CH621754A5

CH621754A5 - Process for producing polymer-sheathed optical fibres

Info

Publication number: CH621754A5
Application number: CH814176A
Authority: CH
Inventors: Stanley George Foord; Charles Ronald Woodhouse
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1981-02-27
Also published as: GB1498228A; ES449251A1; AU1499176A; IT1063772B; ZA763312B; AU498820B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kunststoffummantelten Lichtleitfasern.

Die Festigkeit nackter Glasfasern verschlechtert sich mit deren Alter, was auf durch Verunreinigung und atmosphärische Einflüsse verursachte Risse in der Faseroberfläche zurückgeführt wird. In der Oberfläche entstehen auch Sprünge, die wiederum durch die mechanische Belastung der Fasern hervorgerufen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Verschlechterung zu verhindern oder ihr mindestens vorzubeugen, indem die Faser mit einem Schutzmantel versehen wird, der die Handhabung der Faser erleichtert und sie gegen allfällige Beschädigungen besser schützt.

Die Schritte zur Herstellung einer derart ummantelten Faser sind im Patentanspruch 1 angegeben.

Die Glasfaser für optische Zwecke kann durch das Herunterziehen eines einen grösseren Durchmesser als die fertige Faser aufweisenden Rohlings oder durch das gleichzeitige Abziehen von Glas aus den Düsenmündungen eines Doppeltiegels entstehen, welches zweitgenannte Verfahren zu gleichzeitigen Herstellung von Kern- und Umhüllungsglas der Faser dient - näheres hierzu ist dem Schweizerpatent Nr. 607 059 zu entnehmen. Die zweite, extrudierte Ummantelung kann entweder direkt auf den ersten Überzug extrudiert werden, oder sie kann die Form eines extrudierten Rohres - als anfänglich loser Sitz über dem ersten Überzug annehmen. Im letztgenannten Fall wird dieses extrudierte Rohr zum Zusammenfallen auf die erste Ummantelung durch Hinunterziehen im geschmolzenen Zustand oder bei niedriger Temperatur als ein Orientierungsvorgang (hierzu siehe das Schweizerpatent Nr. 584 664), gebracht.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die aus Siliciumdioxid hergestellte nackte Faser einen Durchmesser von ungefähr 100-200 um und ihr Kern einen solchen von ca.

30-60 [xm auf. Es geht hier um eine Multimodefaser; bei einer Monomodefaser ist der Aussendurchmesser praktisch gleich, der Kerndurchmesser ist jedoch viel kleiner, ca. 3 [im.

Die Faser wird in vertikaler Richtung mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 30 m/min von einem stabförmigen Glasfaserrohling hinuntergezogen. Die Wahl der Geschwindigkeit hängt mindestens teilweise von der Aushärtungsschnelligkeit des ersten Überzugs ab. Bei einem schnellhärtenden Material können sogar Geschwindigkeiten von bis zu 100 m/min erreicht werden. Ungefähr 15 cm unter der Ziehzone des erhitzten Glases tritt die Faser in ein Umhüllungsbad ein und dann durch eine Öffnung im Boden des Bades, bereits mit einer 25 [un dicken Überzugsschicht versehen, aus diesem aus. Das für den ersten Überzug verwendete Material muss einen elastischen Überzug gewährleisten und sollte in flüssiger Form mit einem hohen Inhalt von Festkörpern erhältlich sein. Der erste Überzug wird vorzugsweise aufgetragen, indem die Faser durch ein Lösungsbad durchgezogen wird; es kann aber auch heissgeschmolzener Kunststoff oder lösungsmittelfreie Glasur bzw. Email verwendet werden. Ein bevorzugtes Material ist ein Fluoropolymer, welcher von DUPONT unter der Bezeichnung Fluoropolymer B hergestellt wird. Andere lösbare, thermoplastische oder hitzehärtbare Polymere sind jedoch auch verwendbar. Ein für Überzüge bei Raumtemperatur geeignetes Lösungsmittel Fluoropolymer B weist eine Viskosität im Bereiche von 6-10 Poise auf und enthält 80 g dieses Mittels aufgelöst in 150 ml Methyläthylketon.

Beim Beschichtungsvorgang mittels einer Lösung besteht die Gefahr einer Blasenbildung um die Faser herum während des Durchzugs dieser durch das Lösungsbad. Wenn diese Blasen nicht vor dem Austritt der Faser aus dem Bad zum Verschwinden gebracht werden, können sich Luftporen im Überzug bilden, welche sowohl die mechanische Festigkeit als auch die optischen Eigenschaften der Faser ungünstig beeinflussen, indem sich scharfe Knicke bilden. Das Problem wird praktisch dadurch eliminiert, dass kleine Glaskügelchen ins Bad hineingeschüttet werden; nähere Einzelheiten hierzu sind dem Britischen Patent Nr. 1 441 086 zu entnehmen.

