ES2265309T3 - Material de relleno para cables de fibra optica. - Google Patents

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Michael Costello
Anna Debska-Chwaja
Alan Eckard
William Thalman
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Sonneborn LLC
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Abstract

Composición útil como material de relleno para rellenar substancialmente los huecos entre los conductores de fibra óptica en un cable de fibra óptica, que comprende esencialmente: (a) 85 a 95 partes en peso de un aceite seleccionado de entre: (a1) un aceite mineral nafténico que comprende de 45 a 50 % en peso de nafténicos y el resto parafinas, que presenta una viscosidad a 40ºC de 19 a 66 centistokes, una viscosidad a 100ºC de 3, 5 a 7, 5 centistokes, un índice de viscosidad de 40 a 65, una gravedad específica a 15, 6ºC de 0, 87 a 0, 90, una temperatura de congelación de -43ºC a -32ºC (-45ºF a -25ºF), y un peso molecular medio de 310 a 400; y (a2) una polialfaolefina o una mezcla de la misma que presenta una viscosidad a 40ºC de 15 a 400 centistokes, una viscosidad a 100ºC de 1 a 40 centistokes, un índice de viscosidad de 120 a 160, una gravedad específica a 15, 6ºC de 0, 79 a 0, 84, y una temperatura de congelación de -73ºC a -46ºC (- 100ºF a -50ºF); (b)5 a 15 partes en peso de un copolímero en dibloque (estireno)-(etileno/propileno) que tiene una proporción de estireno: (etileno/propileno) de 37, 5:62, 5 a 27, 5:72, 5, una dureza Shore A de 70 a 75 y una gravedad específica de 0, 90 a 0, 95; (c)opcionalmente hasta 2 partes en peso de un componente antioxidante; y (d)opcionalmente hasta 0, 1 partes en peso de un desactivador de metal; la composición no contiene componentes gelificantes adicionales ni componentes antisangrado.

Description

Material de relleno para cables de fibra óptica.
La presente invención se refiere a cables de fibra óptica que incorporan una composición única que protege los componentes portadores de señal del cable de daños durante la fabricación, instalación y utilización. La presente invención se refiere más particularmente a la composición única que imparte las propiedades protectoras deseadas al cable de fibra óptica descritas en la presente memoria.
Generalmente, en cables de fibra óptica, una pluralidad de fibras ópticas (generalmente alrededor de 100), se incluyen juntas en un tubo de plástico extruido a menudo referido como "tubo amortiguador". Una pluralidad de estas unidades, generalmente aproximadamente de 6 a 50, se incluyen en un tubo común de plástico extruido tipo funda. Incluso en la más compacta de las fabricaciones, existen generalmente huecos entre las fibras ópticas dentro del tubo amortiguador. La presente invención se refiere particularmente a un compuesto de relleno que puede rellenar los huecos dentro del tubo amortiguador.
Los cables de fibra óptica se someten a diversas tensiones y descargas durante la fabricación, instalación y utilización, cualquiera de las cuales plantea un riesgo de daño a los conductores portadores de señal dentro del cable. Tales casos pueden incluir estiramiento o compresión de los conductores; compresión de uno o más de los conductores contra la funda; fractura de la totalidad o una porción de un conductor; y agrietamiento o perforación de la funda de forma que el agua puede penetrar y alterar el funcionamiento de los conductores.
En consecuencia, se ha propuesto incorporar un material de relleno dentro del cable, para llenar los huecos entre los conductores y entre los conductores y la superficie interior del tubo amortiguador. Tal material de relleno debería proporcionar una protección deseable a los conductores en contra de dislocación física y daño, mientras permanezca suficientemente flexible para que el cable pueda utilizarse de cualquier manera convencional que se utiliza durante la fabricación, instalación y utilización. Tal material de relleno debería también proteger en contra de la incursión del agua en caso de que el agua sea capaz de penetrar dentro de la funda.
