DE10155274A1 - Kunststofflichtleiter mit einem optischen Mantel aus Silikongummi und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um einen neuen Kunststofflichtleiter, der gegenüber den bisher verwendeten Lichtleitern aus Plastik unter anderem eine höhere Beständigkeit gegen Temperaturwechsel aufweist. DOLLAR A Der lichtführende Kern des Lichtleiters besteht aus einem Polymethacrylat, der optisch aktive Mantel aus Silikongummi. Weitere Schutzmäntel sind vorgesehen. DOLLAR A Das hauptsächliche Anwendungsgebiet für diese neuen Lichtleiter sind Lichtleitkabel für die optische Informationsübertragung in Kurzstreckenanwendungen. DOLLAR A Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel. Ein Kern (1) aus PMMA wird von einem Mantel (2) aus einem Silikongummi mit niedrigerem Brechungsindex, z. B. Polydimethylsiloxan oder Polymethylfluoralkylsiloxan, und einem weiteren Schutzmantel (3) umgeben.

Description

1.) Stand der Technik
• Die optische Informationsübertragung hat in den letzten Jahren in den öffentlichen und privaten Nachrichtennetzen und auch im industriellen und konsumnahen Bereich viele Anwendungen gefunden. Die Basis dieser Anwendungen sind Lichtleiter, meist in faserförmiger Form. In den Nachrichtennetzen werden meist Lichtleitfasern aus Quarzglas, auch Glasfasern genannt, eingesetzt, im Bereich der industriellen und konsumnahen Anwendungen werden auch häufig Lichtleitfasern aus Plastik (POF, Plastic Optical Fibre) verwendet. Dies hat damit zu tun, daß Glasfasern wegen der unvermeidlichen Eigenschaften eines spröden, harten Werkstoffes recht dünn ausgezogen werden müssen (meist 0,125 mm) und bei der Verwendung besondere Verfahren des Trennen, Verbindens und Handhabens bedürfen. Plastikfasern dagegen sind aus einem im Vergleich zu Quarzglas duktileren und nachgiebigeren Werkstoff, können dicker hergestellt werden (z. B. 1 mm) und sind auch beim Trennen, Verbinden und Koppeln leichter zu Handhaben. Obwohl die Lichtdämpfung bei Plastikfasern recht hoch ist (z. B. 200 dB je km) im Vergleich zu den Quarzglasfasern (1 dB je km und darunter) werden die Plastikfasern gerne in Anwendungen benützt bei denen die Übertragungsstrecke kurz ist (z. B. 1 bis 100 m) und es auf die einfache Handhabung ankommt. Beispiele dafür sind Maschinensteuerungen, Signalübertragungen in HiFi-Anlagen, Informationsübertragung in Automobilen, oder auch direkt in Beleuchtungseinrichtungen.
• Alle heute verwendeten Plastiklichtleitfasern bestehen aus thermoplastischen Materialien, und zwar aus einem dicken Kern aus Polymethylmethacrylat (PMMA), der von einem dünnen Mantel eines Fluor-Copolymers umgeben ist.
• Neben faserförmigen Lichtleitfasern sind auch flache Wellenleiterstrukturen interessant, die in Komponenten und Modulen, auf Bauplatten und in Geräten z. B. zur Rückwandverdrahtung eingesetzt werden.
• 2.) Nachteile der heute verwendeten Plastik-Lichtleitfasern mit einem PMMA- Kern und einem optischen Mantel aus Fluor-Copolymer
• Ein wesentlicher Nachteil der heute üblichen Kunststoff-Lichtleiter aus einem Kern aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einem Mantel aus Fluor-Copolymer folgt aus dem aufwendigen Herstellverfahren und dem damit verbundenen relativ hohe Materialpreis der speziellen glasklaren und mit passendem Brechungsindex hergestellten Fluor- Copolymermischung.
• Weiterhin gibt es zwischen beiden Werkstoffen gewisse Inkompatibilitäten, die sich z. B. durch die geringe Haftung zeigen. Von ihrer chemischen Zusammensetzung und daraus folgend von ihren physikalischen Eigenschaften her sind Polymethylmetacrylat (PMMA) und die Fluor-Copolymere stark unterschiedlich. Ein Beispiel dafür ist das Zeitstandsverhalten der mechanischen Eigenschaften. Während PMMA sich angenähert linear verhält, also z. B. nach einer länger andauernden Dehnung wieder in die Ausgangslage zurückkehrt, zeigen die Fluorpolymere ein ausgeprägtes Kriech- und Relaxationsverhalten. Dehnt man sie über längere Zeit, so geht nach der Entlastung nur ein Teil der Dehnung linear zurück, es bleibt auch ohne dehnende Kraft ein Teil der Dehnung übrig. Eine Dauerlast führt zu einem inneren Fließen, innere Kräfte bauen sich ab und relaxieren. Diese Unterschiede können zu einem nachteiligen Temperaturverhalten