DE3121501C2

DE3121501C2 - Infrarot-Lichtleitfaser

Info

Publication number: DE3121501C2
Application number: DE3121501A
Authority: DE
Inventors: Kazuhito Murakami; Kenichi Osaka Takahashi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1983-04-14
Also published as: FR2483628B1; GB2078996A; DE3121501A1; HK93684A; NL8102626A; SG71584G; NL184388B; US4737012A; FR2483628A1; CA1158083A; GB2078996B; JPS56167108A; NL184388C; MY8500933A

Abstract

Infrarotlicht-Übertragungsfaser, bestehend aus einer optischen Faser, welche aus einem Infrarotlicht übertragenden Material hergestellt ist, das mit einer Verstärkungsschicht bedeckt ist, die durch Imprägnieren von Glasfasern mit einem wärmeaushärtenden Lack und durch Aushärten des Lackes gebildet wird. Die optische Faser kann eine primäre Beschichtung aus ausgehärtetem, wärmehärtendem Lack, die auf der optischen Faser vorgesehen ist, und/oder eine Beschichtung aus einem elastischen Material, die auf der Verstärkungsschicht vorgesehen ist, aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Lichtleitfaser mit einer dicht aufsitzenden Verstärkungsschicht.

Mit der fortschreitenden Forschung auf dem Gebiet der optischen Fasern wurde der Bereich ihrer wirtschaftlichen Anwendung nicht nur zur Informationsübertragung sondern auch auf andere Gebiete ausgedehnt, wie z. B. auf die Übertragung von Lichtenergie. Eine hauptsächlich zur Übertragung von Lichtenergie verwandte Infrarot-Lichtleitfaser muß aus einem Material hergestellt sein, welches für die Übertragung von Infrarotstrahlung geeignet ist.

Aus der DE-OS 28 21 642 sind Infrarot-Lichtleitfasern bekannt, welche aus einem zur Übertragung von Infrarotstrahlung geeignetem Material hergestellt sind. Die einzelnen Lichtleitfasern befinden sich in einer die Lichtleitfaser lose umgebenden Kunststoffhülle. In dieser Druckschrift sind auch für Infrarot-Lichtleiter geeignete Materialien angegeben wie:

1) Silberhalogenide und Mischungen davon;

2) Thalliumhalogenide und Mischungen davon;

3) Alkalimetallhalogenide oder Erdalkalimetallhalogenide und Mischungen davon;

4) Chalcogene;und

5) Mischungen von 1), 2) und 3).

Die Materialien der vorhergehenden Gruppen 1) und 2) sind biegbar und können ohne weiteres bei ungefähr Raumtemperatur gebogen werden. Jedoch im Unterschied zu Quarzglas, welches ein typisches Material für Fasern für die optische Kommunikation ist und die sich elastisch biegen, biegen sich diese Materialien durch plastische Verformung und es ist schwierig, sie in ihre ursprüngliche Form zurückzubringen. Ferner weist der Teil, welcher einer plastischen Verformung ausgesetzt worden war, mikroskopische Fehler auf, die einen erhöhten Übertragungsverlust bewirken, oder es tritt manchmal auf. daß dieser Teil, welcher einer wiederholten, plastischen Verformung ausgesetzt war, zerstört wird. Ähnliche Eigenschaften wurden bei den vorhergehend unter 3), 4) und 5) eingeteilten Materialien beobachtet, die auch noch den Nachteil einer Sprödigkeit aufweisen, was einen weiteren Faktor darstellt, der die praktische Verwendung dieser Materialien begrenzt Die Festigkeit dieser Materialien ist wesentlich kleiner als die von Quarzglas und ihre Zugfestigkeit ist um einige Zehnfache bis einige Hundertfache kleiner als ; diejenige von Quarzglas. Neben anderen Faktoren, die die praktische Verwendung dieser Materialien begrenzen, befinden sich die Empfindlichkeit gegenüber sichtbaren und ultravioletten Strahlen, das hygroskopische Verhalten, geringe Festigkeit und große Verformbarkeit

Die bei den aus der genannten DE-OS 28 21 642 vorgesehene Kunststoffhülle stellt für die Infrarot-Lichtleitfaser keinen besonderen Schutz dar. Die Infrarot-Lichtleitfaser kann sich in der Kunststoffhülle is beim Biegen frei bewegen, was oft zu einer Beschädigung der Oberfläche der Infrarot-Lichtleitfaser beim Berühren der inneren Oberfläche der Kunststoffhüile führt wodurch ein erhöhter Übertragungsverlust und gegebenenfalls jogar ein Bruch der Lichtleitfaser auftritt.

