单模光纤用可辐射固化超级涂料的制作方法

单模光纤用可辐射固化超级涂料的制作方法
【专利摘要】本发明的第一个方面是配制用于涂覆远程通信网中使用的光纤的可辐射固化超级涂料的方法。也描述了并请求保护配制可辐射固化超级涂料的方法中使用的多层膜压延法。还描述了并请求保护涂覆有特定可辐射固化超级涂料的单模光纤。
【专利说明】单模光纤用可辐射固化超级涂料
[0001]相关专利申请
[0002]此专利申请是申请日为2010年10月8日的中国专利申请“配制光纤用可辐射固化超级涂料的方法”(PCT/US2010/002720)的分案申请。此专利申请要求2009年10月9日提交的美国临时专利申请US61/272596的优先权以及2009年10月9日提交的美国临时专利申请US61/250329、2009年12月17日提交的美国临时专利申请US61/287567和2010年7月13日提交的美国临时专利申请US61/363965的优先权，本申请引入所有它们的全文作为参考。
发明领域
[0003]本发明涉及光纤用可辐射固化涂料。
[0004]发明背景
[0005]光纤是一种沿其长度传输光的玻璃纤维。光纤广泛应用于光纤通信中，相比其它通信方式，其可以沿更长的距离并以更高的带宽(数据速率)传输。使用纤维代替金属导线是因为信号以更低的损耗沿它们传输，并且它们还免受电磁干扰。
[0006]光通过全内反射保留在光纤的芯中。这使纤维起到波导的作用。支持多传播路径或横模的纤维称为多模光纤(MMF ),而只能支持单一模式的纤维称为单模光纤(SMF )。MMF通常具有较大的芯直径，用于短距离通信连接和必须传输大功率的情况。SMF用于大于550米(1，800英尺)的大多 数通信连接。
[0007]在此专利申请全文中，将光纤中的衰减，也称为传输损耗，定义为光束(或信号)相对于经由传输介质传播的距离的强度降低。通常使用分贝/千米(缩写为dB/km)的单位报道光纤中的衰减损耗系数。
[0008]衰减是限制数字信号沿长距离传输的一个重要因素。因此，许多研究都考虑限制衰减和使光信号增益最大化。经验的研究已表明光纤中的衰减主要是由散射和吸收造成的。
[0009]1965年，高锟{Charles K.Kao，因“关于纤维中光的传输用于光通信的开创性成就”而成为2009年诺贝尔物理学奖三名得主之一}和英国公司Standard Telephones andCables (STC)的George A.Hockham首先提出了可以将光纤中的衰减降低至小于20分贝/千米(dB/km)的概念，这使得光纤成为用于通信的实用介质。他们提出当时可得到的纤维中的衰减是由可以除去的杂质而不是基本的物理效应如散射造成的。在1970年，首先由为美国玻璃制造商Corning Glass Works (现在的Corning Incorporated)工作的研究人员Robert D.Maurer、Donald Keck、Peter C.Schultz 和 Frank Zimar 实现了 20dB/km 的关键衰减水平。他们通过用钛掺杂二氧化硅玻璃展示了具有17dB/km衰减的纤维。几年以后，他们制造了使用二氧化锗作为芯掺杂剂的、只有4dB/km衰减的纤维。实现如此低的衰减引领了光纤远程通信的发展并使Internet互联网能够实现。
[0010]引入以下美国专利全文作为参考:2000年I月11日颁布的美国专利US6, 014，488。[0011]微弯曲是光纤中的明显但细微的弯曲曲率，其涉及几微米的局部轴向位移以及几毫米的空间波长。热应力和/或机械横向力可以诱发微弯曲。当存在时，微弯曲使被涂覆光纤的信号传输能力衰减。因此，对于远程通信网的成功来说，已知的是每个远程通信系统都对光纤衰减可容忍增加的量有限制并避免达到该限制，最好是整体上降低微弯曲，因为降低微弯曲就降低了衰减的增加。
[0012]光纤涂层技术发展的一个关键驱动力是用户对视频提高的需求。对于已有的光纤涂层技术，2G网络应用是足够的。然而，未来的网络如3G、4G和IPTV、高清电视(HDTV)、视频会议及其他高带宽应用将对光纤的性能提出更高的要求，因此对光纤涂层性能的要求将越来越高。
[0013]为了满足互联网上对视频应用的巨大需求，下一代远程通信网络需要支持更大容量、更长距离和更宽光谱范围的传输，而当前这代G652光纤的性能是为长距离直线排列(long haul straight alignment)应用研发的；因此G562不适于满足光纤到户(FTTH)挑战的要求。