der Kunststoff-Lichtleiter mit einem PMMA-Kern und einem dicht aufsitzenden Fluor-Copolymermantel führen. Bei Erwärmung dehnt sich die gesamte Kern-Mantelstruktur einheitlich aus, aber die geringfügig unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen PMMA und dem Fluorpolymer führen zu Zug- oder Druckkräften an der Kern-Mantel-Trennfläche. In der Fluorpolymerschicht relaxieren diese Kräfte mit der Zeit, was die ohnehin schon geringe Haftung zwischen Kern und Mantel reduziert. Beim Abkühlen zieht sich der PMMA-Kern zusammen, der Fluorpölymermantel folgt dieser Durchmesserreduktion nur noch angenähert. Bei einer größeren Anzahl von Temperaturzyklen können sich an der Kern-Mantel-Trennfläche Ablösungen bilden, die dann als Streuzentren wirken und die Lichtausbreitung in Lichtleiter stören. Dies kann auch bei mäßigen Temperaturbereichen, wie z. B bei wiederkehrender Erwärmung und Abkühlung zwischen -10 und +60°C, auftreten.
3.) Definition einer neuen Mantelschicht für eine Lichtleitfaser aus Kunststoff
• Eine neue optische Mantelschicht für einen lichtleitenden PMMA-Kern sollte neben den üblichen Eigenschaften der optischen Transparenz und des niedrigen Brechungsindexes insbesondere ein elastisches, nicht kriechendes Verhalten aufweisen und im Vergleich zu den speziellen Fluor-Copolymeren einfach herzustellen und damit preiswert sein.
• Im Rahmen dieser Erfindung wird vorgeschlagen, die optisch aktive Mantelschicht aus einem vernetzten Polysiloxan (Silikongummi) herzustellen.
• In der Patentanmeldung "Lichtleiter mit einem Kern aus Silikongummi und Verfahren zur Herstellung" mit dem Aktenzeichen 101 45 945.9 vom 18.09.2001 wurden neue Kunststoff- Lichtleiter vorgeschlagen, bei denen der lichtführende Kern aus Silkongummi hergestellt ist.
• Hier dagegen wird ein neuer Kunststofflichtleiter vorgeschlagen, dessen lichtführender Kern wie bisher üblich aus PMMA besteht, dessen optisch aktiver Mantel jedoch aus einem Polydiorganosiloxan besteht. Ein Beispiel für diese Materialklasse ist das Polymethydisiloxan, das als vernetzter Gummi in vielen Anwendungen mit erhöhten Anforderungen eingesetzt wird.
• Ein wesentlicher Vorteil dieser Stoffklasse ist die hohe Temperaturbeständigkeit von -50°C bis weit über 100, ja bis zu +180°C und in seiner vernetzten Form als Gummi seine Unempfindlichkeit gegen Spannungsrisse, seine hohe lineare Dehnbarkeit von über weit 10%, ja über 100% und seine gute Beständigkeit gegen Chemikalien. (Allgemeines zu Silikonen siehe z. B. in Silicone, Chemie und Technologie, Vulkan-Verlag Essen, 1989)
• Ohne Farb- oder Füllstoffbeimischung können die Polysiloxane glasklar sein. Sie werden deshalb auch in Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf die optische Transparenz ankommt, wie z. B. als durchsichtiger Verguß elektronischer Baugruppen oder zur Verklebung von Linsen und Glasteilen. Grundsätzlich bietet das molekulare Grundgerüst der Siloxane zwischen den Elektronenabsorbtionen im UV und den Molekülschwingungen der Si-O-Si- Grundkette und der Kohlenwasserstoff-Seitengruppen ein optisch nutzbares Fenster im interessanten Wellenlängenbereich des Sichtbaren und des nahen Infraroten. Wie in der oben zitierten Patentanmeldung (Aktenzeichen 191 45 945.9 vom 18.09.01) gezeigt wurde, können sie sogar so niedere Dämpfungswerte erreichen, daß sie als lichtführendes Kernmaterial für eine neue Klasse von Kunststoff-Lichtleitern in Frage kommen. Werden sie wie hier vorgeschlagen nur als Mantelmaterial eingesetzt, dann ist die Anforderung an eine niedere Dämpfung zwar nicht ganz so hoch zu bewerten, da das geführte Licht in die Mantelschicht nur in einer bei der Totalreflexion entstehenden dünnen Lichthaut eindringt. Um die besten Übertragungswerte zu erreichen, ist es jedoch trotzdem ratsam, auch für das Mantelmaterial alle Erkenntnisse zu berücksichtigen, die zu niedrigen Werten der Lichtabsorbtion und der Lichtstreung führen.
