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: ZA763312B; ES449251A1; IT1063772B; GB1498228A; AU1499176A; AU498820B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kunststoffummantelten Lichtleitfasern. The present invention relates to a method for producing plastic-coated optical fibers.

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. The strength of bare glass fibers deteriorates with age, which is attributed to cracks in the fiber surface caused by contamination and atmospheric influences. Cracks also occur in the surface, which in turn are caused by the mechanical stress on the fibers.

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. The object of the present invention is to prevent or at least prevent this deterioration by providing the fiber with a protective jacket which facilitates the handling of the fiber and better protects it against any damage.

Die Schritte zur Herstellung einer derart ummantelten Faser sind im Patentanspruch 1 angegeben. The steps for producing such a coated fiber are specified in claim 1.

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. The glass fiber for optical purposes can be produced by pulling down a blank with a larger diameter than the finished fiber or by simultaneously pulling glass out of the nozzle orifices of a double crucible, which serves the second-mentioned process for the simultaneous production of core and cladding glass of the fiber - more on this can be found in Swiss Patent No. 607 059. The second, extruded jacket can either be extruded directly onto the first coating, or it can take the form of an extruded tube - as an initially loose fit over the first coating. In the latter case, this extruded pipe is collapsed onto the first jacket by pulling it down in the molten state or at a low temperature as an orientation process (see Swiss Patent No. 584 664).

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. In one embodiment of the invention, the bare fiber made of silicon dioxide has a diameter of approximately 100-200 µm and its core has a diameter of approximately

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. 30-60 [xm. This is a multimode fiber; with a single-mode fiber the outer diameter is practically the same, but the core diameter is much smaller, approx. 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. The fiber is drawn down from a rod-shaped glass fiber blank in the vertical direction at a speed of 2 to 30 m / min. The choice of speed depends at least in part on the curing speed of the first coating. With a fast-curing material, speeds of up to 100 m / min can even be achieved. About 15 cm below the drawing zone of the heated glass, the fiber enters a coating bath and then exits through an opening in the bottom of the bath, already provided with a 25 [un thick coating layer. The material used for the first coating must ensure an elastic coating and should be available in liquid form with a high content of solids. The first coating is preferably applied by drawing the fiber through a solution bath; however, hot-melted plastic or solvent-free glaze or enamel can also be used. A preferred material is a fluoropolymer, which is manufactured by DUPONT under the name Fluoropolymer B. However, other detachable, thermoplastic or thermosetting polymers can also be used. A fluoropolymer B solvent suitable for coatings at room temperature has a viscosity in the range of 6-10 poise and contains 80 g of this agent dissolved in 150 ml of methyl ethyl ketone.

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. When coating with a solution, there is a risk of blistering around the fiber as it passes through the solution bath. If these bubbles are not removed before the fiber emerges from the bath, air pores can form in the coating, which adversely affect both the mechanical strength and the optical properties of the fiber by the formation of sharp kinks. The problem is practically eliminated by pouring small glass beads into the bathroom; Further details can be found in British Patent No. 1,441,086.

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. The coating is now dried or at least partially cured by pulling the fiber through a vertical tubular oven. The approximately 50 cm high oven is installed so that its upper end is approx. 20 cm below the bottom of the solution bath. The oven temperature is graded: at the top it is approx. 200 ° C, at the bottom it is around 400 ° C. The fiber can then be wrapped around a roll and pulled through a further, longer oven to complete the drying or curing of the first coating.

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. The upper limit of the thickness of the coating applied by passing the fiber through a solution bath is due to the need for curing within a reasonable vertical pass, the lower limit is due to the need for mechanical reinforcement of the fiber, which are still protected from the application of the second coating should, determined.

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. The second coating can be applied in one operation by pulling the fiber down and coating it through the first coating. However, the second coating is usually applied in a separate process. For this purpose, the fiber already provided with the first coating is wound onto a take-up drum. The number of revolutions of the drum can also be used to determine the fiber withdrawal speed, but this is normally controlled by a drive roller.

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 The second coating layer is preferably made by extruding a layer of thermoplastic polymer, such as e.g. Polypropylene, directly on the first coating layer by means of an extrusion with a diameter of approx. 4 mm

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

621754 621754

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 applied to the device. For this purpose, a polypropylene type with a melt index of 4 is used at a melting temperature of 260 ° C, e.g. the ICI product GWE 105. The extrusion is carried out in a horizontal position at a speed of approx. 20 m / min. The coating is first cooled in a 0.5 m long, water-filled trough kept at 80 ° C, then another 4 m long air cooling follows and finally the cooling process is completed in a 1 m long water-filled trough to room temperature. 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. A conventional bare glass fiber with a diameter of 100 µm has a breaking load of 0.3-0.4 kg. If the fiber is provided with an extruded polypropylene jacket with a diameter of 1 mm, this value can increase to 1.5-2 kg. However, a fiber that has a 25 in fluoropolymer B solution coating applied while the fiber is being pulled down can withstand up to 3-4 kg breaking load. This value can even be increased to 5-7 kg by the extruded propylene jacket already mentioned.

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. Products other than those mentioned above can of course also be used as the starting material for the solution coatings or the extrusion. So instead of fluoropolymer B e.g. Polyvinylidene fluoride and as an extrusion material highly compressed polyethylene, polyamide and polyester.

B B

Claims

621754

1. A process for the production of plastic-coated optical fibers, characterized in that a fiber is drawn from glass and immediately afterwards provided with a first coating layer, and that a second coating layer is extruded onto this first coating layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the first coating layer is applied such that the fiber is drawn through a solution bath containing the coating material.

2nd

PATENT CLAIMS

3. The method according to claim 2, characterized in that the first coating layer is made of fluoropolymer.

4. The method according to claim 1, characterized in that the second coating layer is made of polypropylene.

5. The method according to claim 1, characterized in that over the fiber provided with the first coating layer, the second coating layer is extruded in the form of a tube and is then brought to collapse by stretching the tube.

6. The method according to claim 1, characterized in that the optical fiber is pulled down from a glass fiber blank in rod form.

7. The method according to claim 1, characterized in that the optical fiber is formed by the simultaneous removal of glass melt from the nozzle mouth of a double crucible.