DE2921338C2

DE2921338C2 - Optische Faser für die Verwendung bei der optischen Nachrichtenübermittlung

Info

Publication number: DE2921338C2
Application number: DE2921338A
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Ibaraki Seikai; Shuzo Yokohama Kanagawa Suzuki; Naoya Uchida; Toru Yamanishi; Kozo Yoshimura
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1984-10-18
Also published as: FR2426917B1; GB2026716B; GB2026716A; DE2921338A1; FR2426917A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Faser für die Verwendung bei der optischen Nachrichtenübermittlung, die eine Glasfaser enthält, auf die eine erste Überzugsschicht aus einem härtbaren Organopolysiloxan mit einem Brechungsindex, der höher ist, als derjenige des Glases, welche die äußerste Schicht der Glasfaser bildet wobei das härtbare Organopolysiloxan gebrannt ist, und eine zweite Überzugsschicht aus einem Kunstharz aufgebracht sind.

Mit den neuerdings erzielten Fortschritten auf dem Gebiet der Faseroptiktechnologie bei der Verminderung der Lichtverluste durch Absorption durch eine optische Faser wurden viele Versuche unternommen, die optische Faser als Medium für die Nachrichtenübermittlung zu verwenden. Während optische Fasern, die von einem Kabel umgeben sind (nachfolgend als optisches Kabel bezeichnet), für die verschiedensten Arten der Nachrichtenübermittlung verwendet werden können, hat die elektrische Nicht-Induktion der optischen Faser das Interesse daran geweckt das optische Kabel mit einem Starkstromkabel in einem Nachrichtenübermittlungs-Starkstrom-Verbundkabel zu kombinieren. Es wurden daher bereits verschiedene Verfahren für den Einschluß von optischen Fasern innerhalb eines Energietransportkabels und für dessen Verwendung zur Übermittlung von Kontroll- oder Kommunikationssignalen vorgeschlagen. Außerdem wurden einige Verfahren Feldtes:s unterworfen.

Ein Energietransportkabei, insbesondere ein Hochspannungskabel, enthält bekanntlich einen Leiter und sein Umgebuflgsbereich wird durch den Joule-Effekt auf etwa 90⁰C erwärmt. Es muß daher untersucht werden, ob eine dieser Temperatur für einen langen Zeitraum ausgesetzte optische Faser in bezug auf ihre Transmissionseigenschaften oder in bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften irgendeiner Änderung unterliegt.

Die optische Faser ist im allgemeinen geschützt durch einen Kunststoffüberzug, um ihre mechanische Festigkeit zu erhöhen oder sie leichter handhabbar zu machen. Die F i g. 1 bis 3 der Zeichnungen eriäutern den Querschnitt von konventionellen optischen Fasern, wie sie bisher vorgeschlagen worden sind. Entsprechende Studien haben gezeigt, daß dann, wenn die beschichtete optische Faser (nachfolgend als Kern einer optischen Faser bezeichnet) hohen Temperaturen ausgesetzt wird, eine Schrumpfung als Folge der Restspannungen, die aus der Formgebung der Kunststoffe stammen, oder eine erhöhte innere »Verspannung« als Folge einer Volumenänderung, die eine höhere Kristallinität begleitet, einen Effekt hervorrufen, der allgemein als »Mikrobiegung« bezeichnet wird, die ihrerseits zu größeren Transmissionsverlusten führt.

Da die optischen Fasern einen Durchmesser von 200 μηι oder weniger besitzen sollten, um ihre Flexibilität aufrechtzuerhalten, und da sie aus einem spröden Material hergerteüt sind, ist es fast unmöglich, sie als Transmissionsleitung zu verwenden, ohne sie im Hinblick auf ihre mechanische Festigkeit zu schützen.