• Neben der Absorption an Atom- und -Molekülresonanzen und deren Oberschwingungen wird die Dämpfung des Lichtes hauptsächlich durch die Lichtstreuung an Materialinhomogenitäten bestimmt, wenn man durch Reinheit in Synthese und Polymerisation dafür sorgt, daß sonstiger Schmutz vermieden wird (allgemein zur Lichtstreuung siehe z. B. Born/Wolf, Principles of Optics, Pergamon, 1959, Seiten 633 bis 664). Bei vernetzten Kunststoffen sind grundsätzlich verschieden große Inhomogenitäten zu erwarten. Neben den Grundzellen der Kunststoffmoleküle (z. B. Siloxangruppen, Methylgruppen) ist insbesondere die Vernetzungsart (linearer Knäuel oder Raumnetz) und die Vernetzungsdichte wichtig, die aus Größe und Art der Monomere folgt. Darüber hinaus können sich im makromolekularen Bereich Überstrukturen ausbilden. Letztendlich kommen auch die Inhomogenitäten der Mischung der Monomere und des Katalysatorsystems und der Temperatur zum Tragen.
• Ein Filtern der Komponenten mit einer Porengröße des Filters unter 10 Mikrometern ist zu empfehlen. Bei den im Zusammenhang mit dieser Erfindung auftretenden Forderung nach Homogenität bietet sich insbesondere die Polyaddition (z. B. Vinyl- an Siloxanwasserstoffgruppen) als Polymerisationsmethode an, da bei der alternativen Polykondensation störende Nebenprodukte im Volumen des Materials auftreten können.
• Was beeinflußt nun die Homogenität eines vernetzten Polyorganosiloxanes im Einzelnen? Bei der Vernetzung durch Polyaddition werden 2 chemisch unterschiedliche Monomere mit einer in etwa definierten Kettenlängen von n Si-O-Siloxangrundbausteinen z. B. mit Hilfe von katalytisch aktivierten Vinylgruppen auf der einen Kette über eine Wasserstoff-Silizium- Gruppe auf der anderen Kette verknüpft. Nehmen wir als Beispiel für ein Monomer eine Kettenlänge von n = 200, so würde dies bei der Länge des Grundbausteines von ca. 0,3 nm eine gestreckte Länge der Kette von 60 nm bedeuten. Wegen der freien Drehbarkeit der verbundenen Glieder bildet sich ein regelloses Knäuel mit einem statistisch errechenbaren wahrscheinlichen Durchmesser von nur 3,5 nm. In Wirklichkeit bilden sich natürlich unterschiedlich geformte Knäuel aus, die nun mit einem nächsten Molekül über die irgendwo in den Knäueln liegenden Andockstellen zu Makromolekülen verknüpft werden. Im Idealfall würde sich bei endständigen Andockstellen somit eine immer längere Kette bilden, die dann den Raum homogen ausfüllt. Im Grunde müßte dafür unendlich viel Zeit zur Verfügung stehen, damit durch Temperaturbewegung, Diffusion des Katalysators, etc. sich alle Andockstellen finden und störungsfrei miteinander reagieren können. Dieser Idealfall ist natürlich nicht zu erwarten, es wird sich die Knäuelstruktur der Monomere wiederfinden, da sie sich nicht völlig aufgelöst haben, es werden unvernetzte Stellen übrigbleiben, an anderen Stellen werden dafür die Andockstellen besonders häufig aneinander finden, es wird zu Ringschlüssen kommen und schließlich kann es durch Anlagerungen ähnlicher, benachbarter Gruppen zu einer Überstruktur mit einer Nahordnung kommen. Die dadurch auftretenden Verdichtungs- und Verdünnungszonen werden Abmessungen von einem Mehrfachen der Abmessung der Monomerknäuel haben, sind damit nicht mehr sehr klein gegen die Lichtwellenlänge und werden das Licht entsprechend stark streuen. (Nach einer einfachen Modellvorstellung kann die Lichtstreuung mit der 6. Potenz der Abmessung einer Inhomogenität zunehmen). Zunächst müssen alle Komponenten (z. B. der Katalysator, die beiden Monomere) so gut wie möglich gereinigt, gefiltert und gemischt werden, die Zeit zum Vernetzen muß ausreichend und die Temperatur gleichmäßig sein. Gegebenenfalls muß der Prozeß so ausgestaltet werden, daß eine Nachvernetzungs- oder Temperzeit zur Verfügung steht.
• Entsprechen obiger Theorie müßte man darüber hinaus die Monomermoleküle so klein wie möglich machen, dann wären ja die inhomogenen Bezirke aufgrund der vom Monomerknäuel und deren Vernetzung her stammenden großräumigen Strukturen auch kleiner und würden weniger stark streuen. Weiterhin sinkt mit kürzer werdenden Ketten die Viskosität ab, so daß die Monomere sich besser mischen könnten. Dummerweise wird jedoch mit immer kleiner werdenden Monomeren und steigender Vernetzungsdichte das Endprodukt immer härter, es reißt bei Temperaturänderungen leichter auf und die erlaubte Dauerdehnung nimmt ab. Es ist hier also ein Kompromiß zu suchen zwischen den geforderten mechanischen Eigenschaften und der Streudämpfung. Die hierzu durchgeführten Versuche zeigen, daß für Monomerkettenlängen unter n = 20 das Endprodukt zu spröde wird. Eine Monomerkettenlänge größer als 30 und kleiner als 300 stellt innerhalb dieser Erfindung einen vernünftigen Bereich für einen Kompromiß dar, bei den kleineren Werten wird mehr auf die Lichtstreuung geachtet, bei den größeren Werten des Bereiches liegt das Augenmerk mehr auf den mechanischen Eigenschaften.
