CN101258435A - 光纤心线及光纤带状心线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种容纳在光纤电缆内的光纤心线，特别是涉及适当设置光纤用覆盖树脂和着色树脂、以抑制光纤的传输损耗因使用环境或长时间老化而增加的光纤心线，并提供一种光纤心线、光纤带状心线，其传输损耗不会因使用环境或长时间老化、特别是因暴露在水中或高湿度下而增加。本发明的光纤心线，在光纤上至少覆盖2层覆盖树脂，覆盖在最外侧上的所述覆盖树脂是由着色树脂构成的着色层，所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，所述覆盖树脂从所述光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种容纳在光纤电缆内的光纤心线。特别是涉及一种光纤心线，适当设置光纤用覆盖树脂和着色树脂，并抑制因使用环境或长时间老化引起的光纤的传输损耗的增加。
背景技术
在石英玻璃的拉丝工序中，为了防止光纤的强度下降，直接在光纤的外周面上覆盖覆盖树脂。作为光纤用的覆盖树脂，主要使用紫外线硬化型树脂。作为紫外线硬化型树脂，使用聚氨酯丙烯酸酯类或环氧丙烯酸酯类。
在光纤中，传输损耗因各种外应力或由其产生的局部严重挠曲而增加。因此，为了保护光纤不受这种外应力的影响，一般光纤心线实施2层结构构成的覆盖。在与石英玻璃接触的内层上使用杨氏模量较低的树脂，以此作为缓冲层(以下称为初级层)，在外层上使用杨氏模量较高的树脂，以此作为保护层(以下称为次级层)。
光纤心线通过如下方法制造：从以石英玻璃为主要成分的预制坯开始，通过拉丝炉被加热熔融、拉丝成石英玻璃制光纤，在该光纤上利用涂敷模涂布紫外线硬化型树脂，接着对其照射紫外线使紫外线硬化型树脂硬化，从而覆盖初级层、次级层。而且，在下一工序中，为了识别而在制造出的光纤心线上涂上着色层，从而变成如图1所示的着色光纤心线。另外，一般而言，将覆盖树脂覆盖在光纤上的光纤称为光纤素线，将进而设有着色层的光纤称为光纤心线，但在本说明书中，为了说明方便，在光纤上实施了任何覆盖工序的光线都称为光纤心线。
一般而言，着色层也使用紫外线硬化型树脂。进而，如图2所示，将多根如上得到的着色光纤心线并列排列，将其外周面例如用由紫外线硬化型树脂构成的带状层一并覆盖，对其照射紫外线，从而使带状层硬化，作为光纤带状心线。这种光纤带状心线，主要用作高密度光纤电缆的情况较多。
若将光纤在浸渍于水中的状态下长期使用，则存在传输损耗增大的情况。例如，在专利第2925099号(专利文献1)中公开了如下内容：光纤带状心线在高湿度的氛围中使用时，在次级层与着色层之间、或在着色层与带状层之间，产生由吸湿引起的异常膨胀，由此，压力施加到石英玻璃上，因此传输损耗增大。而且在该专利文献1中，通过适当设置作为着色层的墨水的浸水引起的重量变化率，从而抑制传输损耗的增大。
但是，随着近年来光纤的显著普及，光纤电缆的使用范围逐渐扩大。这意味着光纤电缆的使用环境的多样化。因此，对光纤电缆的长期可靠性要求更加严格。
由于上述状况，如专利文献1所示，即使适当设置了作为着色层的墨水的浸水引起的重量变化率，但是还存在光纤心线暴露于水中，传输损耗增大的情况。
发明内容
本发明人等对其原因进行了锐意研究，发现在暴露于水浸状态而传输损耗增大的光纤心线上，不仅在次级层/着色层界面、或着色层/带状层界面，而且在光纤/初级层界面上也可以观察到很多剥离状态即分层。若这样在光纤/初级层界面上产生分层，则该部分的应力变得不均匀，光纤产生由于局部严重挠曲引起的传输损耗增加。因此，本发明的课题其目的在于提供一种光纤心线、光纤带状心线，例如容纳在光纤电缆中，即使根据使用环境或长时间老化，特别是即使在暴露于水中的情况下，传输损耗也难以增加。
为了解决所述课题，
(1)本发明的第1观点的光纤心线，在光纤上至少覆盖2层覆盖树脂，其特征在于，覆盖在最外侧上的所述覆盖树脂是着色树脂构成的着色层，所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，所述覆盖树脂从所述光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以下。
(2)本发明的第2观点的光纤心线，在第1观点的光纤心线中，其特征在于，将覆盖所述光纤心线的着色层之前的光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，覆盖树脂从该光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以下。
(3)本发明的第3观点的光纤心线，在第1观点的光纤心线中，其特征在于，将所述着色层覆盖之后的所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，所述覆盖树脂的溶解析出率小于将所述着色层覆盖之前的所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时的所述覆盖树脂的溶解析出率。
