DE2628393A1

DE2628393A1 - Faserverstaerktes faser-optik-kabel sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2628393A1
Application number: DE19762628393
Authority: DE
Inventors: Kenneth Martin Stiles
Original assignee: Air Logistics Corp
Current assignee: Air Logistics Corp
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2628393C2; US4113349A; IT1068734B; GB1555363A; JPS5218339A; JPS5936722B2

Description

AIR LOGISTICS CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Kalifornien, 3600 East Foothill Boulevard, Pasadena, Kalifornien, V.St.A.

Faserverstärktes Faser-Optik-Kabel sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Neben vielen anderen Anwendungen ermöglicht die Faseroptik die relativ schnelle Übertragung großer Informationsmengen durch Lichtimpulse. Hierzu müssen die optischen Fasern verstärkt sein, da ununterbrochene Längen zwischen Sender und Empfänger oder der Zwischenverstärkung benötigt werden. Die optischen Fasern müssen außerdem gegen Abrieb, Bruch und scharfe Knicke sowie vor dem Einfluß von Zug- oder Querkräften geschützt werden.

Dazu wurde versucht, eine optische einlagige Faser mit Glasfaserbündeln oder anderen bruchfesten Fasern, wie etwa KEVLAR in einer Harz-Matrix zu umgeben, um auf diese Weise optische Faserkabel großer Länge zu erhalten. Obgleich die Fasern ungebrochen blieben, war die Lichtübertragung verloren gegangen. Dies war der Verspannung der optischen

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Matrix während deren Wärmebehandlung verursacht wurden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgäbe zugrunde, ein optisches Faserkabel mit faserverstärktem Harz-Schutz sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.

Das optische Faserkabel jemäß der Erfindung weist dazu als Seele wenigstens ein2 optische Faser auf, die mit einer im wesentlichen ringförmigen Lage aus ausgehärtetem, bei Zimmertemperatur vul'canisierbarem Silikongummi mit hohem thermischen ExpansLons-Koeffizienten umgeben ist. Die Stärke der Lage beträgt mindestens etwa 3 Mil und liegt vorzugsweise bei etwa 5 bis 10 Mil. Der bevorzugte Silikongummi besitzt einen thermischen Expansions-Koeffizienten von etwa 30χΊ0~⁵ Zoll/Zoll/°C, gemessen durch ASTM D-696,* kann jedoch von etwa 20x1 θ"* bis etwa 30x10~ Zoll/Zoll/ ⁰C oder mehr betragen. Ein besonders geeignetes Material ist ein bei Zimmertemperatur vulkanisierbarer Silikongummi mit einer Shore-A-Härte von etwa 35. .:

Die ausgehärtete Silikongummilage ist von einer Hülle aus faserverstärktem Harz umgeben. Die faserverstärkte Harz-Außenhülle liegt an dem Silikongummi an, wird jedoch durch den Silikongummi daran gehindert, bei den normalen Umgebungstemperaturen radiale Druckkräfte auf.die optische Faser auszuüben. Dies-wird durch Abbinden des Harzes zu einem Zeitpunkt erreicht, während der ausgehärtete Silikongummi sich in einem thermisch expandierten Zustand befindet. Obgleich als Harz ein Thermoplast geeigneter Festigkeit und Härte Verwendung finden kann., wird ein in der Wärme abbindender Harz häufiger benutzt. Als Verstärkung kommt eine große Vielfalt von Fasern infrage. Glasfasern, hochfeste organische Fasern'wie etwa ein KEVLAR von hohem Modul, Aramid-Fasern, Kohle-Metall-^Fassrji-:- und Bor fasern werden bevorzugt. Obgleich

Vorschrift U-69S-äerAm'eHicaniscfreh-. -G-3S3J .Iviah.'f > für Katari: ::--_-^rfur, v.

eine große Vielzahl von ?aserorientierungen benutzt werden kann, sind Fasern parallal zur Kabelachse aus Gründen maximaler Zugfestigkeit zweckmäßig. Vorzugsweise erstrecken sich die Verstärkungsfasarn wenigstens so weit wie die optischen Faser.

