DE2914555A1

DE2914555A1 - Faser fuer optische uebertragungen

Info

Publication number: DE2914555A1
Application number: DE19792914555
Authority: DE
Inventors: Tadashi Takeuchi; Taiji Yamabe
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1978-04-10
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1979-10-18
Also published as: GB2018459A; DE2914555C2; FR2422609B1; FR2422609A1; GB2018459B; JPS54134450A; US4288145A

Description

PATE NTAiv WALTE

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-3-

A. GRÜNECKER

DlPL-INa

H. KiNKELDEY

DR.-ING

W. STOCKMAtR

OR-ING. · AeSiCALTECHf

K. SCHUMANN

DR BER NAT.-DIPL-PHYS

P. H. JAKOB

DfPL-ING.

G. BEZOLD

Da RER NAT- DFL-CHEM

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

10. April 1979 P 13 731

Faser für optische Übertragungen

Die vorliegende Erfindung "betrifft den Aufbau einer Paser für optische Übertragungen, welche ausgezeichnete Übertragungseigenschafter. sowie gute mechanische Festigkeit "besitzt·

Fasern für optische Übertragungen sind gewöhnlich aus einem verlustarmen Quarz oder einem optischen Glas, welche spröde Materialien sind, hergestellt. Um optische Faserkabel für Übertragungen herzustellen, sind deshalb Untersuchungen darauf ausgerichtet worden· sie in bezug auf ihre mechanische Festigkeit durch Umhüllen ihrer Kerne mit einem Kunststoff oder ähnlichem Material zu verstärken. Die optischen Faser— kabel dieser Art weisen jedoch solche Mangel wie Brüche in den Kernen der optischen Fasern und Herabsetzung der Über— tragungseigenschaften auf, wenn äußere Drücke, Schlag- oder Biegebeanspruchungen darauf angewendet wurden. Deshalb wurden hinsichtlich des Materials Polyäthylen und Nylon, welche kristalline thermoplastische Kunststoffe mit ausgezeichneten mechanischen und chemischen Eigenschaften sind, vorgeschlagen,

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TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

um die Kerne der optischen Pasern zu umhüllen, und zur Zeit kann Nylon -12 als das meist angewendete Umhüllungsmaterial angesehen werden (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung Hr. 17 64-9/75 und US-PS 3 980 390).Das aus Nylon-12 bestehende Umhüllungsmaterial erfordert noch Verbesserungen, wie nachstehend beschrieben ist.

Es ist zu beobachten, daß -während des Umhüllungsschrittes das kristalline IJylon-12-Homopolymere, welches auf die !Fasern aufgetragen wurde₇sich vom Gießen bis ungefähr 48 Stunden danach bezüglich des Kristallisationsgrads mehr und mehr verfestigt. Deshalb wird der Verlust an optischer Übertragung des Kerns der optischen Faser schrittweise von ungefähr 100 dB/Km auf 1 dB/Km oder weniger herabgesetzt. Polglich können die Produkte während der Herstellung nicht betrachtet bzw. kontrolliert werden; die Produkte müssen betrachtet werden, nachdem sich der Übertragungsverlust stabilisiert hat, z.B. nachdem 48 Stunden von der Stufe des Gießens an vergangen sind. Andererseits muß die optische Paser gleich nach dem Schritt des Gießens dem Tempern unter vorbestimmten Bedingungen unterworfen werden, um den Übertragungsverlust herabzusetzen, bevor sie abtransportiert wird· Zudem neigen Materialien wie Quarz und optisches Glas, wenn sie als Kern für optische Pasern verwendet werden, zur chemischen Verschlechterung durch Oxidation und Peuchtigkeit. Um diese Verschlechterung zu verhindern, wurde deshalb auf die Kerne der optischen !Fasern ein Grundiermittel (Primer) aufgetragen. Da ^jedoch das Mylon-12-Homopolymer bei einer relativ hohen !Temperatur von annähernd 200⁰O vergossen wird, kann das Grundiermittel in Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen einer thermischen Zersetzung unterliegen, wobei die Leistungsfähigkeit des Kerns der optischen Pasern herabgesetzt wird. Die Arten verwendbarer Grundiermittel sind daher sehr begrenzt.

