутой полостью составляет меньше 0,5 мм.

18. Кабель по п. 17, отличающийся тем, что, когда растворимый в воде полимер образует водный раствор, имеющий вязкость по меньшей мере 10⁴ сП (10 нсек/м²) при контакте с водой, упомянутое соотношение составляет менее 0,4 мм.

19. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение твердого элемента, выполненное из растворимого в воде материала, составляет не менее 10% от свободного поперечного сечения полости, с которой связан упомянутый элемент.

20. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение твердого элемента, выполненного из растворимого в воде материала, составляет не менее 20% от свободного поперечного сечения полости, с которой связан упомянутый элемент.

21. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение твердого элемента, выполненного из растворимого в воде материала, составляет не менее 40% от свободного поперечного сечения полости, с которой связан упомянутый элемент.

22. Оптический кабель, содержащий по меньшей мере одну оболочку из полимерного материала, расположенную так, чтобы образовывать полость, и по меньшей мере один твердый элемент, смонтированный внутри указанной оболочки, отличающийся тем, что указанный твердый элемент выполнен из растворимого в воде полимерного материала, при наличии относительной влажности больше 75% вне этой полости, указанный полимерный материал способен разбухать под действием воды, обеспечивая относительную влажность внутри этой полости ниже 75% в течение предварительно определенного периода времени.

23. Кабель по п. 22, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде материал выбирают из полиакриламида, модифицированного поливинилового спирта, сополимеров винилового спирта/винилацетата, поливинилпирролидона и их смесей.

24. Кабель по п. 22, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде материал является сополимером винилового спирта/винилацетата, который может быть получен частичным гидролизом ацетатных групп гомополимера поливинилацетата.

25. Кабель по п. 24, отличающийся тем, что степень гидролиза ацетатных групп гомополимера поливинилацетата находится между 50 и 95%.

26. Кабель по п. 24, отличающийся тем, что упомянутый сополимер винилового спирта/винилацетата имеет коэффициент вязкости больше 5.

27. Кабель по п. 22, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде полимерный материал имеет разрушающую нагрузку больше 15 МПа и модуль упругости больше 200 МПа.

28. Оптический кабель, содержащий полость и твердый компактный элемент, связанный с этой полостью, отличающийся тем, что упомянутый твердый компактный элемент содержит растворимый в воде полимерный материал, и тем, что при наличии относительной влажности, по существу, меньше или равной 80%, упомянутый растворимый в воде полимерный материал поглощает количество воды меньше, чем 25% от количества воды, которое может быть поглощено растворимым в воде твердым материалом при условиях насыщения.

29. Кабель по п. 28, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде полимерный материал представляет собой способный разбухать под действием воды материал.

30. Кабель по п. 28, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде материал выбирают из полиакриламида, модифицированного поливинилового спирта, сополимеров винилового спирта/винилацетата, поливинилпирролидона и их смесей.

31. Кабель по п. 30, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде материал является сополимером винилового спирта/винилацетата, который может быть получен частичным гидролизом ацетатных групп гомополимера поливинилацетата.

32. Кабель по п. 31, отличающийся тем, что степень гидролиза ацетатных групп гомополимера поливинилацетата находится между 50 и 95%.

33. Кабель по п. 31, отличающийся тем, что упомянутый сополимер винилового спирта/винилацетата имеет коэффициент вязкости больше 5.

34. Кабель по п. 28, отличающийся тем, что упомянутый растворимый в воде полимерный материал имеет разрушающую нагрузку больше 15 МПа и модуль упругости больше приблизительно 200 МПа.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к кабелю, в частности волоконно-оптическому кабелю, который является устойчивым к радиальному проникновению и к продольному распространению воды.

Настоящее изобретение также касается способа сохранения высокого сопротивления прохождению воды как в жидком состоянии, так и в парообразном состоянии внутри кабелей, в частности волоконно-оптических кабелей.

Кабели и, в частности, волоконно-оптические кабели используются в условиях окружающей среды, они включают в себя контакт с водой как в жидкой форме, так и в форме пара.

Наличие молекул воды внутри оптических кабелей, и в особенности близко к оптическим волокнам, приводит к снижению пропускной способности волокон.

Упомянутое снижение пропускной способности волокон обусловлено, в частности, диффузией водяного пара через вторичное и первичное покрытия пастой на оптическом волокне и последующей конденсацией воды на границе раздела между пастой и вторичным покрытием и стеклом и первичным покрытием. Эта конденсация может приводить к локальному разъединению между пастой и вторичным покрытием или между стеклом и первичным покрытием, вызывая появление неравномерных механических напряжений ("микроизгибов"), которые могут вызывать затухание передаваемого сигнала.

Контакт оптических волокон с водой в жидком состоянии может происходить либо вследствие проникновения воды с плохо обернутого конца (во время хранения или укладки кабеля), либо вследствие случайного повреждения этой оболочки.

Наличие воды, в особенности воды в жидком состоянии, и возможности ее продольного распространения внутри кабелей также могут вызывать повреждение устройства, к которому подсоединены кабели. Следовательно, ввиду вышеупомянутого, преимущественно следует блокировать распространение воды и по возможности больше ограничивать длину кабеля, который после контакта с водой следует очищать.

Контакт оптических волокон внутри кабеля с водой в парообразном состоянии встречается, когда эта вода проникает сквозь слои, которые образуют оптический кабель, таким образом получая возможность попасть внутрь к тому месту, где расположены оптические волокна. Вплоть до весьма высоких значений относительной влажности (обычно приблизительно 75-80%) оптические волокна не имеют отрицательных последствий из-за наличия водяного пара и могут даже оставаться в таких условиях в течение нескольких лет. Выше этого порога высокая влажность в контакте с поверхностью оптических волокон может привести к недостаткам, подобным недостаткам, вызываемым контактом с водой в жидком состоянии (например, отслоению, локальному разделению между стеклом и покрытием и/или разделению между различными слоями покрытия, явлению микроизгибов), которые могут приводить к повышениям затухания. Наконец, длительный контакт воды (либо воды в жидком состоянии, либо воды в парообразном состоянии) с поверхностью волокна типа контакта, который происходит после расслоения между стеклом и первичным покрытием, может привести к снижению механической прочности стеклянной части волокна.

Диапазон решений в отношении ограничения или предотвращения попадания воды в кабели описан в прототипе.

Например, чтобы ограничить проникновение воды в жидком состоянии в волоконно-оптические кабели, известно применение введения наполнителя, блокирующего прохождение текучей среды, обычно консистентной смазки или полимеризованного масла, в структуру кабеля, с целью создания физического барьера прохождению воды в кабель. Эти наполнители, поскольку они не имеют каких-либо конкретных физико-химических взаимодействий с водой, также известны как "инертные блокирующие материалы".

Примеры этих инертных блокирующих наполнителей раскрыты в патентах ЕР 811864, США 5285513, США 5187763 и ЕР 541007.

Введение упомянутых инертных блокирующих наполнителей в структуру оптического кабеля во время изготовления часто является трудоемким, например, требуя обработку концов ("головок") этих кабелей, которые должны быть обмотаны таким образом, чтобы предотвратить какую-либо потерю наполнителя. Кроме того, во время монтажа и/или эксплуатации кабеля, чтобы обеспечить возможность осуществлять соединения между различными отрезками кабеля, необходимо вымывать блокирующий наполнитель из всех компонентов оптического кабеля, что может приводить к повреждению оптических волокон из-за воздействия растворителей и трения.

Другое известное решение в отношении ограничения поступления воды в оптические кабели предусматривает использование способных разбухать под действием воды материалов, то есть веществ, способных поглощать некоторое количество воды, вследствие чего увеличивая свой объем. В отличие от описанных выше материалов, эти материалы также известны как "активные блокирующие материалы".

Как правило, эти способные разбухать под действием воды материалы рассредотачиваются на опорах, сделанных из волокнистого пластмассового материала, например лентах или нитях, размещаемых близко к структурам кабеля, которые требуется защищать от контакта с водой.

Например, в патенте США 4867526 описан кабель, содержащий ленту, выполненную из нетканого материала (в частности, сложного полиэфира), пропитанного раствором водопоглощающего материала, в частности полиакриловой кислотой, сделанной нерастворимой с помощью структурирования, которая способна расширяться при контакте с водой.

В патенте США 5138685 описан кабель, содержащий слоистую ленту, состоящую из двух наложенных слоев из нетканого полимерного материала, между которыми помещается способный разбухать под действием воды материал в порошкообразной форме.

В патенте США 5642452 описан кабель, содержащий нити, пропитанные способным разбухать под действием воды материалом, в частности полиакриловой кислотой. Эти нити намотаны вокруг центрального армирующего элемента вместе с трубчатыми элементами, содержащими оптические волокна, которые заполнены обычным "инертным" блокирующим материалом. Согласно описанию, приведенному в этом патенте, такая конфигурация способна предотвращать продольное прохождение воды в звездообразных областях, образованных спиральной намоткой трубчатых элементов вокруг центрального элемента.

В патенте США 4767184 описан оптический кабель с имеющей канавки жилой, и в этих канавках размещаются несколько полос наложенных оптических волокон, каждая из которых покрыта пленкой полимера, содержащей способный разбухать под действием воды или набухающий материал. В сочетании с полосами оптических волокон, имеющих покрытие, содержащее способный разбухать под действием воды материал, можно использовать покрытие из того же материала, применяемое к жиле с канавками, в то время как в канавках, в которых отсутствуют полосы оптических волокон, необходимо использовать порошок, образованный из водопоглощающего материала.

В патенте Германии DE 1765647, касающемся обычных телекоммуникационных кабелей с металлическим проводником, раскрыт 4-проводный кабель, в котором жила кабеля и провода обернуты фольгой толщиной 100 мкм, сделанной из низкоомыленного высокополимеризированного поливинилового спирта.