Es ist ferner bekannt, daß Glas die Neigung hat, un>er dem Einfluß von Feuchtigkeit und anderen Faktoren mit dem Ablauf der Zeit seine Festigkeit zu verlieren. Deshalb wurden mehrere Verfahren zum Übeniehen einer optischen Faser mit einem Schutzüberzug aus Kunststoffen oder anderen geeigneten Materialien vorgeschlagen, um der optischen Faser die gewünschte Anfangsfestigkeit und eine Festigkeit zu verleihen, die auch einem längeren Gebrauch standhält. So weist beispielsweise eine überzogene optische Faser, die nach dem in der japanischen Patentanmeldung (OPI) 1 25 754/75 beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, das darin eo besteht, daß man eine optische Faser mit einer wärmehärtbaren Harzmasse (allgemein als Primärüberzug bezeichnet) überzieht und den dabei erhaltenen Harzüberzug brennt und bei dem man außerdem einea Überzug aus einer schmelzextrudierten thermoplastischen Harzmasse (Sekundärüberzug) darauf aufbringt, eine zufriedenstellende Festigkeit und Verwitterungsbeständigkeit auf, die ausreicht, um einem längeren Gebrauch standzuhalten. Wie in der japanischen Patentanmeldung (OPI) 1 00 734/76 beschrieben, ist es außerdem bekannt, daß eine gesponnene optische Faser vor ihrem Kontakt mit einem anderen festen Gegenstand mit einer Harzmasse überzogen werden kann, die dann gebrannt wird, um der Faser eine Festigkeit zu verleihen, die nicht wesentlich niedriger ist als die ursprüngliche Festigkeit des Glases.

Andererseits wurde zwischen dem Primärüberzug aus dem wärmchärtb&ren Harz und dem Sekundärüberzug aus dem thermoplastischen Harz eine Spannungen absorbierende Schicht mit einem kleinen Young-Modul aufgebracht, um die erhöhten Transmissionsvcrluste als Folge eines sogenannten »Mikrobiegungs-Phänomens«, das auftritt, wenn eine optische Faser in kurzen Zyklen wiederholt gebogen wird, zu eliminieren. Beispiele für Materialien, die für die Spannungen absorbierende Schicht vorgeschlagen worden sind, sind Siliconharz, Urethankautschuk, Butadienkautschuk, Äthylen/Propylen-Kautschuk und geschäumte Kunststoffe. Unter diesen Materialien wird das Siliconharz in großem Umfange verwendet wegen seiner guten Verarbeitbarkeit, seiner guten Härtbarkeit und Verwitterungsbeständigkeit. Der hier verwendete Ausdruck »Siliconharz« bezieht sich auf ein bei Raumtemperatur ausvulkanisierendes 2-Teile-Harz (RTV), das im allgemeinen als härtbares Organopolysiloxanharz bezeichnet wird.

Unter den verschiedenen Organopolysiloxanen hat das Dimcthylpolysiloxan, das im allgemeinen im Handel erhältlich ist, einen Brechungsindex von etwa 1,40, der niedriger ist als der Brechungsindex von Glas. Deshalb hat dann, wenn Dimethylpolysiloxan direkt auf eine optische Faser aufgebracht und anschließend gebrannt wird, die dabei erhaltene Glasfaser die folgenden Nachteile:

Wenn eine optische Faser mit einer Verteilung des Brechungsindex, wie in der F i g. 7 dargestellt, mit einer Schicht aus einer Organopolysiloxan-Zusammensetzung mil einem Brechungsindex von etwa 1,40 überzogen wird, umfaßt das dabei erhaltene Transmissionssystem, wie es in F i g. 8 dargestellt ist. das gewünschte Transmissiüi'iisysiciTi rni!! als Kern und ein weiteres Transmissionssystem mit Il als Kern und dem Organopolysiloxan als Überzug. Das zweite Transmissionssystem (oder Überzug-Transmissionssystem) mit dem Kern von ii ist unerwünscht und erschwert die genaue Messung der Transmissionsverluste.

Da das Transmissionssystem mit 11 als Kern höhere optische Verluste erleidet als das System mit I als Kern, wird Licht, das in dem Bereich Il angeregt worden ist, in einem Abstand von etwa 10 m gedämpft. Die Folge davon ist, daß die Bestimmung der optischen Transmission, ausgedrückt durch das Verhältnis zwischen dem optischen Output an einem Punkt 1 bis 2 m von dem Auftreff-Ende (P_1n) entfernt, zu dem optischen Output an einem Punkt mehrere 100 bis mehrere 1000 m von dem Auftreff-Ende (P_n,,) entfernt, nicht genau durchgeführt werden kann, weil P_1n das optische Output aus dem Transmissions-System mit Il als Kern umfaßt und deshalb ein zu hoher Wert bestimmt wird.

