闭合和互连系统和在闭合和互连系统中使用干燥的有机硅凝胶的方法
【专利摘要】提供了用于闭合或互连系统中的干燥的有机硅凝胶的方法和系统。该干燥的有机硅凝胶可通过使交联剂、增链剂和乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷反应来制备。该反应可在催化剂的存在下进行。在某些实施方式中，所述干燥的有机硅凝胶可包括：(1)100g至300g的硬度；(2)在经受凝胶的原始尺寸的50%变形时，30%至60%的应力松弛；(3)在70°C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时之后，4%至20%的压缩形变，和/或(4)在60°C在1.2atm压缩下60天之后，少于10%的油渗漏。
【专利说明】闭合和互连系统和在闭合和互连系统中使用干燥的有机硅凝胶的方法
[0001]相关申请的引用
弓丨用与本申请同日提交的题为“干燥的有机硅凝胶及其制备方法”的美国专利申请。该完整的共同待审申请通过引入并入。
[0002]背景
使用闭合系统防止由外部环境引起的内部组件降解。例如，内部组件例如光学纤维电缆和铜电缆通常被装入闭合系统。商业上可获得的闭合系统的实例包括获自TycoElectronics、Kessel-Lo、Belgium 的户外纤维接点修复((Outdorr Fiber Drop Repair(OFDR))、户外纤维分配闭合体(Outdoor Fiber Distribution Closure (OFDC))和光学纤维基础设施系统技术(Fiber optic Infrastructure System Technology (FIST))。特别地，使用OFDR闭合体从成圈的光学纤维电缆取出纤维以连接用户例如多个或单个居住单元中的商业消费者或人。这些类型的闭合体可用于空中、底座和地下环境。商业上可获得其它闭合系统用于通讯和能量传送电缆。
[0003]闭合系统通常包括内部组件例如纤维整理器(fiber organizer)、电缆密封和终端装置、接点电缆密封(对于具有接点电缆终端装置的多个接点)，和用于多个接头(splice)的通用接头固定器。这些内部组件可经受环境因素例如变化的湿度水平，热和冷，以及暴露于其它化学物质。该闭合系统优选地防止受某些类型的密封剂损害。然而，常规密封剂有许多缺陷，使得它们不适合某些闭合系统。
[0004]密封剂通常用于绝缘和防水、防腐蚀和环境降解，和用于热处理。迄今为止，许多密封剂已为人知，然而，目前可获得的密封剂具有某些缺点和劣势，使得它们不适用于特定用途和用于与某些材料接触。特别地，对于适合光学纤维和电气闭合系统的密封剂存在未满足的需求。
[0005]需要用于闭合体的合适密封系统用于多种不同的电缆。例如，需要密封系统用于称为低烟零卤素(“LSZH”)，也称为低烟无卤素(“LSHF”)、低烟零卤素(“LS0H”)，和零卤素低烟(“0HLS”)及其他的电缆。
[0006]LSZH电缆特征在于不包含卤化阻燃剂，并且当暴露于热源例如火或热电丝时产生相对有限量的烟。LSZH电缆提供频繁使用的聚乙烯、PVC或热塑性聚氨酯涂层的替代选择。聚乙烯、PVC或热塑性聚氨酯，当它们包含卤素时，可产生危险的含卤素化合物例如HCl或HBr气体。需要对目前的LSZH电缆闭合系统的改进以增强环境敏感性环境中的性能。
[0007]传统地，已将热塑性油凝胶用于LSZH闭合系统。然而，将热塑性凝胶用作密封剂的问题和通常闭合系统中的问题在于它们通常含有高量的矿物油。已经观察到含油凝胶的问题在于它们可能漏油。这些凝胶中的油可从凝胶渗漏并引起闭合系统中电缆的降解、变色或退化。在一些极端情况下，在压缩下电缆甚至可突然折断，原因在于油从热塑性凝胶渗漏引起的损害。对于含油凝胶的替代品存在未满足的需求。然而，目前可获得的含油凝胶的替代品未提供这样的解决方案。举例而言，不是含油凝胶的密封剂可具有一种或多种不期望的性质。不期望的性质的实例包括过分的硬度，不适当的温度耐性(例如，易燃性或随冷变碎的趋向，即，不适当的玻璃转换温度)和粘弹性质，化学不相容性，高的水吸收，和水解不稳定性。因此，对具有适当的硬度、粘弹性质、低永久变形或压缩形变、长期性能(例如> 20年)以及其它性质的闭合系统存在未满足的需求。