Заявитель обнаружил, что если используются способные разбухать под действием воды волокнистые ленты, то во время изготовления кабеля необходимо включать дополнительную операцию обертывания. Кроме того, часто возникает проблема высвобождения способных разбухать под действием воды порошков, в результате чего получается, что, с одной стороны, эффект блокирования воды оказывается более низким, где это необходимо, и, с другой стороны, во время монтажа/эксплуатации структура кабеля должна быть без наличия этих порошков.

Более того, после завершения водопоглощающего эффекта известные способные разбухать под действием воды материалы ведут себя подобно инертным наполнителям, устанавливая простой физический барьер прохождению воды. Таким образом, необходимо обеспечить достаточное количество этих материалов в структуре кабеля, который требуется защитить. Однако в некоторых структурах оптического кабеля, например типа пластмассовых трубчатых элементов, содержащих свободно расположенные оптические волокна, количество подлежащего использованию материала является чрезмерным и неэкономичным, и, следовательно, в этих случаях используются обычные инертные блокирующие материалы. Также существует возможность, что нежелательное набухание этой способной разбухать под действием воды массы (даже при наличии небольшой величины относительной влажности) может вызвать явление затухания передаваемого сигнала вследствие неравномерного распределения давления на поверхность оптических волокон, даже при условиях, которые в ином случае не будут вредны для функционирования кабеля.

Кроме того, как обнаружил заявитель, оптические волокна в контакте с материалом в форме частиц с размером частиц больше приблизительно 1 мкм могут подвергаться явлению микроизгибов, в результате чего введение элементов типа полос или нитей, содержащих способные разбухать под действием воды порошки, в непосредственном контакте с волокнами представляет ощутимый риск увеличения затухания, даже независимо от наличия влаги.

В случае полос оптического волокна, покрытых пленкой из способного разбухать под действием воды материала, описанного в патенте США 4767184, заявитель обнаружил, что если используемые способные разбухать под действием воды материалы имеют тенденцию к набуханию, даже до очень незначительной степени, при наличии сравнительно низкой величины относительной влажности, которая сама по себе не будет вредной для оптических волокон, это набухание может привести либо к неравномерному распределению давления по волокну, покрытому этим материалом, либо к чрезмерному окружению оптического волокна, причем оба эти явления представляют недостатки, которые могут приводить к явлению затухания передаваемого сигнала.

Заявитель также обнаружил, что после расширения набухающий материал не способен правильно заполнять все пустоты внутри кабеля, особенно в случае, когда подлежащие заполнению пространства имеют весьма нерегулярную форму, например, типа звездообразных областей, образуемых намоткой оптических трубчатых элементов, пространств между оптическими волокнами и т.п. Таким образом, остается опасность, что в этих местах, даже после того, как связанный с ними набухающий материал достигнет максимальной возможной степени расширения, в структуре кабеля останутся каналы, хотя и меньшего размера, через которые свободно может протекать вода.

Кроме того, полное набухание способных разбухать под действием воды материалов обычно требует некоторого количества времени, в течение которого поток воды полностью не блокируется, и это может привести к повреждению значительной длины кабеля от продольного проникновения воды, особенно в случае, когда пустая часть включенной полости большая.

И наконец, любое из вышеупомянутых решений, применяемых на практике в известной технике, подразумевает введение в структуру кабеля дополнительного элемента (типа порошков, лент, фольги и т.д.). Это обычно приводит к введению дополнительных этапов в процесс изготовления кабеля, а также к возможным громоздким операциям во время соединения концов кабеля и/или восстановления поврежденных участков упомянутого кабеля.

В соответствии с настоящим изобретением было определено, что кабель, который не имеет элементов жидкого или порошкового типа для блокирования протекания воды, можно изготовить путем объединения полостей, имеющихся в этом кабеле, с твердым материалом, способным растворяться в проникающей воде, для образования с этой водой раствора, который является достаточно вязким, чтобы блокировать или по меньшей мере значительно препятствовать этому протеканию воды. В частности, упомянутый твердый материал может быть благоприятно сформирован в конструктивный элемент оптического кабеля типа трубки или жилы с прорезями, подходящий для вмещения и защиты оптических волокон.

Таким образом, один аспект настоящего изобретения касается волоконно-оптического кабеля, содержащего продольную полость, простирающуюся вдоль длины кабеля, по меньшей мере одно оптическое волокно, расположенное внутри упомянутой полости, и твердый и компактный элемент, связанный с этой полостью, отличающегося тем, что упомянутый твердый и компактный элемент содержит растворимый в воде полимерный материал, который, после случайного попадания воды в кабель, способен образовывать водный раствор с заранее определенной вязкостью, чтобы блокировать протекание воды в пределах 10 м от точки поступления воды. Этот твердый и компактный элемент предпочтительно содержит приблизительно 30% или больше, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 50%, упомянутого растворимого в воде полимерного материала. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления этот твердый и компактный элемент составляет более приблизительно 75% упомянутого растворимого в воде полимерного материала.

Упомянутый водный раствор предпочтительно имеет вязкость, составляющую по меньшей мере приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²) при 20^oС.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутый твердый и компактный элемент представляет собой структурный элемент кабеля, способный вмещать и защищать, по меньшей мере, одно оптическое волокно, расположенное внутри упомянутой продольной полости. Согласно предпочтительному варианту осуществления, упомянутый твердый и компактный элемент, содержащий по меньшей мере одно оптическое волокно, представляет собой трубчатый элемент, а упомянутая продольная полость определяется внутренним объемом упомянутого трубчатого элемента. Упомянутый трубчатый элемент предпочтительно содержит двухслойную стенку, в которой внутренний слой сделан из упомянутого растворимого в воде твердого материала, а наружный слой сделан из обычного нерастворимого в воде полимерного материала. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, упомянутый трубчатый элемент содержит третий наружный слой, сделанный из растворимого в воде твердого материала. Согласно альтернативному варианту осуществления, упомянутый трубчатый элемент изготовлен из единственной оболочки, сделанной из упомянутого растворимого в воде твердого материала.

Согласно альтернативному варианту осуществления, упомянутый структурный элемент, способный вмещать, по меньшей мере, одно оптическое волокно, представляет собой имеющую канавки жилу, содержащую, по меньшей мере, одну канавку, расположенную в продольном направлении на наружной поверхности упомянутой жилы, а продольная полость определяется внутренним объемом внутри упомянутой канавки. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, стенки упомянутой канавки сделаны из растворимого в воде твердого полимерного материала. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления упомянутая имеющая канавки жила сделана полностью из упомянутого растворимого в воде твердого полимерного материала.

Согласно другому альтернативному варианту осуществления, элемент, сделанный из растворимого в воде твердого материала, включенный в кабель, в соответствии с настоящим изобретением является лентой.

В соответствии еще с одним аспектом кабель по настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, одну оболочку из полимерного материала, расположенную так, чтобы образовывать упомянутую полость, и, по меньшей мере, один твердый элемент из растворимого в воде полимерного материала, размещенный внутри этой оболочки, отличающийся тем, что при наличии относительной влажности больше приблизительно 75% снаружи этой полости относительная влажность внутри этой полости сохраняется ниже приблизительно 75% в течение предварительно определенного периода времени. Упомянутый заранее определенный период времени предпочтительно составляет, по меньшей мере, двадцать лет.

Дополнительный предпочтительный аспект настоящего изобретения касается определяемого выше кабеля, отличающегося тем, что при наличии относительной влажности, по существу меньшей или равной приблизительно 80%, упомянутый растворимый в воде полимерный материал поглощает количество воды меньше приблизительно 25% от количества воды, которая может быть поглощена растворимым в воде твердым материалом при условии насыщения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, соотношение между поперечным сечением упомянутой полости и частью периметра этой полости, ограниченной вышеупомянутым твердым элементом, сделанным из растворимого в воде материала, меньше приблизительно 0,5 мм. Когда вязкость упомянутого водного раствора предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²), соотношение между поперечным сечением упомянутой полости и частью периметра этой полости, ограниченной упомянутым твердым элементом, сделанным из растворимого в воде материала, предпочтительно составляет меньше приблизительно 0,4 мм.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, поперечное сечение твердого элемента, сделанного из растворимого в воде материала, составляет не менее 10% свободного поперечного сечения полости, с которой связан упомянутый элемент, это поперечное сечение предпочтительно составляет по меньшей мере 20%, в особенности приблизительно до 40% от упомянутого свободного поперечного сечения.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления кабель по настоящему изобретению отличается тем, что растворимый в воде полимерный материал, связанный с полостью упомянутого кабеля, также способен разбухать под действием воды. Этот материал предпочтительно разбухает, по меньшей мере, приблизительно на 5% относительно первоначального объема, когда оказывается в контакте с водой в течение приблизительно четырех минут.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, растворимый в воде полимерный материал твердого элемента, связанного с продольной полостью, имеет растворимость в воде, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 100 г/л. Упомянутый материал предпочтительно способен образовывать водный раствор с вязкостью, по меньшей мере, приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²) при 20^oС. Упомянутый водный раствор предпочтительно содержит полимерный материал в количестве между приблизительно 100 г/л и приблизительно 250 г/л.

Упомянутый растворимый в воде полимерный материал, содержащийся в соответствующем настоящему изобретению кабеле, предпочтительно имеет разрушающую нагрузку больше приблизительно 15 МПа и модуль упругости больше приблизительно 100 МПа.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, упомянутый растворимый в воде полимерный материал, содержащийся в кабеле, в соответствии с настоящим изобретением выбирают из группы, состоящей из полиакриламида, модифицированного поливинилового спирта, сополимеров винилового спирта/винилацетата и поливинилпирролидона и их смесей. Этот материал предпочтительно представляет собой сополимер винилового спирта/винилацетата.

