DE2944947A1

DE2944947A1 - Glasfaser

Info

Publication number: DE2944947A1
Application number: DE19792944947
Authority: DE
Inventors: Naoya Uchida; Toru Yamanishi; Kanagawa Yokohama; Masaaki Yoshida
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1978-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1980-07-10
Also published as: GB2038021A; GB2038021B; DE2944947C2; JPS5564203A; FR2441185B1; FR2441185A1; US4344669A

Description

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- 3 Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine hochwärmefeste Glasfaser zur Lichtübertragung, die im folgenden als optische Faser bezeichnet wird, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

In Hinblick auf die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Faseroptik bezüglich der Verminderung von Lichtverlusten aufgrund der Absorption durch eine optische Faser sind viele Versuche unternommen worden, eine optische Faser als Nachrichtenverbindungsmedium zu verwenden, so dass in absehbarer Zeit eine kommerzielle Anwendung der Lichtübertragung möglich sein wird. Während optische Fasern, die in einem Kabel aufgenommen sind, was im folgenden als optisches Kabel bezeichnet wird, für eine Vielzahl von Nachrichtenverbindungsarten verwandt werden könnenι ist die fehlende elektrische Induktion von optischen Fasern für die Möglichkeit von Interesse, das optische Kabel mit einem Energiekabel zu einem zusammengesetzten Nachrichtenverbindungsenergiekabel zu kombinieren. Es sind daher verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, optische Fasern in einem Energiekabel aufzunehmen und diese zum übertragen von Steuer- oder Nachrichtenverbindungssignalen zu verwenden. Einige Verfahren sind darüberhinaus bereits versuchsweise eingesetzt worden.

Es ist bekannt, dass der Leiter selbst und die Umgebung eines Energiekabels, insbesondere eines Starkstromkabels, durch den Joule"sehen.Effekt auf etwa 90⁰C erwärmt werden. Es ist daher notwendig, sicherzustellen, dass eine dieser Temperatur für eine lange Zeitdauer ausgesetzte optische Faser ihre Ubertragungseigenschaften oder mechanischen

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- 4 Eigenschaften nicht ändert.

Eine optische Faser ist im allgemeinen mit einem Kunststoffüberzug geschützt, um ihre mechanische Festigkeit zu erhöhen oder ihre Handhabung zu erleichtern. In den Fig. 1 bis 3 der zugehörigen Zeichnung ist die bisher bekannte Art des Überzuges von optischen Fasern dargestellt. In Fig. 1 bis 3 sind eine Glasfaser 1, eine primäre Überzugsschicht aus einem thermoplastischen Kunstharz 2, eine primäre Überzugsschicht 3 aus einem in Wärme aushärtenden Kunstharz und eine Pufferschicht 4 aus einem Kunstharz mit einem kleinen Young'sehen Modul oder einem geschäumten Kunstharz dargestellt. Untersuchungen haben ergeben, dass dann, wenn die Beschichtung der optischen Faser hohen Temperaturen ausgesetzt wird, ein Schrumpfen aufgrund der Restspannung, die vom Formen der Kunststoffmaterialien stammt oder eine Änderung im Volumen, das eine höhere Kistallinität begleitet, zu einem höheren Klemmeffekt auü das Faserinnere führt, wodurch eine Erscheinung verursacht wird, die allgemein als Mikrobiegung bezeichnet wird und ihrerseits zu grösseren Übertragungsverlusten führt.

In Hinblick darauf wurden Versuche unternommen, eine hochwärmefeste optische Faser und ein optisches Kabel zu entwickeln, das eine derartige Faser aufnimmt. Durch die Erfindung wird daher eine Glasfaser zur Lichtübertragung geliefert, die eine erste Schicht, die ein Organopolysiloxan mit einem Brechungsindex enthält, der grosser als der von Glas ist, das die äusserste Schicht der Glasfaser bildet, eine zweite Schicht aus einem Organopolysiloxan, das gleich dem Organopolysiloxan der ersten Schicht oder davon verschieden ist, und eine thermoplastische Kunstharzschient aufweist, die auf die zweite Schicht in einer Stärke von weniger als etwa 100 μιη geschichtet ist.