La identificación de una composición de relleno de cable completamente satisfactoria no ha resultado sencilla. En particular, tal composición debe ser suficientemente fluida para que se pueda alimentar fácilmente dentro del interior del cable durante la fabricación, y debería ser también suficientemente flexible para que el cable pueda ser enrollado o doblado en la manera en la que pueda exponerse particularmente durante la fabricación e instalación. La composición de relleno no debe ser tan fluida para que fluya en el cable, a través de los cabos cortados de éste o a través de perforaciones o grietas que puedan ocurrir en el tubo amortiguador. Además, debido a que las composiciones de relleno son generalmente mezclas de materiales, es altamente deseable que la composición de relleno resistiera cualquier tendencia de varios componentes a separarse unos de otros, incluso en exposición a cualquiera de la amplia gama de cambios físicos y condiciones medioambientales a los cuales puede ser sometido el
cable.
Ejemplos de sistema de relleno de cable que se han dado a conocer en el pasado incluyen mezclas de aceite con un agente gelificador coloidal tal como sílice ahumada, junto con una cantidad de un copolímero tal como un copolímero estireno-caucho o un copolímero en bloque estireno-caucho-estireno. Se describen ejemplos en las patentes US nº 4.971.419, US nº 5.285.513 y US nº 5.358.664, la última de las cuales describe composiciones que incorporan un jabón de complejo de aluminio.
El documento EP-A-0.510.967 enseña un material de relleno para su utilización entre las fibras ópticas que comprende por lo menos 85% en peso de un hidrocarburo alifático que presenta un peso molecular de por lo menos 600, un copolímero en bloque y una cantidad relativamente elevada de un sistema antioxidante. El material de relleno incluye asimismo un sistema de espesado tal como sílice coloidal.
El documento US-A-5.285.513 da a conocer un cable de fibra óptica que comprende un núcleo que comprende por lo menos un medio de transmisión de fibra óptica; un sistema de funda que está dispuesto alrededor del núcleo; y una composición de relleno que está dispuesta alrededor del medio de transmisión en el núcleo. La composición de relleno dada a conocer comprende un hidrocarburo, un copolímero en bloque, un relleno coloidal y un sistema antioxidante que incluye un sulfuro fenólico impedido en combinación con un desactivador de metal de dialquilditiofosfato o diarilditiofosfato. Los rellenos coloidales específicos dados a conocer en esta referencia incluyen sílice coloidal tal como sílice ahumada.
Sería deseable poder identificar satisfactoriamente las composiciones de relleno útiles en los cables de fibra óptica, las cuales muestran las propiedades deseadas descritas en la presente memoria mejores que las composiciones de relleno existentes. Sería también útil si tal composición de relleno no requiriese un agente gelificante inorgánico distinto, tal como los descritos en las patentes ya mencionadas.
Según la presente invención, está prevista una composición útil como material de relleno para llenar los huecos substancialmente entre conductores de fibra óptica en un cable de fibra óptica, que comprende esencialmente:
\newpage
(a)
85 a 95 partes en peso de un aceite seleccionado de entre:
(a1)
un aceite mineral nafténico que comprende de 45 a 50% en peso de nafténicos y el resto parafinas, que presenta una viscosidad a 40ºC de 19 a 66 centistokes, una viscosidad a 100ºC de 3,5 a 7,5 centistokes, un índice de viscosidad de 40 a 65, una gravedad específica a 15,6ºC de 0,87 a 0,90, una temperatura de congelación de -43ºC a -32ºC (-45ºF a -25ºF), y un peso molecular medio de 310 a 400; y
(a2)
una polialfaolefina o una mezcla de la misma que presenta una viscosidad a 40ºC de 15 a 400 centistokes, una viscosidad a 100ºC de 1 a 40 centistokes, un índice de viscosidad de 120 a 160, una gravedad específica a 15,6ºC de 0,79 a 0,84, y una temperatura de congelación de -73ºC a -46ºC (-100ºF a -50ºF);
(b)
5 a 15 partes en peso de copolímero en dibloque de (estireno)-(etileno/propileno) que comprende una proporción de estireno:(etileno/propileno) de 37,5:62,5 a 27,5:72,5, una dureza Shore A de 70 a 75 y una gravedad específica de 0,90 a 0,95;
(c)
opcionalmente hasta 2 partes en peso de un componente antioxidante; y
(d)
opcionalmente hasta 0,1 partes en peso de un desactivador de metal; la composición no contiene componentes gelificantes adicionales ni componentes antisangrado.