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления, упомянутый сополимер может быть получен частичным гидролизом ацетатных групп поливинилацетата гомополимера. Степень гидролиза ацетатных групп поливинилацетата гомополимера предпочтительно находится между приблизительно 50% и приблизительно 95%, еще более предпочтительно между приблизительно 70% и приблизительно 90%.

Благоприятно, что упомянутый сополимер винилового спирта/винилацетата имеет коэффициент вязкости выше приблизительно 5. Коэффициент вязкости сополимера предпочтительно составляет величину между приблизительно 8 и приблизительно 40, причем наиболее предпочтительными являются сополимеры винилового спирта/винилацетата с коэффициентом вязкости между приблизительно 10 и приблизительно 30.

Для целей настоящего изобретения выражение "твердый, компактный элемент" относится к элементу, состоящему из материала или смеси материалов, которая, при рабочих температурах кабеля (и при почти полном отсутствии воды), не является жидкой, волокнистой или порошкообразной и имеет механические свойства типа модуля упругости, разрушающей нагрузки, относительного удлинения при разрыве и т.п., которые являются подобными свойствам обычных полимерных материалов, используемых для изготовления конструктивных элементов кабеля, например, таких как жилы, оболочки или трубчатые элементы, содержащие оптические волокна. Термин "обычные материалы" относится в настоящем описании к материалу, который обычно используется в технике для производства вышеупомянутых конструктивных элементов и содержит в пределах своего значения, хотя и не ограничиваясь этим, полимерные материалы типа полиолефинов, например полиэтилена (ПЭ) (высокой, средней и низкой плотности ПЭ), полипропилена (ПП) или сополимеров этилена-пропилена (СЭП), полибутилентерефталата (ПБТ), поливинилхлорида (ПВХ) или полиамидов (ПА).

Выражение "твердый элемент, содержащий больше, чем приблизительно 75% растворимого в воде полимерного материала" предназначено для обозначения, что этот твердый элемент сделан в основном из растворимого в воде полимерного материала с необязательным дополнением других незначительных компонентов, например, типа наполнителей, пластификаторов, пигментов, красителей, агентов обработки, биоцидов или стабилизаторов, представленных в количестве меньше приблизительно 25% по весу, предпочтительно меньше приблизительно 10%.

В настоящем описании термин "материал блокирования воды", или "свойства блокирования воды", обычно предназначен для обозначения материала, способного блокировать продольное распространение воды внутри кабеля в пределах предварительно определенной длины этого кабеля. Эта длина предпочтительно меньше или равна 10 метрам.

Термин "водопоглошающий материал" предназначен для обозначения материала, который имеет тенденцию поглощать воду из окружающей среды.

В настоящем описании термин "способный разбухать под действием воды" или "набухающий" материал предназначен для обозначения водопоглощающего материала, который, при размещении его в контакте с водой, увеличивается в объеме после поглощения данного количества воды, хотя остается в твердом состоянии. Это увеличение в объеме зависит от типа материала, времени контакта этого материала с водой и количества поглощенной воды. Это определение включает в себя материалы, которые, при контакте с водой, демонстрируют увеличение объема, по меньшей мере, на 5% относительно первоначального объема, вплоть до увеличения больше, чем на 100% относительно первоначального объема для веществ с особенно высоким водопоглощением.

Термин "растворимый в воде материал" предназначен для обозначения, что блокирующий воду материал, используемый в кабеле в соответствии с настоящим изобретением, способен, по меньшей мере, частично растворяться при контакте с водой, образуя водный раствор с вязкостью предварительно определенной величины. В частности, вязкость раствора, который образуется, будет такой, что он препятствует протеканию упомянутого раствора в кабеле. Этот раствор предпочтительно имеет такую вязкость, что по существу блокирует протекание воды, которая проникла в полость, на расстояние меньше, чем приблизительно десять метров, от точки поступления упомянутой воды.

Лучше понять настоящее изобретение можно из последующего подробного описания относительно прилагаемых чертежей, на которых:

фиг. 1 представляет схематический вид в поперечном разрезе примера соответствующего изобретению волоконно-оптического кабеля такого типа, который содержит трубчатый элемент с центральной опорой;

фиг. 2 представляет вид в поперечном разрезе трубчатого элемента соответствующего изобретению кабеля с двухслойным покрытием, содержащим оптические волокна;

фиг. 3 представляет тот же самый вид в поперечном разрезе трубчатого элемента, как на фиг.2, после поступления воды;

фиг.4 представляет схематический вид в поперечном разрезе другого примера волоконно-оптического кабеля в соответствии с изобретением, имеющего жилу с канавками;

фиг. 4а представляет альтернативный вариант осуществления кабеля, показанного на фиг.4;

фиг. 5 представляет график вязкости растворимого в воде полимера в функции его концентрации в водном растворе.

Кабель типа так называемого трубчатого элемента (в особенности типа свободной трубки), как представлено на фиг.1, имеет в самом внутреннем в радиальном направлении положении поддерживающий элемент, содержащий усиливающий элемент, обычно сделанный из стеклополимера 5, покрытого слоем 6 полимера до данного диаметра.

Кабель имеет один или больше трубчатых элементов или трубок 7, навитых вокруг поддерживающего элемента 5 и вокруг его покрывающего слоя 6, внутри которых размещены оптические волокна 3, расположенные по отдельности или собранные в связки, ленты, мини-трубки (то есть микрооболочку, окружающую связку оптических волокон) и т.п.

Количество присутствующих трубчатых элементов (которые также могут быть расположены на нескольких слоях) и размеры этих трубчатых элементов зависят от предполагаемой пропускной способности кабеля, а также от условий использования этого кабеля.

Например, предусмотрены кабели только с одним трубчатым элементом (и в этом случае центральный элемент 5 и его покрытие 6 отсутствуют), и предусмотрены кабели с шестью, восемью или более трубчатыми элементами, навитыми одним или более слоями (например, до 24 трубчатых элементов, связываемых на двух слоях).

Трубчатые элементы 7, в свою очередь, удерживаются вместе в охватывающем слое 8, образованном, например, путем обертывания, и предпочтительно объединяются с усиливающим элементом 9, например, слоем волокон кевлар (Kevlar) или стеклянной пряжей, размер которой зависит от требований механической прочности кабеля,

Две разделяющие оболочку мононити 1), расположенные продольно относительно кабеля, могут быть включены внутрь усиливающего слоя 9.

Наконец, кабель содержит защитную внешнюю оболочку 11, сделанную обычно из полиэтилена. Относительно определенных требований, также могут присутствовать дополнительные защитные слои, например металлические слои, либо внутри, либо снаружи описанной структуры.

В соответствии с одним иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения в кабеле с описанной выше структурой трубчатые элементы 7 можно делать с двухслойной стенкой, в которой внутренний слой 7b сделан из твердого материала со свойствами блокирования воды, а наружный слой 7а сделан из обычного материала типа полибутилентерефталата (ПБТ), полипропилена (ПП), полиэтилена (ПЭ) или сополимера этилена и пропилена (СЭП).

На фиг.2 показан трубчатый элемент 7 с двухслойной стенкой (изготовленный, например, путем совместной экструзии), самый наружный слой 7а которой сделан из обычного полимерного материала (например, ПЭ, ПП, СЭП или ПБТ), тогда как самый внутренний слой 7b сделан из твердого растворимого в воде полимерного материала. Пространство внутри трубки, не заполненное оптическими волокнами, обычно бывает пустым.

Внутри трубчатого элемента располагают одно или более оптических волокон (3), обычно свободно, раздельно или собранными в форме волоконных лент, мини-трубок или аналогичных элементов.

Материал, формирующий внутренний слой 7b трубчатого элемента, представляет собой твердый экструдируемый материал с механическими свойствами, более или менее подобными механическим свойствам наружного слоя 7а, так что толщина всего трубчатого элемента предпочтительно не отличается от типичной толщины трубчатого элемента с единственным обычным слоем.

Как правило, трубчатый элемент, например, с наружным диаметром 3 мм может иметь стенку с общей толщиной приблизительно 0,6-0,7 мм, разделенной почти на равные части между внутренним растворимым в воде слоем 7b и внешним обычным слоем 7а.

При случайном попадании воды растворимый в воде полимерный материал внутреннего слоя 7b двухслойного трубчатого элемента растворяется, по меньшей мере, частично в проникающей воде, начиная от исходного местоположения (представленного на чертеже пунктирной линией), как показано на фиг.3, образуя вязкий раствор 4, который перемещается между волокнами, таким образом заполняя свободные пространства (обычно с очертанием неправильной формы), независимо от их формы, до тех пор, пока не будет поглощено все свободное поперечное сечение трубчатого элемента.

Благодаря соответствующему выбору свойств растворимого в воде материала слоя 7b, таким способом образованный водный раствор имеет вязкость, которая является достаточно высокой, чтобы препятствовать последующему распространению воды вдоль кабеля, пока это распространение не будет блокировано в пределах нескольких метров от точки проникновения воды.

Таким образом, без введения в трубчатый элемент дополнительных материалов типа порошков, блокирующих текучих сред и т.п., которые могут вызывать, между прочим, существенное увеличение веса кабеля, образуется блокировка распространения воды, которая случайно проникла в кабель.

В дополнение к свободному поперечному сечению внутри трубчатых элементов 7, описанная выше структура кабеля содержит области 8а снаружи трубчатых элементов, обычно описываемые как звездообразные области, через которые может проходить вода, которая случайно проникла в кабель.

Согласно настоящему изобретению, слой 6 полимера для покрытия центрального элемента 5 преимущественно выполнен, полностью или в наружных слоях, из твердого растворимого в воде материала, который обладает упомянутыми выше свойствами.

Этот слой 6 покрытия может быть выполнен либо с помощью экструдирования (совместной экструзией в случае, где обеспечивается более внутренний слой обычного типа и более внешний слой из твердого блокирующего воду полимерного материала), либо посредством применения компактной ленты (продольной или спиралевидной) из твердого, полимерного блокирующего воду материала поверх центрального элемента 5 (который необязательно может быть уже частично покрыт).