(4)本发明的第4观点的光纤心线，在第1、第2、以及第3观点中任一个光纤心线中，其特征在于，所述覆盖树脂及所述着色树脂由紫外线硬化型树脂构成。
(5)本发明的第5观点的光纤带状心线，其特征在于，将多根第1至第4观点中的任一个观点的光纤心线排列成平面状，并由带状树脂一并覆盖。
将所述光纤心线在水中浸渍时产生传输损耗增加的机理如下。即，在着色光纤心线或带状光纤心线浸渍在水中时，水分透过覆盖层，达到至玻璃与初级层界面处。在玻璃与初级层界面上产生粘接力，例如如Proc.19th ACOFT，375(1994)“Design of Optical Fiber Coating”的报告所述，一般而言粘接力包括：玻璃与树脂中的官能团的氢键结合、和粘接促进剂引起的化学结合。但是，可以认为氢键结合，随着水等浸入玻璃与初级层的界面而被切断。这样，若氢键结合被切断，则玻璃与初级层截面的粘接力下降。
另一方面，例如如果初级层、次级层、以及着色层等光纤心线覆盖树脂的溶解析出率大，则在光纤心线浸渍在水中时，水分扩散移动，且光纤心线覆盖树脂中的渗出成分扩散到光纤心线外。特别是，从树脂柔软且与玻璃接触的初级层的扩散的影响大。在光纤心线浸渍在水中的状态下，若吸入的水分与覆盖树脂的渗出量相同或在其以上，则实际上不会产生体积收缩。
然而，如果光纤心线长期处于浸渍在水中的状态，则渗出成分会逐渐地放出到光纤心线外。此时光纤心线覆盖树脂产生体积收缩，若长期产生该现象，则和所述玻璃与初级层界面的粘接力下降相互作用，引起使传输损耗增大的局部分层。
此外，该覆盖树脂的渗出成分取决于：非反应性添加剂和各种反应性添加剂；以及与光纤心线制造过程中硬化反应时未反应成分的量和相交联的部分的分子结构的亲和性等。
此外，着色层原本出于进行识别的目的而设置，但发现通过改变其杨氏模量、玻璃转移温度、以及交联密度这些树脂特性，或通过控制所添加的调制成分，可以控制并抑制来自包括初级层或次级层的光纤心线覆盖树脂的渗出量，从而完成本发明。
一般而言，若将着色层看作高分子膜，则玻璃状态中的高分子膜的自由体积即分子水平或其近尺寸的空隙(空孔)虽然一般表现为微孔洞，但透过性由该微孔洞的量、尺寸、形状、以及分布决定。若是类似气体分子，则理论上已有解释，但在由于水这样具有极性而与高分子膜相互作用的情况下，其透过性变得复杂。特别是，从本发明的覆盖层的渗出成分是浸渍在水中时从覆盖层自身渗出来的成分，因此与覆盖层的相互作用当然很强，难以推测渗出性，但通过提高杨氏模量、玻璃转移温度、以及交联密度，可以对透过物质的透过性进行抑制。作为调制成分，添加更多的双官能单体等多官能单体，从而可以提高杨氏模量、玻璃转移温度、以及交联密度。
此外，光纤状态下的溶解析出率的值不仅取决于所覆盖的紫外线硬化树脂的组成，还受照明度或照射量这些硬化条件的影响。
即，根据本发明的第1及第2观点的光纤心线，通过使在60℃的水中浸渍168小时时光纤心线覆盖树脂的溶解析出率在1.5％以下，可以抑制引起传输损耗增加的玻璃/初级层界面等、光纤与覆盖树脂的界面的分层。另外，设定为168小时是因为经过168小时后由覆盖树脂的渗出几乎饱和。
根据本发明的第3观点的光纤心线，例如即使在初级层或次级层等设在着色层内侧的覆盖树脂对水的溶解析出率大的情况下，通过在其外侧设置由对水的溶解析出率小的着色树脂构成的着色层，也可以将光纤心线的覆盖树脂整体对水的溶解析出率抑制得较小。因此，可以解决如下两个问题：抑制引起传输损耗增加的光纤与覆盖树脂的界面处的分层；和初级层、次级层的设计自由度。
根据本发明的第4观点的光纤心线，可以将用于抑制技术方案1至3涉及的分层的结构适用于一般的光纤心线上。另外，作为光纤心线的覆盖树脂或着色树脂而使用的紫外线硬化型树脂主要包括：低聚物、稀释单体、光引发剂、链转移剂、以及添加剂等。作为低聚物主要使用聚氨酯丙烯酸酯类、环氧丙烯酸酯类、以及聚酯丙烯酸酯类。
作为稀释单体使用：单官能丙烯酸酯或多官能丙烯酸酯；及所谓N-乙烯吡咯烷酮或N-乙烯己内酰胺的乙烯单体。
根据本发明的第5观点的光纤带状心线，通过使用技术方案1至4中任一个光纤心线，可以构成合适的光纤带状心线。另外，可以通过对从光纤带状心线中分离为单心的光纤心线的着色树脂及/或覆盖树脂的溶解析出率或渗出量进行测量来确定在光纤带状心线中使用了何种光纤心线。
附图说明
图1是光纤心线的横截面图。
图2是光纤带状心线的横截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对发明的实施方式进行说明。
优选如下用于实施本发明的具体实施方式。即，在光纤上覆盖初级(primary)层、次级(secondary)层、以及着色层这3层覆盖树脂，从而制造光纤心线。各树脂使用紫外线硬化型树脂。进而，将多根该光纤心线并列排列成平面状，并利用由紫外线硬化型树脂构成的带状树脂一并覆盖，作为光纤带状心线。