Aus den DE-OS 27 29 648 und 29 14 555 ist es bekannt, Lichtleitfasern mit einer dicht aufsitzenden Kunststoff-Umhüllung zu bedecken. Bei diesen Lichtleitfasern handelt es sich um solche, die üblicherweise für die Übertragung von Lichtsignalen eingesetzt werden, deren Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichtes oder des nahen Infrarotspektrums liegt. Solche Lichtleitfasern bestehen im aligemeinen aus einem Glas. Glas eignet sich jedoch wegen der hohen Übertragungs-Verluste nicht gut zur Übertragung von Infrarotstrahlung. Außerdem weist Glas eine höhere Festigkeit als die zur Übertragung von Infrarotstrahlung geeigneten, vorhergehend angegebenen Materialien auf. Infolgedessen genügt für Lichtleitfasern aus Glas eine reine J5 Kunststoffumhüllung.

Eine Lichtleitfaser ist aus der DE-AS 25 13 722 bekannt, bei der die Lichtleitfaser von einer Umhüllung umgeben ist, deren Innendurchmesser wesentlich größer als derjenige der Faser selbst ist. In der Umhüllung können Glasfasern eingelagert sein, um dadurch deren Zugfestigkeit zu erhöhen.

Ebenso wie bei der eingangs genannten Lichtleitfaser

besteht auch hier die Gefahr, daß bei einer Biegung der Faser die Außenfläche der Faser an der Innenfläche der Umhüllung reibt und die Faser beschädigt wird oder gar bricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Infrarotlichlleitfaser zu schaffen, welche aus einem für die Übertragung von Infrarotlicht geeigneten Material besteht und eine hohe Festigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verstärkungsschicht aus einer Glasfaserschicht besteht, die mit einem wärmeaushärtbaren und -gehärteten Lack imprägniert ist.

Bei der erfindungsgemäßen Infrarot-Lichtleitfaser wird für die Faser selbst ein Material verwandt, welches zur Übertragung von Infrarotlicht geeignet ist Dieses Material unterscheidet sich von dem üblicherweise für Lichtleitfasern verwandten Quarzglas. Das zur Übertragung von Licht im Infraroten und bei der erfindungsgemäßen Infrarot-Lichtleitfaser verwendbare Material umfaßt 1) Silberhalogenide und Mischungen davon. 2) Thalliumhalogenide und Mischungen davon, 3) Alkalimetallhalogenide oder Erdalkalimetallhalogenide und ·>■> Mischungen davon, 4) Chalcogene und Mischungen der Materialien 1), 2) und 3). Da diese Materialien weicher sind und eine geringere mechanische Festigkeit als Glas aufweisen, ist es erforderlich aus diesen Materialien

hergestellte Lichtleitfasern zu verstärken. Bei den üblichen, aus einem Glas bestehenden Lichtleitfasern genügt wegen der relativ hohen Festigkeit des Glases eine Umhüllung aus einem Kunststoff. Bei Infrarot-Lichtleitfasern aus den genannten Materialien reicht dies nicht aus. Im Rahmen der Erfindung ist deshalb vorgesehen, die Lichtleitfaser mit einer Verstärkungsschicht zu überziehen, welche aus einer Glasfaserschicht besteht, die mit einem wärmeaushärtbaren und -gehärteten Lack imprägniert ist Dadurch erhält die Infrarot-Lichtleitfaser in vorteilhafter Weise eine hohe Festigkeit, so daß die Möglichkeit einer plastischen Verformung der optischen Faser äußerst gering, wenn nicht gar ausgeschlossen ist. Die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Verstärkungsschicht verleiht den Fasern eine hohe Steifigkeit und große mechanische Festigkeit, so daß die praktische Anwendungsmöglichkeiten stark erweitert sind, da nun eine feste hifrarot-Lichtleitfaser für langwelliges Infrarotlicht hergestellt werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtleitfaser und Glasiaserschicht eine primäre Beschichtung aus einem wärmeaushärtbaren und -gehärteten Lack vorhanden ist. Diese primäre Beschichtung trägt zu einer erhöhten Festigkeit der Lichtleitfaser bei.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Beschichtung aus einem elastischen Material auf der Verstärkungsschicht vorgesehen ist. Diese weitere Beschichtung ergibt einen zusätzlichen Schutz der Lichtleitfaser, da durch sie etwaige Stöße gedämpft werden.

Als besonders geeignet hat sich herausgestellt, wenn der Lack zum Imprägnieren der Glasfaserschicht und/oder zur Ausbildung der primären Beschichtung ein Polyesterimid, Polyimid, Polyamid-imid, Polyester, Polyurethan oder Poiyvinylformal ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt _4U

Fig. 1 und 2 Querschnitte von Infrarot-Lichtleitfasern gemäß verschiedener Ausführungsformen nach der Erfindung, und

Fig.3 und 4 schematisch, wie Glasfasern um die primäre Schicht auf einer Lichtleitfaser gewickelt sind, die aus einem Infrarotlicht übertragenden Material hergestellt ist.