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Es hat sieli gezeigt, daß ein Copolymer, welches aus 20 "bis 98 Gewichtsteilen Laurinlactam und 80 bis 2 G-ewichtsteiles eines von Laurinlactam verschiedenen nylonbildenden Hono— meren zusammengesetzt ist und einen Schmelzpunkt iron 100 "bis 170°C hat, einen sehr geringen Kristallisationgrad aufweist, wenn es verwendet wird, um den Kern, der optischen Paser zumumMlllen, verglichen mit Polylaurinlaetam alleine; deshalb ändert sich der Kristallisationsgrad im Yerlauf der Zeit wenig« Deshalb ist es, bei Verwendung des obengenannten Copolymeren nicht nötig 4-8 Stunden nach, dem Gießen eine Überprüfung durchzuführen, während eine solche "Überprüfung notwendig ist, wenn Polylaurinlactam alleine verwendet wird und es ist ebenso nicht notwendig, die Zdt des Transports anzupassen«

Es hat sich weiter gezeigt, daß es nicht notwendig ist, das obenerwähnte iempern durchzuführen, um den Übertragungsverlust auf weniger als 1 dB/Km zu reduzieren oder daß, wenn das lempern doch notwendig ist, es möglich ist, es unter relativ milden Bedingungen auszuführen.

Des weiteren mangelt es den optischen Easern, wenn sie mit Hylon-12 all eine umhüllt sind an Dehnbarkeit, da IJylon-12

einen Elastizitätsmodul von größer als 12 000 kg/cm aufweist. Bei Verwendung des Copolymeren von Kylon~12, gemäß der vorliegenden Erfindung, kann im Gegensatz dazu die Dehnbarkeit sehr gesteigert werden, wodurch der Bundeluagsschritt mit Leichtigkeit ausgeführt werden kann. Außerdem sind die Eerne der optischen fasern gemäß der Erfindung frei von uneinheitlicher Spannung und deshalb ist der optische 'Übertragungsverlust über weite Zeiträume, nachdem die Kabel installiert worden sind, konstant. Die vorliegende Erfindung wurde, basierend auf den ob engenannten Erkenntnissen vervollständigt.

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Das nylonbildende Monomer ist ein Lactam mit 4- bis i6 Kohlenstoffatomen eine iminocarbonsäure mit 4· bis 16 Kohlenstoffatomen tmd ein Salz eines Alkylendiamins mit 4- bis 16 Kohlenstoffatomen und eine Alkylendicarbonsäure mit 4- bis 16 Kohlenstoffatomen.

Bas Lactam timfaßt Caprolactam tmd Caprylolactam· Die iminocarbonsäure umfaßt io-Aminop el argonsäure, 6J-Aminoundec ansäure und 13-Amino-tridecansäure. Das Alkylendiamin umfaßt Hexamethylendiamin, Decamethylendiamin, Tridecandiamin und 2,2,4— Srimethyl-hexa-diamin. Die Alkylendicarbonsäure umfaßt Adipinsäure, Sebacinsäure, Dodecandicarbonsäure und Trideeandicarbonsäure. Das Oopolymerisationsverhältnis ist. so gewählt, daß der Schmelzpunkt des copolymerisierten Polyamids im Bereich von 100 bis 17O⁰C liegt. Das copolymerisierte Polyamid, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann durch ein allgemein bekanntes Verfahren unter Verwendung von Laurinlactam und einem oder mehreren Polyamidmonomeren hergestellt werden.

Der Schmelzpunkt des Copolymeren, gemäß der Erfindung, kann mittels eines Differentialabtastkalorimeters "bestimmt werden j hierbei ist der Schmelzpunkt eine Temperatur, bei der das Maximum an Wärme ab sorption auftritt, wenn die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 16⁰C pro Minute ansteigt.

Gemäß der Erfindung können ein oder mehrere nylonbildende Monomeren verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Copolymere hat bevorzugt eine relative Viskosität im Bereich zwischen 1,5 und 24-, -wobei diese in Form seiner 0,5 gewichtsprozentigen m-Cresol-Lösung bei 25°C gemessen wird.

Besonders bevorzugt kann das obenerwähnte Copolymere, be-

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stehend aus 20 "bis 98 Gewichtsteilen Laurinlactam und 80 bis 2 Gewi entstellen des anderen polyamxdbxldenden Monomeren weiter mit "weniger als 20 Gewichtsteilen eines Weichmachers oder eines Kunststoffs, welcher eine Verträglichkeit damit hat, vermischt werden, um die Gießbarkeit zu verbessern und die uneinheitliche Verformung, welche sonst auf die Kerne der optischen Fasern ausgeübt werden kann, zu verringern.

