CN102257420A - 光纤 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤，所述光纤即使当暴露于高湿度环境或浸入水中时也较少可能增加其传输损失。所述光纤包含玻璃纤维和包覆在所述玻璃纤维外周的至少两个包覆层(软质层和硬质层)，其中在湿热环境下所述玻璃纤维与包覆层之间的极限粘附强度为0.50N/10mm以上。优选地，所述硬质层的玻璃化转变温度为90℃以下。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及耐水性优良的光纤。

背景技术

通常，光纤包含由二氧化硅制成的玻璃纤维；和在玻璃纤维外周的由包覆树脂制成的包覆层。所述包覆层防止强度下降。通常将紫外线固化型树脂，特别是氨基甲酸酯-丙烯酸酯型或环氧-丙烯酸酯型树脂用作光纤用包覆树脂。

光纤由于外应力和由这种外应力引起的微弯曲而增加传输损失。为了保护光纤免受这种外应力影响，通常利用两个材料层(软质层和硬质层)对光纤进行包覆。对于直接与二氧化硅玻璃接触的内层，将具有低杨氏模量的软树脂用作缓冲层(在下文中称为初级层)；而对于外层，将具有高杨氏模量的硬树脂用作保护层(在下文中称为次级层)。通常，将杨氏模量为3MPa以下的树脂用作初级层，并将杨氏模量为500MPa以上的树脂用作次级层。

这种光纤通过如下方法制造。首先，通过在拉丝炉中对预制体进行加热，由二氧化硅玻璃预制体拉制玻璃纤维。接着直接在此后，经由涂布模具将液状紫外线固化型树脂涂布在拉制的二氧化硅纤维上并用紫外光固化。通过该方法形成初级层和次级层。有将初级层和次级层同时涂布，然后将两者同时固化的方法；以及在涂布并固化初级层之后，涂布并固化次级层的方法。

随着近年来光纤普及的增加，光纤电缆的应用数目增加。因为普及，所以已经使得使用光纤电缆的环境多样化，且光纤电缆所需的长期可靠性变得更严格。就如上所述的情况而言，正考虑当长时间段浸入水中时较少可能增加传输损失的光纤。例如，日本特开平9-5587号公报公开了一种光纤，其由于初级层与玻璃纤维之间的强化粘附，即使当长时间段浸入水中时也不增加传输损失。

已知，在当暴露于高湿度环境或浸入水中时增加传输损失的光纤中，在包覆层与玻璃纤维之间的界面层中观察到剥离。当在玻璃纤维与包覆层之间的界面中为了剥去包覆层而施加的力大于玻璃纤维与包覆层之间的界面粘附力时，发生包覆层与玻璃纤维之间的剥离。当在玻璃纤维与包覆层之间的界面处发生剥离时，施加至玻璃纤维的力变得不均匀。力的不均匀引起微弯曲，结果光纤增加传输损失。

当将光纤浸入水中时引起玻璃纤维与包覆层之间的粘附力降低的机理推测如下。当将光纤浸入水中或暴露于高湿度环境时，水分透过包覆层并到达玻璃纤维与包覆层之间的界面。粘附力存在于玻璃纤维与包覆层之间的界面处，且一般包含玻璃纤维与树脂中官能团之间的氢键和源自粘附促进剂的化学键(参见例如，N.Akasaka等人，“光纤包覆层的设计(Design of Optical Fiber Coating)”，第19届澳大利亚光纤技术会议会刊(Proc.of 19th Australian Conference on Optical FibreTechnology)(ALOFT)，第375页，1994)。然而，据信，当水渗入玻璃纤维与包覆层之间的界面时，氢键断开。如上所述，据推测，在玻璃纤维与包覆层之间的界面处的粘附力因氢键断开而降低。

提出了各种当浸入水中时较少可能增加传输损失的光纤。然而，如日本特开平9-5587号公报中所示，通过平衡每个界面层的粘附性来抑制传输损失增加的已知方法有局限，且这些方法未提供足够的可靠性。

就如上所述的情况而言，本发明的目的是提供如下光纤，其抑制由于环境或经年劣化而引起的传输损失增加，特别是当将其暴露于高湿度环境或浸入水中时。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的光纤包含玻璃纤维，所述玻璃纤维具有至少两个包覆在其外周的层(软质层和硬质层)；其中在湿热环境中所述玻璃纤维与软质层之间的极限粘附强度为0.50N/10mm以上。