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Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigen herkömmliche Beschichtungen von optischen Fasern.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der hochwärmefesten Seele eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen optischen Faser.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines zusammengesetzten Kabels, bei dem ein optisches Kabel mit einem Energiekabel kombiniert ist.

Fig. 6 zeigt eine vergrösserte Ansicht des in Fig. 5 dargestellten optischen Kabels.

Die im folgenden verwandte Numerierung als erste und zweite Schicht bezieht sich auf die Reihenfolge, in der die jeweiligen Schichten von der Oberfläche der optischen Faser au's auftreten.

Im allgemeinen hat ein aushärtenbares Organopolysiloxangemisch mit einem Brechungsindex, der über dem von Glas liegt, das die äusserste Schicht der Glasfaser bildet, als erste erfindungsgemäss vorgesehene Schicht einen Grundaufbau, der eine Polysiloxanbindung Si-O-Si und Phenylgruppen als Seitenkettensubstituenten umfasst. Ein repräsentatives Phenylpolysiloxangemxsch besteht im Grundaufbau aus dem Bestandteil

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I (i) H,C=CH-4O-Si

² I

H₂C=CH \-0

H,C=CH

O —

⁰O¹Vn

RN I	m	- O -	\*
Si-			- Si
I		I
Rj	R

H=CH₂,

CH=CH-

oder

wobei R eine substituierte oder nicht-substituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne aliphatische ungesättigte Verbindung ist, aus (ii)einem Organohydrodicmpoly··- siloxanbestandteil, in dessen Molekül wenigstens 3 Wasserstoff atome direkt an ein Siliciumatom gebunden sind, in einem Anteil, der ausreicht, um 0,7 bis 5 derartige Wasserstoff atome pro Phenylgruppe des Bestandteils(i)zu liefern, und aus (iiiJeinem katalytischen Anteil einer Platinverbindung. Beispiele für geeignete Platinverbindungen sind diejenigen Verbindungen, die mit dem obigen beiden Bestandteilen gut kompatibel sind, beispielsweise ein Olefinkomplex oder eine Chlorplatinsäure, in der ein Teil des Chlors durch einen Alkohol, ein Aldehyd oder ein Keton substituiert sein kann oder nicht. Um die mechanische Festigkeit des ausgehärteten Produktes und die Fluidität des Gemisches zu erhöhen, können die drei Bestandteile mit einem Organopolysiloxangemisch kombiniert werden, das (CH₂=CH)R₃SiO_{0 5}, R₃SiO_{0 5} und SiO₂ umfasst, wobei R eine substituierte oder nicht-substituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ohne aliphatische ungesättigte Verbindung ist, das molare Ver-

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hältnis der Summe von (CH₂=CH)R₂SiO_{0 5} und R^SiO_{0 5} zu SiO₂ im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt und der Gehalt der Phenylgruppe im Bereich von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent liegt. Der Phenylgehalt dieses Phenylpolysiloxangemisches kann so eingestellt werden, dass der Brechungsindex des Gemisches auf einen Wert im Bereich von etwa 1/40 bis etwa 1,52 gesteuert wird. In der oben angegebenen Formel sind m und η positive ganze Zahlen derart, dass das Phenylpolysiloxangemisch den gewünschten Brechungsindex und eine Viskosität bei 25⁰C von 50 bis 100 000 cSt vorzugsweise von 1 000 bis 10 000 cSt hat. Das einzige Erfordernis für das aushärtenbare Organopolysiloxangemisch für die erste Schicht besteht darin, dass das Gemisch einen Brechungsindex, der über dem von Glas liegt, das die äusserste Schicht der Glasfaser bildet, d.h. einen Brechungsindex von 1,458 oder mehr hat, wobei auch andere Gemische als das oben angegebene geeignet sind.

Typische Beispiele für Phenylpolysiloxangemische sind die auf dem Markt erhältlichen Substanzen OP 103, hergestellt von Shinetsu Chemical Industry Co., Ltd., Japan, und CY-52-162, hergestellt von Toray Silicon Co., Ltd., Japan.