Wenn der Lichtverlust in dem Bereich Il verhältnismäßig gering ist, erreicht das in dem Bereich I! angeregte Licht das Empfangsende. Andererseits wird der Kern einer optischen Faser im allgemeinen hergestellt durch Steuerung der Verteilung ihres Brechungsindex zur Erzielung einer gewünschten Transmissionsbande (oder Basisbandenfrequenzeigenschaften), die ein Element ihrer Transmissionseigenschaften ist. Deshalb wird durch das Austreten von Licht, das in dem Bereich II an dem Empfangsende angeregt wird, die Transmissionsbande der Faser stark beeinträchtigt.

Aus der US-PS 39 80 390, die den oben genannten japanischen Patentanmeldungen entspricht, ist eine optisehe Faser der eingangs genannten Gattung bekannt. Diese weist jedoch die genannten Nachteile auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verstärkte optische Faser zu entwickeln, die von einer Umhüllungstransmission frei ist und eine hohe mechanische Festigkeit sowie stabile Transmissionscigenschaiien aufweist, so daß einem längeren Gebrauch standhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Glasfaser der genannten Gattung gelöst, die dadurch

gekennzeichnet ist, daß das härtbare Organopolysiloxan der ersten Überzugsschicht ein Phenylpolysiloxan ist ur.d das Kunstharz der zweiten Überzugsschicht ein härtbares Dimethylpolysiloxan ist, die zweite Überzugsschicht einen niedrigeren Brechungsindex besitzt als das Glas, welches die äußerste Schicht der Glasfaser bildet, und daß das Phenylpolysiloxar, und das Dimethylpolysiloxan Spannungsabsorptionswirkung besitzt und einen Young-Modul von weniger als 2,0 kg/mm² bei Raumtemperatur aufweist In den Zeichnungen zeigen

F i g. 1 bis 3 jeweils Querschnittsansichten des Kerns einer konventionellen optischen Faser;

Fig.4 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des gegen Wärme hochbeständigen Kerns einer erfindungsgemäßen optischen Faser gemäß der Erfindung;

F i g. 5 eine Querschnittsansicht eines Verbundkabels, bei dem erfindungsgemäß optische Fasern mit einem Energietransportkabel kombiniert sind;

F i g. 6 eine ■vergrößerte Ansicht des optischen Kabels gemäß F i g. 5;

F i g. 7 und 8 beispielhafte Darstellungen der Verteilung des Brechungsindex einer konventionellen, mit einem Kunststoffmantel versehenen optischen Faser; und

F i g. 9 die Verteilung des Brechungsindex einer erfindungsgemäßen beschichteten optischen Faser.
F i g. 10 die Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Beschichten und Brennen der Organopolysiloxan-Zusammensetzung.

In den F i g. 1 bis 4 bezeichnen die Bezugsziffer 1 eine Glasfaser, die Bezugsziffer 2 einen Überzug aus einem thermoplastischen Harz, die Bezugsziffer 3 einen Überzug aus einem wärmehärtenden Harz, die Bezugsziffer 4 eine spannur.gsabsorbierende Schicht mit einem niedrigen Young-Modul oder eine solche Schicht aus einem geschäumten Harz, die Bezugsziffer 5 einen ersten Überzug, bestehend aus einem Siliconharz, hauptsächlich aus

einem phenylgruppenhaltigen Polysiloxan, und die Ziffer 6 einen zweiten Überzug, bestehend aus

(1) einem Siliconharz ähnlich demjenigen des ersten Überzugs,

(2) einem Siliconharz, hauptsächlich aus Polysiloxan, das Fluor in Form einer Trifluoralkylgruppe enthält.

Das Siliconharz, das hauptsächlich aus einem phenylgruppenhaltigen Polysiloxan oder einem eine Trifluoraikylgruppe enthaltenden Polysiloxan besteht, wie es für die ersten und zweiten Überzüge verwendet wird, ist gegen Wärme hochbeständig und weist eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit auf und seine physikalischen Eigenschaften ändern sich nur wenig, wenn es einer Temperatur von mehr als 100° C ausgesetzt wird.