Die erfindungsgemäßen optischen Faser-Kabel können in der Weise hergestellt werden, daß zuerst die optische Faser mit einem aushärtbaren Silikongummi in der gewünschten Stärke beschichtet und dann die aufgetragene Lage ausgehärtet wird.Die optische Faser kann vor dem Auftragen der Schicht grundiert werden oder die Schicht kann direkt auf die Faser oder das Polyvinylidenfluorid (KYNAR) oder Polyfluoräthylen (TEFLON).aufgetragen werden, was normalerweise in der optischen Faser vorhanden ist. Wenn die Lage ausgehärtet ist und sich in einem thermisch expandierten Zustand befindet, werden die verstärkenden Fasern und das bindende Harz aufgebracht. Dann wird zugewartet, bis das :Harz abgebunden hat oder ausgehärtet 1st, wonach die Lage zum Schluß gekühlt wird, um sicherzustellen, daß sämtliche Kräfte auf die Faser von dem thermisch expandierten und ausgehärteten Silikongummi aufgenommen und gleichförmig verteilt wird. Beim Kühlen schrumpft die Silikongummilage stärker als die faserverstärkte Harzhülle, so daß auf diese Weise im wesentlichen sämtliche Druckkräfte in der optischen Faserseele eliminiert werden und möglicherweise gleichförmige radiale Zugkräfte eingeführt werden, die eine mittige Aufhängung der gepolsterten optischen Faser innerhalb der gehärteten Außenhülle unterstützt.

Während der Herstellung des Kabels dient die thermisch expandierte Silikongummilage auf der optischen Faser dazu, daB die umgebende faserverstärkte Harz-Matrix Druckkräfte

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oder verspannende Drücke auf die optische Faser nicht ausüben kann. Weiter absorbiert der elastomere Gummi aufgrund seiner relativ weichen Natur die Drücke und verteilt sie, die sonst auf die optische Faser während axialer Zugkräfte ausgeübt würden, welche die umgebende faserverstärkte Matrix strecken und daher zusammendrücken. Bei der endlichen, bestimmungsgemäßen Anwendung des Kabels bei der ein Biegen der optischen Faser erforderlich ist, verhindert die Silikonrmmmilage das Knicken, welches die Lichttransmission nachteilig beeinflußt oder überhaupt ausschließt.

Die Erfindung wird aahand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Im einzelnen zsigen:

Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt durch das faserverstärkte optische Kabel gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Erläuterung des Zurüstungsverfahrens

für die optische Faser, die in dem Kabel Verwendung finden soll, indem eine Silikongummilage auf sie aufgebracht wird; und

Fig. 3 eine Erläuterung des Herstellungsverfahrens

des erfindungsgemäßen faserverstärkten optischen Kabels unter Verwendung der optischen Faser mit Silikon-Gummi-Schicht, die gemäß Fig. 2 zugerüstet oder präpariert wurde.

Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Abbinden" bedeutet einen gehärteten, nicht fließfähigen Zustand, wie er von einem verfestigenden thermoplastischen Harz oder einem verfestigenden und aushärtenden, d.h. bei dem Vernetzen eines wärmeabbindenden Harzes auftritt. Mit "thermisch expandierter Zustand" wird diejenige Bedingung gemeint, durch welche eine Silikongummischicht oder -Lage aufgrund ihres thermischen Expansions-Koeffizienten ausgedehnt wird, oder

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jedenfalls eine Stärke annimmt, die größer ist als diejenige, die die dichtere Lage bei Umgebungstemperaturen oder normalen Verwendungstemperaturen besitzt.

Gemäß Fig. 1 besteht das optische Kabel 10 aus einer optischen Faserseele 12, die als Einzelfaser dargestellt ist, jedoch ein Faserbündel sein kann, das normalerweise unterteilt oder mit Abstand parallel geführt ist _f wobei jede Faser des Bündels wenigstens mit dem Silikongurnmi beschichtet ist. Jede Seele 12 besteht aus einer optischen Faser 14, die normalerweise mit einem PolyvinyMenfluorid (KYNAR) oder TEFLON beschichtet ist, das gewöhnlich bereits vom Hersteller aufgetragen wurde, und das üblicherweise von irregulärer Form ist, um die Faser zu schützen. Um die beschichtete oder unbeschichtete optische Faser 14 herum befindet sich eine elastomere Lage 18 aus ausgehärtetem Silikongummi, welche in einer Stärke von wenigstens 3 Mil, vorzugsweise jedoch von etwa 5 bis etwa 10 Mils aufgetragen ist. Der ausgehärtete Silikongummi besitzt einen hohen thermischen Expansions-Koeffizienten im Bereich von. etwa 20x10~ bis etwa 30x10 Zoll/Zall/^aC oder mehr gemäß Messung mit ASTM D-696. Der gegenwärtig bevorzugte SiTlkongummi besitzt eine Shore-A-rHärte (ASMD-785)*von etwa 35 und einen thermischen Expansions-Koeffizienten von etwa 30x10~ Zoll/Zoll/ pro ⁰C.