Die Stärke der ersten Schicht beträgt vorzugsweise 10 bis 30 μΐη.

Die zweite Schicht kann entweder 1.) ein Phenylpolysiloxangemisch, wie es oben beschrieben wurde, 2.) ein aushärtenbares, Trifluoralkylgruppen-enthalterides Organopolysiloxan oder 3.) ein aushärtenbares Organopolysiloxan, das eine substituierte oder nicht-substituierte einwertige Kohlenwasser st off gruppe ohne aliphatische ungesättigte Verbindung in den Seitenketten enthält, beispielsweise Dimethylpolysiloxan sein. Das obige Phenylpolysiloxangemisch (1) hat

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eine hohe Wärmefestigkeit und einen hohen Brechungsindex, ist jedoch relativ teuer. Das die Trifluoralkylgruppe enthaltende aushärtenbare Organopolysiloxan ist gleichfalls hochwärmefest, hat jedoch einen relativ niedrigen Brechungsindex, der im allgemeinen unter 1,458 liegt, so dass es nicht als erste Beschichtung verwandt werden kann. Das aushärtenbare Organopolysiloxan (3) hat keine hohe Wärmefestigkeit, ist jedoch relativ preiswert und kann schnell ausgehärtet werden. Diese Materialien werden in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den speziellen für die zweite Schicht gewünschten Eigenschaften verwandt.

Der Brechungsindex der zweiten Beschichtung ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, das für die zweite Beschichtung verwandte Polysiloxan hat jedoch vorzugsweise eine Viskosität von etwa 50 bis etwa 100 000 cSt ,. insbesondere von 1 000 bis 10 000 cSt bei 25?C.

Das für die erste und die zweite Schicht verwandte Polysiloxan hat vorzugsweise einen Young"sehen Modeul von weniger

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als 0,5 kg/mm . Die zweite Schicht kann einen Füllstoff, wie beispielsweise Rauchquarz, ausgefälltes Siliciumdioxid, Aluminiumsilikat, Quarzpulver, Quarzglaspulver, Kieselgur, Calciumcarbonat, Titandioxid und Kohlenstoffruss enthalten. Die Menge an Füllstoff in der zweiten Schicht ist vorzugsweise derart begrenzt, dass der Modul des Polysiloxan

0,5 kg/mm nicht überschreitet. Die Stärke der zweiten Beschichtung beträgt vorzugsweise 50 bis 200 μπι. Wenn das Organopolysiloxan in der ersten und der zweiten Schicht gleich ist, können beide Schichten zu einer einzigen Beschichtung kombiniert werden.

Der wichtigste Unterschied in den Anforderungen für die erste und die zweite Beschichtung besteht darin, dass die erste Beschichtung einen Brechungsindex von 1,458 oder mehr haben muss, fV^ fi^ft^^C^S¹^ Beschichtung nicht

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erforderlich ist.

Der Überzug aus thermoplastischem Kunstharz über der zweiten Schicht kann allein aus einem thermoplastischen Kunstharz oder einem Harzgemisch bestehen, das ein thermoplastisches Kunstharz, andere Harze, anorganische Füllstoffe, organische Füllstoffe, Vernetzungsmittel, Pigmente und/oder Farbstoffe umfasst. Es kann irgendein thermoplastisches Kunstharz oder ein thermoplastisches Kunstharzgemisch verwandt werden, solange das verwandte Material durch ein Schmelzextrudierverfahren als Schicht aufgebracht werden kann, bevorzugte thermoplastische Kunstharze sind jedoch Nylon 12, Nylon 11, Nylon 610, Nylon 66, Nylon 6, Nyloncopolymerisat, Nylongeinische, hoehdichtes Polyäthylen/ niedrigdichtes Polyäthylen _t Polycarbona t., lonomerha : <.e, Polyäthylenterephthalat, Püly^tylerii-r ephthalat, No^yI-harz, Polypropylen, Polymethylmethacr^ι , FolysLy _^, Polyurethan, Polytetrafluorethylen, Polychlorfcrifluoräthylen,Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Copolyraerisat, Äthylen-Tetrafluoräthylen-Copolymerisat, polyfluoriniertes Vinyliden, Xthylen-Chlorfluoräthylen-Mischpolyinerisat und ähnliches.