作为本发明的实施例，如图1所示，制造如下多种类的光纤心线5：在由石英玻璃构成的光纤1上覆盖有初级层2、次级层3、以及着色层4这3层覆盖树脂。各树脂使用紫外线硬化型树脂。紫外线硬化型树脂由低聚物、稀释单体、光引发剂、链转移剂、以及添加剂构成，通过改变其构成材料可以制造多种类的光纤心线5。另外，在任何实施例中，均将由石英玻璃构成的光纤1的外径设为125μm、初级层2的外径设为195μm、次级层3的外径设为245μm、着色层4的外径设为255μm。进而，如图2所示，一部分光纤心线5，排列成4根并排的平面状，并利用由紫外线硬化型树脂构成的带状树脂6一并覆盖，以此作为光纤带状心线7。
根据下述方法，对它们进行了溶解析出率和传输损耗增加的测量。其结果如表1所示。另外，在本实施例中，覆盖树脂从覆盖有初级、次级层的状态下的光纤心线的溶解析出率，用覆盖着色层之前的光纤心线测量。
溶解析出率的测量方法
将长度为5m的光纤心线在60℃的恒温槽中干燥24小时后，从光纤心线的质量减去玻璃部分的质量，由此测量树脂部分的质量(w1)。接下来，将该光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时。其后，将光纤心线从加热至60℃的水中取出，并测量将光纤心线在50℃下干燥24小时后的树脂部分的质量(w2)。从测量出的w1和w2，根据如下公式求出溶解析出率：
溶解析出率(wt％)＝(w1-w2)/w1×100。
传输损耗增加的测量方法
将长度约为1km的光纤心线或光纤带状心线浸渍在加热至60℃水中，测量100天后的传输损耗增加。将传输损耗增加在0.10dB/km以上判断为×、小于0.10dB/km判断为○，其中将小于0.03dB/km判断为◎。传输损耗增加的测量，使用安立(アンリツ/Anritsu)株式会社制造的光脉冲实验仪MW9060A，根据光反向散射损失系数(OTDR)，在长度方向上测量1.55μm带的损失。
从以上说明可知，根据本发明，在光纤上至少覆盖了2层覆盖树脂的光纤心线，覆盖在最外侧上的所述覆盖树脂是由着色树脂构成的着色层，将所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，使所述覆盖树脂从所述光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以下，由此可以确认即使在60℃的温水中浸渍100天，传输损耗增加也小于0.10dB/km，传输损耗几乎不增加。此外，通过使覆盖树脂从覆盖有初级、次级层的状态下的光纤心线的溶解析出率也在1.5质量％以下，则即使在60℃的温水中浸渍100天，传输损耗增加也小于0.03dB/km，得到了特别好的结果。可以确认，这些效果无论在光纤心线的状态下(实施例1、3、5、7)，还是在光纤带状心线的状态下(实施例2、4、6、8)都可以得到。另一方面，发现在比较例1～4的情况下，在加热至60℃的水中浸渍后从着色光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以上，传输损耗的增加在0.1dB/km以上，传输损耗是增加的。
如上所述，根据本发明，可以得到一种光纤心线或光纤带状心线，即使使用环境或长时间老化，特别是暴露在水分或高湿度氛围中，传输损耗也不增加。
Claims (5)
1. 一种光纤心线，在光纤上至少覆盖2层覆盖树脂，其特征在于，覆盖在最外侧的所述覆盖树脂是由着色树脂构成的着色层，所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，所述覆盖树脂从所述光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以下。
2. 根据权利要求1所述的光纤心线，其特征在于，将覆盖所述光纤心线的着色层之前的光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时，覆盖树脂从该光纤心线的溶解析出率在1.5质量％以下。
3. 根据权利要求1所述的光纤心线，其特征在于，将覆盖所述着色层之后的所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时的所述覆盖树脂的溶解析出率，小于将覆盖所述着色层之前的所述光纤心线在加热至60℃的水中浸渍168小时时的所述覆盖树脂的溶解析出率。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的光纤心线，其特征在于，所述覆盖树脂及所述着色树脂由紫外线硬化型树脂构成。
5. 一种光纤带状心线，其特征在于，将多根权利要求1至4中任一项所述的光纤心线排列成平面状，并由带状树脂一并覆盖。
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