La presente invención se refiere además a un cable que comprende una pluralidad de conductores contenidos dentro de la funda, dejando huecos entre los conductores y las fundas, en el que dicho material de relleno está presente substancialmente rellenando los huecos.
Según otro aspecto de la presente invención, está previsto un procedimiento para producir la composición mencionada anteriormente que comprende las etapas siguientes:
(i) combinar
(a)
85 a 95 partes en peso de un aceite seleccionado de entre (a1) y (a2) tal como se define en la reivindicación 1;
(b)
5 a 15 partes en peso de un copolímero en dibloque de (estireno)-(etileno/propileno) que tiene una proporción de estireno:(etileno/propileno) de 37,5:62,5 a 27,5:72,5, una dureza Shore A de 70 a 75 y una gravedad específica de 0,90 a 0,95; y
(c)
opcionalmente, un componente antioxidante en una cantidad de 2 partes en peso, si está presente, y/o un desactivador de metal en una cantidad de 0,1 partes en peso, si está presente; y
(ii) agitar la mezcla completamente hasta que se forma un líquido homogéneo.
Los componentes de cable distintos de la composición de relleno descrita con más detalle en la presente memoria, incluyen cualquiera de los que se emplean convencionalmente en la industria del cable de fibra óptica. En términos generales, el cable comprende varias fibras portadoras de señal individuales, revestidas juntas de un tubo amortiguador que está preferentemente compuesto de un polímero termoplástico y es preferentemente de una construcción unitaria sin costuras. Son conocidos en esta técnica medios para extrusionar de manera continua dichos tubos amortiguadores al tiempo que se incorporan de manera simultánea dentro del tubo amortiguador los conductores de fibra óptica deseados y la composición de relleno.
Los conductores de por sí pueden comprender una pluralidad de filamentos longitudinales, cada uno de los cuales puede ser una única fibra o puede estar compuesto de subunidades, estando unidos entre sí o incluso encajados una pluralidad de conductores en el interior de su propia funda, dentro del mismo cable.
La composición de relleno de la presente invención proporciona una serie de propiedades satisfactorias, que comprende las siguientes:
Dicha composición tiene buenos unos resultados y conserva la flexibilidad y la homogeneidad en el intervalo de temperaturas comprendido entre -40ºC y 80ºC.;
Está libre de sinéresis (sangrado de su componente de aceite) en el mismo intervalo de temperaturas;
Es capaz de ceder y de recuperarse bajo las tensiones que aparecen cuando el cable se fabrica y se manipula;
Es térmicamente estable y oxidativamente estable.
No se ve afectada de manera adversa por el agua, y evita la incursión del agua en el interior del cable;
Es compatible con el material del tubo amortiguador y con cualquier otro material de construcción del cable;
Resulta económica, segura y es compatible con el equipo existente utilizado en este campo.
Un componente del material de relleno de la presente invención es aceite. El aceite está presente en una cantidad comprendida entre 85 y 95 partes en peso de material de relleno. El aceite debería presentar las siguientes características.