Beispiele für Weichmacher für das Polylaurinlactamcopolymere sind aromatische Hydroxyderivate wie 2-Äthylhexyl-parahydroxybenzoat und Amidsulfonate wie Benzolsulfonbutylamid. Beispiele für den verträglichen Kunststoff sind Polyurethan, Äthylen/Vinylacetat-Copolymer, modifiziertes Polyäthylen und andere copolymerisierte Nylons.

Die obenerwähnten Vorzüge, welche aus der Verwendung des PoIylaurinlactam-Copolymeren resultieren, beruhen auf den nachstehenden Gründen. Es^- werden fortlaufende Zwischenräume zwischen dem Kern der optischen Faser und dem umhüllenden Film gebildet, und die Bereiche, wo die Zwischenräume in Kontakt mit dem Kern der optischen Faser kommen, geben dem Kern eine unausgeglichene Verformung. Der Weichmacher, der während des Gießens aus dem erhitzten Harz ausgetreten ist, bildet eine Schicht zwischen dem Kern der optischen Faser und dem umhülldenden Harzfilm, um die unausgeglichene Verformung einheitlich zu verteilen.

Es hat sich weiter gezeigt, daß der Verlust an optischer Übertragung durch Bildung einer einheitlichen Weichmacher schicht· zwischen dem Kern der optischen Faser und der Harzschicht mittels Temperung reduziert werden kann.

Das copolymerisierte Polyamid, welches aus 20 bis 98 Gewichtsteilen Laurinlactam und 80 bis 2 Gewichtsteilen des anderen

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polyaiaidbildenden Monomeren bestellt xmd einen Schmelzpunkt von weniger als 100⁰C hat, verliert an Hitzebeständigkeit ■und kann nicht beständig die Eigenschaften von Fasern für optische tJbertragungen für weite Zeiträume aufrechterhalten. Deshalb wird ein solches copolymerisiertes Polyamid nicht für die Verwendung als Kabelmantelmaterial eingesetzt. Das eopolymerisierte Polyamid, welches einen Schmelzpunkt von höher als 17O°G hat, bewirkt auf der anderen Seite, daß das Grundiermittel thermisch abgebaut wird, obgleich es für den Zweck eingesetzt wird, eine Verschlechterung des Kerns deroptischen Faser durch Oxidation zu verhindern. Wenn ein copolymerisiertes Polyamid mit einem Schmelzpunkt von höher als 17O⁰C verwendet wird, ist es deshalb notwendig ein spezielles Grundiermittel auszuwählen, welches in einem geringeren Ausmaß thermisch abgebaut wird. Wie schon früher erwähnt, ist es deshalb notwendig, das Gießen bei einer Temperatur so niedrig wie möglich und nicht höher als 200⁰C auszuführen, wobei die Stufe des Gießens wirtschaftlich gestaltet wird, Für diesen Zweck muß der Schmelzpunkt des Polylaurinlactam-Copolymeren niedriger als 17G°C sein·

Bei der HersteXung der laser für optische Übertragungen, gemäß der vorliegenden Erfindung, kann die Umhüllungsschicht aus Polylaurinlactam-Copolymerem auf den Kern der optischen Faser durch jede bekannte Hethode zur Bildung einer Umhüllungsschicht ausgebildet werden. Die meist angewendete Methode ist es, die Harzmischung zu schmelzen und den Kern der optischen Paser, durch Extrudieren der Harzmischung auf den Kern der optischen Faser, zu beschichten. Hierbei wird die Harzmischung mittels eines Schnecken-Ertruders geschmolzen und wird auf den Kern mittels eines Zieh-Verfahrens, schließlich der Vakuumüberzug-Methode (vacuum lining method), oder die Harzmischung wird nach einer geeigneten Hethode geschmolzen und mittels einer Getriebepumpe extrudiert, um

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sie auf den Kern aufzubringeη_o

Die so erhaltene Faser, für optisciLe Wo ertragungen wird dann auf ihrer äußeren Oberfläche mit einer Schutzschicht umhüllt, um ein optimales Faserkabel herzustellen» Solch ein Kabel kann auf dieselbe Art wie das herkömmliche optische Faserkabel hergestellt werden«. Eine YIeIZaHL der. überzogenen optischen Fasern kann zu einem Kabel geformt werden₉ indem es mit einem thermoplastischen Harz als Hantel umhüllt wird_o