[0014]随着通信信号的光传输迁移到家庭和MDU’ s (多用户居住单元)中，光学玻璃纤维遇到更急的(tighter)弯曲，这需要光纤生产商提供G657抗宏弯曲纤维。同时，在使用的网络中对带宽日益增长的需求正对可利用的余量产生压力。
[0015]在下述这些美国专利申请中描述并请求保护第一代光纤用可辐射固化的DeSolite可福射固化Supercoatings? (DSM IP Assets B.V.的注册商标)，本文引入它们的全文作为参考:2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955935，在2008年9月19日以US20080226916公开;2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955838，在2008年10月23日以US20080241535公开；2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955547，在2008年 9月19日以US20080226912公开；2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955614，在2008年9月19日以US20080226914公开;2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955604，在2008年9月19日以US20080226913公开；2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955721，在2008年9月25日以US20080233397公开;2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955925，在2008年9月19日以US20080226911公开;2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955628，在2008年9月19日以US20080226915公开和2007年12月13日提交的美国专利申请US11/955541，在2008年9月19日以US20080226909公开。
[0016]2007年12月13日提交的序列号为US11/955541、2009年9月18日以美国公开专利申请 US20080226909 公开、名称为 “D1381RADIAT10N CURABLE SUPERCOATINGS FOROPTICAL FIBER”的美国专利申请描述并请求保护如下光纤用可辐射固化的超级涂料:
[0017]适用于涂覆光纤的超级涂料；
[0018]其中，超级涂层包括至少两层，其中第一层是与光纤的外表面接触的初级涂层，第二层是与初级涂层的外表面接触的次级涂层，
[0019]其中，在光纤上固化的初级涂层在初始固化且于85°C和85%相对湿度下老化一个月后具有以下性能:
[0020]A)从约 84% 至约 99% 的 ％RAU ；
[0021]B)在约0.15MPa和约0.60MPa之间的原位模量；和[0022]C)从约-25°C至约 _55°C 的管 Tg ；
[0023]其中，在光纤上固化的次级涂层在初始固化且于85°C和85%相对湿度下老化一个月后具有以下性能:
[0024]A)从约 80% 至约 98% 的 ％RAU ；
[0025]B)在约0.60GPa和约1.90GPa之间的原位模量；和
[0026]C)从约 50°C至约 80°C 的管 Tg。
[0027]对于DSM Desotech最近推出的光纤用可福射固化超级涂料的DeSoliteSupercoatings?系列见www.Supercoatings, com,据报道使用该超级涂料对光纤的微弯曲特性有极大的积极效果。因此，已知使用超级涂料降低了光纤的微弯曲量，并且微弯曲量的降低减小了远程通信网的衰减量。
[0028]随着对互联网和当前电信设备中日益提高的带宽的需求发展，对抗衰减的光纤的需求也将提高。因此，对可辐射固化的超级涂料的需求将增加。随着对抗衰减光纤和可辐射固化超级涂料的需求的增加，需要有一种方法来选择并配制光纤用可辐射固化的超级涂料。