并且，在本发明的光纤中，硬质层的玻璃化转变温度为90℃以下，且硅烷偶联剂的量为0.5wt％以上。

附图说明

图1是作为本发明实施方式的光纤的横截面图；

图2是表示极限粘附强度的测量方法之一的示意图；和

图3是表示极限粘附强度的典型测量结果的图。

具体实施方式

下面，利用附图详细描述本发明的光纤的实施方式。然而，本发明不限于本文中所公开的实施方式。图1是作为本发明实施方式的光纤14的横截面图。如图1中所示，该光纤14包含玻璃纤维11；软质初级层12；和硬质次级层13；其中所述两层包覆在玻璃纤维11的外周。

用作光纤的初级层和次级层用包覆树脂的紫外线固化型树脂主要包含低聚物、稀释剂单体、光引发剂、链转移剂、硅烷偶联剂和其它添加剂。关于低聚物，主要使用氨基甲酸酯-丙烯酸酯型、环氧-丙烯酸酯型或聚酯-丙烯酸酯型。关于稀释剂单体，主要使用单官能的丙烯酸酯或多官能的丙烯酸酯。作为硅烷偶联剂，巯丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和氨丙基三甲氧基硅烷或其组合是可用的。

在湿热环境中光纤14的玻璃纤维与包覆层之间的极限粘附强度为0.50N/10mm以上，因此当将纤维暴露于高湿度环境或浸入水中时抑制传输损失增加。在湿热环境中玻璃纤维与包覆层之间的极限粘附强度值按照如下方法测量。

利用图2说明关于极限粘附强度测量方法的细节。首先，提供约30cm的光纤14。接着，在纤维上的初级层12和次级层13周围形成切口44，其距离纤维一端约5cm。然后，利用胶粘剂42将光纤14的相对于切口44的上面部分固定在砂纸41上。接着，切断光纤14，使得在切口44和附着至砂纸41的纤维上端之间具有10mm距离。

将通过利用上述步骤制作的样品在使得附着有砂纸41的一侧朝上的状态下经受试验环境(温度60℃和相对湿度98％)。接着，将重物43附着至光纤14的下端。因此，将恒定负荷施加至切口44上方10mm部分的玻璃纤维11与初级层12之间的界面。在这些条件下，测量直到将玻璃纤维11从包覆层中拉出的时间。拉出时间取决于当水分到达界面时，光纤14与初级层12之间的界面处粘附强度的劣化。接着，逐渐改变负荷(即重物43的质量)以观察负荷与玻璃纤维11被拉出所耗的时间之间的关系。

图3是表示极限粘附强度的典型测量结果的图。当逐渐降低玻璃纤维11与初级层12之间的负荷(即重物43的质量)时，玻璃纤维11被拉出所耗的时间增加。然而，当将负荷降至特定负荷量时，玻璃纤维11被拉出所耗的时间突然变长，且曲线的斜率急剧降低。将在曲线的斜率急剧降低的拐点处的负荷称为极限粘附强度。

本发明的发明人是首先发现拐点的人，在拐点处，当在玻璃纤维与包覆层之间施加静负荷时，玻璃纤维11被拉出所耗的时间在特定负荷以下突然变长。拐点(即极限粘附强度)与当水分到达玻璃纤维与包覆层之间的界面时的传输损失增加具有高相关性。据推测，玻璃纤维与包覆层之间的极限粘附强度是一种几乎不依赖于速度的粘附强度。此外，推测在湿热环境中的极限粘附强度是指当水分到达玻璃纤维与包覆层的界面时玻璃纤维与包覆层之间的粘附强度。即，通过保持当水分到达界面时的高粘附强度，能够防止由于在界面的剥离而造成的传输损失增加。

实施例

下面，示出实施例和比较例以对本发明的光纤进行详细说明。制造了几种光纤，其通过如图1中所示利用两个包覆层(初级层12和次级层13)包覆玻璃纤维11而制得。对于每个包覆层，使用紫外线固化型树脂。用作包覆树脂的紫外线固化型树脂主要包含低聚物、稀释剂单体、光引发剂、链转移剂和添加剂；然而，每种纤维的组成不同。另外，能够通过低聚物的结构、低聚物的分子量、稀释剂单体的种类、稀释剂单体的量和添加剂如表面改性剂来任意改变极限粘附强度。例如，能够通过增大用于低聚物骨架结构用途的多元醇的分子量或通过降低使用的稀释剂单体的配比来降低次级层的玻璃化转变温度；因此，极限粘附强度增加。并且，关于初级材料，能够添加表面改性剂如硅烷偶联剂以增加极限粘附强度。