• Eine weitere Möglichkeit zur optischen Homogenisierung ist die Beimischung von nichtvernetzenden Polysiloxanen, also von Silikonölen. Werden die Ölmoleküle kleiner gemacht als die im vernetzten System übrigbleibenden Löcher, so können sie diese auffüllen und die Lichtstreuung verringern. Wenn die Ölmoleküle nicht zu klein gewählt werden, ist die Flüchtigkeit gering, sie bleiben auch in der Matrix. Die hier durchgeführten Versuche zeigten, daß eine Kettenlänge über n = 10 für das Beimischöl anzustreben ist. Die Kettenlänge des Öls sollte natürlich auch kleiner als die Kettenlänge der Monomere sein, da es dann in den Zwischenräumen gut Platz findet. Daraus folgt, daß das die optimale Kettenlänge des Öls etwa zwischen 10 und der Kettenlänge der Monomere liegen sollte, Werte um 30 haben zu guten Ergebnissen in der Homogenisierung geführt. Eine Ölbeimengung bewirkt auch eine gewisse Weichmachung, im Vernetzungsprozess können die Ketten leichter aneinander entlang gleiten, die Andockstellen finden sich eher und das Endprodukt wird zwar etwas weicher aber auch homogener. Die beimischbare Ölmenge ist begrenzt, sie sollte unter 50% bleiben, gute Ergebnisse wurden hier mit Werten von 20 bis 40% Ölanteil erzielt.
• Eine weitere bequeme Methode zur Homogenisierung stellt die innere Weichmachung durch eine Untervernetzung dar. Hierbei werden die beiden Monomere- das Eine enthält die Vinylgruppen, das Andere die Wasserstoffatome, nicht in ihrem stöchiometrisch vorgegebenen Gleichmaß gemischt, sondern in einem davon und wenige Prozent abweichenden Mischungsverhältnis. Dadurch bleiben unvernetzte Andockstellen übrig, es kommt durch Kettenabbruch zu kürzeren Makromolekülen, die beweglicher sind und den Raum homogener ausfüllen können.
• Ein Lichtleiter besteht aus einem lichtführenden Kern, dessen Brechungsindex geringfügig höher als der des optisch aktiven Mantels ist (siehe z. B. S. Geckeler, Lichtwellenleiter für die optische Nachrichtenübertragung, Springer-Verlag, 1986, S. 8). Die Brechzahldifferenz zwischen Kern und Mantel legt fest, mit welchem maximalen Neigungswinkel die Lichtstrahlen im Kern geführt werden (der Sinus dieses Winkels wird als numerische Apertur des Leiters bezeichnet). Mit großen Führungswinkeln kann man zwar viel Licht auffangen, aber die stark unterschiedlich geneigten Strahlen führen zu einer großen Laufzeitdifferenz und damit zu einer begrenzten Übertragungsbandbreite. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Brechzahldifferenzen benötigt, meist liegen sie zwischen 1 und 5%.
• Die Brechzahl des Kernes aus PMMA liegt im sichtbaren Licht bei etwa 1,49. Die Brechzahl der als Mantelmaterial vorgesehenen Polydiorganosiloxane wird vom Siloxangrundgerüst und von den funktionellen Seitengruppen festgelegt. Beim Polydimethylsiloxan liegt die Brechzahl für sichtbares Licht im Bereich von 1,404 bis 1,406, die etwas höhere Brechzahl gilt dabei für die etwas dichteren, also stärker vernetzten Materialien. Werden in die Seitenketten leichtere Atome wie Fluor von eingebaut, so sinkt die Brechzahl. Beispiele sind Polysiloxane mit Fluoroalkylgruppen, wie mit Trifluorpropyl- oder vollständig fluorierten, längeren Ketten, wie C6-F14. Eine Ölbeimengung verändert die Brechzahl ebenfalls entsprechend dem Mischungsverhältnis und den Werten der Ausgangsstoffe. Ähnliches gilt auch für die Beimischung von Weichmachern.
• Ein Nachteil eines Mantels aus Silikongummi besteht sicher in der Klebrigkeit und der hohen Reibung dieser Materialklasse. Diesen Effekt kann man verhindern, wenn der optisch aktive Mantel durch einen weiteren, dicht aufsitzenden, dickeren Mantel aus einem besser handhabbaren Material aufgebracht wird. Geeignet dafür sind thermoplastische Gummis oder fest-elastische Thermoplaste, wie Polyester, Polyamide, Polycarbonate, Polypropylen oder Polyethylen.
• 4.) Beschreibung von Aufbau und Herstellung der neuen Lichtleiter