[0029]发明概述
[0030]本申请请求保护的发明的第一个方面是一种配制用于在远程通信网中使用的光纤用可辐射固化超级涂料的方法，其中，所述超级涂料包括至少两层，其中第一层是与光纤的外层表面接触的初级涂层，第二层是与初级涂层的外层表面接触的次级涂层，其中，在光纤上固化的初级涂层在初始固化且`于85°C和85%相对湿度下老化一个月后具有以下性能:[0031 ] I)从约 84% 至约 99% 的 ％RAU ；
[0032]2)在约0.15MPa和约0.60Mpa之间的原位模量；和
[0033]3)从约-25°C至约-55°C的管 Tg ；
[0034]其中，在光纤上固化的次级涂层在初始固化且于85°C和85%相对湿度下老化至少一个月后具有以下性能:
[0035]4)从约 80% 至约 98% 的 ％RAU ；
[0036]5)在约0.060GPa和约1.90GPa之间的原位模量；和
[0037]6)从约 50°C至约 80°C 的管 Tg ；
[0038]所述方法包括以下步骤:
[0039]a)确定要安装光纤的远程通信网的最大可接受衰减增加的要求；
[0040]b)确定超级涂料的现场应用环境，包括:
[0041]i)选择光纤中使用的玻璃的种类；
[0042]ii)决定是以湿压干还是湿压湿的方式向超级涂料的初级涂层上施加超级涂料的次级涂层；
[0043]iii)选择灯的类型、数量和沿用于固化光纤上超级涂料的拉丝塔生产线的灯的位置；和
[0044]iv)选择施加超级涂料的线速；
[0045]c)配制液体、未固化状态的初级涂料组合物；
[0046]d)配制液体、未固化状态的次级涂料组合物；
[0047]e)使用如图 2、3 和 4 所不的三维带法(Three-Dimensional Laced Methodology)来
[0048]i)测试超级涂料的初级涂料和次级涂料以确定是否达到超级涂料参数I)至6);其中
[0049]一如果超级涂料参数1)至6)中的每一个都达到则继续步骤f);和
[0050]一如果没有达到超级涂料参数1)至6)中的每一个，则重新配制初级涂料或次级涂料或二者，并重复步骤ii)，直至达到超级涂料参数1)至6)中的每一个；然后
[0051 ] i i )通过评价每个配方相对于另一个配方的变化以及相对于所有超级涂料参数I)至6)的变化来检验重新配制的超级涂料的初级涂料和次级涂料的整体性；
[0052]f)使用步骤e) i)和步骤e) ii)的结果来结束超级涂料的选择，从而实现被涂覆光纤的最大可接受衰减增加。
[0053]本申请请求保护的发明的第二个方面是第一个方面的方法，其中三维带法包括使用多层膜压延(Drawdown)法来评价复合熔融的可辐射固化超级涂料的初级涂层和次级涂层。
[0054]本申请请求保护的发明的第三个方面是多层膜压延法，包括以下步骤:
[0055]a)选择用于测试的基底；
[0056]b)使用限定厚度压延棒将初级涂料施加到基底上；
[0057]c)任选地固化该初级涂料；
[0058]d)使用限定厚度压延棒向初级涂料上施加次级涂料,其中施加次级涂料的压延棒的限定厚度大于用于施加初级涂料的压延棒的限定厚度；
[0059]e)向多层膜施加足以使初级涂料和次级涂料都固化为熔融复合膜的辐射；
[0060]f )从基底上除去该膜；和
[0061]g )评价固化膜的功能性能。
[0062]本申请请求保护的发明的第四个方面是涂有超级涂料的单模光纤，其中所述超级涂料包括，
[0063]初级涂层和次级涂层；
[0064]其中，在固化前，初级涂层的组合物选自实施例1PA2、1PB3、1PC1、lPD5、2Alpha和2Beta的配方；
[0065]其中，在固化前次级涂层的组合物选自实施例2SA4和2SB3和3SA1和5SA1的配方。
[0066]本申请请求保护的发明的第个五方面是涂有可辐射固化涂料的多模光纤，包括初级涂层和次级涂层，
[0067]其中，在固化前初级涂层的组合物选自实施例1PD5的配方；并且
[0068]其中，在固化前次级涂层的组合物选自实施例2SA4和2SB3和3SA1和5SA1的配方。
[0069]附图简述