Um die elastomore Schicht herum befindet sich eine Matrix aus mehreren zusammenhängenden Verstärkungsfasern 20, die durch ein Harz 22 miteinander zu einer faserverstärkten Harz-Außenhülle 24 verbunden sind.

Während die Innenfläche der Umhüllung 24 die rohrförmige Silikongummilage 18 kontaktiert, sind wegen des hohen thermi- * Nr. 785 der Vorschriften der

Amerikanischen Metallgesellschaft

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sehen Expansions-Koeffizienten der Schicht während des Herstellungsverfahrens radiale Druckkräfte auf die optische Faser 12 minimal wenn überhaupt vorhanden. Viel wahrscheinlicher ist es, daß statt Druckkräften radialer Zug auftreten kann, aufgrund der größeren Schrumpfung der Silikongummilage nach der Kabelherstellung gegenüber derjenigen der optischen Faser oder der Außenhülle. Typischerweise sind die optische Faser 14 oder ihre Schicht 16 wie auch die Außenhülle in gewissem Ausmaß an das Silikongummi gebunden. Da auf die optische Faser selbst praktisch keine Druckkräfte übertragen werden und kleinere Kräfte durch den elastomeren Silikongummi absorbiert werden, bleibt die optische Faser verzerrungsfrei selbst dann, wenn sie relativ scharf gebogen wird. Da die Faser selbst von mi kroskopischen Knicken frei bleibt, ist die Lichtübertragung ununterbrochen. Trotz der Nähe der optischen Faser zu der relativ starken und festen faserverstärkten Außenschale bleibt daher zusammengefaßt die optische Faser unbeeintrachtigt und frei von Drücken sowie an der für sie vorgesehenen Stelle, so daß eine unbeanstandbare Lichtübertragung möglich wird. Biese Eigenschaft ist dem Vorhandensein der umgebenden elastomeren Pufferlage aus Silikongummi zuzuschreiben, das einen hohen thermischen Expansionskoeffizienten besitzt. Die zur Festigung der Außenschale 24 verwendeten Fasern können sehr verschiedenartig sein und können Glasfasern, Metallfasern, Borfasern, Graphitfasern, hoch-zugfeste organische Fasern wie etwa KEVLAR, eine Aramid-Faser etwa in der von der Firma E.I. Du Pont de Nemour & Co. vertriebenen Art, und dergleichen. Jedes Faserbündel 20 kann einlagig sein oder mehrere Fasern enthalten, so daß sich dann ein langgestrecktes Bündel ergibt. Diese sind gewöhnlich als "Enden" bekannt.

Die Fasern in der verstärkenden Seele sind vorzugsweise

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im wesentlichen parallel zur Achse der optischen Faser, können jedoch in Kreuzspiralen oder gegenspiralig oder in anderer Weise gewickelt sein, je nach demfür das Kabel vorgesehenen Verwendungszweck.

Wenn beispielsweise das Kabel nur Abrieb-und Druckkräfte auszuhalten braucht, dann können kreuzspiralige Wicklungen und andere Verfahren zur Anordnung der verstärkenden Fasern um die Seele herum verwendet werden. Wenn das Kabel erheblichen Zugkräften ausgesetzt wird, ist es oft erwünscht, daß die Fasern im wesentlichen parallel zueinander verlaufen sowie sich parallel zur optischen Faserseele erstrecken. Dadurch wird sichergestellt, daß die Fasern die hauptsächlichste Last aufnehmen und verhindern, daß die Zugkräfte sich axial oder radial auf die optische Faser auswirken. Soweit Kräfte existieren, werden sie von der Silikongummischicht absorbiert bzw. gleichförmig über sie verteilt.