• Die neuen Lichtleiter mit einem Kern aus einem Polymethacrylat, wie z. B. einem Polymethylmethacrylat (PMMA) und einem Mantelmaterial aus einem Polydiorganosiloxan mit einer Brechzahl unter 1,49, unterscheiden sich in ihrer numerischen Apertur, je nachdem, welches konkrete Siloxan man als Mantelmaterial auswählt. In ihrem mechanischen Verhalten unterscheiden sie sich nach ihrer zusätzlichen, äußeren Mantelschicht.
• Ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1. Ein dicker Kern aus Polymethacrylat, z. B. aus Polymethylmethacrylat wird von einer dünnen optisch aktiven Mantelschicht aus einem Silikongummi, z. B. aus vernetzten Polydimethylsiloxan koaxial umgeben. Darüber ist durch Extrusion eine weitere Mantelschicht aus einem gefärbten thermoplastischen Material, wie z. B. Polyethylen, aufgebracht. Als Mantelmaterialien kommen Werkstoffe aus den Klassen der Polyester, Polycarbonate, Polyamide und Polyolefine, Polyvinylchloride und der thermoplastischen Gummis (TPR) in Frage. Die Schutzhülle kann aus Gründen der Herstellkosten, der Handhabung oder der mechanischen und thermischen Eigenschaften zweischichtig ausgebildet sein, wobei nur die äußere Schicht gefärbt ist, die innere aber transparent oder naturfarben bleibt. Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 2.
• Beim Herstellverfahren ist es unbedingt erforderlich, daß die Kern-Mantelstruktur in einem Arbeitsgang erzeugt wird. Dadurch wird eine Verschmutzung der Kern-Mantel-Trennfläche vermieden. Fig. 4 zeigt das Prinzip des kombinierten Herstellverfahrens. Das Kernmaterial wird aus dem Polymerisations- und Mischgefäß (Extruder) unter Druck aus einer Düse ausgestoßen (8), nach einem ersten Abkühlen in einer Kühlstrecke wird in einer Düsenanordnung unter Druck die Monomermischung des Mantelmaterials (9) aufgebracht. Aufklappbare Röhrenöfen (10) sorgen für die Temperung des Kernmaterials und die allmähliche Ausnetzung des Mantelpolymers, die Abzuggeschwindigkeit (11) eines Abzugs (z. B. Umlenkrad mit Andruckrolle) wird so geregelt, daß eine mäßige Reckung des Fadens entsteht, dabei wird das Signal eines Durchmessermeßgerätes zur Regelung benützt. Ein dichtaufsitzender weiterer Schutzmantel (3) aus einem Thermoplasten, schließt die Konstruktion nach außen ab. Der Schutzmantel kann im gleichen Arbeitsgang online oder in einem separaten Arbeitsgang offline durch Extrusion aufgebracht werden.
• Der äußere Schutzmantel ist üblicherweise mit einem Farbpigment gefüllt. Damit wird eine Lichteinstrahlung über den Mantel vermieden und der Leiter z. B. mit einem Farbcode unterscheidbar gemacht. Bei einem doppelschichtigen Mantel können die beiden Schichten sowohl in Koextrusion als auch in Tandemextrusion aufgebracht werden.
• Ist der Kerndurchmesser so klein gewählt, daß er zusammen mit der Brechzahldifferenz nur noch die Ausbreitung einer Wellenform erlaubt (Einmodenbedingung, siehe z. B. S. Geckeler, Lichtwellenleiter, S. 97), so entsteht eine Einmodenfaser.
• Alle oben ausgeführten Lichtleitstrukturen lassen sich nicht nur mit kreisrundem Querschnitt, sondern auch eben, als Schicht- oder -Streifenleiter mit rechteckförmigem Querschnitt (6) ausführen. Fig. 3 zeigt Ausführungsbeispiele. Ausgegangen wird z. B. nach Fig. 3A von einem Substrat aus Silkongummi (7), in das durch den Herstellprozess hohle, rillenförmige Kanäle eingeformt sind. Die Kanäle werden mit der Methacrylmonomermischung ausgegossen (6) und dann nach dem Ausnetzen mit einem Silikon abgedeckt. Alternativ kann durch Druckguß oder Extrusion ein streifenförmiger Kern aus Polymethacrylat hergestellt weren, der dann anschließend in eine Form gelegt und durch Gießen mit Silikongummi umhüllt wird. (Fig. 3B) Die Querabmessungen der streifenförmigen Lichtleiter (6) können dabei von wenigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich reichen, je nach der Modenzahl der Anwendung.
5.) Beschreibung der 4 Figuren
• Fig.
• 1
• Querschnitt eines Kunsstoff-Lichleiters mit einem Kern aus Polymethacrylat, einem Silikonmantel mit niedrigem Brechungsindex und einem Schutzmantel
• 1
• Optischer Kern z. B. aus PMMA
• 2
• Optischer Mantel z. B. aus Polydimethylsiloxan oder Polymethylfluoralkylsiloxan
• 3
• Schutzmantel aus thermoplastischen Mantelmaterial, z. B. PE
Bezugszeichenliste