[0070]图1是对如何进行光纤涂料一般配制用配制图的历史描述的图——说明现有技术。这是一个比较例，不是本申请请求保护的发明的实施例。
[0071]图2是用于配制光纤用可辐射固化超级涂料的三维带法的第一个实施方案。
[0072]图3是用于配制光纤用可辐射固化超级涂料的三维带法的第二个实施方案。[0073]图4是用于配制光纤用可辐射固化超级涂料的三维带法的第三个实施方案。
[0074]图5是多层膜压延法结果的说明，其显示了用1.5密尔棒压延超级涂料初级层，然后用3密尔棒将超级涂料次级层候选物，观察为棕色层，压延在初级层上并固化整个板的彩色照片。
[0075]图6是“全部”光谱，其显示了具有可比较外观的位于彼此顶部上的两组双座(twosets of two sitting)的 4 个光谱。
[0076]图7是“棕色”光谱，其仅显示着色的次级部分和双压延部分的顶部。两个光谱匹配很好。
[0077]图8是“实施例1PCl的超级涂料初级层”的光谱，其显示了实施例1PCl超级涂料初级层压延的双层的玻璃侧和单一 3密尔的玻璃侧。该光谱匹配也很好。
[0078]图9是初级PMoct超级涂料候选物的平膜压延的DMA曲线图，这是比较例，不是本申请请求保护的测试方法的实施例。
[0079]图10是次级的PMoct超级涂料候选对象的平膜压延的DMA曲线图，这是比较例，不是本申请请求保护的测试方法的实施例。
[0080]图11是初级PMoct超级涂料上次级PMoct超级涂料候选物的管的DMA图，其使用拉丝塔模拟器置于导线上；这是比较例，不是本申请请求保护的测试方法的实施例。 [0081]图12是被湿压湿(缩写为W-0-W)涂覆的PMoct次级(实施例2SB3)覆盖的PMoct初级(实施例1PB3)的复合膜的动态力学分析(“DMA”)图。
[0082]图13是被湿压干(缩写为W-0-D)涂覆的PMoct次级(实施例2SB3)覆盖的PMoct初级(实施例1PB3)的复合膜的DMA图。
[0083]发明详述
[0084]本申请请求保护的发明的第一个方面是一种配制用于在远程通信网中使用的光纤的可辐射固化的超级涂料的方法，其中，所述超级涂料包括至少两层，第一层是与光纤的外层表面接触的初级涂料，第二层是与初级涂料的外表面接触的次级涂料，其中，在光纤上固化的初级涂料在初始固化且于85°C和85%相对湿度下老化至少一个月后具有以下性能:
[0085]I)从约 84% 至约 99% 的 ％RAU ；
[0086]2)在约0.15MPa和约0.60Mpa之间的原位模量；和
[0087]3)从约-25°〇至约-551:的管丁8;
[0088]并且，其中在光纤上固化的次级涂料在初始固化且于85°C和85%相对湿度下老化至少一个月后具有以下性能:
[0089]4)从约 80% 至约 98% 的 ％RAU ；
[0090]5)在约0.060GPa和约1.90GPa之间的原位模量；和
[0091]6)从约 50°C至约 80°C 的管 Tg;
[0092]所述方法包括以下步骤:
[0093]a)确定要安装光纤的远程通信网的“最大可接受衰减增加”的要求；
[0094]b)确定超级涂料的“现场应用环境”，包括:
[0095]i)选择光纤中使用的玻璃的种类；
[0096]ii)决定是否要以湿压干或湿压湿的方式向超级涂料的初级涂层上施加超级涂料的次级涂层；[0097]iii)选择灯的类型、数量和沿用于固化光纤上超级涂料的拉丝塔生产线的灯的位置；和
[0098]iv)选择施加超级涂料的线速；
[0099]c)配制液体、未固化状态的初级涂料组合物；
[0100]d)配制液体、未固化状态的次级涂料组合物；
[0101]e)使用如图2、3和4所示的“三维带法”来
[0102]i)测试超级涂料的初级涂料和次级涂料以确定是否达到超级涂料参数I)至6);其中
[0103]一如果超级涂料参数I)至6)中的每一个都达到则继续步骤f);和
[0104]一如果没有达到超级涂料参数I)至6)中的每一个，则重新配制初级涂料或次级涂料或二者，并重复步骤ii)，直至达到超级涂料参数I)至6)中的每一个；然后
[0105]i i )通过评价每个配方相对于另一个配方的变化以及相对于所有超级涂料参数I)至6)的变化来检验重新配制的超级涂料的初级涂料和次级涂料的整体性；
[0106]f)使用步骤e) i)和步骤e) ii)的结果来结束超级涂料的选择，从而实现被涂覆光纤的最大可接受衰减增加。
