CN105607181A - 光纤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤，其包括玻璃纤维以及包覆该玻璃纤维的外周的树脂包覆层，其中对于每克的所述树脂包覆层，所述树脂包覆层中含有10mg以下的乙醇或者2mg以下的甲醇。

Description

光纤

技术领域

本发明涉及光纤，其包括玻璃纤维以及形成于该玻璃纤维的外周的树脂包覆层。

背景技术

专利文献1披露了一种光纤，该光纤包括：具有芯部和包层的光学玻璃纤维；以及包覆该光学玻璃纤维的外周的树脂包覆层，其中该树脂包覆层形成为具有三层结构以提高光纤的拉伸强度，该三层结构由具有双层结构的一次层以及设置于该一次层的外周的二次层构成。

专利文献1：JP-A-2012-136401

发明内容

然而，与树脂包覆层具有由一层一次层和一层二次层构成的双层树脂包覆层的常规光纤相比，在专利文献1所披露的光纤中，树脂包覆层包括另外一层。因此，为了制造专利文献1中披露的光纤，需要额外增加用于形成树脂包覆层中的额外层的施加装置、固化装置等，从而造成成本增加。

本发明的目的是提供具有高拉伸强度的光纤，而不增加树脂包覆层中的层数且不增加制造成本。

本发明提供了包括玻璃纤维和包覆该玻璃纤维的外周的树脂包覆层的光纤。

对于每克的所述树脂包覆层，所述树脂包覆层含有10mg以下的乙醇、或者2mg以下的甲醇。

根据本发明，可提供具有高拉伸强度的光纤，而未增加树脂包覆层中的层数且未增加制造成本。

附图说明

图1为示出本发明光纤的一个实施方案的截面示图。

具体实施方式

(1)根据本发明的光纤为这样一种光纤，其包括：玻璃纤维；以及包覆该玻璃纤维的外周的树脂包覆层。对于每克的所述树脂包覆层，所述树脂包覆层含有10mg以下的乙醇、或者2mg以下的甲醇。

一般而言，光纤中的树脂包覆层是通过将包含硅烷偶联剂的固化性树脂组合物施加至玻璃纤维的外周并随后将该组合物固化而形成的。

包含于树脂组合物中的硅烷偶联剂会与存在于玻璃纤维表面的硅烷醇基发生溶胶-凝胶反应，从而在玻璃纤维和树脂包覆层之间形成强键合。

同时，当硅烷偶联剂与存在于玻璃纤维表面的硅烷醇基间发生溶胶-凝胶反应时，会由硅烷偶联剂所具有的烷氧基形成醇。例如，在所用的硅烷偶联剂具有甲氧基的情况中，会形成甲醇；在所用的硅烷偶联剂具有乙氧基的情况中，会形成乙醇。

据认为，所形成的醇会切断硅烷偶联剂与玻璃纤维表面间的键合链。认为这种切断会导致光纤的拉伸强度降低。还认为，在所形成的醇中，甲醇的切断键合链的能力高于乙醇。

因此，在本发明中，对于每克的树脂包覆层，将光纤的树脂包覆层中的乙醇含量降低至10mg以下，或者对于每克的树脂包覆层，将光纤的树脂包覆层中的甲醇含量降低至2mg以下。据认为，由此可抑制硅烷偶联剂与玻璃纤维表面之间的键合链被切断，并且可使拉伸强度不会降低，即可维持高拉伸强度。

(2)优选的是，在根据本发明的光纤中，在每克的树脂包覆层所包含的未固化树脂中，树脂包覆层包含小于0.1mg的硅。这意味着未固化成分中所含的硅烷偶联剂的量较小，由此，当将光纤浸没于热水中时，可抑制光纤的传输损耗的增加。