Там, где это является подходящим, также можно предусмотреть, чтобы наружный слой трубчатых элементов 7 был из блокирующего воду материала или, в качестве альтернативы, весь трубчатый элемент был сделан из блокирующего воду материала.

Если требуется, то охватывающий слой 8 согласно настоящему изобретению можно делать (полностью или частично) путем обертывания компактной лентой из твердого, блокирующего воду полимерного материала или, в качестве альтернативы, экструдированным слоем из такого же материала.

Наличие слоев из твердого, растворимого в воде полимерного материала в слоях 6 и 8 и размер упомянутого твердого, растворимого в воде полимерного материала, представленного в этих слоях, определяются наличием свободных поперечных сечений (например, звездообразных областей 8а, упомянутых выше) и требованиями блокирования протекания воды в кабеле в более или менее узких местах.

В свою очередь, усиливающий слой 9 может содержать нити или стержни из твердого, растворимого в воде полимерного материала упомянутого выше типа.

Кроме того или в качестве альтернативы стержням или нитям, которые могут быть включены в усиливающий слой 9, внешняя оболочка 11 может быть образована из двух слоев, содержащих внутренний слой 11а, сделанный из твердого, растворимого в воде материала.

Основываясь на упомянутых выше принципах, настоящее изобретение также можно применять к кабелю с имеющей канавки жилой.

Кабель с имеющей канавки жилой, как показано на фиг.4, имеет, в самом внутреннем в радиальном направлении положении, усиливающий элемент 12, сделанный, например, из стеклополимера, на котором имеется жила 13 с канавками (которую обычно экструдируют), образованная в соответствии с изобретением из твердого, растворимого в воде материала. Канавки 14 проходят по непрерывной спирали или по чередующемуся s-z пути полностью вдоль всей наружной поверхности упомянутой жилы, с целью размещения в них оптических волокон 3; аналогично упомянутому выше способу оптические волокна 3 можно располагать по отдельности или собирать в виде лент, мини-трубок и т.п. на дне канавок, свободно (то есть с избытком длины) или с натяжением.

Согласно альтернативному варианту осуществления, упомянутую жилу с канавками можно делать только частично из растворимого в воде полимерного материала, как показано на фиг.4а. В этом случае изготавливают двухслойную жилу с канавками (например, путем двойного экструдирования или совместного экструдирования слоев из двух полимеров), в которой внутренняя часть 13а жилы сделана из обычного полимерного материала (например, ПЭ или ПП), а внешняя часть с канавками 13b сделана из соответствующего изобретению растворимого в воде материала.

В качестве альтернативы, имеющая канавки жила 13 может быть сделана полностью из обычного материала типа ПЭ или ПП. В этом случае в канавках можно размещать специальные U-образные элементы 15, сделанные из растворимого в воде материала, причем здесь можно, например, выполнять совместное экструдирование элементов и жилы с канавками или изготавливать элементы отдельно и впоследствии вставлять их в канавки.

Например, имеющая канавки жила может иметь диаметр между 4 и 12 мм и может содержать от 1 до 10 канавок в зависимости от пропускной способности требуемого кабеля. Размеры самих канавок определяются количеством имеющихся в них волокон (которые могут быть собраны в виде волоконных лент) и степенью свободы, предусмотренной для этих волокон.

Затем имеющую канавки жилу 13 покрывают слоем 16 полимера, предпочтительно состоящего из твердого, растворимого в воде материала, который закрывает канавки; это покрытие можно делать либо в форме экструдированной оболочки, либо в виде продольного или спиралеобразного обертывания.

Этот слой, в свою очередь, может быть окружен дополнительной усиливающей лентой 17, сделанной, например, из сложного полиэфира, и затем окружен усиливающим слоем или армированием, сделанным, например, из кевлара 18, который может включать мононити или стержни, выполненные из твердого, растворимого в воде материала.

Дополнительное обертывание 19, сделанное, например, из сложного полиэфира, окружает армирование 18 и само окружено внешней оболочкой 21, изготавливаемой обычно из полиэтилена; слой твердого, растворимого в воде материала 20 можно располагать под внешней оболочкой 21 и во всех зонах, в которые предположительно может проникнуть вода.

Как упомянуто выше, для целей настоящего изобретения твердый и компактный элемент, содержащий твердый, растворимый в воде материал, должен быть таким, чтобы при рабочих температурах кабеля (и при реальном отсутствии воды) он не был текучим, волокнистым или порошкообразным и имел механические свойства типа модуля упругости, разрушающей нагрузки, относительного удлинения при разрыве и т.п., сравнимые со свойствами материалов, используемых для изготовления элементов кабеля. В соответствии с этим элементы оптического кабеля, выполненные из упомянутого материала, могут предпочтительно заменять один или более структурных элементов оптического кабеля (например, закрывающую оболочку, трубки, имеющие канавки жилы и т.д.), которые, как правило, изготавливают из обычных полимерных материалов. В то же самое время свойства растворимости в воде этого материала должны быть такими, чтобы образовывать водный раствор достаточной вязкости для блокирования протекания воды при предусмотренных условиях. В частности, изложенные выше свойства также могут быть такими в предпочтительном случае, в котором упомянутый твердый элемент сделан по существу (то есть больше, чем приблизительно на 75%) из растворимого в воде полимерного материала.

Кроме того, растворимый в воде материал в соответствии с изобретением предпочтительно должен быть легко экструдируемым в один из вышеупомянутых твердых и компактных элементов.

Твердый и компактный элемент, связанный с продольной полостью, внутри которой требуется блокировать протекание воды, содержит по меньшей мере 30% по весу и предпочтительно, по меньшей мере, 50% по весу растворимого в воде полимерного материала. Этот твердый элемент с функцией блокирования воды, таким образом, может содержать помимо вышеупомянутого растворимого в воде полимерного материала другие материалы, которые можно благоприятно смешивать с этим растворимым в воде полимером, например, типа других совместимых полимерных материалов или обычных полимерных добавок, таких как наполнители, например углеродная сажа, или неорганические наполнители (например, карбонат кальция или гидроокись магния), стабилизаторы, пигменты или красители и пластификаторы. Согласно предпочтительному варианту осуществления, этот твердый и компактный элемент состоит по существу, то есть больше, чем приблизительно на 75% по весу, из растворимого в воде полимерного материала, остальная часть состава представлена обычными добавками для полимерных составов. По меньшей мере, 5% общего веса состава предпочтительно составляет пластификатор.

Заявитель обнаружил, что в кабеле по настоящему изобретению, когда вязкость раствора, образованного из растворимого в воде материала, увеличивается, возможно увеличение размеров полости, внутри которой должно происходить блокирование воды и/или снижение времени, затрачиваемого на блокирование этого протекания воды.

В частности, заявитель обнаружил, что для достаточного блокирования протекания воды особенно выгодно использовать полимерный растворимый в воде материал, который образует водные растворы, достигающие значений вязкости приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²), измеряемых при температуре 20^oС вискозиметром с падающим шариком Хопплера, предпочтительно между 10⁴ и 10⁵ сП (10-10² нсек/м²).

С этой целью необходимо достаточное количество растворимого в воде материала слоя 2, чтобы он растворялся в воде и чтобы образованный таким образом раствор имел требуемую вязкость.

Во время испытаний распространения воды вдоль трубчатых элементов, содержащих оптические волокна, состоящие из различных блокирующих воду и растворимых в воде материалов, соответствующих изобретению, в случае растворимых в воде полимеров, которые образуют растворы с вязкостями приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²), обнаружили, что для блокирования распространения в пределах первых десяти метров трубчатых элементов (и в течение нескольких минут) соотношение между поперечным сечением полости, доступной для просачивания текучей среды (в мм²), и частью его периметра, состоящего из растворимого в воде материала (в мм) (оба измеряются в отсутствие воды), должно быть меньше или равняться приблизительно 0,3 мм.

В случае растворов с вязкостью приблизительно 10⁵ сП (10² нсек/м²) это соотношение может увеличиваться до приблизительно 0,4-0,5 мм.

Преимущественно, что для достижения требуемых значений вязкости используются полимерные материалы, водные растворы которых имеют вязкость приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²) при концентрациях между приблизительно 100 г/л и приблизительно 250 г/л, измеряемых при температуре 20^oС, предпочтительно между приблизительно 120 г/л и приблизительно 200 г/л, и особенно предпочтительными являются материалы, которые образуют растворы с вязкостями приблизительно 10⁴ сП при концентрациях между приблизительно 130 г/л и 180 г/л.

С целью осуществления настоящего изобретения, таким образом, предпочтительными являются растворимые в воде полимерные материалы, которые имеют растворимость в воде при температуре 20^oС, составляющую, по меньшей мере, 100 г/л, предпочтительно, по меньшей мере, 200 г/л, материалы с растворимостью приблизительно 300 г/л или больше являются особенно предпочтительными.

Кроме того, заявитель обнаружил, что часть воды, которая взаимодействует с растворимым в воде полимером, образуя раствор требуемой вязкости, включается в упомянутый полимер, вызывая частичное набухание этого полимера. Как правило, наблюдали, что, в обычных пределах времени для блокирования или существенного замедления протекания воды, эти растворимые в воде полимеры могут поглощать от приблизительно 10% до приблизительно 25% по весу воды с итоговым набуханием примерно на 5-10% от их первоначального объема. Это набухание полимера, хотя ограниченное, все же может приводить к снижению поперечного сечения для протекания воды, таким образом делая более легким образование высоковязкого раствора полимера для блокирования потока. После этого дополнительный контакт полимера с присутствующей водой может приводить к дальнейшему набуханию полимера, таким образом дополнительно ограничивая поперечное сечение для протекания воды, вследствие чего повышая эффективность блокирования раствором полимера. Среди растворимых в воде полимерных материалов, которые можно благоприятно использовать в кабеле в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительными являются, таким образом, материалы со свойствами способности разбухать под действием воды, то есть способные к включению некоторого количества воды в них, давая приемлемое набухание в пределах требуемых периодов времени, обычно, по меньшей мере, 5% после приблизительно 4 минут контакта с водой, эти материалы, таким образом, оказываются способными вносить вклад в блокирование протекания воды раствором полимера.