[0107]方法中的第一步是确定要安装光纤的远程通信网的“最大可接受衰减增加”的要求。确定远程通信网的衰减要求涉及用于光纤网络的设计标准。设计中的一些考虑包括:了解多少网络是多模光纤的直线安装，相比之下多少网络是单模光纤的纤维到户(缩写FFTH)安装。还有许多为设计光纤·网络领域的普通技术人员所知的其它光纤网络的设计标准。
[0108]光纤网络设计中具体的考虑包括如下:
[0109]目前已知的是与传统的直线光纤远程网相反，FTTH应用必须至少在三个波长下工作:
[0110]1310nm (数据/语音上流)
[0111]1490nm (数据/语音下流)
[0112]1550nm (视频信号)。
[0113]传统的光纤网络使用在1310nm和1550nm之间的标准单模波长，同时1625nm的波长用于系统测试。现在，随着对信号传输日益提高的需求，可以预料未来的光纤网络将必须能在1310nm、1550nm和1625nm下传输包含实际数据的信号。已知包括可以在所有这三个波长下传输的纤维的光纤网络对于宏弯曲和微弯曲都较脆弱。已知微弯曲对于在1625波长下的传输损害更大。
[0114]在电信行业中有若干个衰减标准的来源。一个这种标准建立组织是电信行业联合会(Telecommunications Industry Association, TIA),其是通过诸如以下活动代表全球信息和通信技术(ICT)行业的主要同业公会:标准发展、提供市场情报、政务指导、光纤和含光纤网络的认证以及对世界范围环境管理适应性(enVironmental regulatorycompliance)的建议。TIA的美国技术咨询集团(USTAG)还参与国际标准建立的活动如国际电工委员会(IEC)。
[0115]电信行业中衰减标准的另一个来源是IEC。国际电工委员会(IEC)是制定并公布电气、电子及相关技术国际标准的主要全球组织。这些作为国家标准化的基础，并且当草拟国际的标书和合同时作为参考。[0116]Telcordia是一家基于美国的、提供光纤介质、成分分析和咨询服务的公司。它们还编写并保存光纤通用要求的丛书(library)。
[0117]所有这些组织都有为设计光纤网络领域的普通技术人员使用的、可公开得到的文献、报告和标准。
[0118]在IEC TR62221，第一版10-2001中描述了用于测试微弯曲灵敏度的方法。目前有四种用于确定微弯曲灵敏度的测试方法，其是以dB/km的衰减单位报道的。
[0119]方法A-可膨胀鼓(Expandable Drum)要求至少400m纤维以最小张力绕可膨胀鼓缠绕，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。方法B-固定直径鼓要求至少400m纤维以3N张力绕固定直径鼓缠绕，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。方法C-丝网法要求在测试时将丝网(在负荷下)用于纤维。方法D-编篮(Basketweave)法要求2.5km纤维通过“编篮”缠绕施加到固定直径鼓上。 [0120]在这四个测试方法中，只有方法D具体描述了测量与温度有关的纤维微弯曲灵敏度的程序，在宽的温度范围内提供微弯曲灵敏度并提出温度循环可以包括较低的温度如-60。。。
[0121]在本专利申请通篇中，将通过规定波长和温度下的dB/Km数谈论使用测试方法D-编篮的微弯曲灵敏度。
[0122]目前，至少使用四种不同类型的试验来测试微弯曲灵敏度，试验结果是以dB/km的衰减单位报道的。在IEC TR62221，第一版10-2001中描述了四种具体的微弯曲灵敏度测
试方法。
[0123]它们如下:
[0124]方法A可膨胀鼓(Expandable Drum):要求至少400m纤维以最小张力绕可膨胀鼓缠绕，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。
[0125]方法B固定直径鼓:要求至少400m纤维以3N张力绕固定直径鼓缠绕，在鼓表面上具有固定粗糙度的材料。
[0126]方法C丝网法:要求在测试时将丝网(在负荷下)用于纤维。
[0127]方法D编篮法:要求2.5km纤维通过“编篮”缠绕施加到固定直径鼓上。