所公开的光纤的种类是标准单模光纤，其在约1300nm处具有零色散波长。玻璃纤维11的外径是125μm，初级层12的外径是195μm，次级层13的外径是245μm。在实施例1～6中，将巯丙基三甲氧基硅烷用作硅烷偶联剂。在实施例7中，使用0.3wt％巯丙基三甲氧基硅烷和0.2wt％甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷。

在纤维拉丝步骤中，在紫外线固化期间通过放热反应在100℃以上加热包覆树脂，然后将其冷却至室温。在冷却至室温的过程中，因为初级层的玻璃化转变温度为0℃以下且次级层的玻璃化转变温度通常为60℃以上，所以仅次级层能够由橡胶态变成玻璃态。橡胶态的热膨胀系数是玻璃态的约三倍。因此，当将包覆树脂冷却到玻璃化转变温度以下时，次级层转变成玻璃态且热膨胀系数变小，但是初级层保持橡胶态，并以次级层的约三倍的高热膨胀系数收缩。结果，初级层的收缩产生牵拉次级层的力。如果当次级层的玻璃化转变温度低时由于玻璃化转变温度之差而造成的收缩变小，则牵拉力变弱。当牵拉力弱时，紧缩玻璃纤维的力增加，拉出玻璃纤维所需的力变得更高。这导致极限粘附强度提高。通过初级层中的硅烷偶联剂的选择量和次级层的玻璃化转变温度的适当组合，实现了改进的传输损失。

测量了各种光纤的次级层的玻璃化转变温度、极限粘附强度和在水下的传输损失。

传输损失的测量方法

将长度为约1km的光纤浸入到60℃的水中。接着，通过把将它们浸入水中之前的传输损失设定为默认值，测量30天和60天后的传输损失增加。使用得自安立(アンリツ)株式会社的光脉冲试验装置MW9060A来测量传输损失的增加。在1.55μm的波长处使用反向散射系数(OTDR)法。如果浸入60℃水中30天后的传输损失增加为0.1dB/km以上，则认为纤维具有不充分的耐性(且在表1中标记为“差”)。此外，如果在浸入60℃水中30天后的传输损失增加低于0.1dB/km，则认为纤维具有充分的耐性(且在表1中标记为“好”)。另外，如果在浸入60℃水中60天后的传输损失增加低于0.1dB/km，则认为纤维具有优异的耐性(且在表1中标记为“非常好”)。此外，如果传输损失增加低于0.1dB/km，则其在实际使用中不会产生任何附加问题。

次级层的玻璃化转变温度的测量

对于次级层的玻璃化转变温度，将光纤包覆层的利用动态粘弹性装置显示最大损耗正切值的温度看作是其玻璃化转变温度。对于包覆层的测量样品，将管形包覆层用作样品，所述管形包覆层通过在液氮中从光纤中拉拔玻璃纤维而获得。并且，如果未从光纤中除去玻璃纤维，则可以将包覆层的切削片用作样品。将动态粘弹性实验的条件设定为1Hz和2℃/分钟。

表1

如表1中所示，实施例1～6具有0.50N/10mm以上的极限粘附强度，且在使纤维在60℃水中浸渍30天后使它们的传输损失的增加小于0.1dB/km。并且，实施例2、4和6具有0.60N/10mm以上的极限粘附强度，且在使纤维在60℃水中浸渍60天后使它们的传输损失增加小于0.1dB/km。另一方面，比较例1～3具有小于0.50N/10mm的极限粘附强度，且使纤维在60℃水中浸渍30天后使它们的传输损失增加为0.1dB/km以上。从表1可以看出，在次级层的玻璃化转变温度为90℃以下且初级层中硅烷偶联剂的量为0.5wt％以上的条件下，能够获得期望的传输损失特性。

在本实施例中，使用在约1300nm处具有零色散波长的标准单模纤维。然而，也能够将本发明应用于其它类型的光纤。

此外，有在次级材料中包含着色剂的纤维，且可以将由着色剂树脂制成的包覆层包覆在光纤外周，从而制得着色的光纤。并且，多模光纤能够以平面阵列放置并用带状物树脂绑在一起，从而制得光纤带。虽然如此，但是对于光纤、着色的光纤、光纤带和与光纤带分离的光纤来说，极限粘附强度值是相同的；且其在所有上述纤维中具有相同的效果。

Claims (2)

1.一种光纤，其包含：

玻璃纤维；和

包覆在所述玻璃纤维外周的至少两个包覆层，所述包覆层包含软质层和硬质层；

其中在湿热环境中所述玻璃纤维与所述包覆层之间的极限粘附强度为0.50N/10mm以上。

2.权利要求1的光纤，其中所述硬质层的玻璃化转变温度为90℃以下。

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