Deshalb ergibt eine Beschichtung »iner optischen Faser mit diesem Siliconharz einen Kern, bei dem keine wesentlichen Lichtverluste auftreten als Folge des obengenannten Mikrobiegungseffektes. Da das Siliconharz, das hauptsächlich aus einem trifluoralkylgruppenhaltigen Polysiloxan besteht, einen Brechungsindex von weniger als 1,40 aufweist, tritt andererseits bei einer Glasfaser, die mit diesem Harz direkt beschichtet ist, eine unerwünschte Überzugsknotentransmission auf. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Schicht aus dem Siliconharz, das hauptsächlich aus einem trifluoralkylhaltigen Polysiloxan besteht, als zweite Übe^r-;ugsschicht von der Glasfaser getrennt durch eine erste Überzugsschicht aus einem Siliconharz mit einem Breeh'.ingsindex, der höher ist als derjenige von Glas und die hauptsächlich aus phenylhaltigem Polysiloxan besteht. Es ist klar, daß mindestens eines der ersten und zweiten Siliconharze einen oder mehrere Füllstoffe aus der Gruppe abgerauchtes Siliciumdioxid, gefälltes Siliciumdioxid, Aluminiumsilicat, Quarzpulver, geschmolzenes Quarzpulver, Diatomeenerde, Calciumcarbonat, Titandioxid, Ruß und dergleichen enthalten kann zur Erzielung einer höheren mechanischen Festigkeit.

Entsprechende Versuche haben gezeigt, daß bei dem Kern der optischen Faser mit dem in der F i g. 4 dargestellten Überzug keine wesentliche Zunahme der Transmissionsverluste auftritt, wenn er 30 Tage oder länger einer Temperatur von 16O⁰C ausgesetzt wird; eine Abschätzung der Messungen nach der Arrhenius-Formel zeigt an, daß die Eigenschaften der Faser 10 Jahre oder länger bei 90⁰C stabil bleiben.

In der F i g. 5 bezeichnen die Bezugsziffer 7 ein Starkstromkabel, die Ziffer 8 eine optische Faser, die Ziffer 9 einen äußeren Überzug, die Ziffer 10 einen inneren Überzug, die Ziffer 11 einen äußeren Leiter, die Ziffer 12 eine Isolierschicht und die Ziffer 13 einen inneren Leiter.

In der F i g. 6 bezeichnen die Bezugsziffer 14 einen Mantel, die Bezugsziffer 15 ein interstitielles Viererkabel, die Bezugsziffer 16 den Kern einer optischen Faser und die Bezugsziffer 17 ein Dehnungselement.

Obgleich das Kabel gemäß F i g. 6 vier Kerne aufweist, kann jede gewünschte Anzahl von Kernen verwendet werden. Außerdem können die Eigenschaften des Kabels durch einen V- oder U-förmigen interstitiellen Abstandhalter oder durch ein Wärmeisoliermaterial wirksamer stabilisiert werden. In dem in F i g. 5 gezeigten Verbundkabel können auch mehr als drei optische Faser enthalten sein.

In den Fig.7, 8 und 9 bezeichnen die Bezugsziffer 24 einen Kern, die Bezugsziffer 25 eine Beschichtung (Überzug A), die Bezugsziffer 26 einen Überzug B und die Bezugsziffern 27 und 28 jeweils einen Überzug aus einer Organopolysiloxan-Zusammensetzung.

Ein Vorteil der neuen Glasfaser besteht darin, daß sie einen gegen Wärme hochbeständigen Kern einer op "ischen Faser sowie eine optische Kabelumhüllung für einen solchen Kern besitzt.

Es ist auch möglich, die Produktionsgeschwindigkeit der optischen Fasern dadurch zu erhöhen, daß man das Phenylpolysiloxan und/oder das Dimethylpolysiloxan durch Belichtung mit ultravioletter Strahlung härtet. Die erhaltende Glasfaser kann gegebenenfalls auf der gehärteten zweiten Überzugsschicht mit einer thermoplastischen Harzmasse beschichtet werden. Die zwei Überzugsschichten der auf diese Weise verstärkten optischen Faser fungieren als das, was allgemein als Primärüberzug und als Spannungsabsorptionsüberzug bezeichnet wird, und verleihen somit eine mechanische Festigkeit, die ausreicht, um den Beanspruchungen zu widerstehen, denen die Faser während der Aufwickei- und Ümhüiiungsstufen zur Herstellung eines Käbcis aus den Fasern ausgesetzt ist, oder um einem längeren Gebrauch unter variierenden Umgebungsbedingungen, wie sie nach dem Beschichten des Kabels auftreten, standzuhalten, und um der Faser stabile Transmissionseigenschaften unter den Umgebungsbedingungen zu verleihen, die den Mikrobiegungseffckt hervorrufen können.