[0128]在本专利申请通篇中，将以规定波长和温度下的dB/Km数为衰减单位讨论并报道方法D测量的微弯曲灵敏度。应该清楚无论给出什么样的微弯曲灵敏度，给出的数值对于给定远程通信网中的光纤来说都是“最大可接受衰减增加”。
[0129]在这四个测试方法中，只有方法D具体描述了测量与温度有关的纤维微弯曲灵敏度的程序，在宽的温度范围内提供微弯曲灵敏度并提出温度循环可以包括较低的温度如-60。。。
[0130]在行业内应该理解，远程通信网中的光纤在日常未必暴露于低至-60 V的温度下。然而，在最近于中国的野外故障之后，也应该开始理解对于在约25°C室温下的远程通信网中的光纤微弯曲灵敏度具有规定还不足以保护远程通信网在漫长时间温度低于冰点((TC或32° F)的冬季免于具有“暗光纤(dark fiber)”发展(develop)。
[0131]本 申请人:已经选择报道随每个IEC程序基准线衰减变化的微弯曲灵敏度；此程序要求报告在规定波长和_60°C的温度下报告的衰减变化。本 申请人:相信在这些极端温度条件报道微弯曲灵敏度数据将为野外中的涂覆光纤的微弯曲灵敏度提供一种“最坏情况方案(worst case scenario)，，可倉生。
[0132] 申请人:的立场是如果认为在_60°C的水平下光纤的微弯曲灵敏度性能是可接受的，则假设相同水平的机械应力下，假定室温下光纤的性能也将是可接受的是合理的。
[0133]正如这点所述，室温下的微弯曲灵敏度测试，可能或不能分辨涂有标准、“非超级涂料”涂层的光纤之间的微弯曲灵敏度差异，因为对于初级涂层来说，超级涂料和非超级涂料在室温下无论怎样都不接近它们的玻璃化转变温度(Tg )。
[0134]涂有标准“非超级涂料”涂层的光纤与涂有超级涂料的光纤之间的差异通过极低温度下的微弯曲灵敏度测试显现，因为标准“非超级涂料”初级层在极低的温度下超过其玻璃化转变温度，因此从橡胶态转变到玻璃态。已知具有处于玻璃态的光纤涂料的初级层导致微弯曲灵敏度增加。相反，超级涂料初级层的Tg低得多，因此超级涂料的初级层仍处在对于微弯曲灵敏度较好的橡胶相。
[0135]解释光纤用标准“非可辐射固化超级涂料”与“光纤用可辐射固化超级涂料”之间差异的另一个方法是超级涂料的初级涂层中完全固化、低模量和低Tg涂料以及次级涂层中完全固化、高模量和高Tg涂料的组合导致在极端温度或机械应力下或同时的极端温度和机械应力下仍有可接受的性能，可接受的性能是通过低水平的微弯曲灵敏度测量的，而微弯曲灵敏度通过报道的纤维中的衰减具有可接受的增加来反映的。
[0136]在当前的实践中，应该理解远程通信网通常要求光纤在1310nm和室温下有已知的最大衰减。这种最高可容许的衰减水平为远程通信网设计标准领域的普通技术人员所知。
[0137]对于涂有可辐射固化超级涂料的光纤，报道在3个单独的波长和非常冷(_60°C)的温度下的微弯曲灵敏度是可能且合乎需要的。然后，网络设计人员可以使用此数据来了解极限，并能预测网络的故障模式。本 申请人:的立场是，含涂有标准“非超级涂料”的光纤的网络比含涂有可辐射固化超级涂料的光学纤维的网络具有低得多的来自温度极限的电缆环境和机械力的应力的容许量。另一个因素是，人们认为使用可辐射固化的超级涂料涂覆光纤将为远程通信网提供充足的`数据，从而能够进行设计而不需要与使用标准“非可辐射固化超级涂料”涂覆光纤固有的相同的“安全余量”。
[0138]工艺中的下一步是确定要安装光纤的远程通信网所需的超级涂料的“野外使用环境”。“野外使用环境”包括了解四个因素:
[0139]i)光纤中使用的玻璃种类；
[0140]ii)以湿压干还是湿压湿的方式向超级涂料的初级涂层上施加超级涂料的次级涂层；
[0141]iii)灯的类型、数量和沿用于固化光纤上超级涂料的拉丝塔生产线的灯的位置；和
[0142]iv)施加超级涂料的线速。
[0143]考虑要素i):已知光纤具有长距离直缆安装用的标准等级。最近，光纤供应商如Corning、Draka和OFS和YOFC及其他供应商已经开发了各种等级的“抗弯曲”光纤。这些抗弯曲光纤正在光纤到节点(FTTX)和光纤到户(FTTH)应用中使用。
[0144]从供应商自己的文献和网址可以获得有关标准等级和抗微弯曲光学纤维的细节。[0145]目前，可供销售的商业光纤包括:Comingw;InfiniCorli'光纤、Coming?
