CN101194196B - 光纤 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在浸渍在水中的场合，玻璃光纤和一次被覆层的层间剥离也难以产生的光纤。本发明的光纤，具有：由纤芯和包层组成的玻璃光纤(1)；被覆在该玻璃光纤上的一次被覆层(2)；以及施于该一次被覆层上的二次被覆层(3)，其特征在于，上述二次被覆层的缓和弹性率设定为400MPa以下。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及传输光信号的光纤中具有可靠性高的被覆层的光纤。

背景技术

以前的光纤如图1所示，一般是具有如下构造的光纤：由石英玻璃形成的玻璃光纤1具有纤芯和设在其外侧的包层，光信号通过该玻璃光纤1的中心部，在该玻璃光纤1上被覆柔软的一次被覆层2，在该一次被覆层2上再被覆硬质的二次被覆层3。

并且一般而言，上述一次被覆层2使用扬氏模数为3MPa以下的紫外线固化型树脂，二次被覆层3使用扬氏模数为500MPa以上的紫外线固化型树脂。

在把这样的光纤带芯线浸渍在水中的场合，有时在玻璃光纤1和一次被覆层2的界面会产生剥离。

在产生了这样的剥离的场合，就会因此而在玻璃光纤中有不均匀的力起作用，产生微弯(マィクロベンド)，增加传输损耗。因此为了不产生剥离，要很好地考虑各被覆层的材质，为在一次被覆层2和玻璃光纤1的层间确保充分的粘着性而进行很大的努力。

然而，在维持各被覆层的功能的情况下，确保充分的粘着性是有界限的，可以进行的是使电缆构造、带层或着色层的材质合理化、调整制造条件。

作为采用这些手法的方案，例如，通过规定光纤的被覆树脂层的吸水率而保持传输特性良好的方法在特开2002-122761号公报(专利文献1)中进行了披露。

还有，使着色层的吸水率降低，使到达光纤的水分更少的方法在特开2002-372655号公报(专利文献2)中进行了披露。

发明内容

但是，根据专利文献1中记载的方法，可以通过管理光纤的保管状态而保持光纤的吸水率很低，抑制由于被覆中包含的水分而产生的发泡，防止水压特性、低温特性的降低，不过，该方法不可能成为防止在上述使用环境下水分到达光纤而产生的微弯所引起的损耗增加的有效手段。

还有，专利文献2中记载的方法也不能完全阻断到达光纤的水分，因而随使用环境的不同，会产生微弯所引起的损耗增加。

因此，现状是没有在把光纤浸渍在水中的场合也能抑制传输损耗的增加的极为有效的手段。

鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供在浸渍在水中的场合，玻璃光纤和一次被覆层的层间剥离也难以产生的光纤。

为达成上述目的，本发明的光纤，具有：由纤芯和包层组成的玻璃光纤；被覆在该玻璃光纤上的一次被覆层；以及施于该一次被覆层上的二次被覆层，其特征在于，上述二次被覆层的缓和弹性率为400MPa以下，在一次被覆层使用的紫外线固化型树脂中添加了1.0质量百分比以上的硅烷耦合剂。

根据本发明的光纤，把二次被覆层的缓和弹性率取为400MPa以下，就能在光纤的制造时把在玻璃光纤和一次被覆层的层间产生的残留应力控制得很小，获得玻璃光纤和一次被覆层的层间难剥离的光纤。因此，能获得即使水分到达玻璃光纤也不易造成传输损耗的增加，作为传输路的性能高，并且可靠性高的光纤。

进而，根据本发明的光纤，能加大浸渍在水中时的玻璃光纤和一次被覆层的粘着力，因而更能获得在浸渍在水中的场合玻璃光纤和一次被覆层的层间也难剥离的光纤。因此，即使水分达到光纤也没有传输损耗，能获得长期可靠性非常出色的光缆。

如上所述，根据本发明，在把光纤浸渍在水中的场合，也能防止在玻璃光纤和软质被覆层之间的剥离。因此，能抑制微弯所引起的传输损耗的增加。

附图说明

图1是表示本发明的光纤的一实施例的横截面模式图。

图2是表示缓和弹性率测量中的样品的温度及应变的曲线的坐标图。

图3是把缓和弹性率的测量下的拉伸应力曲线换算为弹性率所得的坐标图。

具体实施方式

以下用附图详细说明本发明的光纤。

图1是表示本发明的光纤的一实施例的横截面模式图。图1所示本发明的光纤，具有：在中心部由纤芯和包层组成的玻璃光纤1；被覆在该玻璃光纤上的一次被覆层2；以及施于该一次被覆层2上的二次被覆层3，其特征在于，二次被覆层3的缓和弹性率为400MPa以下。

把二次被覆层3的缓和弹性率取为400MPa以下的理由是，如果缓和弹性率超过400MPa的话，在玻璃光纤1和一次被覆层2的层间，残留应力就会变大，在把光纤浸渍在水中的场合在玻璃光纤和一次被覆层的层间容易产生剥离，传输损耗容易增加。