Wie die Fig.4 zeigt, wird erfindungsgemäß als erste Überzugsschicht ein Phenylpolysiloxan mit einem Brechungsindex verwendet, der höher ist als derjenige des Glases der äußersten Glasschicht. Auf diese Weise ist es möglich, eine unerwünschte Art der Transmission zu absorbieren und zu inhibieren und eine genaue Messung der Transmissionsverluste zu erzielen, ohne die Transmissionsbande zu verschlechtern. Der Phenylgehalt des Phenylpolysiloxans kann innerhalb des Bereiches von 1,40 bis 132 variiert werden, um den Brechungsindex zu steuern.

Vorzugsweise enthält das Phenylpolysiloxan der ersten Überzugsschicht eine Verbindung der Formeln I, Il oder III:

(i) H₁C=CH- -

CH=CH₂

(D

50

55

H₂C=CH-j-O— Si

CjH₅

C₄H₅

O—Si-

C₆H₅

-CH=CH,

(ID

60

65

C₆H₅

•0—Si-R

-CH = CH₂

(ΠΙ)

worin R eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne eine aliphatische

Unsättigung bedeutet, ίο (ii) eine Organohydrodien-Polysiloxan-Komponente, die in ihrem Molekül mindestens drei Wasserstoffatome enthält, die direkt an ein Siliciumatom gebunden sind, die in einer Menge enthalten ist, die ausreicht, um 0,7

bis 5 derartige Wasserstoffatome pro Vinylgruppe der Komponente (i) zu ergeben, und (iii) eine katalytische Menge einer Platinverbindung, worin m und η soiche positiven ganzen Zahlen bedeuten.

daß die Phenylpolysiloxan-Zusammensetzung einen Brechungsindex von 1,40 bis 1,52 und eine Viskosität bei 25° C und 50 bis 1.000 000 cSt besitzt.

Beispiele für geeignete Platinverbindungen sind solche, die mit den beiden obengenannten Komponenten

gut verträglich sind, wie z. B. ein Olefinkomplex oder eine Chlorplatin(lV)säure, in der ein Teil des Chlors gegebenenfalls durch Alkohol, Aldehyd oder Keton substituiert sein kann.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des gehärteten Produktes und der Fließfähigkeit der Zusammensetzung können diese drei Komponenten mit einen Organopolys'iloxan kombiniert werden, das enthält

(CH, - CH)R₂SiO₀₅.

R3S1O0J und SiO₂ (worin R eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne eine aliphatische Unsättigung bedeutet, wobei das Molverhältnis von der Summe von

(CH₂ - CH)R₂SiO₀J

und RjSiOoj zu SiO₂ innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 2,0 liegt und der Vinylgruppengehalt innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 3 Gew.-% liegt. Das Phenylpolysiloxan der ersten Überzugsschicht hat vorzugsweise von bis 10 000 cSt. Das Dimethylpolysiloxan der zweiten Überzugsschicht enthält vorzugsweise

(i) eine Komponente der Formel IV

H₂C=CH

—SiO--Si

R SiO-J-Si-CH=CH₂

(IV)

worin R eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlcnwasserstoffgruppe ohne eine aliphatische Unsättigung bedeutet,

(ii) eine Organohydrodienpolysiloxan-Komponente. die in ihrem Molekül mindestens drei Wasserstoffatome enthält, die direkt an ein Siliciumatom gebunden sind, die in einer Menge enthalten ist. die ausreicht, um 0,7 bis 5 derartige Wasserstoffatome pro Vinylgruppe in der oben definierten Komponente zu ergeben, und