Die verstärkte Außenschale 24 enthält wie angegeben ebenfalls Harz, das die Fasern und den Silikongummischutz bindet.

Die für die Außenschale zur Verwendung kommenden Harze können thermoplastisch oder vorzugsweise in der Wärme abbindend sein und damit bei erhöhter Temperatur aushärten. Dadurch kann das Harz der Außenschale seine Fließfähigkeit verlieren, während der Silikongummi thermisch sich ausdehnt und auf einer etwas höheren Temperatur als der üblichen Umgebungstemperatur befindet, für welche das Kabel bei seiner Verwendung vorgesehen ist.

Als nicht beschränkende Beispiele von in der Wärme abbindenden Polymeren, die als Binde-Harz zur Verstärkung der Außenschale verwendet werden können, seien genannt: härtbares Epoxyharz, etwa wie jenes auf der Basis von Bisphenol "A" Epichlorohydrin-Harz; Phenol-Formaldehyd-Harz; Diallylphthalat-Harz; Melaminformaldehyd-Harz; Phenolformal-

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dehyd-Harz; Phenol-Furfural-Harz; Urethan-Harz, Polyester, und dergleichen. .Das Harz muß natürlich die Fähigkeit haben, die in der Außenschale verwendeten Verstärkungsfasern zu benetzen und bei Aushärten aus einer umgebenden Hülle einen thermischen Expansions-Koeffizienten haben, der kleiner ist als der thermische Expansions-Koeffizient des Silikongummis, der auf die optische Faser aufgetragen ist.

Nützliche thermoplastische Harze sind,wie erwähnt, diejenigen, die eine relativ hohe Erweichung haben und damit das Aushärten der Schale ermöglichen, während die Silikongummilage thermisch expandiert. Hierzu seien als thermoplastische Harze genannt: Acrylonitril-Styrol-Butadien, Azetal-Homopolymere und -Copolymere, Acryle, Alkyl-Harze, Butadien-Styrol, Nylon, Polysulfone, Polycarbonate, Polystyrole, Vinyl-Harze und dergleichen.

Wie bei den in der Wärme aushärtenden Harzen muß die Außenschale, die das Harz, die Fasern plus gegebenenfalls Füller, Farbstoffe etc. enthält_/einen thermischen Expansions-Koeffizienten haben, der kleiner ist, als derjenige des ausgehärteten Silikongummis. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Expansions-Koeffizienten der Silikongummilage 18 zu demjenigen der Außenschale 24 etwa 30:1 bis etwa 3:1.

Beim Netzaufbau liefert dieAußenschale die Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit, Reibfestigkeit und Zugfestigkeit, was dem für die Außenhülle verwendeten Materialien und der Bauweise der Außenhülle innewohnt. Dies dient zum Schutz der optischen Faser, während die ausgehärtete SiIikongummischicht auf der Faser die optische Faser von Druckkräften schützt, die sonst direkt auf die optische Faser einwirken würden, sei es während des Herstellprozesses für das Kabel oder während dessen Verwendung .

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Um den Kabeldurchmesser zu verkleinern, ist es natürlich erwünscht, sowie wie möglich, die Zahl der verstärkenden Fasern und die Harzmatrix um die opitsche Faser herum zu konzentrieren. Normalerweise erzeugen die auf die optische Faser während der Herstellung ausgeübten Drucke, kleine jedoch merkbare und irgendwie unregelmäßige und irreguläre Druckkräfte in der optischen Faser. Dies kann zu einer Verzerrung der optischen Faser führen, welche für die optische Durchlässigkeit außerordentlich schädlich ist, wenn sie diese nicht überhaupt unterbindet. Daher sind die kleinen Knicke, die bei der Herstellung des Kabels erzeugt werden könnten,und für elektrische Kabel annehmbar wären, für das optische Kabel vernichtend.

