DD258859A1 - Optische ader fuer die lichtwellenuebertragung - Google Patents

Abstract

Optische Ader fuer die Lichtwellenuebertragung, die ueber weite Temperaturbereiche ausgezeichnete Uebertragungseigenschaften und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Die Loesung soll ein kostenguenstiges und leicht beschaffbares Beschichtungsmaterial fuer optische Fasern aufzeigen, das einen ausreichenden mechanischen Schutz bietet. Aufgabengemaess hat die optische Ader im Temperaturbereich von 50C bis 70C geringe Daempfungsaenderungen, ist bestaendig gegenueber Fuellmassen und laesst sich problemlos weiterverarbeiten. Erfindungsgemaess besteht die extrudierte sekundaere Schutzhuelle aus einem Polybutylenterephthalat-Isophthalat-Copolyester mit einem Anteil von 5-30 Ma.-%, vorzugsweise von 20 Ma.-% Isophthalsaeure. Die Erfindung ist auf die Lichtwellenleiter-Herstellung beschraenkt.

Description

Isophthalsäuredimethylestermitder 1,1 bis 1,6 molaren Menge Butandiol -1,4 unter Zusatz eines Veresterungskatalysators, z.B. einer Titanverbindung in Mengen von 1 · 1(T⁴ bis 5 · 10"⁴MoI proMol Ester, zunächst umgeestert und anschließend unter einem Vakuum von 0,1-5Torr polykondensiert wird.

Überraschend wurde gefunden, daß ein mit Isophthalsäure modifizierter Polybutylenterephthalat-Copolyester die Herstellung von optischen Adern mit hoher mechanischer Beanspruchbarkeit ermöglicht, die sich in ihren Übertragungseigenschaften durch eine konstante Dämpfung über einen weiten Temperaturbereich auszeichnen. Offensichtlich werden durch die geringe Schwindung bzw. Nachschwindung des erfindungsgemäß verwendeten Polybutylenterephthalat-Isophthalat-Copolyester nur geringe Kontraktionskräfte auf das Faser-Kernmaterial ausgeübt, daß praktisch kein Mikrobending auftritt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

I.Beispiel:

Eine entsprechend.dem gewünschten Copolymeranteil im Bereich von 5-22 Ma.-% hergestellte Mischung aus Terephthalsäuredimethylester und Isophthalsäuredimethylesterwird mit der 1,1-1,6 molaren Menge Butandiol-1,4 unter Zusatz eines Veresterungskatalysators, z. B. einer Titanverbindung, in Mengen von 1 · 10~⁴ bis 5 · 10"⁴MoI pro Mol Ester zunächst umgeestert und anschließend unter einem Vakuum von 0,1-5Torr polykondensiert. Die so erhaltene viskose Schmelze wird zu einem Strang gegossen und anschließend zerkleinert.

Die Werkzeugtemperatur beim Spritzguß betrug in allen Fällen 6O⁰C. Sowohl in der Formschwindung als auch in der Nachschwindung werden die günstigsten Werte an einem Polybutylenterephthalat-Copolyester mit einem Gehalt von 20Ma.-% Isophthalsäure gemessen; der Ε-Modul wird durch die Copolymerisation nur wenig beeinflußt. Im anschließenden Beispiel wird die Herstellung eines Polybutylenterephthalat-Copolyesters mit einem Gehalt von 20Ma.-% Isophthalsäure beschrieben.

2. Beispiel:

In einem beheizbaren Rührreaktor von 12 Liter Inhalt wird eine Mischung aus 3481 g (17,6 Mol) Terephthalsäuredimethylester und 854g (4,4MoI) Isopthalsäuredimethylester mit 30MoI Butandiol-1,4 gerührt, 2,25g Titantetrabutylat (2,7 · 10"⁴Mol/Mol Ester) zugesetzt und im Laufe von 3 Stunden bei 130-190⁰C drucklos umgeestert. Anschließend wird bei einer Temperatur von 210-215⁰C und einem Vakuum von 20Torr das überschüssige Butandiol abdestilliert und schließlich bei 245-25O⁰C und einem Vakuum unter 1 Torr im Laufe von 2 Stunden polykondensiert. Die Schmelze wird aus dem Reaktor gelassen, als Strang abgekühlt, zerkleinert und vor der Weiterverarbeitung 12 Stunden bei 12O⁰C im Vakuum von 1-5Torr getrocknet. Die relative Lösungsviskosität in Phenol/Tetrachlormethan 1/1 bei 20⁰C beträgt bei einer Konzentration von 0,5g/dl 1725.