本发明中所说的二次被覆层的缓和弹性率是指，把二次被覆层在没有应力的状态下升温到玻璃转移温度(Tg)以上后，一边向室温冷却一边持续给予一定拉伸应变速度，达到室温之后，在保持温度的情况下，持续给予一定拉伸应变，直到次(セカンダリ)层上所受的应力缓和为止，根据该缓和时的应力算出的弹性率。

再有，其特征在于，在一次被覆层使用的树脂中添加1.0质量百分比以上的硅烷耦合剂。

硅烷耦合剂的添加量为1.0质量百分比以上的理由是，添加量不到1质量百分比的话，玻璃光纤1和一次被覆层2的层间的粘着力就会降低，因而在水分到达了光纤的场合在玻璃光纤和一次被覆层的层间容易产生剥离，传输损耗容易增加。

一般而言，光纤按以下方式制造。首先，把由石英系玻璃组成的光纤用母材前端加热到2000℃的程度，使其熔融，施加张力将其拉伸，使其变细而制成玻璃光纤。再对获得的玻璃光纤涂布例如紫外线固化型的被覆树脂，此后照射紫外线而使紫外线固化树脂固化，在玻璃光纤的外周形成被覆层。接着由称作绞盘的牵引装置进行牵引，从而制造光纤。

在该光纤的制造工序中，在形成被覆层时，被覆层一度被树脂的反应热和紫外线灯给出的红外线的辐射热加热，此后慢慢冷却，直到被绞盘牵引。此时，一次被覆层和二次被覆层的线膨胀系数的差大的话，一次被覆层中从玻璃光纤剥离一次被覆层的方向的残留应力就残留得大。可以认为，该残留应力受二次被覆层的缓和弹性率的很大影响，把二次被覆层的缓和弹性率取为400MPa以下，就能减小一次被覆层中残留的残留应力。

二次被覆层的缓和弹性率能通过改变二次被覆层用树脂的自由基聚合性低聚物的分子量，或改变终结(封止する)位于自由基聚合性低聚物的两末端的不饱和基的比例而容易地进行调整，加大二次被覆层用树脂的自由基聚合性低聚物的分子量，或增加终结位于自由基聚合性低聚物的两末端的不饱和基的比例的话，就能降低二次被覆层的缓和弹性率。

再有，在一次被覆层使用的树脂中添加1.0质量百分比以上的硅烷耦合剂，就能加大玻璃光纤和一次被覆层的水渍浸时的粘着力，所以即使水分到达了光纤，玻璃光纤和一次被覆层也难剥离。

本发明中使用的一次被覆层2和二次被覆层3没有特别限定，不过，主要采用紫外线固化型的树脂组成物(以下简称UV树脂)，从固化速度的观点来看，以聚氨酯甲基丙烯酸酯系、环氧丙烯酸酯系的低聚物为主要成分的光纤最适合。

UV树脂一般把含有不饱和基(例如丙烯酰基)的自由基聚合性低聚物、作为反应性稀释剂的反应性单体、吸收光能量而产生自由基等的活性种的聚合开始剂作为基本的构成成分而含有，再作为各种添加剂，按需要量配合颜料、着色剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、增感剂、连锁移动剂、防聚合剂、硅烷耦合剂、平抑剂、润滑剂、氧化稳定剂、老化防止剂、耐侯剂、保存稳定剂、可塑剂、界面活性剂等。

作为硅烷耦合剂，可以举出例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷等。

还有，UV树脂主要通过选定自由基聚合性低聚物的种类、构造、分子量及反应性单体、聚合开始剂的种类，调整自由基聚合性低聚物、反应性单体、聚合开始剂的配合比，就能得到作为光纤的一次被覆层用途、二次被覆层用途所要求的各特性例如透过度、固化后的扬氏模数、固化速度、吸水率等成为合理值的光纤被覆树脂。

还有，一次被覆层的扬氏模数在常温(23℃)下优选的是2.5MPa以下，更优选的是1.5MPa以下，二次被覆层的扬氏模数在常温(23℃)下优选的是100～2000MPa，更优选的是400～1000MPa。

一次被覆层的扬氏模数超过2.5MPa，二次被覆层的扬氏模数超过2000MPa的话，侧压特性就会恶化，二次被覆层的扬氏模数不到100Mpa，刚性就不充分。

还有，一次被覆层和二次被覆层的厚度没有特别限制，不过，一次被覆层和二次被覆层各自的厚度优选的是约10μm～约50μm。例如在使用直径约125μm的玻璃光纤的场合，一般构成为，一次被覆层的外径为180μm～200μm，二次被覆层的外径为230μm～250μm的程度。

实施例

在上述图1所示的构造的光纤中，改变二次被覆层3的缓和弹性率，再改变硅烷耦合剂的添加量而准备与本发明的实施例相当的光纤及比较例的光纤。另外，作为硅烷耦合剂，采用了γ-巯丙基三乙氧基硅烷。将其表示在表1中。