Ввиду вышеизложенных наблюдений, при использовании твердого элемента, состоящего по существу из растворимого в воде полимерного материала, и полагая, что этот полимерный материал весь растворяется в проникающей воде, можно рассчитать, что количество материала, имеющегося на единицу длины, должно быть таким, чтобы он занимал по меньшей мере приблизительно 10% свободного поперечного сечения полости, через которую может протекать вода, чтобы образовать раствор с концентрацией, которая является достаточной для получения требуемой вязкости. Например, в случае трубчатого элемента с внутренним диаметром, равным приблизительно 2 мм (поперечное сечение приблизительно 3,14 мм²), можно использовать такое количество растворимого в воде материала, чтобы он занимал поперечное сечение, по меньшей мере, приблизительно на 0,314 мм². Затем этот материал можно размещать внутри полости, например, в виде твердой мононити диаметром 0,63 мм или в виде размещаемой полимерной пленки, размещаемой предпочтительно экструдированием на внутренней поверхности трубчатого элемента толщиной приблизительно до 0,05 мм. Если одно или больше оптических волокон находятся внутри трубчатого элемента, свободное внутреннее поперечное сечение этого трубчатого элемента будет меньше, таким образом делая возможным дополнительное ограничение количества подлежащего использованию растворимого в воде материала.

С другой стороны, поскольку в некоторых случаях для достижения желательной вязкости может требоваться концентрация материала до 250 г/л, может оказаться предпочтительным увеличить количество растворимого в воде материала на единицу длины кабеля. Как правило, таким образом благоприятно можно использовать такое количество растворимого в воде материала, которое занимает, по меньшей мере, приблизительно 20% свободного поперечного сечения полости, в которой может течь вода, до количества, которое занимает приблизительно 40% свободного поперечного сечения. Можно предусматривать дальнейшее увеличение количества растворимого в воде материала для определенных конструкций кабеля, в которых требуется большее количество блокирующего воду материала.

Кроме того, заявитель обнаружил, что ряд блокирующих воду материалов, выбранных для изготовления кабеля в соответствии с настоящим изобретением, образует водный раствор, который по существу увеличивает его вязкость с течением времени, пока не образуется гель, который дополнительно вносит вклад в сохранение условия блокирования воды с течением времени.

Заявитель обнаружил, что с целью получения требуемой растворимости для растворимого в воде полимера предпочитают, чтобы он не был структурирован таким образом, чтобы различные макромолекулы были относительно независимы друг от друга, с целью обеспечения возможности воде растворять достаточные количества полимерного материала.

Среди твердых, растворимых в воде материалов, которые можно использовать в кабеле согласно настоящему изобретению, предпочтительными являются материалы, которые, до сравнительно высоких значений относительной влажности (ОВ), обычно составляющей приблизительно 75-80%, поглощают только умеренные количества воды, обычно меньше приблизительно 25% по весу от количества, которое может быть поглощено материалом при условиях насыщения (ОВ=100%).

Например, размещенные в атмосфере приблизительно при 75% ОВ материалы, используемые в соответствующем изобретению кабеле, демонстрируют увеличение веса (благодаря поглощению воды) приблизительно на 10% даже после испытания в течение более 1000 часов. При размещении в атмосфере со значением ОВ, составляющем 100%, те же самые материалы демонстрируют увеличение веса приблизительно на 30% по весу после испытания только в течение приблизительно 100 часов, достигая увеличения больше, чем на 60% после испытания в течение приблизительно 800 часов.

Это свойство материала особенно выгодно, поскольку когда оптические волокна относительно малочувствительны к наличию водяного пара до значений относительной влажности меньше приблизительно 75-80%, ниже этих значений для растворимого в воде материала выгодно, чтобы он оставался более или менее неизменяемым.

То, что материал является фактически малочувствительным при таких сравнительно низких значениях относительной влажности, обеспечивает лучшую технологичность и меньше проблем хранения конечного продукта, поскольку нет необходимости защищать его от влажности окружающей среды, которая обычно составляет меньше 75%.

Кроме того, благодаря этому свойству, материал остается почти полностью способным блокировать воду в случае поступления воды в жидком состоянии или увеличения относительной влажности за пределы критического порога без излишнего взаимодействия какой-либо части этого материала с водой в парообразном состоянии ниже критического порога относительной влажности или даже ненужного набухания, приводящего к какому-либо нежелательному сжатию оптических волокон.

Кроме того, заявитель обнаружил, что среди блокирующих воду и растворимых в воде материалов, которые можно использовать в кабеле согласно настоящему изобретению, особенно выгодно использовать материалы, которые, при размещении в оболочке, содержащей оптические волокна, обеспечивают эту оболочку гигроскопичностью. Причина этого заключается в том, что когда внешняя окружающая среда структуры кабеля, в которой размещены оптические волокна (например, трубчатый элемент из пластмассового материала), превышает критический порог (75-80%) относительной влажности, материал, согласно настоящему изобретению размещенный внутри структуры кабеля в соответствующем количестве, способен поддерживать, вокруг оптических волокон, значения относительной влажности, которые меньше критических значений.

Например, когда обычные трубчатые элементы для содержания оптических волокон, выполненные, например, из полибутилентерефталата (ПБТ), полипропилена (ПП) или полиэтилена (ПЭ), находятся в атмосфере с высокой относительной влажностью (например, 95%), внешняя влажность имеет тенденцию проникать к центру этих трубчатых элементов, в которых размещены оптические волокна; при этих условиях внутри трубчатых элементов в течение нескольких месяцев достигаются значения относительной влажности более 80% с возможностью возникновения упомянутых выше недостатков.

Если, с другой стороны, такой охватывающий трубчатый элемент имеет в соответствии с настоящим изобретением двухслойную структуру, в которой наружный слой сделан из обычного полимерного материала, а внутренний слой сделан из водопоглощающего материала с упомянутыми свойствами, то определили, что относительная влажность внутри трубчатого элемента повышается значительно медленнее, чем в случае трубчатого элемента, сделанного полностью из обычного материала.

Более того, если этот трубчатый элемент, в свою очередь, содержится в контейнерной оболочке, сделанной из полимера обычного типа, относительная влажность внутри трубки может оставаться ниже критического порога в течение целых 20-25 лет, которые соответствуют ожидаемому среднему сроку службы оптического кабеля.

Также нашли подобное поведение, если трубчатый элемент, содержащий оптические волокна, состоит из единственного слоя растворимого в воде материала, и трубчатый элемент, в свою очередь, заключен в контейнерную оболочку, сделанную из обычного полимерного материала.

Наличие внутри структуры кабеля дополнительных элементов, сделанных по существу из растворимого в воде материала по изобретению, например, типа промежуточных лент или мононитей (или других элементов, описанных более подробно в приведенном ниже описании), может дополнительно увеличивать время, необходимое для достижения критического порога относительной влажности.

В соответствии с настоящим изобретением полимеры, которые можно благоприятно использовать в качестве блокирующих воду материалов, обычно представляют собой полимеры, которые являются твердыми при комнатной температуре (или при рабочих температурах кабеля), которые можно экструдировать или обрабатывать каким-либо другим способом, способные растворяться в воде, образуя раствор достаточной вязкости. Эти материалы предпочтительно демонстрируют пониженное поглощение воды при наличии значений относительной влажности меньше, чем приблизительно 75-80%, и/или имеют гигроскопические свойства относительно полости, в которой они содержатся или с которой они связаны.

Эти полимеры обычно содержат в своей структуре одну или более гидрофильные группы такого типа, как упомянуто ниже:

- гидроксильная группа (-ОН)

- группа простых эфиров (-СОС-)

- группа сложных эфиров (-СО-O-)

- аминогруппа (-NН₂)

- карбоксильная группа (-СООН)

- амидная группа (-CO-NH-).

Примерами этих полимеров являются полиакриловая кислота, полиакриламид, сополимеры полиакриламида/акриловой кислоты, метакриловая кислота, поливинилпирролидон и полимеры, производные от поливинилового спирта, типа превращенных в сложные и простые эфиры сополимеров поливинилового спирта и, в частности, сополимеров винилового спирта/винилацетата.

Среди вышеупомянутых материалов предпочтительным является использование полиакриламидов, модифицированного поливинилового спирта, сополимеров винилового спирта/винилацетата или поливинилпирролидона.

Термин "модифицированный поливиниловый спирт" включает в себя, но не ограничен ими, нижеприведенные полимеры, полученные посредством:

a) частичной этерификации поливинилового спирта (например, эпоксидированием, путем введения групп типа -(СН₂СН₂-О-)_n-ОН) в цепь гомополимера ПВА (поливинилацетата);

b) частичной этерификации групп спиртов (точно так же, подходящий гомополимер сложного полиэфира можно гидролизовать для введения в него гидроксильных функций)

или

c) блокирования сополимеризации, таким образом получая, например, поли(виниловый спирт-со-полиэтиленоксид) из винилацетата, простой эфир монометила полиоксиметилена и используя диизоцианат или диэпоксид в качестве удлинителя цепей.

Для целей настоящего изобретения особенно предпочтителен сополимер винилового спирта/винилацетата (далее называемый сополимером ВС-ВАС), который может быть получен частичным гидролизом ацетатных групп гомополимера поливинилацетата (ПВАс).

В частности, степень гидролиза гомополимера ПВАс находится между приблизительно 50% и приблизительно 95%, предпочтительно между приблизительно 70% и приблизительно 90%.