(3)优选的是，在根据本发明的光纤中，树脂包覆层包括：包覆光纤的外周的一次树脂包覆层；以及包覆一次树脂包覆层的外周的二次树脂包覆层。

(4)根据本发明的光纤还可包括有色层(coloredlayer)。

下面将参照图1对本发明的实施方案进行详细阐述。

图1为示出本发明光纤的一个实施方案的截面示图。

该实施方案的光纤10包括玻璃纤维13、以及设置于玻璃纤维13的外周的树脂包覆层16。树脂包覆层16包括内层(一次树脂包覆层)14和外层(二次树脂包覆层)15，其中内层14和外层15分别由紫外线固化性树脂组合物(下文中也简称为“树脂组合物”)形成。玻璃纤维13由芯部11和包层部12构成。芯部11可由(例如)掺杂有锗的石英制成。包层部12可由(例如)纯石英或者掺杂有氟的石英制成。

在图1中，玻璃纤维13的直径(D2)可为约125μm。芯部11的直径(D1)优选为约7μm至15μm。树脂包覆层16由两层构成，即内层14和外层15。树脂包覆层16的总厚度通常为约60μm，内层14和外层15各自的厚度基本相等，可各自为20μm至40μm。

对于每克的树脂包覆层16，树脂包覆层16中的乙醇含量为10mg以下、或者甲醇含量为2mg以下。优选的是，对于每克的树脂包覆层16，树脂包覆层16含有10mg以下的乙醇以及2mg以下的甲醇。这意味着，即使在树脂包覆层16中包含具有乙氧基的硅烷偶联剂的情况中，对于每克的本发明所获得的树脂包覆层16，树脂包覆层16含有10mg以下的乙醇；即使在树脂包覆层16中包含具有甲氧基的硅烷偶联剂的情况中，对于每克的本发明所获得的树脂包覆层16，树脂包覆层16含有2mg以下的甲醇；并且优选的是，即使在树脂包覆层16包含任何类型的硅烷偶联剂的情况中，对于每克的本发明所获得的树脂包覆层16，树脂包覆层16含有10mg以下乙醇以及2mg以下的甲醇。

如上所述，乙醇或甲醇(下文也简称为“醇”)由硅烷偶联剂产生。硅烷偶联剂为用于向树脂包覆层16和玻璃纤维13之间赋予适当的粘着力的成分，并且硅烷偶联剂包含于用于形成内层的树脂组合物中。因此，尽管由硅烷偶联剂产生的醇大部分包含于内层14中，但是仍存在部分醇移动至外层15中的情况。因此，在本发明中，对包括外层15的树脂包覆层16中的醇含量进行了限定。

可利用气相色谱-质谱仪(GCMS)来确定树脂包覆层16中的醇含量。

在本实施方案中，用于形成树脂包覆层的树脂组合物包含如下基体树脂。

对基体树脂没有特别的限制，只要该树脂具有紫外线固化性即可。例如，优选的为含有低聚物、单体、光引发剂和硅烷偶联剂的基体树脂。还可向其中加入抗氧化剂、增感剂(光敏剂)等。硅烷偶联剂可包含于用于形成内层的树脂组合物中。用于形成外层的树脂组合物可不包含硅烷偶联剂。

低聚物的例子包括聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯及其混合物。

聚氨酯丙烯酸酯的例子包括通过使多元醇化合物、多异氰酸酯化合物、和含羟基的丙烯酸酯化合物反应而获得的聚氨酯丙烯酸酯。

多元醇化合物的例子包括聚四亚甲基二醇和聚丙二醇。多异氰酸酯化合物的例子包括甲苯-2,4-二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。含羟基的丙烯酸酯化合物的例子包括丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丁酯、1,6-己二醇单丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、和丙烯酸-2-羟基丙酯。

单体的例子包括具有环状结构的N-乙烯基单体，如N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、和丙烯酰吗啉。由于加入这些单体会提高固化速率，因此这些单体是优选的。此外，还可利用单官能单体，如丙烯酸异冰片酯、三环癸基丙烯酸酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸二环戊基酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、和聚丙二醇单丙烯酸酯；和多官能单体，如聚乙二醇二丙烯酸酯和三环癸烷二基二亚甲基二丙烯酸酯。