[0008]对比含油热塑性凝胶，干燥的有机硅热固性凝胶包含相当低的量的(或根本不包含)稀释流体例如不起化学反应的有机硅油或矿物油。干燥的有机硅凝胶，是热固性凝胶，而不是热塑性凝胶。热固性凝胶可以通过化学交联产生。热固性凝胶的实例是有机硅干燥凝胶和聚氨酯凝胶。干燥的有机硅凝胶不利用额外的溶剂或稀释流体但仍可被归类到术语“凝胶”之下，因为物理性质和行为方面的相似，或因为其粘弹性质。然而，因为许多原因，干燥的有机硅凝胶比不含油的凝胶更少地被使用。例如，干燥的有机硅凝胶是罕有的，因为相比某些其它类型的凝胶它们更昂贵并且难以处理。因此，对于改进的干燥的有机硅凝胶和制备干燥的有机硅凝胶的改进的方法存在未满足的需求。
[0009]美国专利第7，489，844号公开了具有围绕光学纤维的悬浮液体的光纤电缆。该悬浮油可以是矿物油或油和二氧化硅的共混物。
[0010]美国专利第6，091，871号公开了增强的光学纤维电缆，其包括用于保护光学纤维的保护性管，增强层，和保护性管周围的增强棒，以及外壳(outer sheath)。其中接收光学波导的内部空间包含填充剂材料以防止光学波导被湿气渗透。
[0011]美国专利第6，167，178号公开了光学纤维电缆，其包括具有由阻燃性聚烯烃材料形成的缓冲层的至少一种光学电缆。该阻燃性聚烯烃材料在光学纤维的周围紧紧地形成，因此界定紧密的缓冲层，强力构件层，和与至少一些强力构件接触的围绕光学纤维的电缆外皮。
[0012]美国专利第7，522，795号公开了未固定的(loose)管状光学波导电缆，其具有具有用于环境防护的单个保护性管或外壳的两个或更多个光学波导。该电缆不包括凝胶状化合物和加强元件。
[0013]简述
在一种实施方式中，提供了使用干燥的有机硅凝胶的方法。该方法包括在闭合或互连系统中使用干燥的有机硅凝胶。在某些实施方式中，该闭合系统是光学纤维闭合系统。在其它实施方式中，该闭合系统是电气闭合系统。在某些实施方式中，该互连系统包括迷你型输入/输出连接器，数据连接器，电源连接器，光学纤维连接器，或其组合。在某些实施方式中，闭合或互连系统中的干燥有机硅凝胶具有阻燃性质。
[0014]在一些实施方式中，干燥的有机娃凝胶与LSZH电缆相容,如通过根据至少一种下述机械或环境测试的压力损失测试或紧密性测试确定:轴向拉伸测试、弯曲测试、再进入测试、扭转测试、耐腐蚀性介质测试、耐应力破裂测试、盐雾测试、温度循环测试和压水(waterhead)测试。
[0015]在一些实施方式中，干燥的有机硅凝胶通过使交联剂、增链剂和乙烯基-封端的聚二甲基硅氧烷反应来制备。在某些实施方式中，干燥的有机硅凝胶具有26至53邵氏000硬度或100克(“g”)至300 g的硬度，如在来自Texture Technologies的TA-XT2质地分析仪上所测定。在其它实施方式中，干燥的有机硅凝胶具有37至45邵氏000或160 g至220 g的硬度。在一些实施方式中，干燥的有机硅凝胶具有原始尺寸和当经受原始尺寸的50%变形时具有30%至60%或40%至60%的应力松弛。在其它实施方式中，在70° C向凝胶施加50%应变持续1000小时后，干燥的有机硅凝胶具有4%至20%或10%至14%的压缩形变。在某些实施方式中，在60° C在1.2 atm的压缩下持续60天干燥的有机硅凝胶具有低于10%的油渗漏。
[0016]在另一实施方式中，提供使用干燥的有机硅凝胶的方法。该方法包括在闭合系统中使用干燥的有机硅凝胶，其中该闭合系统是光学纤维闭合系统，并且其中干燥的有机硅凝胶通过使交联剂、增链剂和乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷在催化剂的存在下反应来制备。干燥的有机硅凝胶还包括:(I) 160 g至220 g (37-45邵氏000硬度)的硬度，(2)当经受凝胶原始尺寸的50%变形时，40%至60%的应力松弛，(3)在70° C已经将50%应变施加到凝胶持续1000小时后，10%至14%的压缩形变，和(4)在60° C在1.2 atm的压缩下60天之后，少于10%的油渗漏。
[0017]在又另一实施方式中，提供包括干燥的有机硅凝胶的闭合系统。闭合或互连系统包括外壳、电缆和干燥的有机硅凝胶。在一些实施方式中，该系统还包括连接器和用于连接器的插座。在某些实施方式中，系统中的干燥的有机硅凝胶通过使交联剂、增链剂和含乙烯基的聚二甲基硅氧烷一起反应来制备。在一些实施方式中，使交联剂、增链剂和含乙烯基聚二甲基硅氧烷在催化剂的存在下反应。