Что касается степени гидролиза сополимера, то заявитель обнаружил, что для нулевой степени гидролиза (то есть для гомополимера поливинилацетата) растворимость в воде является очень умеренной, равной приблизительно 0,01 г/л при температуре 20^oС.

При увеличении степени гидролиза гидрофильные свойства материала увеличиваются, наряду с его растворимостью, до приблизительно 300 г/л для степени гидролиза, составляющей приблизительно 88%. Однако заявитель отмечает, что дальнейшие повышения степени гидролиза приводят к соответствующему снижению растворимости материала в воде. Фактически, в случае полного гидролиза ацетатных групп полученный гомополимер поливинилового спирта имеет чрезвычайно низкую растворимость (1,43 г/л при температуре 20^oС), даже если материал все еще высокогидрофильный.

Таким образом, для целей настоящего изобретения предпочитают использовать сополимер ВС-ВАС со степенью гидролиза, которая является неполной, чтобы гарантировать хорошую растворимость этого полимера в воде, и которая является достаточно высокой, чтобы гидрофильные свойства полимера оказались достаточными для гарантирования адекватной степени взаимодействия с водой.

Кроме того, заявитель обнаружил, что помимо степени гидролиза гомополимера ПВАс одной переменной, способной влиять на свойства блокирования воды материала, является молекулярный вес сополимера ВС-ВАС, в особенности коэффициент вязкости полимера.

Коэффициент вязкости полимера определяется здесь как отношение между вязкостью водного 4% раствора полимера (измеряемой при температуре 20^oС вискозиметром с падающим шариком Хопплера) и вязкостью воды (измеряемой при температуре 20^oС вискозиметром с падающим шариком Хопплера); для одинаковой степени гидролиза полимера этот коэффициент вязкости пропорционален молекулярному весу полимера. Как правило, для одинакового коэффициента вязкости, по мере увеличения степени гидролиза сополимера ВС-ВАС его молекулярный вес уменьшается.

Фактически заявитель обнаружил, что сополимеры ВС-ВАС с низкими коэффициентами вязкости реагируют быстрее в присутствии воды, поглощая большие количества воды и набухая быстрее, чем сополимеры с более высоким молекулярным весом.

Кроме того, также наблюдали, что водные растворы полимеров со слишком низким коэффициентом вязкости быстро не достигают достаточной вязкости, благодаря которой эффективно блокируется продольное распространение воды. Согласно заявленному техническому решению, это возможно вследствие того, что хотя эти сополимеры имеют относительно высокую растворимость в воде (в некоторых случаях даже выше, чем растворимость полимеров с аналогичной степенью гидролиза и более высокой ММ (молекулярной массой)), для достижения требуемой вязкости концентрация полимера в растворе должна быть достаточно высокой, обычно по меньшей мере 30% по весу. Таким образом, увеличенное количество полимера, который должен быть растворен, включает повышение времени для образования раствора, имеющего требуемую вязкость, и, следовательно, увеличение длины кабеля, на которую воздействует продвижение воды, прежде чем она будет блокирована.

Заявитель также обнаружил, что если коэффициент вязкости используемого полимера слишком низкий, то при наличии значений относительной влажности меньше 75-80% поверхность этого полимера может покрываться липким слоем, вызванным частичным поглощением воды. Липкость этой поверхности обычно нежелательна, поскольку помимо проблем, связанных с трудностью манипулирования этим материалом при таких условиях, любой контакт этой поверхности с оптическими волокнами может приводить к явлениям затухания.

С другой стороны, заявитель обнаружил, что сополимеры ВС-ВАС с достаточно высоким коэффициентом вязкости способны относительно быстро образовывать раствор с достаточно высокой концентрацией (например, между 10% и 20% по весу), имеющий вязкость, необходимую для блокирования протекания воды в пределах требуемых периодов времени.

Однако, более того, при наличии относительной влажности ниже 75-80% эти сополимеры, как можно обнаружить, не демонстрируют каких-либо явлений поверхностной клейкости, вызываемой частичным поглощением воды, в случае сополимеров низкого молекулярного веса.

Однако сополимеры ВС-ВАС с чрезмерно высоким коэффициентом вязкости могут иметь чрезмерно низкую скорость растворения в контакте с водой, в результате чего до блокирования вода может протекать на слишком большие расстояния (например, много метров) внутри кабеля.

Таким образом, заявитель нашел, что для целей настоящего изобретения особенно подходящими являются сополимеры винилового спирта/винилацетата с коэффициентом вязкости больше приблизительно 5. Коэффициент вязкости сополимера находится предпочтительно между приблизительно 8 и приблизительно 40, однако более предпочтительными все же являются сополимеры винилового спирта/винилацетата с коэффициентом вязкости между приблизительно 10 и приблизительно 30. Можно благоприятно использовать смеси сополимеров с различными молекулярными весами, с целью объединения определенных выгодных воздействий каждого сополимера.

Примерами имеющихся в продаже материалов с требуемыми свойствами являются материалы, продаваемые под торговыми наименованиями Mowiol (Hoechst AG), Gohsenol (Nippon Gohsei), Elvanol (Du Рont) или Airvol (Air Products).

Для оценки растворимого в воде полимерного материала, который можно использовать в кабеле согласно настоящему изобретению, заявитель разработал два простых экспериментальных теста.

Первый тест заключается в изготовлении, путем экструдирования, трубчатого элемента с наружным диаметром 3 мм, с двойным слоем покрытия и содержащего 11 оптических волокон диаметром 250 мкм, состоящего из наружного слоя полиэтилена толщиной приблизительно 0,35 мм и внутреннего слоя растворимого в воде полимерного материала толщиной приблизительно 0,3 мм. Этот трубчатый элемент соединен с резервуаром воды, расположенным под высотой напора 1 метра воды. Заявитель обнаружил, что растворимыми в воде полимерными материалами, которые особенно подходят для изготовления кабеля в соответствии с изобретением, являются материалы, способные блокировать протекание воды в пределах 10 метров от точки проникновения.

Согласно второму тесту, формуют пластины из растворимого в воде материала (размером приблизительно 20301 мм) и погружают в воду объемом приблизительно 1 литр на определенный период времени. После соприкосновения с водой часть полимерного материала растворяется и переносится в раствор, часть материала образует высоковязкий раствор на поверхности пластин, а некоторая часть материала остается в твердом состоянии, частично набухая после поглощения воды. Затем пластины удаляют из воды и осторожно стряхивают для удаления поверхностной воды. Вязкий раствор с поверхности удаляют, например, используя шпатель, и измеряют его вязкость. Заявитель установил, что особенно подходящими полимерными материалами являются материалы, способные образовывать, на поверхности этих пластин, раствор с вязкостью приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²) или больше после нахождения в воде в течение приблизительно четырех минут.

Растворимый в воде полимерный материал можно использовать многими различными способами в различных компонентах, которые образуют структуру кабелей, чтобы оптимизировать эффект блокирования воды.

Помимо использования растворимого в воде материала для изготовления участков или замены структурных элементов кабеля, чтобы придать эти свойства блокирования просачивания воды кабелю без увеличения его веса, как описано выше, можно использовать свойства растворимого в воде материала, являющиеся эффективными в блокировании проникновения воды даже в полости нерегулярной формы, без введения текучей среды, липкого или порошкообразного материалов в кабель, путем введения дополнительных элементов, сделанных из этого же материала.

Например, можно подготовить тонкие мононити из растворимого в воде материала (например, диаметром 0,5 мм), вокруг которых навиты связки оптических волокон или которые навиты вместе со связками вокруг центральной опоры, или, в качестве альтернативы, подходящих стержней соответствующих размеров, подлежащих размещению в звездообразных областях 8а или в канавках 14 во время конструирования кабеля.

Кроме того, также можно делать оптические кабели с другими конфигурациями, например типа кабеля с мини-трубкой, в котором два или больше оптических волокон содержатся в микрооболочке (толщиной приблизительно 0,07-0,15 мм), которая может быть благоприятно образована из растворимого в воде материала согласно изобретению, причем ряд таких мини-трубок, в свою очередь, размещен в буферной трубке большего диаметра. Кроме того, также можно изготавливать кабели с так называемой плотной жилой, в которых оптические волокна включены в полимерную жилу, где жила частично или полностью сделана из растворимого в воде материала.

Особенно выгодно делать оболочку оптических волокон из растворимого в воде материала так, чтобы растворение этого материала приводило его в контакт с оптическими волокнами, таким образом блокируя протекание воды вдоль полости, в которой эти волокна размещены.

Такая структура делает возможным создавать кабель, который является более или менее свободным от обычных блокирующих материалов, состоящих из жирного или маслянистого, или порошкообразного материала в контакте с волокнами.

Однако, что касается определенных структурных и рабочих свойств, в соответствии с настоящим изобретением также можно объединить части кабеля, образованные из растворимого в воде материала или покрытые им, с другими частями, включающими в себя блокирующую консистентную смазку или ленту, содержащую способный разбухать под действием воды порошок.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, вязкий раствор, образующийся вследствие случайного поступления воды в кабель, заполняет промежуточные пространства, таким образом блокируя поток, не подвергая волокна каким-либо значительным механическим напряжениям.

Это обеспечивает возможность кабелю, при случайном поступлении воды, тем не менее оставаться функциональным, не создавая какие-либо особые недостатки в виде затухания сигнала, вследствие чего позволяя проводить его ремонт значительно позже.

Изготовление различных упомянутых выше элементов, сделанных или введенных из растворимого в воде материала, можно выполнять в соответствии с известными способами, предпочтительно посредством экструдирования.

В частности, материал можно либо экструдировать непосредственно в виде части структуры кабеля (например одно-, двух- и трехслойных трубчатых элементов для содержания оптических волокон, внутреннего слоя оболочки, охватывающей кабель, экструдированного покрытия имеющей канавки жилы) или в виде отдельного элемента, который впоследствии вставляется в структуру кабеля (например, мононитей, подлежащих обматыванию оптическими волокнами, стержней, подлежащих обматыванию трубками, лент и т.д.).