• 1	Lichtleitender Kern z. B. aus Polymethylmethacrylat
  2	Dünner optischer Mantel aus Polydimethylsiloxan
  4	Innerer Mantel aus z. B. Polycarbonat (PC) oder Polyester (PETP, PBTP)
  5	Äußerer, gefärbter Mantel aus z. B. Polyester (PETP, PBTP), Polyolefin (PP oder PE) oder Polyamid (PA)

Bezugszeichenliste

• 3A	Planarer Aufbau aus 2 Silikonteilen mit gefüllten Gräben
  3B	PMMA-Streifen, umgossen oder beschichtet mit Silikon
  6	Eingebetteter Streifenlichtleiter aus PMMA
  7	Mantel aus Silikongummi

Bezugszeichenliste

• 8	Polymerisationsgefäß (Extruder) für die Metacrylatmonomere mit Ausstoßdüße für den Kernfaden
  9	Druckdüse zum Aufbringen der Silikonschicht
  10	Kühl-, Temper-, oder Heizstrecken
  11	Zum Aufwickler oder zur Mantelextrusionsanlage

Claims (14)

1. Lichtleiter mit einem transparenten, lichtführenden Kern (1) aus einem Polyalkylmethacrylat mit kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt und einem den Kern dicht umgebenden optisch wirkenden Mantel (2), wobei die Brechzahl des Kernes um bis zu 10% höher ist als die des Mantels, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) aus einem vernetzten Polydiorganosiloxan besteht.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial ein Polymethylmetacrylat ist.