¥ie oben gezeigt, hat eine Faser für optische Übertragungen, gemäß der Erfindung, eine Umhüllungsschicht auf der überwache® Praktische Ausfuhrungsformen der Erfindung beinhalten optische Fasern, welche mindestens eine Omhüllungsschicht aus Laurinlactam-Copolymerem und mindestens eine Omhüllungsschicht aus einem anderen Harz, "wie nachstehend aufgeführt ist, besitzen. Es sei des weiteren angefügt, daß die Omhül— lungsschicht vorzugsweise entweder einfach oder doppelt ist. Im Falle der doppelten Schichten ist die äußere aus dem Copolymeren gemäß der Erfindung zusammengesetzt und die innere kann aus einem Harz, welches "verschieden ist von dem die äußere Schicht bildenden Harz, zusammengesetzt sein« Das Harz, das als Grundkomponente in der dabei verwendeten. Harzmischung verwendet wird, kann von jedem Typ sein,, so etwa thermoplastische, wärmehärtbare Typen und ähnliche und, vom Gesichtspunkt der Haftfähigkeit zur Glasfaser umfaßt es z.B., Polyester, Polyamid., Polyacetale Polyvinylacetat PoIysulfon, Polyurethan, Polyäther, Polyesterimid, Polyamidimide Polyamid, Polyacrylat, Polyvinylacetat, JLtliylen-Yinylacetat-Copolymer, Äthyl en-Acryl säure-Gopolym er, Epoxydharz, Phenolharz, Resorcinharz, ungesättigtes Polyesterharz, Harnstoffharz, Furanharz, Silikonharz, Alkydharz, MeIaminharz„ Diallylphthalatharz, etc» oder die Derivate hiervon.

Eine der praktischen Ausführungsformen dieser Erfindung ist

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eine ]?aser_s welche drei IMhül lungs schickt en aus Silikonharz, Sylön-12-Copolymerem und Polyäthylen oder Polyvinylchlorid "besitzt«, gesehen von der lauen- nach der Außenseite»

Der verlustarme optische Faserigem, welcher in der Erfindung verwendet wird_s kann alle herkömmliche "bsinhalten, etwa solche -vom Glasmantel typ«, dem selbstfolmssierenden Typ und dem Einzelmaterialtyp.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Die Werte fur die relative Viskosität wurden durch Messung, wie sie obenstehend definiert ist, erhalten»

Beispiel 1;

Eine Paser für optische Übertragungen wurde erhalten durch Aufbringen eines 300 pm starken Überzugs aus einem CopoTymeren aus 80 Gewichtsteilen Laurinlactam und 20 Gewichtsteilen Caprolactam auf den Kern einer optischen Paser aus Quarzglas vom Glasmanteltyp (glass-clad type) mit einem Durchmesser von 200 /um. mit Hilfe einer Ziehvorrichtung unter Verwendung eines Uylonextruders, "welcher einen Durchmesser von 40 mm hat. Der optische Übertragungsverlust der optischen Übertragungsfaser wurde, nachdem sie gerade gegossen war, zu 14 dB/Km und nachdem seit dem Gießen 24 Stunden vergangen waren, zu 6 dB/Km gemessen.

Die relative Viskosität des Copolymeren war, 1,9 un<3- der Schmelzpunkt betrug °

Die so erhaltene Paser für optische Übertragungen war sehr dehnbar, transparent und besaß ausreichende mechanische Eigenschaften für die Verwendung als Kabelmantelmaterial.

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Beispiel 2:

Eine Faser für optische Übertragungen wurde in derselben Art wie in Beispiel 1 erhalten_s ausgenommen_s daß das verwendete Copolymere aus 80 Gewicht steile η Iiaurinlactam und 20 Gewichtsteilen eines Salzes von Hexamethylendiamin raid BoeLeeandiear— bonsäure bestand. Dieses Copolymer hatte eine relative Viskosität von 1,8 und der Schmelzpunkt betrug 155°O« Der optische Übertragungsverlust der erhaltenen optischen Übertragungs— faser war 25 dB/Km, unmittelbar nach dem Gießen gemessen und 10 dB/Km nach 24 Stunden.

Beispiel 3?

Eine extrem dehnbare Faser für optische Übertragungen wurde erhalten durch Aufbringen eines 300 jum starken Überzugs aus einem Tercopolymeren aus 34 Gewicht steilen Laurinlactam, 33 Gewichtsteilen Caprolactam und 33 Gewichtsteilen Hexamethylendiaminadipat, auf den Kern derselben Faser" wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde. Die relative Viskosität des Copolymeren war 1,8 und der Schmelzpunkt betrug

Es wurden fast dieselben Übertragungsverluste wie in Beispiel 1 gemessen.