(iii) eine katalytische Menge einer Platinverbindung wobei η eine positive ganze Zahl bedeutet, die so gewählt ist, daß das Dimethylpolysiloxan einen Brechungsindex von 1,40 bis 1.41 und eine Viskosität bei 25° C von 50 bis 1 000 000 cSt. besitzt. Beispiele für geeignete Platinverbindungen sind solche, die mit den obengenannten beiden Komponenten gut verträglich sind, wie z. B. ein Olefinkomplex oder eine Chlorplatin(IV)säure, in der ein Teil des Chlors gegebenenfalls durch Alkohol, Aldehyd oder Keton substituiert sein kann.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des gehärteten Produktes und der Fließfähigkeit der Masse bzw. Zusammensetzung können diese drei Komponenten mit einem Organopolysiloxan kombiniert sein, das besteht aus oder enthält Einheiten von

(CH₂ - CH)R₂SiOo₅.

und SiO₂, worin R eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne eine aliphatische Unsättigung bedeutet, wobei das Molverhältnis von der Summe von

(CH₂ - CH)R₂SiO₀.?

und RjSiOos zu SiO₂ innerhalb des Bereicäies von 0,5 bis 2,0 und der Vinylgruppengehalt innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 3 Gew.-% liegen. Sowohl das Organopolysiloxan der eisten als auch der zweiten Überzugsschicht müssen schnell gehärtet

werden. Sie werden mit einer Geschwindigkeit ausgehärtet, die hoch genug ist, um die Herstellung einer
optischen Faser zu erlauben. Zur weiteren Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit der optischen Fasern
kann durch Licht härtbares Organopolysiloxan verwendet werden, bei dem als endständige Gruppen in die
Hauptkette oder in die Seitenketten eine Vinyigruppe, eine Mercaptogruppe oder eine Acrylgruppe eingearbei

tet ist.

Beispiele für geeignete, durch Licht härtbare Organopolysiloxan-Verbindungen sind solche, die
eine Komponente

CH₃ CH₃-CHj—-OSi —

CH,

CSi

CH₃

OSi-

(CH₂), SH

-CHjCH₃

eine Komponente

CH₃CH₂

CH₃ OSi —

CH₃

OSi-

CH₃

OSi-

CH = CH₂

-CHjCHj

und einen Benzoin-Photosensibilisator

eine Komponente

HS-(CHj)₃-

eine Komponente

CH₂=CH--

CH₃

OSi-

CH,

OSi

CH₃

OSi-

CH,

-(CHj)₃-SH

CH=CH₂

und einen Benzoin-Photosensibilisator enthalten.

Der Brechungsindex der durch Licht härtbaren Organopolysiloxan-Zusammensetzung kann durch Verwendung von Methylgruppen für R oder von Phenylgruppen für R in den oben angegebenen Formeln gesteuert werden. Es ist für den Fachmann klar, daß auch andere bekannte Photosensibilisatoren als der genannte, verwendet werdeu können.

Die erfindungsgemäß verwendeten härtbaren Organopolysiloxane müssen nach dem Aushärten einen Young-Modul ergeben, der ausreichend gering ist, um irgendwelche äußeren Spannungen bzw. Beanspruchungen zu absorbieren und zu verhindern, daß die dabei erhaltene optische Faser in einem geringen Radius gebogen wird. Einschlägige Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Organopolysiloxan-Zusammensetzung, die nach dem Aushärten einen Young-Modul von 2,0 kg/mm² oder mehr ergibt, als Spannungsabsorptionsmaterial unwirksam ist und zu einer Erhöhung der Transmissionsverluste bei Änderungen der Temperatur und anderer Faktoren führt Das ausgehärtete Organopoiysiloxan hat vorzugsweise einen Young-Modul von 0,5 kg/mm² oder weniger.

Zusätzlich zu seinem niedrigen Preis bietet Dimethylpolysiloxan mit einem niedrigen Brechungsindex auch noch den Vorteil, daß seine Molekülstruktur eine schnellere Aushärtung erlaubt als Phenylpolysiloxan mit einem hohen Brechungsindex.

Die zweite Oberzugsschicht braucht nicht aus einer einzigen Schicht zu bestehen; sie kann vielmehr eine Mehrschichtenstruktur, bestehend aus den gleichen oder verschiedenen Materialien, aufweisen. Die zweite Oberzugsschicht, die Dimethylpolysiloxan enthält, kann mit einer thermoplastischen Schicht überzogen sein, die als zusätzliche Spannungsabsorptionsschicht fungiert.