ClearCurve? 0M2/0M3/0M4 多模光纤、Coming** ClearCurve.单模光纤、
Coming? SMF-28e? XB光纤、Coming.SMF-28fK' ULL 光纤、ComingR; LEAF'K)光纤、
Coming* Vascade?光纤和 Coming)特制纤维(Specialty Fiber)、Draka BendBright单模(BB)、Draka TeraLight 单模(TM)、Draka TeraLight Ultra 单模(TU)、DrakaBendBright-XS (BX)、Draka Enhanced 单模、Draka NZDSF-LA 单模(LA)、OFS AllWaV^D零水峰(ZWP)和新引进的 OFS AllWave flex ZWP 纤维、OFS LaserWave? 纤维、OFSAccess ADVANTAGE? 系统、OFS HCS?、OFS FiberWire?:和 OFS PYROC0.AT? 牌技术、YOFC HiBand GIMM 纤维、YOFC 高温纤维(HTF)系列、YOFCHiBand Graded-1ndex 多模光纤(50/125&62.5/125um)及其他。
[0146]一般地，在直线应用中使用的纤维比FTTX和FTTH应用中使用的纤维经受更低的应力和更小的微弯曲。因此，选择可辐射固化的超级涂料用于FTTX和FTTH用纤维对于FTTX和FTTH光纤的性能来说是关键的。因此，无论何时选定待涂覆的光纤用于FTTX和FTTH应用，超级涂料必须是非常耐微弯曲的。
[0147]配制超级涂料的独特之处仅仅是为实现六个所需性能有多少配方要求要满足取决于光纤涂料的机械方面。例如，可以用超级涂料涂覆标准级光纤并获得具有所需衰减特性的涂覆光纤，但也可能用标准“非超级涂料”涂覆“抗弯曲”的优级光纤，并且结果是所得涂覆光纤具有不可接受的微弯曲灵敏度，这导致在实现需要可容许水平衰减的系统中的故障。因此，为了制造具有所需衰减性能的光纤，对于超级涂料的配方设计师来说，理想的是，任选甚至是必需的是了解光纤生产工艺的细节。这些细节包括玻璃的种类、加工温度、涂料涂覆周围的气氛、线速、辐射源、一般称为“固化灯”的种类以及沿着加工线的固化灯的位置和数量，以及是以湿压湿还是湿压干向初级涂料上施加次级涂料。过去，这类玻璃加工的机械方面引不起光纤涂层的配方设计师的兴趣，因为配方设计师关注光纤涂料，而玻璃制造商关注玻璃。如前面指出的，对`加工玻璃没有充分的信息量有可能用超级涂料涂覆标准级光纤而获得具有所需微弯曲灵敏度性能的涂覆光纤，但也有可能用标准的非超级涂料涂覆“抗弯曲的”优级光纤，结果却是涂覆的光纤不具有所需微弯曲灵敏度性能。
[0148]考虑要素iii)沿着用于固化光纤上超级涂料的拉丝塔生产线的灯的类型、数量和位置；使用常规的紫外线汞弧灯发射紫外光适于固化光纤用可辐射固化涂料是众所周知的。紫外弧光灯通过使用电弧激发存在于惰性气体(例如氩)环境内部的汞来发射光，从而产生实现固化的紫外光。或者，在惰性气体介质中也可以使用微波能来激发汞灯而产生紫外线。在此专利申请全文中，将弧激发和微波激发的汞灯，加上各种的添加剂(铁类金属、镓等)改性形式的汞灯统称为汞灯。当其开始固化光纤用可辐射固化涂料时，常规的紫外汞弧灯是现有技术中最新型的。
[0149]然而，使用紫外汞灯作为辐射源存在若干缺点，包括源自汞的环境问题和产生作为副产品的臭氧。而且，与发光二极管“LED”产生光相比，汞灯一般具有较低的能量转换率，需要预热时间，工作过程中产生热量并消费大量能量。[0150]知晓在可辐射固化超级涂料的固化中将使用什么类型的灯是关键信息，因为在制造涂覆光纤中，UV汞灯产生的热量会消极影响液体涂料，因为如果配制涂料没有避免挥发物的存在，则那些挥发物可以被激发并沉积在石英管表面上，从而阻碍UV射线照射玻璃纤维上的液体涂料，这抑制了液体涂料固化为固体。
[0151]与紫外汞灯相反，发光二极管(LEDs)是使用电致发光现象产生光的半导体器件。LEDs由掺有杂质的半导体材料组成，施加电压时带正电的空穴与负电子结合形成能够发光的p-n结。发射光的波长由半导体激活区中使用的材料决定。例如，在LEDs的半导体中使用的典型材料包括周期表13 (III)族和15 (V)族的元素。这些半导体被称为II1-V半导体，例如包括 GaAs、GaP、GaAsP, AlGaAs, InGaAsP, AlGaInP 和 InGaN 半导体。LEDs 中使用的半导体的其它例子包括14 (IV-1V半导体)族和12-16 (I1-VI)族的化合物。材料的选择基于多种因素，包括所需的发射波长、性能参数和成本。
[0152]早期LEDs使用砷化镓(GaAs)来发射红外(IR)辐射和强度低的红光。材料科学的进步导致能够发射具有较高强度和较短波长，包括其他颜色可见光和UV光的LEDs的发展。现在能够制造在低至约IOOnm到高至约900nm任何处发射光的LEDs。目前，已知LEDUV光源发射波长为在约300和约475nm之间的光，且365nm、390nm和395nm是通常的峰值光谱输出。见教科书 E.Fred Schubert, “Light-Emitting Diodes”,第二版，?E.FredSchubert2006, Cambridge University Press 出版。