另外，光纤为标准的单模光纤，玻璃光纤的外径为约125μm，一次被覆层的外径为约195μm，二次被覆层的外径为约245μm。

还有，一次被覆层采用0.2mm固化薄片的扬氏模数为1.0MPa的数种聚氨酯甲基丙烯酸酯系UV树脂，二次被覆层采用0.2mm固化薄片的扬氏模数为表1所示的聚氨酯甲基丙烯酸酯系UV树脂S1～S5。

另外，固化薄片的扬氏模数是，制作在大气中，UV照度200mW/cm²，UV照射量1000mJ/cm²的条件下固化了的0.2mm厚薄片，在23℃，拉伸速度1mm/分的条件下进行拉伸试验，根据2.5％应变时的拉伸强度而算出的值。

还有，表1表示所获得的实施例1～8及比较例1～5的光纤的一次被覆层的扬氏模数、二次被覆层的扬氏模数。另外，对于光纤的一次被覆层的扬氏模数，采用特开2001-328851中记载的方法，测量一次被覆层的刚性率，算出泊松比为0.45。光纤的二次被覆层的扬氏模数采用特开2003-322775号中记载了的方法进行了测量。

再有，对实施例1～8、比较例1～5的光纤，测量了二次被覆层的缓和弹性率。

对上述获得的光纤涂布用于着色的紫外线固化树脂，照射紫外线使其固化而施以着色层，获得着色光纤芯线。然后，将4根着色光纤芯线并列地排列，在其外周统一涂布带用紫外线固化树脂，照射紫外线，从而获得带状光纤芯线。

对于这样获得的带状光纤芯线，在60℃温水中浸渍后，进行玻璃光纤和一次被覆层间的剥离的有无的观察，并且测量传输损耗的增加。表2表示结果。

另外，二次被覆层的缓和弹性率的测量、玻璃光纤和一次被覆层间的剥离的有无的观察、传输损耗的增加的测量按以下方式进行。

[二次被覆层的缓和弹性率的测量方法]

把光纤浸渍在液体氮中之后，拉拔玻璃光纤，从而获得长度30mm的管状的一次被覆层/二次被覆层的一体化物的用于测量的样品。把该样品在没有应力的状态下升温到140℃后，一边以1℃/分缓慢冷却到室温，一边持续给予一定拉伸应变速度0.02％/分(样品标线间距离20mm)，施以2％的拉伸应变，直到冷却到室温时。此后，在温度固定于室温，拉伸应变固定于2％的情况下，放置300分后，根据此时加在样品上的拉伸应力算出弹性率作为缓和弹性率。另外，图2表示测量中的样品的温度及应变的曲线，还有，图3表示把此时测量到的拉伸应力曲线换算为弹性率的典型的例子。在图2及图3中，粗线分别表示应变、弹性率，细线表示温度。

另外，测量中使用了粘性弹性测量装置(Dynamic mechanicalanalyzer)SEIKO Instruments DMS6100。

[玻璃光纤和一次被覆层间的剥离的有无的观察]

把约1m的光纤在60℃的离子交换水中浸渍30天后，使用光学显微镜以透射光观察了玻璃光纤和一次被覆层的界面。另外，倍率为100倍的程度。

表2中，以◎表示完全没有剥离的光纤，以○表示存在极微小剥离(没有问题的水平)的光纤，以×表示有剥离的光纤。

[传输损耗的增加的测量]

把成束的1000m的长度的光纤在60℃的离子交换水中浸渍30天后，使用OTDR测量了传输损耗。测量波长为1550nm。把获得的传输损耗和在离子交换水中浸渍前同样使用OTDR测量到的传输损耗的差作为传输损耗的增加。传输损耗的增加越小越好，1.00dB/km以下为实用水平。

从表2可以看出，作为本发明的光纤的实施例1～8在60℃的离子交换水中浸渍30天后，玻璃光纤和一次被覆层的层间也没有剥离，传输损耗的增加控制在0.09dB/km以下。再有，可以看出，把向一次被覆材的硅烷耦合剂添加量取为1.0质量百分比以上，传输损耗的增加就能控制在0.05dB/km以下。如果把硅烷耦合剂取为2.0质量百分比的话，传输损耗的增加就非常小，为0.02dB/km以下。

本发明的光纤例如可以制成对其施以着色层后的光纤芯线及采用了该光纤芯线的带芯线，以及集合多条光纤芯线或带芯线而制成光编码器或光缆，不用说，能用于通用的各种形态的光纤芯线、带芯线、光编码器、光缆。

如上所述，根据本发明的光纤，把二次被覆层的缓和弹性率取为400MPa以下，从而能获得即使浸渍在水中的场合，玻璃光纤和一次被覆层的层间剥离也难产生的光纤。再有，把硅烷耦合剂添加量取为1.0质量百分比以上，从而能获得更高的效果。

Claims (1)

1.一种光纤，具有：由纤芯和包层组成的玻璃光纤；被覆在该玻璃光纤上的一次被覆层；以及施于该一次被覆层上的二次被覆层，其特征在于，上述二次被覆层的缓和弹性率为400MPa以下，在一次被覆层使用的树脂中添加了1.0质量百分比以上的硅烷耦合剂。

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