Der Überzug wird nun getrocknet oder mindestens teilweise ausgehärtet, indem die Faser durch einen vertikalen rohrförmi-gen Ofen durchgezogen wird. Der ungefähr 50 cm hohe Ofen ist so angebracht, dass sein oberes Ende ca. 20 cm unter dem Boden des Lösungsbades liegt. Die Ofentemperatur ist abgestuft: Am obern Ende beträgt sie ca. 200°C, am untern Ende um die 400°C. Die Faser kann dann um eine Rolle gewickelt und durch einen weitern, längern Ofen durchgezogen werden, um das Trocknen oder Aushärten des ersten Überzugs abzu-schliessen.

Die obere Grenze der Dicke des durch den Durchgang der Faser durch ein Lösungsbad aufgetragenen Überzugs ist durch die Notwendigkeit der Aushärtung innerhalb einer vernünftigen vertikalen Durchlaufstrecke, die untere Grenze durch die Notwendigkeit einer mechanischen Verstärkung der Faser, welche noch vor dem Aufbringen des zweiten Überzugs geschützt werden soll, bestimmt.

Das Auftragen des zweiten Überzugs kann in einem Vorgang mit dem Hinunterziehen der Faser und mit der Beschich-tung dieser durch den ersten Überzug erfolgen. Üblicherweise wird jedoch der zweite Überzug in einem separaten Vorgang aufgetragen. Hierzu wird die bereits mit dem ersten Überzug versehene Faser auf eine Aufnahmetrommel gewickelt. Die Umdrehungszahl der Trommel kann auch zur Bestimmung der Faser-Abzugsgeschwindigkeit dienen, normalerweise wird diese jedoch durch eine Antriebsrolle gesteuert.

Die zweite Überzugsschicht wird vorzugsweise durch Extrudieren einer Schicht aus thermoplastischem Polymer, wie z.B. Polypropylen, direkt auf die erste Überzugsschicht mittels einer einen Durchmesser von ca. 4 mm aufweisenden Extrus

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dervorrichtung aufgetragen. Zu diesem Zwecke wird bei einer Schmelztemperatur von 260°C eine Polypropylenart mit dem Schmelzindex von 4 verwendet, wie z.B. das ICI-Erzeugnis GWE 105. Die Extrusion wird in horizontaler Lage bei einer Geschwindigkeit von ca. 20 m/min vorgenommen. Der Über- s zug wird zunächst in einem 0,5 m langen, wassergefüllten, auf 80°C gehaltenen Trog abgekühlt, dann folgt eine weitere 4 m lange Luftabkühlung und schliesslich wird der Kühlvorgang in einem 1 m langen wassergefüllten Trog auf Raumtemperatur abgeschlossen. io

Eine herkömmliche nackte Glasfaser mit einem Durchmesser von 100 um weist eine Bruchbelastbarkeit von 0,3-0,4 kg auf. Ist die Faser mit einem extrudierten Polypropylenmantel eines Durchmessers von 1 mm versehen, kann dieser Wert auf 1,5-2 kg ansteigen. Eine Faser jedoch, die einen 25 |im dicken Lösungsüberzug aus Fluoropolymer B, der während des Hinunterziehens der Faser aufgebracht wurde, aufweist, kann bis zu 3-4 kg Bruchbelastung ertragen. Dieser Wert kann durch den bereits erwähnten extrudierten Propylenmantel sogar auf 5-7 kg erhöht werden.

Als Ausgangsmaterial für die Lösungsüberzüge bzw. die Extrudierung können natürlich auch andere als die oben erwähnten Erzeugnisse verwendet werden. So kommt anstatt Fluoropolymer B z.B. Polyvinyliden Fluorid und als Extru-sionsmaterial hochverdichtetes Polyäthylen, Polyamid und Polyester in Betracht.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von kunststoffummantelten Lichtleitfasern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faser aus Glas gezogen und unmittelbar danach mit einer ersten Überzugsschicht versehen wird, und dass auf diese erste Überzugsschicht eine zweite Überzugsschicht extrudiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugsschicht derart aufgetragen wird, dass die Faser durch ein das Überzugsmaterial enthaltendes Lösungsbad gezogen wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugsschicht aus Fluoropolymer hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Überzugsschicht aus Polypropylen hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die mit der ersten Überzugsschicht versehene Faser die zweite Überzugsschicht in Form eines Rohres extrudiert und anschliessend durch Strecken des Rohres zum Zusammenfallen gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser aus einem in Stabform vorhandenen Glasfaserrohling hinuntergezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser durch das gleichzeitige Abziehen von Glasschmelze aus den Düsenmündungeri eines Doppeltiegels entsteht.