Im folgenden wird die Erfindung in Beispielen anhand der zugehörigen Zeichnung weiter erläucert.

In den Fig. 4a, 4b und 4c sind eine Glasfaser \, ein Siloconharz 5 mit hohen Brechungsindex, das eine Phenylgruppe enthält, eine Schicht 2 aus einem thermoplastischen Kunstharz mit einer Stärke von weniger als 100 μη, eine Schicht 6 aus einem Siliconharz, das eine Trifluoralkylgruppe enthält, ein Siliconharz 7 mit einer Phenylgruppe, und eine Schicht 8 aus einem Siliconharz dargestellt, die einen Füllstoff beispielsweise Rauchquarz enthält. Die dritte Schicht aus thermoplastischem Kunstharz der optischen

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BAD ORIGINAL

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- ίο -

Fa~er.. 3Ie in der in Fig- 4 dargestellten Weise beschichtet ist, hat eine Stärke von weniger als 100 μιη, so dass die Faser rmr einem geringen Schrumpfen aufgrund der P.estsparmu-i-j vosa Formen des thermoplastischen Kunstharzes oder einer geringen Volumenänderung der Seele aufgrund höherer Kristallxnität ausgesetzt ist, so dass die Faser folglich keine wesentliche Mikrobiegung aufgrund eines höheren Klemi-effektes zeigt, der auf das Innere wirkt. D^r untere Grenzwert der Stärke der thermoplastischen Kunstharzschicht ist nickt von einschlägiger Bedeutung, jedoch notwendigerweise dfoirch das zur Ausbildung dünner Schichten verwandte Herstellungsverfahren begrenzt.

Untersuchen toaben ergeben, dass dann, wenn dia dritte Schirre eine Stärke von mehr als 100 um hat, ein höherer Grad &λ Kristallisation zu einem verringerten Fas: rvoluraen führt, was seinerseits bewirkt, dass die Glasfaser zusacuror jafclewart und mikrogebcgeii WiTd₇ so dass sic:, grössere Ubertr^-giüngsverluste ergeben. Die optische Faser mit dem erfinduT.gsgeeässen Aufbau zeigt andererseits keine wesentliche Zunahme der übartragungsverluste, wenn sie einer Temperatur von 100⁰C oder mehr für eine lange Zeitdauer aur;g33atzt wird. Da die erste Schicht 5 weiterhin einen Brechungsindex hat, der grosser als der von Glas ist, wild vilterfein keine unerwünschte Lichtübertragun ; in der Hülle au:ftreten. Die zweiten Schichten 6, 7 und 8 sind hoch wärmefest, so dass sie in ihren physikalischer. Eigenschaften selbst dann nur geringe Änderungen zeigen, wenn sie. hohen Temperaturen ausgesetzt werden.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass eine in der in Fig. 4 dargestellten Weise beschichtete optische Faser keine wesentliche Zunahme in den Öbertragungsverlusten ;'aigt, selbst weeaa sie einer Temperatur von 120'C ein Jahr lang oder noch länger ausgesetzt wird. Eine Extrapolation der MtessuLQgen über dia {Ajc:rä#i>ijU8itf>einel zeigt, das.; die