3. Lichtleiter nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) aus einem vernetzten Polydiorganosiloxan besteht, dessen funktionellen Seitengruppen Methylgruppen sind oder Verbindungen aus der Familie der Fluoralkylverbindungen sind.

4. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) aus einem Polydiorganosiloxan besteht und daß die Molekülkettenlänge zwischen den Vernetzungspunkten zwischen 50 und 300 Siloxan-Grundzellen (Si-O-Gruppen), bevorzugt 100 bis 200, beträgt und daß das Mantelmaterial durch Polyaddition zweier gereinigter und mit einer Filterweite unter 10 Mikrometer gefilterter Monomermischungen vernetzt wird, von denen die eine Vinylgruppen, die andere Wasserstoffsiloxane als Andockstellen für den Vernetzungsprozess enthält und die Vernetzung durch einen Platinkatalysator mit einer Gesamtkonzentration unter 6 ppm oder durch die separate Energiezufuhr mittels ultraviolettem Licht oder durch Hitze beschleunigt wird.

5. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) aus einem Polydimethylsiloxan besteht.

6. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mantelmaterial bis zu 50% des Volumens ein reines, gefiltertes Silikonöl, bevorzugt aus Polymethylsiloxan, beigemischt wird, dessen Molekülkettenlänge zwischen 10 und 200 Siloxan-Grundzellen (Si-O-Gruppen) beträgt

7. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Monomermischung für das Mantelmaterialien von dem für volständige Vernetzung stöchiometrisch errechenbaren Verhältnis um bis zu 20% abweicht, insbesondere daß die Komponente mit den Wasserstoffsiloxanen im Mischungsverhältnis verringert ist und so eine Weichmachung mit verbesserter Kettenbeweglichkeit des ausgenetzten Kernmaterials entsteht.

8. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter einen kreisförmigen Querschnitt von Kern (1) und Mantel (2) aufweist.

9. Lichtleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch aktive Mantel (2) von einem weiteren Schutzmantel (3) aus einem fest-elastischem Thermoplasten umgeben ist, der aus den Klassen der Polyvinylchloride, Polyester, der Polycarbonate, der Polyamide, der thermoplastischen Gummis (TPR) oder der Polyolefine besteht und fallweise gefärbt ist (Fig. 1).

10. Lichtleiter nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel zweischichtig aufgebaut ist, die innere Schicht (4) aus einem ungefärbten oder transparenten Thermoplasten, bevorzugt einem Polyester oder einem Polycarbonat besteht und die äußere Schicht (5) gefärbt ist und bevorzugt aus einem Polyvinylchlorid, einem Polyester wie PETP oder PBTP, einem Polyamid wie PA12 oder einem Polyolefin wie PE oder PP oder einem thermoplastischen Gummi (TPR) besteht (Fig. 2).

11. Lichtleiter nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) einen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist.

12. Lichtleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch aktive Mantel (7) aus zwei flachen Teilen zusammengesetzt wird, die aus einem vernetzten Polydiorganosiloxan bestehen und von denen mindestens ein Teil Gräben enthält, die mit dem Kernmaterial gefüllt sind. (Fig. 3A).

13. Lichtleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) aus einem durch Druckguß oder Extrusion hergestellten PMMA-Streifen besteht und daß der optisch aktive Mantel (7) durch Beschichten oder Umhüllen mit einer Siloxanmischung und nachträglichen Ausnetzen hergestellt wird. (Fig. 3B).

14. Herstellverfahren für Lichtleiter nach den Ansprüchen 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Misch- und Polymerisationsanlage (8) ein Kernfaden aus einem Polymethacrylat durch eine erste Düse mit kontrolliertem Druck tritt, in einer Kühlstrecke abgekühlt wird, durch eine zweite Düse tritt, in der die Monomermischung des optisch aktiven Mantelmaterials (9) mit kontrolliertem Druck koaxial aufgebracht wird, dann eine Heizstrecke (10) durchläuft, in der die Mantelstruktur ausnetzt, dann weiteren Temper- und Kühlstrecken durchläuft und dann aufgewickelt (11) oder weiteren Verarbeitungsschritten, wie einer Extrusion von thermoplastischen Schutzhüllen zugeführt wird.