[0018]在某些实施方式中，系统中的电缆是LSZH电缆，并且凝胶与LSZH电缆相容，如通过根据至少一种下述机械或环境测试的压力损失测试或紧密性测试确定:轴向拉伸测试、弯曲测试、再进入测试、扭转测试、耐腐蚀性介质测试、耐应力破裂测试、盐雾测试、温度循环测试和压水(waterhead)测试。
[0019]在某些实施方式中，干燥的有机硅凝胶具有100 g至300 g(26-53邵氏000硬度)或160 g至220 g (37-45邵氏000)的硬度。在一些实施方式中，干燥的有机硅凝胶具有原始尺寸和当经受原始尺寸的50%变形时具有30%至60%或40%至60%的应力松弛。在其它实施方式中，在70° C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时后，干燥的有机硅凝胶具有4%至20%或10%至14%的压缩形变。在某些实施方式中，在60° C在1.2 atm的压缩下60天后干燥的有机硅凝胶具有少于10%的油渗漏。
[0020]在某些实施方式中，干燥的有机硅凝胶包括0.1 wt%至25 wt%的阻燃性添加剂。在一些实施方式中，干燥的有机硅凝胶中的阻燃性添加剂是氧化锌。
[0021]附图简述
图1是显示干燥的有机硅凝胶的硬度(g)对应力松弛(%)的图，如在来自TextureTechnologies (Westchester County, New York)的 TA-XT2 质地分析仪(textureanalyzer)上所测定。正方形提供紧密的和可再进入(re-enterable)的凝胶的实例；红色三角形提供在“紧密”和/或“再进入”方面不合格的凝胶的实例。图的底部左侧的实线椭圆形显示传统热塑性弹性体凝胶的实例。右侧实线椭圆形显示干燥的有机硅凝胶的特定区域。干燥的有机硅凝胶的三个实例显示在椭圆形内。虚线椭圆形显示可接受的干燥的有机硅凝胶的延伸的范围。
[0022]图2是显示干燥的有机硅凝胶在70° C经1000小时的应力松弛(%)对压缩形变(%)的图。使用改进版本的ASTM D395，方法B测定压缩形变。与使用具有29 mm直径、12.5_厚度的样品相反，测定具有28 mm直径和12 mm厚度的样品。正方形提供紧密的和可再进入的凝胶的实例；红色三角形提供在紧密和/或再进入方面不合格的凝胶的实例。图左侧的实线椭圆形显示传统热塑性弹性体凝胶的实例。右下的实线椭圆形显示干燥的有机硅凝胶的特定区域。干燥的有机硅凝胶的三个实例显示在椭圆形内。虚线椭圆形显示可接受的干燥的有机硅凝胶的延伸的范围。
[0023]图3是显示干燥的有机硅凝胶在70° C经1000小时的硬度(g)对压缩形变(%)的图。再次，用上述改进版本的ASTM D395，方法B测定压缩形变。正方形提供紧密的且可再进入的凝胶的实例；红色三角形提供在紧密和/或再进入方面不合格的凝胶的实例。图的左侧的实线椭圆形显示传统热塑性弹性体凝胶的实例。右下的实线椭圆形显示干燥的有机硅凝胶的特定区域。干燥的有机硅凝胶的三个实例显示在椭圆形内。虚线显示可接受的干燥的有机娃凝胶的延伸的范围。
[0024]图4是显示五种凝胶在约120 kPa (约1.2 atm)的压力和在约60° C的温度压缩下的油渗漏的图。标记为Si H140、Si H 170和Si H200的凝胶是干燥的有机硅凝胶，其分别具有140 g、170 g和200 g的硬度。标记为L2912和L2908的凝胶是热塑性弹性体凝胶的实例。
图5是显示理论化学计量曲线的图，其比较作为交联剂(“MFHC”)中氢化物含量的摩尔分数和氢化物/乙烯基比(“Η/V”)的函数的干燥的有机硅凝胶的硬度。
[0025]图6是互连系统的描绘，其具有具有多个连接端口或连接器插座的连接中心、夕卜壳和待连接的电缆组分。
[0026]图7是连接器、外壳和具有径向密封的电缆组合件的描绘。
[0027]图8是连接器、外壳和具有轴向密封的电缆组合件的描绘。
[0028]图9a和9b是为径向密封设计的直的两片外壳组合件的描绘。
[0029]图1Oa和IOb是为径向密封设计的有角度的两片外壳组合件的描绘。
[0030]详细描述