3. Beispiel:

Ein hanteiförmiger Prüfkörper aus einem Polybutylenterephthalat-Isophthalat-Copolyester nach Beispiel 2 wird in einer Füllmasse auf Basis von Polyisobutylen und paraffinischen Kohlenwasserstoffen bei 80⁰C gelagert. Auch nach mehreren Wochen Lagerzeit bleiben Bruchdehnung und Zugfestigkeit des Copolyesters unverändert.

4. Beispiel:

Eine Stufenindexfaser nach Fig. 1 (Quarzglaskern 1 mit einem Durchmesser 200pm; Pufferschicht und gleichzeitig optischer Mantel 2 aus additionsvernetztem Silikonkautschuk mit einer Wanddicke von 90pm und einem Brechungsindex no = 1,408) wurde im Extrusionsverfahren mit einem Polybutylenterephthalat-Isophthalat-Copolyester nach Beispiel 2 beschichtet. Die erhaltene Festader hat eine glatte Oberfläche und eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität. Der Durchmesser beträgt 1,0mm und die Durchmesserschwankungen liegen im Bereich von ±15μιτι. Die Ovalität liegt bei = 4μητι.

Die Beschichtung erfolgte mit folgenden technologischen Daten:

Schneckenlänge des Extruders: 2OD

Schneckendurchmesser: 25 mm

Abzugsgeschwindigkeit: 20 m/min

Schlauchwerkzeug mitVakuum

Massetemperatur: 203⁰C

Kühlung des Extrudats: Kombinierte LuftVKaltwasserkühlung

Der für die Beschichtung verwendete Copolyester hat folgende Eigenschaften:

Schmelzpunkt DTA: ' 194⁰C

Wasseraufnahme bei 20⁰C und 65% rel. Luftfeuchtigkeit: 0,19%

Zugfestigkeit: 50,5 N/mm²

Reißfestigkeit: 15,7 N/mm²

Reißdehnung: 1312%

E-Modul: 1900 N/mm²

Grenzbiegespannung: . 61 N/mm²

Formschwindung^x: 0,91 %

Nachschwindung^xnach 168h b.80°C: 0,13%

Nachschwindung^x nach 168 h b. 110 ⁰C: 0,22 %

x) an Spritzguß-Normprüfstäben, Werkzeugtemperatur beim Spritzguß 60⁰C.

Nach der Extrusion der Schutzhülle wurde der optische Übertragungsverlust der so erhaltenen Lichtleiterader mit Stufenindexlichtleiter bestimmt. Es wurde eine Dämpfung von 10,0 dB/km festgestellt. Dieser Wert entspricht dem vorher gemessenen Ausgangswert für das optische Faserkernmaterial, d.h. der Übertragungsverlust wurde durch die thermoplastische Beschichtung nicht erhöht.

Die gleichen Ergebnisse werden erzielt, wenn eine Stufenindexfaser nach Fig. 2 beschichtet wird, bestehend aus Quarzglaskern 1, optischer Mantel 3 aus Quarzglas mit niedrigerem Brechungsindex und einer Pufferschicht 4.

5. Beispiel:

Eine Gradientenindexfaser nach Fig.3 (Quarzglaskern 5 mit in radialer Richtung abnehmendem Brechungsindex, optischen Mantel 3 aus Quarzglas mit niedrigerem Brechungsindex-Faserdurchmesser 125μσι, Pufferschicht 4 aus additionsvemetztem Silikonkautschuk mit einer Wanddicke von 60 pm) wurde im Extrusionsverfahren mit einem Polybutylenterephthalat-Copolyester nach Beispiel 2 beschichtet. Der Außendurchmesser der Festader beträgt 1,0mm. Die Beschichtung erfolgte mit folgenden technologischen Daten: Schneckenlänge des Extruders: 2OD

Schneckendurchmesser: 32 mm

Abzugsgeschwindigkeit: 22 m/min

Schlauchwerkzeug mitVakuum

Massetemperatur: 207⁰C

Kühlung des Extrudats: Kombinierte Luft-/Kaltwasserkühlung

Nach der Herstellung wurde der optische Übertragungsverlust der so erhaltenen Lichtleiterader mit Gradientenindexlichtleiter bestimmt. Es wurde eine Dämpfung von 2,5 dB/km festgestellt.

Dieser Wert entspricht dem vorher gemessenen Ausgangswert für das optische Faserkernmaterial, d.h. der Übertragungsverlust wurde durch die thermoplastische Beschichtung nicht erhöht. Das Dämpfungsverhalten dieser Lichtleiterader ist im Temperaturbereich von -5O⁰C bis +7O⁰C nahezu konstant. Die Einzelmeßwerte sind nachfolgend aufgeführt: Temperatur a = f(T);Aa[dB/km]

23°C Ausgangswert: 2,5dB/km

O⁰C -0,1

-10⁰C +0,1

-2O⁰C +0,1

-3O⁰C ±0

-40⁰C +0,1

-5O⁰C ' +0,1

+24⁰C ±0

+5O⁰C +0

+7O⁰C ±0

6. Beispiel:

4einzelnenach Beispiel 5 hergestellte Lichtleiteradern mitGradientenindexlichtleiterwerden auf einer Verseilmaschinezu einem Bündel verseilt, mit 2 Lagen Polyesterfolie umwickelt und zu einem Lichtleiterkabel nach TGL 55144 mit einem Mantel aus PVC-weich, einer Zugentlastung und einer Schutzhülle aus PVC-weich verarbeitet.