[0153]在固化应用方面，LED灯提供优于常规汞灯的若干优点。例如，LED灯不使用汞产生UV光，并且一般比汞UV弧光灯体积小。另外，LED灯是无需预热时间的瞬时接通/断开光源，这是由于LED灯能量消耗低。LED灯还产生少得多的热量，具有较高的能量转换效率，具有更长的灯寿命，并且基本上发射所需波长的单色光，其由LED中使用的半导体材料的选择决定。
[0154]若干家制造商提供商业固化用LED灯。例如，Phoseon Technology、Summit UVHonle UV America, Inc.、IST Metz GmbH、Jenton International Ltd.>Lumios SolutionsLtd.、Solid UV Inc.、Seoul Optodevice C0., Ltd.、Spectronics Corporation、LuminusDevices Inc.和Clearstone Technologies,是一些目前提供固化墨喷打印组合物、PVC地面涂料组合物、金属涂料组合物、塑胶涂料组合物和粘合剂组合物用LED灯的制造商。
[0155]考虑要素iv)涂覆超级涂料的线速，在2007年12月13日提交的序列号为US11/955541，2009年9月18日以美国公布专利申请US20080226909公布的美国专利申请“D1381RADIAT10N CURABLE SUPERCOATINGS FOR OPTICAL FIBER” 中，声明可以以约 750 米/分钟至约2100米/分钟的线速向单模光纤施加超级涂料。截至提交本专利申请的日期，2010年10月8日，光纤行业现在已经发展到能够以超过2100米/分钟的线速拉制单模光纤的程度。也能够以超过2200米/分钟的线速拉制单模光纤。也能够以超过2300米/分钟的线速拉制单模光纤。没有打算受此束缚，人们认为也能够以超过2350米/分钟的线速拉制单模光纤。没有打算受此束 缚，人们认为可能不能以超过2400米/分钟的线速拉制单模光纤。
[0156]工艺中的下一个步骤包括通过评价可辐射固化的超级涂料初级层和次级层使用三维带法来评价候选的可辐射固化的超级涂料。历史上，根据二维配制图法配制并重新配制光纤用初级和次级涂料。图1是怎样进行光纤涂料典型配制的配制图的历史描述的图一说明现有技术。
[0157]在图1中，决策图(Decision Chart) 10说明配制光纤涂层的二维现有技术方法。在图1中，合乎需要的功能性能A用圈A表明，检查点B代表测试以确定光纤上平膜形式或管状涂层形式的液体光纤涂料或固化的涂料是否具有所需的功能性能。如果光纤涂层的确具有所需的功能性能，则决策树(decision tree)进行到“是”，且调查结束。如果光纤涂料不具有所需的功能性能，则配方设计师检查配方并确定要做的变化，由平行四边形D表示，然后在矩形C中改变配方。在检查点B处再测试功能性能，如果获得所需的功能性能则调查结束。如果没有获得所需的功能性能，则决策树返回到顶部，配方设计师考虑其它重新配制选项直至确定下一个可能的配方，于是改变配方，然后再测试所需的功能性能。继续此过程直至获得所需的物理性能。
[0158]通过表1A、1B、1C、1D、1E、2A、2B、2C、2D、2E、1F、2F、1G、2G、1H、2H、1J和2J中所含的
信息说明了改变涂料的可能方法，其总结了对于在光纤上形成具有满足严格超级涂料标准的初级涂层和次级涂层的物理性能的配方来说，在配制光纤用初级和次级可辐射固化涂料中可以或不可以使用的成分的现有技术的最新理解。除了本文中包含的表中的信息，在通常为光纤用可辐射固化涂料领域的普通技术人员所知的颁布的专利、公布的专利申请、科学论文和 其他信息中可以发现另外的信息。
【权利要求】
1.一种涂有超级涂料的单模光纤，其中所述超级涂料包括， 初级涂层和次级涂层； 其中，在固化前初级涂层的组合物选自实施例lPA2、lPB3、lPCl、lPD5、2Alpha和2Beta的配方； 其中，在固化前次 级涂层的组合物选自实施例2SA4和2SB3和3SA1和5SA1的配方。
【文档编号】C03C25/10GK103787591SQ201310713753
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2010年10月8日 优先权日:2009年10月9日
【发明者】吴小松, 史蒂文·罗伯特·施密德, 蒂莫西·爱德华·毕晓普, 约翰·门罗·齐默曼, 文戴尔·韦恩·卡特伦, 爱德华·约瑟夫·墨菲, 帕拉提·夏哈 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司