如本文所用，术语如“典型地”不意欲限制要求权利的发明的范围或暗示某些特征对于要求权利的发明的结构或功能是关键的、基本的或甚至重要的。相反，这些术语仅意欲强调可以被用于或可以不被用于本发明的特别的实施方式中的替代选择或附加特征。
[0031 ] 如本文所用，术语“包括(comprise)”、“含有(include)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“包含(contain)”及其变体，意欲是开放式的过渡性惯用语、术语或措辞，其不排除附加行动或结构的可能性。
[0032]除非另外说明，否则本文引用的任何浓度范围，百分数范围或比率范围被理解为包括该范围内的任何整数及其分数(例如整数的十分之一和百分之一)的浓度、百分数或比率。同样，除非另外说明，本文引用的涉及任何物理特征的任何数值范围被理解为包括所引用的范围内的任何整数。应当理解如上文和本文其它地方使用的术语“一种(个)(a和an)”指“一种(个)或更多种(个)”的列举组件。例如，“一种”聚合物指一种聚合物或包括两种或更多种聚合物的混合物(“a” polymer refers to one polymer or a mixture comprisingtwo or more polymers)。
[0033]如本文所用，术语“干燥的有机硅凝胶”可指化学交联的聚合物，其具有S1-O主链并且包括相对低的量(或根本没有)的稀释流体如有机硅油或矿物油。与碳基聚合物相反，干燥的有机硅凝胶的交联的有机硅聚合物基于S1-O主链。硅和氧的特征提供交联聚合物其优越的(exceptional)性质。例如,娃形成稳定的四面体结构，并且娃氧键较强,其产生具有耐高温性的干燥的有机硅凝胶。此外，交联的S1-O聚合物具有较高的链柔性以及低的转动倉泛鱼(rotational energy barrier),,
[0034]可根据许多不同的聚合反应制备干燥的有机硅凝胶。在某些实施方式中，聚合反应是氢化硅烷化反应(hydrosilylation reaction),也称为娃氢化反应(hydrosilationreaction)。在一些实施方式中，氢化硅烷化反应使用钼催化剂，而其它实施方式使用自由基(radical)。在进一步的实施方式中，干燥的有机硅凝胶通过脱氢偶合反应制备。在其它实施方式中，干燥的有机硅凝胶通过缩合固化RTV反应制备。
[0035]在某些实施方式中，干燥的有机硅凝胶通过使至少交联剂、增链剂和基础聚合物(例如，乙烯基-封端的聚二甲基硅氧烷)反应来制备。在某些实施方式中，包括催化剂以加速反应。在另外的实施方式中，可以使用抑制剂以减缓反应速率。在下文更详细地描述干燥的有机硅凝胶的组分及它们产生的性质以及它们的最终用途。
[0036]在某些实施方式中,通过加成固化(addition cure)或钼固化反应机制制备干燥的有机硅凝胶。在一些实施方式中，该机制使用催化剂。通过使用催化剂，降低了反应的活化能并可实现在较低温度下的更快的固化时间。钼固化反应机制的示意性概述在下面显示于(I)中。
[0037]
【权利要求】
1.一种使用干燥的有机硅凝胶的方法，该方法包括:在闭合或互连系统中使用干燥的有机硅凝胶。
2.如权利要求1的方法，其中所述闭合系统是光学纤维闭合系统。
3.如权利要求1的方法，其中所述闭合系统是电气闭合系统。
4.如权利要求1的方法，其中所述互连系统包括迷你型输入/输出连接器、数据连接器、电源连接器、光学纤维连接器，或其组合。
5.如权利要求1的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶具有阻燃性质。
6.如权利要求1的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶通过使下述物质反应来制备: 交联剂， 增链剂，和 乙烯基-封端的聚二甲基硅氧烷。
7.如权利要求1的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶具有100g至300 g的硬度。
8.如权利要求1的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶具有160g至220 g的硬度。
9.如权利要求1的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶具有原始尺寸且在经受原始尺寸的50%变形时具有30%至60%的 应力松弛。