Для этой цели предпочитают добавлять к этому материалу некоторое количество пластификатора, с целью улучшения его обрабатываемости и его заключительной гибкости. Количество пластификатора может находиться в пределах от приблизительно 1% до приблизительно 30% по весу блокирующего воду материала, предпочтительно от приблизительно 5% до приблизительно 25% с особенно предпочтительным количеством, приблизительно равным 15-20% по весу. Примерами подходящих материалов, которые можно использовать в качестве пластификаторов, являются глицерин, сорбит, триметилолпропан, полигликоль с низким молекулярным весом, типа полиэтиленгликоля (например, ди- или триэтиленгликоль), пентаэритрит, неопентилгликоль, триэтаноламин, оксиэтилированные (oxyethylated) фосфорные сложные эфиры и вода.

Кроме того, заявитель обнаружил, что наличие пластификатора, в частности глицерина, предпочтительно в показанных выше количествах, способно повышать водопоглощательную способность растворимого в воде материала.

Механические свойства растворимого в воде полимерного материала (типа, например, модуля упругости, разрушающей нагрузки, относительного удлинения при разрыве и т.д.) выбирают в зависимости от конкретного использования элемента внутри структуры кабеля. Эти свойства можно получить путем соответственного выбора материала с требуемыми свойствами или, например, соответственного изменения количества пластификатора, добавляемого к полимерному материалу, с целью изменения его механических свойств в соответствии с конкретными требованиями.

Например, поскольку полимерный материал можно использовать для изготовления всей стенки трубчатого элемента контейнера оптических волокон или замены части толщины этой стенки, или, в качестве альтернативы, компактной ленты обертывания или других компонентов структуры кабеля, упомянутый материал может предпочтительно иметь механические свойства, подобные свойствам обычных материалов (ПБТ, ПП, ПЭ), используемых для изготовления этих элементов, чтобы выдержать типичные напряжения, которым подвергаются эти элементы.

Пример 1

Поглощение воды в парообразном состоянии

При использовании сополимеров ВС-ВАС, продаваемых под торговой маркой Mowiol (Hoechst AG), были подготовлены 10 пластин толщиной 1 мм. В таблице 1 приведены коэффициенты вязкости и степень гидролиза используемых полимеров и содержание пластификатора в смеси.

Взвешенные образцы с габаритами 20701 мм, которые подвергались тестированию на водопоглощение, были получены из пластин, кондиционируемых в течение 7 дней при условиях окружающей среды (при температуре 20^oС, относительной влажности 40%).

Тестирование было проведено в соответствии со способом, предписанным ASTM D 570 (Американский стандартный метод испытания), с тем отличием, что образцы вместо погружения в воду, как указано в этом стандарте, были подвержены воздействию атмосферы с управляемой относительной влажностью (ОВ) 100% (значение, считающееся вредным для оптических волокон) в одном случае и 75% (значение, не считающееся вредным) в другом случае. Результаты приведены в таблице 1а.

Из этих данных видно, что тестируемые материалы демонстрируют ограниченное водопоглощение до 75% ОВ, в то время как это поглощение значительно увеличивается при 100% ОВ.

Также было замечено, что с увеличением коэффициента вязкости поглощающая способность полимера возрастает; кроме того, обнаружили, что количество поглощенной воды (как при насыщении, так и при 75% ОВ) увеличивается в присутствии глицерина в качестве пластификатора.

Пример 2

Измерение гигроскопических способностей

Одна пластина была отформована из гранул коммерческого сополимера ВС-ВАС, гидролизованного до 80%, от компании Aldrich (Олдрич) и с коэффициентом вязкости, равным приблизительно 25, и 1 пластина была отформована из полиэтилена средней плотности (ПЭСП), обе толщиной приблизительно 0,2 мм.

Из пластины ПЭСП были получены два диска, имеющих рабочую поверхность 16 см², которые использовались для закрывания, посредством подходящей арматуры, открытых отверстий двух ячеек 30 см³ для испытания водопроницаемости в соответствии с ASTM E96, модифицированных путем введения в каждую ячейку панаметрического (Panametrics) датчика с гибридной головкой для измерения относительной влажности (чувствительность приблизительно 2 мВ/%ОВ) и введения проводов для этого датчика через герметичный паз.

Ячейки были собраны в защитной камере с перчатками, заполненными сухим воздухом (OВ<1%). Одна из них, которая служила в качестве эталона, была пустой и содержала только датчик, другая также содержала, наряду с датчиком, часть приблизительно из 1 г сополимера ВС-ВАС. Это количество пропорционально содержанию, предусмотренному в типичном кабеле в соответствии с изобретением, содержащем двухслойный трубчатый элемент (наружный слой из 0,2 мм ПЭ и внутренний слой из 0,15 мм блокирующего воду сополимера) и полоску блокирующего воду сополимера толщиной приблизительно 0,15 мм для общего количества приблизительно 30 г/м растворимого в воде материала.

Собранные ячейки с датчиками, снабжаемыми электроэнергией и подсоединенными к устройству регистрации данных, затем были извлечены из защитной камеры с перчатками и помещены в герметичный контейнер, в котором поддерживалась относительная влажность 100%.

Результаты приведены в таблице 2.

Из этих данных видно, что после проникновения воды через диски ПЭСП относительная влажность в двух ячейках увеличилась через некоторое время от начального значения приблизительно 7%.

Однако при использовании ячейки, содержащей сополимер ВС-ВАС в предусмотренной пропорции, значение относительной влажности медленно повышается до 60% после 6500 часов, в то время как в случае пустой ячейки оно увеличивается быстрее, пока не превысит, по истечении 2000 часов, опасный порог относительной влажности 80% и достигает 100% приблизительно через 5500 часов.

На основании изменения кривой для ячейки, содержащей растворимый в воде сополимер, было установлено, что после 20 лет относительная влажность достигнет значения приблизительно 75%.

На основании полученных экспериментальных результатов полагают, что это испытание является истинным представлением ситуации для кабеля с коэффициентом ускорения 10 из-за уменьшенной толщины (0,2 мм вместо обычных 2 мм) внешней оболочки ПЭСП.

Таким образом, из этого тестирования можно считать, что в диэлектрическом кабеле, содержащем элементы, выполненные из твердого, растворимого в воде материала в количестве приблизительно 30 г/м, погруженном в воду при температуре окружающего воздуха, внутренняя относительная влажность после приблизительно 9 лет все еще составляет 60% и достигает 75% только после 20 лет, в то время как в случае идентичного кабеля традиционного типа относительная влажность превышает критический порог 80% уже после 3 лет.

Пример 3

Способность блокирования проникновения воды в трубки

Используя коммерческий сополимер ВС-ВАС Mowiol, был приготовлен ряд смесей в смесителе для сухих продуктов, с помощью которых трубчатые двухслойные элементы были экструдированы в конфигурацию на фиг.1 с внутренним диаметром 1,7 мм и наружным диаметром 3,0 мм, средняя толщина сополимера ВС-ВАС составляла 0,3 мм в качестве внутреннего слоя, остальная часть была сделана из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и содержала 11 оптических волокон.

Затем трубчатые элементы были подвергнуты испытанию продольного проникновения воды.

Тестирование было выполнено в соответствии со способом, предусмотренным в стандарте EIA/TIA-455-82B, с разницей, заключающейся в том, что длина используемого трубчатого элемента составляла 10 м.

Полученные результаты (в среднем 3 испытания) представлены в таблице 3.

Затем были повторены три тестирования на проникновение на трубчатом элементе согласно смеси 3а, дающие среднее значение 3,75 м, которое хорошо согласуется с вышеупомянутыми тестированиями.

Тестирования подтвердили, что двухслойные трубчатые элементы без блокирующего материала, используя сополимер ВС-ВАС в качестве твердого, растворимого в воде материала для внутренней части (в частности, с коэффициентом вязкости, превышающим 3), способны препятствовать продольному распространению воды при случайном ее попадании, блокируя это распространение на протяжении нескольких метров от точки входа.

Пример 4

Способность сохранять пропускную способность в случае попадания воды

Был подготовлен двухслойный трубчатый элемент, как описано в примере 3, используя материал 3а таблицы 1 в качестве внутреннего слоя. Пять метров этого трубчатого элемента, содержащего 12 оптических волокон, были размещены в беспорядке и положены горизонтально на полку камеры искусственного климата. Один конец трубчатого элемента был подсоединен, посредством герметичного соединения, к 1 м стеклянной пипетке, которая вначале была пустой, размещенной вертикально снаружи камеры искусственного климата.

12 оптических волокон были пропущены сквозь пипетку.

Затем каждое волокно было приварено, снаружи пипетки, на одном конце к отрезку подсоединенного оптического волокна и подсоединено посредством этой разводки к источнику света СИД (светоизлучающих диодов) Fujikura FLU-312, в то время как другой конец был соединен с одним из входов датчика оптической мощности Fujikura FPM-Gol, который снабжал энергией измеритель оптической мощности Fujikura FPM-01.

По волокну направляли свет на длине волны 1550 нм, и эта длина волны является длиной волны, на которой волокна особенно чувствительны к напряжениям микроизгибов.

После завершения сборки и стабилизирования отсчетов на всех оптических волокнах отсчет установили на нуль так, что, начиная с этого момента, каждый канал обеспечил разность между мгновенной мощностью, передаваемой волокном, и начальным значением в момент времени установки на нуль.

В этот момент при температуре 20^oС пипетку заполняли водой, сохраняя постоянный напор на уровне 1 м относительно плоскости, на которой лежит находящийся в беспорядке трубчатый элемент. После достижения остановки протекания воды (впоследствии было обнаружено, что это происходило в среднем на расстоянии 3,75 м трубчатого элемента) начиналась регистрация изменений в передаваемой мощности, при ступенчатом изменении температуры каждые 20-24 часа.