Die Verwendung einer ausgehärteten Silikongummi-Pufferschicht auf den optischen Fasern ermöglicht die Produktion langgestreckter großer zusammenhängender Längen von Kabeln kleiner Durchmesser. Während das Produkt thermisch aufgeweitet ist während des Herstellungsverfahrens, wenndie Verstärkungsfasern und die Harz-Matrix aufgetragen werden und das Harz abbindet, wird das Produkt in der Form des fertigen Kabels dann gekühlt. Der Silikon-Gummi zieht sich mehr zusammen als die Hülle und die optischen Fasern. Das befreit die optische Faser von Drücken und stellt sicher, daß die Durchlässigkeitseigenschaften nicht nachteilig beeinträchtigt werden.

Das Schrumpfen kann demzufolge wenn überhaupt irgend etwas dann eine radiale Zugkraft in der Silikongummischicht induzieren, die dazu dient, die optische Faser genauer innerhalb des Gummis und der Außenschale aufzuhängen und dient ferner als Puffer gegenüber den Belastungen, die bei Verwendung

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des Kabels auftreten können. Beispielsweise wird unter Zuglasten die Außenschale zusammengedrückt. So-weit radiale Zugkräfte in der Silikongummi-Schicht vorhanden sind, entspannen sie sich und verhindern, daß die äußere Belastung an die optischen Faser weitergegeben wird. Soweit äußere Belastungen auf die Faser einwirken können, werden sie durch die elastomore Natur der Silikongummilage absorbiert und verteilt, so daß die Möglichkeit des Auftretens lokaler Belastungen von hohem Druck auf die optische Faser reduziert wird. Die Verwendung der elastomeren Beschichtung von hohem thermischem Expansions-Koeffizienten hat sich daher als Schlüssel für die erfolgreiche Herstellung großer Längen optischer Kabel mit ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit erwiesen.

Der Kabeldurchmesser wird durch die Menge bestimmt, die an Verstärkung erwünscht ist und durch die Anzahl der enthaltenen optischen Fasern. Wenn mehrere kontinuierlich zusammenhängende optische Fasern in einer einzigen Außenhülle enthalten sind, wird vorzugsweise jede Faser mit dem ausgehärteten Silikongummi elastomer beschichtet. Zu Identifikation jedes optischen Faserbündels kann die Beschichtung auf jeder Faser gefärbt oder sonstwie kodiert werden, damit am Ende des Kabels die richtigen Verbindungen vorgenommen werden können und das Kabel auch in der erforderlichen Weise repariert werden kann.

Da die optischen Fasern normalerweise einzeln beschichtet sind, wird noch vorhandener Raum zwischen den Fasern vom gleichen oder einem anderen elastomeren Material ausgefüllt.

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Maximale Kabelfestigkeit und minimale Wechselwirkung zwischen den optischen Fasern wird zweckmäßig erreicht, indem mehrere endlose Kabel verbunden und in Kombination mit dem vorzugsweise verstärkten Harz mit weiteren Faserlängen verbunden wird. In diesem Fall können die Kabelhüllen oder die Pufferschicht farbig kodiert werden.

Fig. 2 und 3 erläutern ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen optischen Faserkabel. Bei den Herstellungsverfahren ergibt der Silikongummi nach Auftragen und Aushärten in der Wärme eine thermisch expandierte Basis, auf welche die Fasern und der Harz aufgetragen werden. Die thermisch expandierte Schicht schützt die in ihr enthaltene optische Faser von Drücken, die während des Kabelhüllen-Hersteilens auftreten könnten, indem hier die polsternden Eigenschaften der elastomeren Schicht besonders günstig zum Tragen kommen. Nach dem Aushärten oder Abbinden des Harzes wird die Kombination abgekühlt und die elastomere Schicht schrumpft. Wegen der höheren thermischen Expansion der elastomeren Seele ist das Schrumpfen sehr viel größer als das Schrumpfen der umgebenden Hülle. Dies setzt Drücke frei, die von dar Matrix der Außenhülle auf die optische Faäer ausgeübt werden könnten, indem wiederum die polsternde Eigenschaft der Lage wirkt und verteilt die Restkräfte, falls noch welche vorhanden sein sollten, so daß lokale Knicke sich nicht ausbilden können.