Nach der Herstellung wurden die optischen Übertragungsverluste der Einzeladern an dem so erhaltenen Lichtleiterkabel bestimmt. Es wurde festgestellt, daß alle 4 Einzeladern Durchgang hatten und sich die Dämpfungswerte der Einzeladern nicht verändert haben, d.h. die Übertragungsverluste der Einzeladern haben sich nach den Arbeitsgängen Verseilen, Folienbewicklung, Mantelextrusion, Reusen und Schutzhüllenextrusion nicht verändert. Die Temperaturabhängigkeit der Dämpfung der 4 Einzeladern entspricht den Anforderungen. Im Bereich von +7O⁰C bis -25°C liegt Δα im Bereich von -0,1 bis

Ähnliche Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Lichtleiterkabel nach TGL 55143 auf Basis von Lichtleiteradern mit Stufenindexlichtteiter nach Beispiel 4 hergestellt wird.

7. Beispiel: .»

Eine Gradientenindexfaser nach Fig.3 (Faserdurchmesser 125μιη; Pufferschicht aus additionsvemetztem Silikonkautschuk mit einer Wanddicke von 60μη"ΐ) wurde im Extrusionsverfahren mit einem Polybutylenterephthalat-Isophthalat-Copolyester nach Beispiel 2 derart ummantelt, daß die Kunststoffhülle 9 die Lichtleiterfaser 8 als losen Schlauch umgibt. Die Anordnung ist aus Fig. 5 ersichtlich. Der Außendurchmesser der Ader beträgt 1,9mm und die Wanddicke beträgt 0,4mm.

Die Beschichtung erfolgte unter folgenden Bedingungen:

Schneckenlänge des Extruders: 2OD

Schneckendurchmesser: 25 mm

Abzugsgeschwindigkeit: 18 m/min

Schlauchwerkzeug

Massetemperatur: 205⁰C

Kühlung des Extrudats: Kombinierte LufWWasserkühlung

Nach der Herstellung wurde der optische Übertragungsverlust der so erhaltenen Lichtleiterader mit Gradientenindexlichtleiter bestimmt. Es wurde eine Dämpfung von 3,0dB/km festgestellt. Dieser Wert entspricht dem vorher gemessenen Ausgangswert für den Übertragungsverlust für das optische Faserkernmaterial, d.h. der Übertragungsverlust wurde durch die thermoplastische Beschichtung nicht erhöht. Das Dämpfungsverhalten dieser Lichtleiterader ist im Temperaturbereich von -40°C bis+7O⁰C nahezu konstant.

Ähnliche Ergebnisse werden erzielt, wenn eine Stufenindexfaser nach Fig.4, bestehend aus Quarzglaskern 6 mit in radialer Richtung abnehmenden Brechungsindex, Lackprimärschicht 7 und Pufferschicht 4, beschichtet wird.

Claims (1)

1. -1-Erfindungsanspruch:

   Optische Ader zur Lichtübertragung mit einem primären Überzug und einer Schutzhülle aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Schutzhülle aus einem Polybutylenterephthalat-Isophthalat-Copolyester mit einem Anteil von 5-30 Ma.-%, vorzugsweise von 20Ma.-% Isophthalsäure besteht.

   Hierzu.1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Ader zur Übertragung von Lichtwellen, die über weite Temperaturbereiche ausgezeichnete Übertragungseigenschaften und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Optische Fasern erhalten zu ihrem Schutz gegenüber chemischen und mechanischen Einflüssen eine sogenannte Primärbeschichtung aus gewöhnlich im Tauchverfahren aufgebrachten wärme- oder UV-härtbaren Polymeren. Zur besseren Handhabung und zum weiteren Schutz vor mechanischer Beanspruchung werden die primärbeschichteten Fasern mit einer weiteren Schutzhülle versehen. Nach dem Stand der Technik wird diese, auch als Sekundärbeschichtung bezeichnete, zweite Schutzhülle aus thermoplastisch verarbeitbaren Polymeren hergestellt, indem diese auf die primärbeschichtete Faser aufextrudiertwird. Diese Schutzhülle kann direkt auf das Primärcoating aufgetragen werden und man erhält dann sogenannte Festadern. Bei den Hohladern umgibt die Schutzhülle die primärbeschichtete Faser als losen Schlauch. Für die äußere Schutzhülle sind thermoplastische Kunststoffe, wie Polyamid 12, Polyamid 11, Polyamid 6.10, Polyamid 6, Polyamidcopolymerisate, Polyethylen hoher Dichte, Polycarbonat, lonomer, PETP, Polystyrol, PBTP, Polyurethan, Polypropylen, Poly-tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymerisat, Polyvinylidenflourid, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymerisat und Ethylen-Chlprtrifluorethylen-Copolymerisat bekannt, wenn die Faser zuerst mit einer Schicht aus einem phenylgruppenhaltigen, aushärtbaren Organopolysiloxan versehen wird und darüber eine zweite Schicht aus einem aushärtbaren Organopolsiloxan, das eine Trifluoralkylgruppe enthält, angeordnet wird (DE-OS 2944947).