Минимальная температура, достигнутая во время эксперимента, была равна -40^oС.

Полученные значения затухания в виде среднего значения трех повторенных испытаний на 4 волокнах приведены в таблице 4.

Как можно заметить, действие растворимого в воде материала на проникновение воды в кабель не вызывает больших изменений в затухании, даже при наличии больших изменений температуры.

Следовательно, система может сохраняться в нормальном эксплуатационном режиме даже после случайного проникновения воды и, только когда удобно так делать, после локализации момента поступления воды, например, посредством точного измерения затухания, необходимый ремонт и/или замены могут быть проведены, например, через несколько месяцев.

Пример 5

Способность блокирования просачивания воды в кабеле

Это тестирование состояло в воздействии на волоконно-оптический кабель постоянного напора одного метра воды по всей секции кабеля, соответствующего давлению 0,1 бара (10⁴ Па), и в измерении времени, занимаемого фронтом воды для прибытия в местоположение полной остановки внутри кабеля.

Волоконно-оптический кабель, используемый в этом тестировании, по существу имел структуру, представленную на фиг.3, и, в частности, состоял из:

- центральной опоры 5 из стеклополимера диаметром 3 мм;

- ленты из сополимера ВС-ВАС шириной 13 мм и толщиной 0,3 мм, навитой спиралью с перекрытием приблизительно 50% вокруг опоры, для образования покрытия 6;

- семи трубчатых элементов 7 с наружным диаметром 3 мм, навитых спиралью вокруг этой обернутой опоры, причем эти трубчатые элементы состояли из двойного слоя, где внутренний слой сделан из сополимера ВС-ВАС, имеющего толщину 0,35 мм, в то время как наружный слой сделан из полиэтилена низкой плотности, имеющего толщину 0,4 мм;

- 11 оптических волокон диаметром приблизительно 250 мкм, размещенных свободно внутри каждого трубчатого элемента;

- второй ленты из сополимера ВС-ВАС шириной 14 мм, толщиной 0,35 мм, навитых в виде спирали с перекрытием приблизительно 50% вокруг группы трубчатых элементов, с целью образования обертывания 8;

- внешней оболочки 11 из полиэтилена низкий плотности толщиной приблизительно 1 мм.

В отличие от кабеля, показанного на фиг.3, усиливающего слоя или армирования 9 не было.

Сополимер ВС-ВАС (Mowiol, Hoechst AG), используемый для изготовления различных элементов упомянутого выше кабеля, имеет коэффициент вязкости 10, степень гидролиза 74 и пластифицирован 5% глицерином, и обозначен в таблице 1 позицией 3а.

Стеклянная колонка длиной один метр была заполнена водой, содержащей краситель (синий метилен), для обеспечения возможности различать фронт текучей среды внутри кабеля и была соединена с одним концом кабеля, как описано выше.

Тестирование было проведено на кабеле длиной 6 м при температуре окружающего воздуха.

Таблица 5 демонстрирует длину кабеля, через которую проходит фронт текучей среды, и время, затрачиваемое на это перемещение.

Как показано в таблице 5, кабель был способен (только через 24 часа) блокировать продвижение текучей среды в пределах его длины меньше 3 м от точки инфильтрации этой жидкости.

Пример 6

Свойства растворимости материалов

Чтобы оценить растворимые в воде полимерные материалы, были сформованы две пластины с размерами приблизительно 20301 мм, используя материал 3а для первой пластины и материала 1b для второй пластины (см. таблицу 1 в отношении характеристик материалов). Эти пластины, которые были предварительно взвешены, погрузили в испытательные контейнеры, заполненные одним литром воды, при температуре 25^oС на 4 минуты.

Извлеченные из воды образцы встряхнули, чтобы избавиться от большей части жидкости, и немедленно взвесили.

Затем взвешенные таким образом образцы очистили с помощью шпателя, чтобы устранить вязкий раствор, прилипший к поверхности, и взвесили повторно.

Очищенные и взвешенные образцы поместили в печь для сушки. После сушки был получен заключительный сухой вес (масса) исследуемого образца.

Шпатели и стеклянную посуду, используемые для удаления вязкого раствора с каждого образца, тщательно промыли водой, и эту воду собрали и высушили в печи. В конце был получен вес сухого остатка, то есть полимера, присутствующего в вязком растворе в контакте с пластиной.

На основании проведенных измерений нашли, что после погружения в воду на 4 минуты исследуемый образец материала 3а показал концентрацию полимера в вязком растворе в контакте с исследуемым образцом, составляющую приблизительно 17,5% по весу. Из кривой 51 на фиг.5, которая показывает изменение вязкости в функции концентрации определенного материала, оно происходит при вязкости соответствующего раствора, которая составляет приблизительно 2,710⁴ сантипуаз (27 нсек/м²). Кроме того, рассчитали, что в воде в испытательном контейнере растворилось приблизительно 25 г полимера на м² площади поверхности исследуемого образца. Общее количество растворенного полимера (в вязком растворе в контакте с исследуемыми образцами и в воде в контейнере) составило приблизительно 42 г/м² исследуемого образца, в то время как количество воды, поглощенной твердым материалом, было приблизительно 13% по весу.

Подобным образом для исследуемого образца материала 1b нашли, что концентрация полимера в вязком растворе в контакте с исследуемым образцом составила приблизительно 29% по весу, что на основании соответственной кривой 52 отношения концентрации/вязкости на фиг.5 соответствует вязкости раствора приблизительно 650 сП (0,65 нсек/м²). Этот исследуемый образец выделился в воду в испытательном контейнере в объеме приблизительно 65 г полимера на м² площади поверхности исследуемого образца. Общая величина растворенного полимера была приблизительно 99 г/м², а количество воды, поглощенной твердым материалом, было приблизительно 12,5% по весу.

Обращаясь к описанному выше примеру, нашли, что получены материалы с подходящими свойствами, в частности материалы, для которых при испытательных условиях определили значения вязкости, составляющие, по меньшей мере, приблизительно 10⁴ сП (10 нсек/м²), то есть материалы, способные относительно быстро образовывать раствор, который является достаточно вязким, чтобы блокировать протекание воды. Кроме того, для материалов, которые при испытательных условиях демонстрировали значения вязкости меньше приблизительно 10³ сП (1 нсек/м²), снижение вязкости этих растворов влечет за собой нежелательное увеличение времени блокирования и расстояния блокирования воды в экспериментальных испытаниях.

Пример 7

Механические свойства материалов

Сравнение между механическими свойствами растворимого в воде полимерного материала, который можно использовать в соответствующем настоящему изобретению кабеле (сополимеры винилового спирта/винилацетата, продаваемые под торговой маркой Mowiol компанией Hoechst), и соответствующими свойствами обычных материалов, используемых в кабелях (полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и полибутилентерефталат (ПБТ)), приведено в таблице 6. Значения сополимера ВС-ВАС относятся к сополимеру Mowiol 23/88, содержащему 18-20% (в весовом отношении) пентаэритрита и 3-5% (в весовом отношении) глицерина. В случае сополимера ВС-ВАС измерения механических свойств были сделаны на буферных трубках, кондиционированных при 0%, 10% и 30% относительной влажности (ОВ) соответственно. Относительную влажность (ОВ) 0% получили, помещая образцы для испытаний при температуре 60^oС в печь под вакуумом на одну ночь. Относительную влажность (OВ) 10% и 30% получили кондиционированием образцов при комнатной температуре при соответствующих значениях OВ в течение двух недель.

Механические свойства измеряли на материалах, экструдированных в виде буферных трубок (наружный диаметр приблизительно 2,5 мм, внутренний диаметр приблизительно 1,8 мм, длина образцов для испытаний приблизительно 60 мм), используя динамометр Instron mod. 4501, с динамометрическим преобразователем 1 кН в соответствии со следующей процедурой.

Два металлических стержня (длиной приблизительно 20 мм) были введены в каждый конец трубки, чтобы избежать поломки трубки между зажимами динамометра. Затем два конца трубки были введены в зажимы динамометра, эти зажимы были установлены на начальном расстоянии 25 мм друг от друга. Затем зажимы перемещали друг от друга со скоростью 25 мм/мин. Модуль упругости был определен, используя программное обеспечение Системы испытаний материалов Серии IX Instron.

Как показано в таблице 6, механические свойства ПВА сравнимы со свойствами обычных материалов, используемых для изготовления структурных элементов оптических кабелей. Изменения механических свойств в зависимости от воздействия на них различных значений OВ находятся в пределах допустимого диапазона. В частности, поскольку материал предпочтительно высушивают перед экструдированием, условия 0% OВ обычно соответствуют влажности OВ, которой материал подвергается во время экструдирования и после него. Если растворимый в воде материал экструдирован совместно с наружным слоем из обычного материала, упомянутый наружный слой будет действовать как барьер против внешней OВ и, таким образом, механические свойства материала останутся неизменными в течение относительно длительного периода. С другой стороны, механические свойства, измеряемые при кондиционировании 10% OВ, соответствуют по существу механическим свойствам экструдированного материала, подвергаемого воздействию окружающего воздуха (25^oС, 40% ОВ) приблизительно в течение одной недели, которая является типичным максимальным периодом хранения буферной трубки перед введением в структуру кабеля. Когда структурный элемент, сделанный из способного разбухать под действием воды материала или содержащий его, размещен внутри структуры кабеля, барьерный эффект структуры кабеля по направлению к внешней OВ по существу ограничивает в этом случае изменение механических свойств материала. В любом случае следует отметить, что требуется материал, обладающий механическими свойствами, сравнимыми со свойствами обычных материалов, в особенности во время этапов изготовления кабеля и во время операций его укладки, когда кабель больше подвергается воздействию напряжений и возможным поломкам.