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Eigenschaften der Faser bei einer Temperatur von 9O⁰C für eine Zeitdauer von 10 Jahren oder mehr stabil bleiben werden. Um weiterhin eine optische Faser mit einer hohen Festigkeit zu erzeugen, ist es wünschenswert, einen schmelzgesponnenen Glasfaden unmittelbar mit der ersten Schicht aus Siliconharz zu beschichten, bevor er mit anderen Materialien in Kontakt kommt. Es ist auch möglich, die Herstellungsgeschwindigkeit der optischen Fasern dadurch zu erhöhen, dass ein Siliconharz verwandt wird, das unter ultravioletten Lichtstrahlen aushärtet. Es versteht sich, dass die erste oder die zweite Schicht aus Siliconharz nicht in Form von Einzelschichten ausgebildet werden muss, sondern dass jede Schicht einen mehrschichtigen Aufbau aus dem gleichen oder verschiedenen Materialien haben kann.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Kabels, in dem die in Fig. 4 dargestellte optische Faser aufgenommen ist, und Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zusammengesetzten Kabels, bei dem das in Fig. 6 dargestellte optische Kabel mit einem Energiekabel kombiniert ist.Obwohl bei dem in Fig. 6 dargestellten Kabel vier Fasern im Kabel aufgenommen sind, kann jede gewünschte Anzahl von Fasern verwandt werden. Die Eigenschaften des Kabels können darüberhinaus wirksamer mit einem V- oder U-förmigen Zwischenabstandsstück oder einem Wärmeisoliermaterial stabilisiert werden. In ähnlicher Weise können mehr als drei optische Kabel in dem in Fig. 5 dargestellten zusammengesetzten Kabel aufgenommen sein. In Fig. 5 sind ein Energiekabel 9, ein optisches Kabel 10, ein äusserer Mantel 11, ein äusserer Mantel 12, ein äusserer Leiter 13, eine Isolierschicht 14.und ein innerer Leiter 15 dargestellt. In Fig. 6 sind ein äusserer Mantel 16, ein Zwischenviererkabel 17, eine optische Faser 18 und ein Spannungselement 19 dargestellt.

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Leerseite

Claims

PAI ENTANVVMLTE A. ©RÜNECKER

aw.-«a

H. KINKELDEY

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W. STOCKMAIR

K. SCHUMANN P. H. JAKOB

OM.-MB

G. BEZOLO

8 MÜNCHEN

7. Nov. 1979 P 14 446

NIPPON TELEGHAPH & TELEPHONE PUBLIC CORPORATION

No. 1-6, Uchisaiwai-cho 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD.

No. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka, Japan

Glasfaser

PATENTANSPRÜCHE

■■' 1. Glasfaser zur Lichtübertragung, gekennzeichnet durch eine erste Schicht (5), die ein Organopolysiloxan mit einem Brechungsindex enthält, der grosser als der von Glas ist, das die äusserste Schicht der Glasfaser bildet, durch eine zweite Schicht (6, 7, 8) aus einem Organopolysiloxan, das gleich dem der ersten Schicht (5) oder davon verschieden ist, und durch ein thermo plastisches Kunstharz (2), das auf die zweite Schicht (6, 7, 8) in einer Stärke von weniger als etwa 100 μηα geschichtet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Glasfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Schicht (5) aus einem Siliconharz besteht, das ein aushärtenbares Organopolysiloxan umfasst, das eine Phenylgruppe enthält.
3. Glasfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Schicht (6, 7, 8) aus einem Siliconharz besteht, das ein aushärtenbares Organopolysilocan umfasst, das eine Trifluoralkylgruppe enthält.
4. Glasfaser nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Schicht (6, 7, 8) aus einem Siliconharz besteht, das als Hauptbestandteil ein aushärtenbares Organopolysiloxan umfasst, in das wenigstens eines der Elemente der Gruppe Rauchquarz, ausgefälltes Siliciumdioxid, Aluminiumsilikat, Quarzpulver, Quarzglaspulver,Diatomeenerde oder Kieselgur, Calciumcarbonat, Titandioxid und Kohlenstoffruas eingebaut ist.
5. Glasfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die dritte Schicht (2) aus einem thermoplastischen Harz besteht, das aus der Gruppe Nylon 12, Nylon 11, Nylon 610, Nylon 66, Nylon 6, Nyloncopolymerisat, Nylongemisch, hochdichtes Polyäthylen, niedrigdichtes Polyäthylen, Polycarbonat, Ionomer, Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Norylharz, PoIymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen, Polytetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Copolymerisat, Polyvinylidenfluorid, Äthylen-Tetrafluoräthylen-Copolymerisat und Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Copolymerisat gewählt ist.

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