   Zur Zeit kann Polyamid 12 als das meist angewendete Umhüllungsmaterial angesehen werden. Entsprechende Angaben sind u.a. enthalten in: US-PS 3980390, japanische OS 17649/75, Firmenschriften HKE-0445 G.7 „Optical Fiber Cord" und HKE-0035 H.6 „Optical Fiber System" von FURUKAWA ELECTRIC Co., LTD., „Glasfaser-Systemtechnik" — Firmenschrift der Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, von März 1985.

   Wegen der nach der Extrusion beim Abkühlen der o.g. Werkstoffe auftretenden radialen und axialen Kontraktionskräfte, die zu einer Dämpfungserhöhung in der optischen Faser führen, werden Schichtdicken größer 0,1 mm für die äußere Schutzhülle nicht für realisierbar gehalten. Aufgrund der geringen Wanddicke von max. 0,1 mm bieten die genannten äußeren Schutzhüllen auch bei Verwendung der relativ festen und steifen Werkstoffe, wie Polyamid 12, PETP, PBTP, PA 6 usw. für die Faser keinen ausreichenden mechanischen Schutz, damit alle auftretenden mechanischen Beanspruchungen der Adern beim Weiterverarbeitungsprozeß zum Kabel schadlos überstanden werden und das Kabel bei der Verlegung und im Einsatz hohen Zug-und Druckbeanspruchungen standhalten kann.

   Unmodifizierte Polybutylenterephthalate, die als Beschichtungswerkstoffe für optische Fasern bereits beschrieben sind, zeigen aufgrund ihres kristallinen Gefüges die bekannten Probleme hinsichtlich einer Dämpfungserhöhung der Faser nach der Extrusion der Schutzhülle (DE-OS 2944947). Wie bei anderen teilkristallinen Werkstoffen, z. B. PE, PP, PETP, Polyamid 12, Polyamid 6 usw. führen beim Erstarren der Schmelze durch Schwindungs- und Nachschwindungsvorgänge hervorgerufene Kontraktionskräfte in axialer und radialer Richtung zur Faser zu einer Dämpfungserhöhung durch Mikrobending oder sogar zum Bruch der Faser. Beim Erwärmen über die Einfriertemperatur hinaus erfahren diese Polymere eine mehr oder weniger hohe Schrumpfung infolge Orientierungsrelaxätion der Moleküle. Die hierbei auftretenden Schrumpfkräfte können z.B. durch Wärmezufuhr bei den Mantelextrusionsprozessen oder durch eine auf das Kabel von außen wirkende Wärmebeanspruchung ausgelöst werden.

   Ziel der Erfindung

   Die erfindungsgemäße Lösung soll es ermöglichen, ein kostengünstiges und leicht beschaffbares Beschichtungsmaterial für extrudierte Schutzhüllen von optischen Fasern zu finden, das einen ausreichenden mechanischen Schutz bietet.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ader mit optischen Faserkernen einzusetzen, die im Temperaturbereich von -5O⁰C bis +70⁰C geringe Dämpfungsänderurigen aufweisen, beständig gegenüber Füllmassen ist, problemlos zu Aderverseilverbänden verarbeitet werden kann und diese Aderverseilverbände anschließend zu Lichtleitkabel?! mit extrudierten Innen- und Außenmänteln weiterverarbeitet werden können.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die extrudierte, sekundäre Schutzhülle von optischen Fasern aus einem PolybutylenterephthalaMsophthalat-Copolyester mit einem Anteil von 5-30Ma.-%, vorzugsweise von 20Ma.-% Isophthalsäure besteht. Die erfindungsgemäßen Beschichtungswerkstoffe erhält man, wenn eine entsprechend dem gewünschten CopolymeranteiMm Bereich von 5 bis beispielsweise 22Ma.-% hergestellte Mischung aus Terephthalsäuredimethylester und