Entre los aceites preferidos se encuentran los aceites minerales nafténicos. Dichos aceites son un tipo de producto reconocido comercialmente que contienen de 45 a 50% en peso de nafténicos y el resto parafinas. Los aceites minerales nafténicos que resultan útiles en la presente invención presentan las siguientes propiedades detalladas en la Tabla 1:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
Propiedad Intervalo preferido
Viscosidad, 40ºC. (ASTM D-445) 19 a 66 centistokes (cSt)
Viscosidad, 100ºC. (ASTM D-445) 3,5 a 7,5 centistokes (cSt)
Índice de viscosidad (ASTM-D2270) 40 a 65
Gravedad específica, 15,6ºC (ASTM D-1298) 0,87 a 0,90
Temperatura de congelación (ASTM D-97) (-45ºF a -25ºF) -43ºC a -32ºC
Peso molecular medio 310 a 400
Ejemplos preferidos de aceites minerales nafténicos incluyen los que comercializa Witco Corp. bajo "LP 100", "LP 150", "LP 200", "LP 250", "LP 300" y "LP 350".
Otros aceites preferidos que resultan útiles en la presente invención son las polialfaolefinas que presentan propiedades en los intervalos detallados en la Tabla 2:
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TABLA 2
Propiedad Intervalo preferido
Viscosidad, 40ºC. (ASTM D-445) 15 a 400 centistokes (cSt)
Viscosidad, 100ºC. (ASTM D-445) 1 a 40 centistokes (cSt)
Índice de viscosidad (ASTM-D2270) 120 a 160
Gravedad específica, 15,6ºC (ASTM D-1298) 0,79 a 0,84
Temperatura de congelación (-100ºF a -50ºF) -73ºC a -46ºC
Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "polialfaolefinas" engloba los polímeros y copolímeros de alquenos y mezclas de alquenos, que incluyen etileno, propileno, buteno, 1-deceno, 1-dodeceno, y similares. Además, se incluyen los polímeros que han sido parcialmente hidrogenados.
Se comercializan numerosas polialfaolefinas que cumplen estos criterios. Entre ellas se incluyen los productos conocidos como "Synfluid PAO" (Chevron), en particular los conocidos como 2 cst, 4 cst, 6 cst y 8 cst grados. Otras incluyen los productos comercializados por Mobil con la marca "SHF", tales como "SHF-61", una polialfaolefina hidrogenada de baja viscosidad, "SHF-62", "SHF-82", "SHF-401" y "SHF-1001".
El material de relleno de la presente invención también incluye 5 a 15 partes en peso de copolímero en dibloque de (estireno)- (etileno/propileno). El copolímero en dibloque tiene una proporción molar de estireno a caucho (etileno/propileno) en el intervalo de 37,5 a 62,5 hasta 27,5 a 72,5. El copolímero en dibloque también presenta una gravedad específica de 0,90 a 0,915 (preferentemente de 0,90 a 0,925) y una dureza Shore A de 70 a 75.
Un copolímero preferido que presenta estas características y es útil en la presente invención es el producto comercializado por Shell Chemical Company bajo la denominación comercial "KRATON G1701", un copolímero en bloque de estireno-(etileno/propileno), no plastificado, que presenta una proporción de estireno:(etileno/propileno) de 37:63, una dureza Shore A de 72, una gravedad específica de 0,92, y una resistencia a la rotura de 300 psi (determinado según la prueba ASTM D-412).
Otro copolímero preferido está comercializado por Shell bajo la denominación de "KRATON G1702". Es un copolímero en bloque de estireno-(etileno/propileno), no plastificado, que presenta una proporción de estireno:(etileno/ propileno) de 28:72, una dureza Shore A de 75, una gravedad específica de 0,91, y una tensión a la rotura de 300 psi (ASTM D-412).
El material de relleno no incluye ningún componente gelificante adicional o componente "antisangrado", aun cuando proporciona un resultado muy satisfactorio en el medio al que está destinado con un cable de fibra óptica. Sin embargo, es posible incluir uno o más antioxidantes, y también es posible opcionalmente incluir un desactivador de metal. Un componente antioxidante, si está presente, se utiliza en una pequeña pero efectiva cantidad, que es generalmente del orden de 2 partes en peso. Ejemplos de antioxidantes apropiados incluyen antioxidantes basados en fenólicos y en fosfitos. Hay ejemplos en abundancia y son bien conocidos en el campo de las formulaciones poliméricas. Ejemplos específicos incluyen "Irganox 1010", "Irganox 1076", "Irganox 1035" (Ciba-Geigy), y "Mark 2112", "Mark 1500" y "Mark 5014" (Witco).