光引发剂的例子包括1-羟基环己基苯基甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、和2,4,4-三甲基戊基氧化膦。可以添加抗氧化剂、光敏剂等。

优选使用(例如)由下式(1)或(2)表示的硅烷偶联剂。或者，可同时使用(1)和(2)。

在通式(1)和(2)中，R₁表示在紫外线照射时可与丙烯酰基反应的基团、或者表示丙烯酰基；R₂至R₈可相同或不同，其各自独立地表示具有一个或多个碳原子的烷基。

在紫外线照射时可与丙烯酰基反应的基团(通式(1)中由R₁表示的基团)的例子包括巯基和巯基烷基。

通式(1)和(2)中的R₂至R₈可相同或不同，对其没有特别的限制，只要其为具有一个或多个碳原子的烷基即可。然而，其碳原子数优选为4以下，可为1或2。R₂至R₈的例子包括甲基、乙基、丙基和丁基。优选的是，R₂至R₄中的至少一者为具有1或2个碳原子的烷基，并且R₅至R₈中的至少一者为具有1或2个碳原子的烷基。

由通式(1)表示的硅烷偶联剂的具体例子包括3-巯基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三丙氧基硅烷、和丙烯酰基三丙氧基硅烷。

由通式(2)表示的硅烷偶联剂的具体例子包括四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷和四丙氧基硅烷。

在本实施方案中，为了将每克的树脂包覆层中的乙醇含量限制为10mg以下或者将甲醇含量限制为2mg以下，例如，可适当地选择包含于用于形成内层14的树脂组合物中的硅烷偶联剂的种类或含量(浓度)，并且可适当地控制形成内层14时用于进行硅烷偶联反应的气氛。为了加速反应，提高反应温度和湿度是有效的。反应湿度比反应温度更为重要。

更具体而言，有效的是，这样限制包含于用于形成内层14的树脂组合物中的硅烷偶联剂的含量(浓度)，以使其含量不会不必要地过高，并且对进行硅烷偶联反应时的气氛的温度和湿度加以限制，以使其温度和湿度不会不必要地过高。

在本实施方案中，还可在外层15的外周上设置有色层。

实施例

下面示出了本发明实施例和比较例的评价测试结果，以更详细地阐述本发明。然而，本发明不应解释为局限于如下实施例。

(光纤10的制造)

所用的玻璃纤维13为由石英作为主要成分构成的玻璃纤维，其芯部直径(D1)为8μm，包层直径(D2)为125μm(芯部与包层间的相对折射率之差Δn为1.0％)。向玻璃纤维13的外周施加分别具有如下组成(分别见表1和2)的用于形成内层的树脂组合物和用于形成外层的树脂组合物，并将其固化，从而形成包覆玻璃纤维13的两个层(内层14和外层15)，由此形成树脂包覆层16。由此制造了光纤10。所形成的内层14的厚度为35μm，所形成的外层15的厚度为25μm。

表1

表2

表3中示出了所制造的光纤10的评价结果(树脂包覆层中的醇含量和拉伸强度)。

(树脂包覆层16中的醇含量)

利用GCMS确定树脂包覆层16中的醇含量。具体而言，将25mg的光纤(其中树脂包覆层占15mg)置于小瓶中，并在100℃下加热20分钟。接下来，利用GCMS检测小瓶内的全部气体。通过利用事先绘制的校准曲线确定醇含量，并计算每克的树脂包覆层中的含量。

(拉伸强度)

通过利用拉力试验机，根据TelcordiaGR-20-CORE的要求来测量光纤10的拉伸强度。

在拉伸强度测量之前，将光纤10在23℃、50％RH的气氛中放置12小时，然后在相同的气氛中测量其拉伸强度。大于等于5.7kg的拉伸强度表示为A，大于等于5.5kg且小于5.7kg的拉伸强度表示为B，小于5.5kg的拉伸强度表示为C。

(由热水导致的损耗增量)