Das gegenwärtig bevorzugte Herstellungsverfahren endloser beschichteter optischer Fasern gemäß Fig. 2 sieht vor, daß der endlose Faden 14 alleine oder mit einer KYNAR-Beschichtung 16 zunächst mit der Lage von bei Zimmertemperatur vulkanisierbaren Silikongummi beschichtet wird. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß die optische Faser von

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einer Trommel 26 durch einen Durchlaufbeschichter 28 gezogen wird, in welchem eine gleichförmige Schicht aus Silikongummi aufgetragen wird. Matrizten in dem Beschichterbehälter 28, der das flüssige Elastomer 18 enthält, ermöglichen es, daß bei vorbestimmter Zugabegeschwindigkeit eine gleichförmige Schicht des härtbaren Silikon-Elastomers auf die Außenfläche der optischen Faser aufgetragen wird. Eine Grundschicht kann auf Wunsch aufgetragen werden, und zwar vor dem Auftragen des Silikongummis. Weiter kann ein nicht-dargestelltes radioaktives Element zur Ableitung statischer Elektrizität von der Außenfläche der Faser vorgesehen sein, um auf diese Weise eine korrekte Ausrichtung mit den Beschichtungsdüsen sicherzustellen.

Die optische Faser 14 und die umgebende Beschichtung aus Elastomer bilden die beschichtete Faser 12, die dann durch eine Härtzone 3 0 geführt wird, in welcher das Aushärten beschleunigt und,falls erwünscht, abgeschlossen wird. Auf Wunsch kann ein Aushärten bei Zimmertemperatur erfolgen. Temperaturen des beschleunigten Aushärtens liegen im Bereich von 150⁰F bis etwa 300⁰F. Die verwendeten Katalysatoren sind an sich bekannt und dienen zum Härten von Silikongummi bei Umgebungs-und erhöhten Temperaturen. Die mit ausgehärtetem Silikongummi beschichtete Faser wird dann auf eine Trommel 32 aufgewickelt und steht für die nachfolgende Verwendung bei der Herstellung des Kabels zur Verfügung; alternativ kann der beschichtete Faden direkt in den Arbeitsgang der Kabelherstellung eingeführt werden.

Gemäß Fig. 3 werden bei der Kabelherstellung die verstärkenden Fasern 20, die einen Teil der Außenhülle 24 bilden, von Trommeln 21 durch eine Harz-Vorbeschichtungsstufe, etwa in Form des Tauchbades 34,herangeführt und Durchlaufen einer Heizkammer 36. Bei Verwendung von in der Wärme abbindenden

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Harzen mit den Stufen "B" und "C", wird die "B"-Stufe in der Kammer 3 6 bei für das verwendete Harz bekannten Temperaturen ausgehärtet.

Dann werden die vorbeschichteten Fasern zusammen mit der oder den mit ausgehärtetem Silikon beschichteten optischen Faser(n) durch ein Feld von ausrichtenden Düsen 38 geführt, was dafür sorgt, daß die harzbeschichteten Fasern um die mit Silikongummi beschichtete optische Faserseele in der gewünschten Endkonfiguration herum angeordnet werden. Wenn die gewünschte Konfiguration angenommen worden ist, dann wird die Kombination und der Zug durch einen Ofen 40 hindurchgeführt, in welchem die Kombination aufgewärmt wird. Die Kombination wird auf eine Temperatur aufgewärmt, die ausreicht, daß die Elastomerseele thermisch expandiert und daß die vorbeschichteten Fasern sich miteinander verbinden. Das fertige Kabel 10 wird dann gekühlt, so daß die Silikongummischicht nach dem Aushärten des Harzes der Außenhülle schrumpfen kann.

Wenn das Harz in der Wärme abbindet, dann sind die in dem Ofen 40 angenommenen Temperaturen notwendig, um ein abschließendes Aushärten oder ein Aushärten der "C"-Stufe zu ermöglichen. Für ein typisches Epoxyharz mit "B"- und "C-Stufe beträgt die Aushärttemperatur etwa 300⁰F bis etwa 400⁰F. Aushärt-Zusätze wie etwa Polyamide, werden gewöhnlich verwendet. Ein funktionales Harzsystem besteht aus 60 Gew.% eines Bisphenol "A" Epichlorohydrin-Epoxy-Harzes und 40 Gew.% eines Polyamid-Härters.

Wenn das Harz thermoplatisch ist, dann ist die Temperatur des Ofens 40 ausreichend, um das Harz über seine Schmelztemperatur aufzuwärmen, damit ein Benetzen und ein Binden der Fasern mit dem gehärteten Silikongummi-Mantel ermöglicht wird.