10.如权利要求9的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶具有40%至60%的应力松弛。
11.如权利要求1的方法，其中在70°C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时之后，所述干燥的有机硅凝胶具有4%至20%的压缩形变。
12.如权利要求11的方法，其中在70°C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时之后，所述干燥的有机硅凝胶具有10%至14%的压缩形变。
13.如权利要求1的方法，其中在60°C在1.2 atm压缩下60天之后，所述干燥的有机娃凝胶具有少于10%的油渗漏。
14.如权利要求1的方法，其中所述干燥的有机硅凝胶与LSZH电缆相容，如通过根据至少一种下述机械或环境测试的压力损失测试或紧密度测试所测定:轴向拉伸测试、弯曲测试、再进入测试、扭转测试、耐腐蚀性介质测试、耐应力破裂测试、盐雾测试、温度循环测试，和压水测试。
15.一种使用干燥的有机硅凝胶的方法，所述方法包括: 在闭合系统中使用干燥的有机硅凝胶，其中所述闭合系统是光学纤维闭合系统， 其中所述干燥的有机硅凝胶通过使下述物质反应来制备: 交联剂， 增链剂，和 含乙烯基的聚二甲基硅氧烷， 其中使所述交联剂、增链剂和含乙烯基的聚二甲基硅氧烷在催化剂的存在下反应； 其中所述干燥的有机硅凝胶具有160 g至220 g的硬度， 其中所述干燥的有机硅凝胶具有原始尺寸和在经受原始尺寸的50%变形时具有40%至60%的应力松弛， 其中在70° C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时之后，所述干燥的有机硅凝胶具有10%至14%的压缩形变， 其中在60° C在1.2 atm压缩下持续60天之后，所述干燥的有机硅凝胶具有少于10%的油渗漏，并且所述干燥的有机硅凝胶与LSZH电缆相容。
16.闭合或互连系统，其包括: 外壳， 电缆，和 干燥的有机硅凝胶。
17.如权利要求16的系统，其中所述干燥的有机硅凝胶与LSZH电缆相容，如通过根据至少一种下述机械或环境测试的压力损失测试或紧密度测试所测定:轴向拉伸测试、弯曲测试、再进入测试、扭转测试、耐腐蚀性介质测试、耐应力破裂测试、盐雾测试、温度循环测试,和压水测试。
18.如权利要求16的系统，其还包括连接器和用于连接器的插座。
19.如权利要求16的系统，其中所述干燥的有机硅凝胶通过使下述物质反应来制备: 交联剂， 增链剂，和 含乙烯基的聚二甲基硅氧烷， 其中使所述交联剂、增链剂和含乙烯基的聚二甲基硅氧烷在催化剂的存在下反应。
20.如权利要求16的系统，其中所述干燥的有机硅凝胶具有160g至220 g的硬度。
21.如权利要求16的系统，其中所述干燥的有机硅凝胶具有原始尺寸和在经受原始尺寸的50%变形时具有40%至60%的应力松弛。
22.如权利要求16的系统，其中在70°C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时之后，所述干燥的有机硅凝胶具有4%至20%的压缩形变。
23.如权利要求16的系统，其中在70°C已经向凝胶施加50%应变持续1000小时之后，所述干燥的有机硅凝胶具有10%至14%的压缩形变。
24.如权利要求16的系统，其中在60°C在1.2 atm压缩下60天之后，所述干燥的有机娃凝胶具有少于10%的油渗漏。
25.如权利要求24的系统，其中所述干燥的有机硅凝胶包括0.1被％至25wt%的阻燃性添加剂。
26.如权利要求25的系统，其中阻燃性添加剂是氧化锌。
【文档编号】G02B6/38GK103765269SQ201280030138
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2011年6月20日
【发明者】S.伯格曼斯, M.奥亚尔, M.莫拉莱斯, G.阿当斯, A-M.普林斯, N.亨德里克斯, G.费尔德迈尔, R.克雷默, B.贝格纳, K.瓦斯特曼斯 申请人:泰科电子瑞侃有限公司, 泰科电子有限公司, 安普泰科电子有限责任公司