Un desactivador de metal, si está presente, se utiliza en una pequeña pero efectiva cantidad generalmente del orden de aproximadamente 0,1 partes en peso del material de relleno. Ejemplos de desactivadores de metal apropiados incluyen "Reomel 39 LF" y otros productos comercialmente disponibles conocidos en este campo.
El material de relleno de la presente invención se prepara rápidamente mediante combinación de aceite mineral y el copolímero en dibloque en las cantidades indicadas, junto con el antioxidante y/o desactivador de metal si se desea, y agitando completamente los materiales conjuntamente hasta que se forma un líquido homogéneo. Si se desea, se puede aplicar un calentamiento suave para ayudar a la formación de la composición deseada completamente homogénea. En un procedimiento preferido, los componentes se mezclan juntos a una cizalladura baja a 25ºC. A continuación se calienta la mezcla entre 120 y 130ºC, hasta que el polímero se disuelve directamente en el aceite. La mezcla se enfría entonces a 25ºC al vacío para eliminar las burbujas de aire ocluidas.
La composición resultante se alimenta entonces al tubo amortiguador, preferentemente en el punto en que el cable está siendo fabricado, todo ello mediante procedimientos bien conocidos en este campo.
Los beneficios y el rendimiento superior de la presente invención se describen además en los siguientes ejemplos. Estos ejemplos se incluyen con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de lo que se considera como la invención.
Ejemplos
Las formulaciones se realizaron mediante combinación de aceite y copolímero en dibloque de estireno-(etileno/pro-
pileno) ("KRATON G 1701") en un mezclador durante varias horas a 130ºC. A continuación se enfriaron las muestras y se centrifugaron a una velocidad moderada para eliminar cualquier aire ocluido.
Las propiedades reológicas de los geles que resultaron se estudiaron con un viscosímetro modelo Brookfield RVF con una aguja de nº 7 a 22ºC y 55% de humedad según la norma ASTM D1824 (que recomienda 23 \pm 1ºC y 50 \pm
5% de humedad). Cada muestra se agitó durante dos minutos a cuatro rotaciones diferentes (2, 4, 10 y 20 rpm, que corresponden a velocidades de cizalladura de 0,1, 0,05, 0,02, y 0,01 seg^{-1}, respectivamente). Para evaluar las características de manejabilidad de las muestras se midieron las viscosidades aparentes y se calcularon los siguientes criterios: índice de dilución de cizalladura grado de tixotropía e índice de tixotropía. Estos criterios, que se definen más adelante, fueron calculados como se recomienda por la norma ASTM 2196 con una modificación. Las viscosidades aparentes medidas en consideración con la evaluación del índice de dilución de cizalladura se realizaron a 2 y a 10 rpm, mientras que el procedimiento especifica las combinaciones típicas de velocidades a 2 y a
20 rpm.
Como se define por la norma ASTM D2196, el índice de dilución de cizalladura es la proporción entre la viscosidad a 2 rpm a la viscosidad de 10 rpm. El grado de tixotropía es una proporción de la viscosidad a 2 rpm, tomada con velocidad en aumento a la tomada con velocidad en decremento. El índice de tixotropía es una proporción de la viscosidad a 2 rpm tomada después de un período de descanso de 30 minutos con respecto a la de antes del período de descanso.
El examen de volatilidad se llevó a cabo a 80ºC y se envejeció durante 48 horas. Las volatilidades se midieron por comparación de la pérdida de peso del compuesto de relleno antes y después del envejecimiento. El examen de separación del aceite se llevó a cabo según FED 791 a 80ºC durante 48 horas. Los valores de penetración del cono se determinaron por la norma ASTM D937, con un peso de 150 gramos.