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Wenn das Harz bei relativ niedriger Temperatur schmilzt, kann die Silikon beschichtete Faser auf eine höhere Temperatur mitdemHeizer 42 vorgeheizt werden, damit eine größere Expansion erreicht wird, als diejenige, die sich mit dem Ofen 40 erzielen läßt . In diesem Fall bleibt die Beschichtung warm und in dem expandierten Zustand, während die Außenfläche der Kabelhöhe auf einen Durchmesser abbindet, der durch das Ausmaß der Expansion des Silikongummis und der Menge der hinzugegebenen Fasern und des Harzes vorbestimmt ist.

Obgleich ein bei Zimmertemperatur vulkanisierbarer Silikongummi als Beschichtung für die optischen Fasern vorgezogen wird, können auch andere elastomere Stoffe Verwendung finden, vorausgesetzt, sie haben einen thermischen Expansions-Koeffizienten (ASTM D-696), der größer ist als derjenige der optischen Faser und des Harzkabels.

Statt die Fasern 20 vorzubeschichten, ist es auch möglich, pulverisiertes oder flüssiges Harz über das durchdie Düsen 38 gebildete Kabel zu verteilen, welches entweder von selbst fließt oder jedenfalls dann, wenn es über die Schmelztemperatur erwärmt wird,und dann zwischen die Verstärkungsfasern und die Seele fließt und abbindet, nachdem die Silikongummilage in der Heizzone 40 expandiert ist. Wiederum besteht alles, was notwendig ist, darin, daß die Lage oder die Schicht in einem thermisch expandierten Zustand sich befindet, wenn das Harz der Außenhülle abbindet, um Druckfreiheit zu garantieren, wenn die Beschichtung schrumpft.

Das in Fig. 3 dargestellte Verfahren kann auch zur Hersteliunq eines zusammengesetzten Kabels verwendet werden, bei dem mehrere optische Kabel 10 vorgesehen sind. In diesem Falle enthalten einige oder sämtliche. Spulen 21 das optische Kabel

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1O und werden in der dargestellten Weise verbunden und mit Harz beschichtet und ergeben somit ein mehrfaseriges optisches Kabel. Einige der Spulen können Verstärkungsfasern als Füller oder Verstärker enthalten.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten optischen Kabels wird eine optische Faser von 5 Mil Durchmesser, mit 0,5 Mil an KYNAR beschichtet, unter einer radioaktiven Zelle vorbeigeführt, welche die Oberflächenladungen entfernt, und wird dann im Durchlauf mit einem bei Zimmertemperatur vulkanisierbaren Silikongummi in einer Stärke von 7 Mil beschichtet. Die aufgetragene Beschichtung ist als Dow Corning 93-072 RTV Silikon-Rubber bekannt, der von der Dow Corning Corporation hergestellt wird. Danach wurde ausgehärtet gemäß Betriebsanleitung in Bulletin 08-327 veröffentlicht von der Dow Corning. Die Aushärttemperatur betrug 280⁰F. Das beschichtete optische Kabel von 20 Mil Durchmesser wurde aufgewärmt und mit 48, 204 Faden "S" Glasfaser-Strängen umgeben, so daß sich ein Kabel von 50 Mil Durchmesser ergibt. Die Glasfaserstücke laufen in der optischen Faser parallel. Das Bindeharz war ein in der Wärme aushärtendes Epoxyharz. Härttemperatur betrug 350⁰F. Nach dem Aushärten wurde das Kabel auf Zimmertemperatur abgekühlt und die Lichtdurchlässxgkeit war gleichmäßig über seine gesamte Länge.

Beispiel 2

Gemäß Beispiel 1 wurden drei endlose Kabel hergestellt und kombiniert und die Leerräume wurden mit parallelen Stücken von S-Glas und Epoxyharz ausgefüllt, so daß sich ein zusammengesetztes Kabel von 115 Mil Durchmesser ergab. Licht wurde gleichförmig durch sämtliche optische Fasern des

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zusammengesetzten Kabels übertragen.