将使用光纤10制得的纤维带在60℃的热水中浸没30天。根据OTDR方法，测量浸渍30天之前和之后的纤维带在1.55μm波长下的传输损耗。利用如下方程式，由所测得的损耗水平来计算由热水导致的损耗增量(Δα)。在表3中，将Δα为0.03dB/km以下的情况表示为A，将Δα大于0.03dB/km但不超过0.05dB/km的情况表示为B，将Δα大于0.05dB/km的情况表示为C。

方程式

Δα(dB/km)＝[损耗(于60℃热水中浸没30天后)]-[损耗(浸没前)]

(树脂包覆层16的未固化成分中的Si含量)

利用丙酮萃取光纤10(50℃，12小时)，从而回收未固化树脂。向回收得到的未固化成分中加入15mL的硫酸。将该混合物加热至350℃以使该成分碳化，然后向其中加入4mL的硝酸。在溶液变得透明之后，将溶液转移至烧杯中以使液体挥发。向残余物中加入水、盐酸和硝酸各5mL。将该混合物在200℃下加热以溶解残余物。在溶解之后，加入水以将总体积调节至50mL。通过ICP检测该溶液的Si含量。该Si含量反映了光纤的树脂包覆层的未固化成分中所包含的硅烷偶联剂的量。

表3

在实施例1中，由于用于内层的树脂组合物中的具有乙基的硅烷偶联剂，因此形成了乙醇，但是未形成甲醇。

在实施例2中，由于在用于形成内层的树脂组合物中使用了具有甲基的硅烷偶联剂，因此形成了甲醇，但是未发生乙醇的形成。

在实施例1和实施例2中，由于树脂包覆层中的醇含量低，因此实施例1和2均示出了足够高的拉伸强度。此外，树脂包覆层的未固化成分中所含的硅烷偶联剂的量低，因此在于60℃热水中浸没30天之后的传输损耗增量很小。

实施例3和4是对置于与实施例2不同的储存环境中(温度和湿度不同，即实施例3中的湿度低于实施例2中的湿度，并且实施例4中的湿度在这三个实施例中是最低的)的光纤进行检测的检测结果。在实施例3的结果中，拉伸强度以及因热水所致的损耗增量均在可容许的范围内。实施例4所显示的拉伸强度在可容许范围内，但是因热水所致的损耗增量较大。树脂包覆层的未固化成分中所含的Si的量大，据认为硅烷偶联剂未充分反应。据认为这是造成拉伸强度不够高但仍在可容许范围内、但是因热水所致的损耗增量较大的原因。

在实施例5中，与实施例1相比，乙醇的检测量大。乙醇含量高，并且拉伸强度不够高。

在实施例6中，与实施例2相比，甲醇含量高，并且拉伸强度不够高。

尽管已参照具体实施方案对本发明进行了详细说明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可在不脱离本发明主旨和范围的前提下进行各种修改和变型。

本申请基于2014年11月13日提交的日本专利申请No.2014-230717，其内容以引用方式并入本文。

附图标记说明

10光纤

11芯部

12包层部

13玻璃纤维

14内层

15外层

16树脂包覆层

Claims (6)

1.一种光纤，包括：玻璃纤维；以及包覆该玻璃纤维的外周的树脂包覆层，

其中对于每克的所述树脂包覆层，所述树脂包覆层含有10mg以下的乙醇、或者2mg以下的甲醇。

2.根据权利要求1所述的光纤，

其中在每克的所述树脂包覆层所包含的未固化树脂中，所述树脂包覆层含有小于0.1mg的硅。

3.根据权利要求1所述的光纤，

其中所述树脂包覆层包括：包覆所述光纤的外周的一次树脂包覆层；以及包覆所述一次树脂包覆层的外周的二次树脂包覆层。

4.根据权利要求1所述的光纤，还包括有色层。

5.根据权利要求2所述的光纤，

其中所述树脂包覆层包括：包覆所述光纤的外周的一次树脂包覆层；以及包覆所述一次树脂包覆层的外周的二次树脂包覆层。

6.根据权利要求2所述的光纤，还包括有色层。