Beispiel 1

Ein hauptsächlich aus Quarz bestehender Faserstab mit einem Außendurchmesser von etwa 15 mm wurde in einem Widerstands-lnduktions-Ofen erhitzt und zu einer Faser mit einem Außendurchmesser von 125 um gesponnen. Bevcr. die Faser mit einem anderen festen Gegenstand in Kontakt kam, wurde sie durch eine Beschichtungsdüse geführt, in der sie mit einem PhenylpolysHoxan beschichtet wurde, zur Durchführung der Aushärtung in einen Härtungsofen vom elektrischen Erhitzungs-Typ eingeführt dann durch eine Beschichtungsdüse geführt, in der sie mit einem Dimethylpolysiloxan beschichtet wurde, in einen Aushärtungsofen vom elektrischen Erhitzungs-Typ zum Aushärten eingeführt und schließlich von einer Aufnahmespule aufgenommen.

ίο Das ausgehärtete Phenylpolysiloxan und das ausgehärtete Dimethylpolysiloxan hatten jeweils einen Young-Modul von etwa 0,05 kg/mm². Zum Beschichten der Faser mit Nylon-12 durch Schmelzextrusion wurde eine Extrudiervorrichtung vom Schnecken-Typ verwendet Die Dicken der Phenylpolysiloxan-Zusammensetzung, der Dimethylpolysiloxan-Zusammensetzung und des Nylon-12, die in Form einer Schicht aufgebracht wurden, betrugen 200 μπι, 350 μΐη bzw. 0$ μπι. Die Beschichtungsgeschwindigkeit für jede Schicht betrug 30 m/Minute.

Beispiel 2 Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt zur Herstellung einer verstärkten optischen Faser, wobei

diesmal jedoch ein anderes Phenylpolysiloxan, ein anderes Dimethylpolysiloxan und ein anderes thermoplasti sches Harz verwendet wurden. Das gehärtete Phenylpolysiloxan und das gehärtete Dimethylpolysiloxan hatten

jeweils einen Young-Modul von 0,05 kg/mm². Die Dicke jedes Überzugs und die Beschichtungsgeschwindigkeit waren die gleichen wie in Beispiel 1.

Beispiel 3

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt zur Hersteliurg einer verstärkten optischen Faser, wobei diesmal jedoch ein durch Licht härtbares Phenylpolysiloxan, ein durch Licht härtbares Dimethylpolysiloxan, die beide unter Verwendung einer 20 cm langen Quecksilbertampe (angegebene Leistung 2 KW) ausgehärtet wurde, und als thermoplastisches Harz Polybutylenterephthalat verwendet wurden. Das ausgehärtete Phenylpolysiloxan und das ausgehärtete Dimethylpolysiloxan hatten jeweils einen Young-Modul von 0,05 kg/mm². Die Beschichtungs- und Brenngeschwindigkeit für Phenyl- und Dimethylpolysiloxan betrugen 100 m/mm und die Extrusions/Beschichtungs-Geschwindigkeit von Polybutylenterephthalat betrug 30 m/min. Die Dicke jedes Überzugs war die gleiche wie in Beispiel 1.

B e i s ρ i e 1 4

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt zur Herstellung einer verstärkten optischen Faser, wobei diesmal jedoch das Phenylpolysiloxan des Beispiels 1 und ein anderes Dimethylpolysiloxan gemischt mit Siliziumdioxidpulver, verwendet wurden. Die Dicke des ersten und des zweiten Überzugs betrug 300 μπι bzw. 600 μπι.

Die in den Beispielen 1 bis 4 erhaltenen verstärkten optischen Fasern hatten den Vorteil, daß

(1) sie frei von unerwünschten Arten der Transmission waren,

(2) sie eine durchschnittliche Festigkeit von 3,5 GN/m² hatten,

\5 (3) bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von —60 bis + 170°C verwendet werden konnten, ohne daß eine Zunahme der Transmissionsverluste auftrat, und

(4) keine Änderung der Transnissionsverluste bei der Herstellung der Kabel und bei den Beschichtungsverfahren auftrat.