Insgesamt wurde ein Kabel beschrieben, bei dem ein bei Zimmertemperatur vulkanisierbarer Silikongummi mit hohem thermischen Expansionskoeffizienten zwischen eine optische Faser und eine diese umgebende faserverstärkte Harzhülle eingebracht wurde. Wegen des hohen thermischen Expansionskoeffizienten schrumpft das umgebende Gummi stärker als die optische Faser oder die Harzhülle während der Herstellung. Dadurch bleiben radiale Druckkräfte von der optischen Faser frei und es wird verhindert, daß die optische Faser durch die faserverstärkte Hülle bei der Herstellung und in der Verwendung verspannt oder verzerrt wird. Folglich wird die ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit in keiner Weise beeinträchtigt.

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Claims

Ansprüche

1. Optisches Kabel, dessen Seele wenigstens eine .langgestreckte optische Faser (14) mit einer Beschichtung
(18) aus einem gehärteten Silikongummi mit hohem thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, und dessen Außenhülle aus mehreren Verstärkungsfasern (20) besteht, welche mit einem abgebundenen Harz (22) verbunden sind, wobei die Außenhülle einen geringeren thermischen Expansionskoeffizienten als derjenige der Silikongummischicht (18) besitzt, wobei die Silikongummischicht das Durchdringen vonradialen Druckkräften von der Außenhülle zur optischen
Faser verhinder t.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die gehärtete Silikongummischicht mit der optischen Faser und der Außenhüile verbunden ist.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern zur optischen Faser axial ausgerichtet sind und sich genauso weit wie diese erstrecken,

4. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß der thermische Expansionskoeffizient

— 5
der gehärteten Silikongummischicht etwa 20x10 bis

etwa 30x10~⁵ Zoll/Zoll/°C beträgt.

5. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis des thermischen Expansionskoeffizienten der gehärteten Silikongummischicht

(18) zur Außenhülle zwischen etwa 3:1 und etwa 30:1 liegt.

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6. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Silikongununischicht eine Stärke von wenigstens etwa 3 Mil (=76,2 um) beträgt.

7. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Silikongummischicht eine Stärke von etwa 5 bis etwa 10 Mil (=127-254 um) besitzt.

8. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Glasfasern sind.

9. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz thermoplastisch ist.

10. Kabel nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das flarz in der Wärme abbindet.

11. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit mehreren zwischen Faserkabeln durch ein Harz zu einer Einheit verbunden ist.

12. Verfahren zur Herstellung des Kabels nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Faser mit einem härtbaren Silikongummi von hohem thermischem Expansionskoeffizienten beschichtet wird; daß die Silikongummischicht gehärtet wird; daß auf die mit dem Silikongummi beschichtete optische Faser mehrere Verstärkungsfasern und ein Abbinden des Harz aufgetragen werden, so daß sich eine faserverstärkte Harzhülle um die ^: beschichtete optische Faser herum ergibt, daß' das Harz- und die Verstärkungsfasern zusammengebunden und das Harz ausgehärtet wird, dessen thermischerExpansionskoeffizient kleiner als derjenige der ausgehärteten Silikongummibe-

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schichtung ist; daß das Bindeharz und die faserverstärkte Hülle ausgehärtet wird, wenn der abgebundene Silikongummi sich in einem thermisch expandierten Zustand befindet, sodaß sich ein optisches Faserkabel mit verfestigter faserverstärkter Hülle ergibt; und daß das faserverstärkte Kabel abgekühlt wird und sich durch die Differenz der thermischen Expansionskoeffizienten der verfestigten Hülle und der
Silikongummischicht kontrahiert, wobei die Silikongummischicht sich stärker kontrahiert als die Schale und damit Druckkräfte von der optischen Faser freihält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern mit der optischen Faser axial ausgerichtet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser bis zu einer Stärke von wenigsten» 3 Mil (=76 um) beschichtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser bis zu einer Stärke von 5 bis 10 Mil (=127-254 um) beschichtet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikongummi zu seiner thermischen Expansion auf eine Temperatur von etwa 300⁰F bis etwa
400⁰F gehalten wird, wenn das Bindeharz aushärtet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß als Bindeharz ein in der Wärme abbindendes Harz verwendet wird.

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18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindeharz ein thermoplastisches Harz gewählt wird.

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