Beispiel 4;

Eine Faser für optische Übertragungen mit ausgezeichneten Eigenschaften wurde erhalten durch Aufbringen eines 300 pm starken Überzugs auf den Kern der in Beispiel 1 verwendeten Faser unter Verwendung von Pellets, bestehend aus einem Copolymeren aus 80 Gewichtsteilen Laurinlactam und 20 Gewichts teilen Caprolactam, vermischt mit 10 Teilen, "bezogen auf 100 Teile des Copolymeren, eines Weichmachers (Benzolsulfon-

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"butyl amid). Die relative Viskosität des Copolymer en war 1,9.

Der optische Übertragungsverlust der Faser für optische Übertragungen wurde, nachdem sie 24- Stunden "bei 8O⁰C getempert wurde, als weniger als 1,0 dB/Km gemessen; auf diese Weise wurden sehr gute Ergebnisse erzielt.

Vergleichsbeispiel:

Zwei Fasern für optische Übertragungen wurden erhalten durch Aufbringen eines 300 ;um starken Überzugs aus einem (^polymeren, zusammengesetzt aus 80 Gewichtsteilen Laurinlactam und 20 Gewichtsteilen Caprolactam sowie Aufbringen eines 300 pm starken Überzugs aus einem Homopolymeren aus Laurinlactam auf die jeweiligen Kerne unter derselben Bedingung wie in Beispiel 1. Das erstere Produkt ist dasselbe wie aus Beispiel 1.

Die Kennzeichen der zwei Fasern für optische Übertragungen wurden wie folgt gemessen:

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	Copolymer	Homopolymer
Zieh-TTerhaLtnis (Verformbarkeit)	20 fach	8 fach
Üb ertr agungs verlust (umittelbar nach dem Gießen	) 14 dB/Km	70 dB/Km
Änderung des Übertragungs verlustes mit Fortgang der Zeit (nachdem 4-8 Stunden vergan gen sind)	6 dB/Km	15 dB/Km
Dehnbarkeit der optischen Easern	hoch	niedrig

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Claims

Patentansprüche

\ii Easer für optische Übertragungen, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß ein verlustarmer optischer Faserkern für optische Übertragungen umhüllt ist mit mindestens einer Schicht eines Polylaurinlactam-Copolymeren, bestehend aus 20 "bis 98 Gevjichtsteilen Laurinlactam und 80 "bis 2 Gewichtsteilen eines von Laurinlactam verschiedenen polyamidbildenden Monomeren mit einem Schmelzpunkt innerhalb von 100°C bis 170°C.
2. Faser für optische Übertragungen nach Anspruch 1, dadurch gekennze i chnet, daß das polyamidbildende Monomer aus der Gruppe von Lactamen von G₁, bis 6^g, Aminocarbonsäuren von C^ bis C.g, Salzen von Alkylendiaminen (C^ bis C^g) und Alkylen-(C^ bis C^g)-dicarbonsäuren ausgewählt ist.
3. Faser für optische Übertragungen nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht weiterhin bis zu 20 Teilen eines Weichmachers und/oder eines anderen synthetischen Harzes enthält.

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TELEFON (OSS) S3 S3 82

TELEX OB-SSSBO

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER
4. Faser für optische Übertragungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laurinlactam-Copolymeren-Schicht vorhanden ist·
5- Faser für optische Übertragungen nach einem der Ansprüche Λ bis 4, dadurch gekenn ζ e i chnet, daß eine oder mehrere andere Schichten, zusammengesetzt aus einem von dem laurinlactam-Copolymeren unterschiedlichen thermoplastischen Harz, enthalten sind, wobei diese anderen Schichten entweder auf der Innenseite oder der Außenseite der Laurinlactam-Copolymeren-Schicht aufgetragen sind,
6. Faser für optische Übertragungen nach Anspruch 5» dadurch gekennzei chnet, daß die Faser mit zwei Schichten umhüllt ist, wobei die äußere Schicht aus Polylaurinlactam-Copolymerem besteht und die innere aus einer anderen Harzmischung zusammengesetzt ist.
7. Faser für optische Übertragungen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht aus Silikonharz zusammengesetzt ist und ferner Polyäthylen oder Polyvinylchlorid auf die äußere Oberfläche der Faser aufgetragen ist.
8. Faser für optische Übertragungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer eine relative Viskosität in einem Bereich von 1,5 "bis 2,4 "besitzt.

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