Außerdem trat bei keiner dieser verstärkten optischen Fasern eine Zunahme der Transmissionsverluste auch dann nicht auf, wenn sie 30 Tage oder mehr einer Temperatur von 160⁰C ausgesetzt wurden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Faser für die Verwendung bei der optischen Nachrichtenübermittlung, enthaltend eine aus einem höher brechenden Kern und einem niedriger brechenden Mantel bestehende Glasfaser, auf die aufgebracht sind,

1. eine erste Uberzugsschicht aus einem härtbaren Organopolysiloxan mit einem Brechungsindex, der höher ist als derjenige des Mantels, wobei das härtbare Organopolysiloxan gebrannt worden ist, und

2. eine zweite Oberzugsschicht aus einem Kunstharz,

dadurch gekennzeichnet, daß das härtbare Organopolysiloxan der ersten Oberzugsschicht ein Phenyipolysiloxan ist und das Kunstharz der zweiten Oberzugsschicht ein härtbares Dimethylpolysiloxan ist, daß die zweite Oberzugsschicht einen niedrigeren Brechungsindex besitzt als der Mantel, und daß das Phenyipolysiloxan und das Dimethylpolysiloxan einen Young-Modul von wenige? als 2,0 kg/mm² bei Raumtemperatur aufweist

2. Glasfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phenyipolysiloxan der ersten Überzugsschicht

(I) eine Verbindung der Formel I. Il oder III

H₂C=CH-

oder

H₂C=CH-

O—Si-R

R -O—Si-

CjH₅ O—Si—

C₁H₅

-CH=CH₂

C₄H₅

O—Si-

C₄H₅

-CH=CH₂

oder

H₂C = CH-

O—Si-R

C₄H₅ O—Si

-CH = CH₂

worin R eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne eine aliphatische Unsättigung bedeutet, enthält.

(II) eineOrganchydrodien-Polysiloxan-Komponente, die in ihrem Molekül mindestens drei Wasserstoffatome enthält, die direkt an ein Siliziumatom gebunden sind, die in einer Menge enthalten ist, die ausreicht, um 0,7 bis 5 derartiger Wasserstoffatome pro Vinylgruppe der Komponente gemäß (I) zu ergeben, enthält, und

(III) eine katalytische Menge einer Platinverbindung enthält,

worin m und π in der Formel I, Il oder Hl solche positiven ganzen Zahlen bedeuten, und daß das Phenyipolysiloxan der ersten Überzugsschicht einen Brechungsindex von 1,40 bis 1,52 und eine Viskosität bei 25°C von 50 bis 1 000 000 cra^!/s besitzt.

3. Glasfaser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dimethylpolysiloxan der zweiten Überzugsschicht

(I) eine Komponente der Formel IV

H₂C = CH-SiO- -SiO--Si — CH = CH

wobei R eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne eine aliphatische Unsättigung, besitzt.

(II) eine Organohydrodienpolysiloxan-Komponente, die in ihrem Molekül mindestens drei Wasserstoffatome enthält, die direkt an ein Siliziumatom gebunden sind, die in einer Menge enthalten ist, die ausreicht, um 0,7 bis 5 derartige Wassersloffatomc pro Vinylgruppe in der oben definierten Komponente gemäß I zu ergeben, enthält, und

(III) eine katalytische Menge einer Platinverbindung enthält,

worin π eine positive ganze Zahl bedeutet, die so gewählt ist, daß das Dimethylpolysiloxan einen Brechungsindex von 1,40 bis 1,41 und eine Viskosität bei 25°C von 50 bis 1 000 000 cm²/s besitzt

4. Glasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Phenylpolysiloxan und/oder das Dimethylpolysiloxan durch Licht vernetzbar ist ι ο

5. Glasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das Dimethylpolysiloxan eine Trifiuoralkylgruppe enthält

6. Glasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Überzugsschicht aus Phenylpolysiloxan und/oder die zweite Oberzugsschicht aus Dimethylpolysiloxan eine oder mehrere Füllstoffe aus der Gruppe abgerauchtes Siliziumdioxid, gefälltes Siliziumdioxid, Aluminiumsilicat Quarzpulver, is geschmolzenes Quarzpulver, Diatomeenerde, Kaliumcarbonat, Titandioxid und Ruß enthält

7. Glasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Üb^rzugsschicht aus Dimethylpolysiloxan mit einer thermoplastischen Harzmasse überzogen ist.

8. Glasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Überzugsschicht aus Dimethylpolysiloxan eine Mehrschichtenstruktur aufweist.