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Los aceites utilizados se describen en la Tabla 3:
TABLA 3
Propiedad Aceite
A B C D E F
Viscosidad, 40ºC (cSt) 19,5 37,5 16,9 23,9 47 400
Viscosidad, 100ºC (cSt) 3,6 5,4 3,9 5,1 7,8 40
Índice de viscosidad 40 53,9 123 145 135 152
Temperatura de congelación, ºC -40 -37 -73 -48 -54 -40
Punto Flash, ºC 170 190 219 238 246 275
Color Saybolt +30 +30 +30 +30 +30 +30
Los aceites A y B eran aceites minerales nafténicos comerciales, comercializados bajo las denominaciones "LP 100" y "LP 200" (Witco), respectivamente.
La Tabla 4 ilustra para cada muestra la identidad del aceite, la cantidad del agente gelificante de copolímero en dibloque presente, y las propiedades físicas del gel resultante. En todos los casos los geles presentaron propiedades que muestran que son rellenos de cable muy satisfactorios.
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(Tabla pasa a página siguiente)
1

Claims (4)

1. Composición útil como material de relleno para rellenar substancialmente los huecos entre los conductores de fibra óptica en un cable de fibra óptica, que comprende esencialmente:
(a)
85 a 95 partes en peso de un aceite seleccionado de entre:
(a1)
un aceite mineral nafténico que comprende de 45 a 50% en peso de nafténicos y el resto parafinas, que presenta una viscosidad a 40ºC de 19 a 66 centistokes, una viscosidad a 100ºC de 3,5 a 7,5 centistokes, un índice de viscosidad de 40 a 65, una gravedad específica a 15,6ºC de 0,87 a 0,90, una temperatura de congelación de -43ºC a -32ºC (-45ºF a -25ºF), y un peso molecular medio de 310 a 400; y
(a2)
una polialfaolefina o una mezcla de la misma que presenta una viscosidad a 40ºC de 15 a 400 centistokes, una viscosidad a 100ºC de 1 a 40 centistokes, un índice de viscosidad de 120 a 160, una gravedad específica a 15,6ºC de 0,79 a 0,84, y una temperatura de congelación de -73ºC a -46ºC (-100ºF a -50ºF);
(b)
5 a 15 partes en peso de un copolímero en dibloque (estireno)-(etileno/propileno) que tiene una proporción de estireno: (etileno/propileno) de 37,5:62,5 a 27,5:72,5, una dureza Shore A de 70 a 75 y una gravedad específica de 0,90 a 0,95;
(c)
opcionalmente hasta 2 partes en peso de un componente antioxidante; y
(d)
opcionalmente hasta 0,1 partes en peso de un desactivador de metal; la composición no contiene componentes gelificantes adicionales ni componentes antisangrado.
2. Cable que comprende una pluralidad de conductores contenidos dentro de una funda dejando huecos entre los conductores y la funda, y un material de relleno según la reivindicación 1 substancialmente rellenando dichos huecos.
3. Procedimiento de preparación de una composición según la reivindicación 1, que comprende las etapas siguientes:
(i) combinar
(a)
85 a 95 partes en peso de un aceite seleccionado de entre (a1) y (a2) tal como se define en la reivindicación 1;
(b)
5 a 15 partes en peso de un copolímero en dibloque (estireno)-(etileno/ propileno) que tiene una proporción de estireno: (etileno/propileno) de 37,5:62,5 a 27,5:72,5, una dureza Shore A de 70 a 75 y una gravedad específica de aproximadamente 0,90 a 0,95; y
(c)
opcionalmente, un componente antioxidante en una cantidad, si está presente, de hasta 2 partes en peso y/o un desactivador de metal en una cantidad, si está presente, de 0,1 parte en peso; y
(ii) agitar la mezcla completamente hasta que se forma un líquido homogéneo.
4. Utilización de la composición según la reivindicación 1 para la fabricación de un cable según la reivindicación 2.
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