Eine Ausführungsform nach der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Gemäß F i g. 1 und 2 umfaßt die Infrarot-Lichtleitfaser nach der Erfindung eine Lichtleitfaser 1, die aus irgendeinem der vorhergehend beschriebenen, Infrarotlicht übertragenden Materialien 1) bis 5) hergestellt ist und die wahlweise mit einer primären Beschichtung 2 aus einem wärmeaushärtbarem Lack bedeckt ist, welche ihrerseits mit einer Verstärkungsschicht 3 bedeckt ist. Diese Verstärkungsschicht wird ausgebildet, indem Glasfasern 3a mit einem Lack 3b imprägniert werden, der dann wärmegehärtet wird. Eine erhöhte Verstärkung wird erreicht, wenn die Verstärkungsschicht 3 mit einer weiteren Beschichtung 4 aus einem elastischen Harz überdeckt wird. Mit dieser elastischen Beschichtung 4 kann die Infrarot-Lichtleitfaser nach der Erfindung mit schützenden und verstärkenden Überzü- b5 gen versehen werden, wie sie bei bekannten, optischen Kommunikationskabeln und Übertragungsleitungen Die primäre Beschichtung 2, dk: Verstärkungsschicht 3 und die elastische Beschichtung 4 werden um die Lichtleitfaser 1 herum auf folgende Weise ausgebildet: Zunächst wird die primäre Beschichtung 2 dadurch ausgebildet, daß ein Lack auf die Außenfläche der Lichtleitfaser 1 aufgebracht wird, die aus einem Infrarotlicht übertragenden Material hergestellt ist. Um eine Sensibilisierung durch ultraviolette und sichtbare Strahlen, eine Feuchtigkeitsabsorption und mechanische Beschädigung zu vermeiden, ist es erwünscht, daß die Beschichtung 2 sobald wie möglich nach der Herstellung der Lichtleitfaser 1 und bevor diese andere Maschinen und Einrichtungen berührt ausgebildet wird. Die Verstärkungsschicht 3 wird um die primäre Beschichtung 2 oder um die Lichtleitfaser 1 herum, wenn keine primäre Beschichtung vorgesehen ist, ausgebildet, indem sie mit Glasfasern 3a überdeckt wird und die Glasfasern mit einem wärmeaushärtbaren Lack 3b imprägniert werden. Die Überdeckung mit den Glasfasern muß nicht notwendigerweise gleichzeitig mit der Imprägnierung mit dem wärmeaushärtbaren Lack erfolgen, jedoch muß, um eine wirkungsvolle Verstärkung zu erzielen, darauf geachtet werden, daß der Lack 3b alle Lücken bzw. Zwischenräume zwischen den Glasfasern 3a füllt und daß sich die primäre Beschichtung 2 in enger Berührung mit der Verstärkungsschicht 3 befindet. Die Glasfasern 3a können umsponnen werden, wie es Fig. 3 zeigt, oder sie können schraubenförmig gewickelt sein, wie es F i g. 4 zeigt.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Lack 3b von der gleichen Art, wie der Lack ist, aus dem die primäre Beschichtung 2 hergestellt ist. Jedoch ist es erforderlich, daß die beiden Lacke Schichten bilden, welche miteinander in enger Berührung stehen. Ein Vorteil, den gleichen Lack zu verwenden, besteht darin, daß nur die Wärmebehandlung erforderlich ist, wodurch das Herstellungsverfahren von Infrarot-Lichtleitfasern verkürzt wird. In den meisten Fällen kann die Verstärkungsschicht 3 sogar ausgebildet werden, bevor der Lack für die primäre Beschichtung 2 vollkommen ausgehärtet ist, und die Temperatur und die Zeitdauer zum Erwärmen des Lackes 3b kann so bestimmt werden, daß die primäre Beschichtung 2 aushärtet, wenn der Lack 3b der Wärme ausgesetzt wird. Beispiele für den Lack umfassen Polyesterimide, Polyimide, Polyamidimide, Polyester, Polyurethan und Poiyvinylformal.

Bei der vorhergehenden Ausführungsform wurde angenommen, daß die Lichtleitfaser 1 mit der primären Beschichtung 2, der Verstärkungsschicht 3 und der elastischen Beschichtung 4 bedeckt ist, jedoch wird bereits eine ausgezeichnete Festigkeit erreicht, wenn die Lichtleitfaser 1 nur mit der Verstärkungsschicht 3 überdeckt ist. Eine erhöhte Festigkeit wird mit der primären Beschichtung 2 erzielt, welche indirekt einen engen Kontakt zwischen der Verstärkungsschicht 3 und der Lichtleitfaser 1 liefert. Die Verstärkungsschicht 3 ist mit der elastischen.Beschichtung 4 überdeckt, welche die Lichtleitfaser 1 gegenüber Außenkräften abschirmt, welche bei der Verarbeitung auftreten, bei der die Infrarot-Lichtleitfaser mit Beschichtungen versehen wird, welche üblicherweise verwandt werden, um elektrische Drähte zu schützen.

Die Erfindung wird im folgenden näher im einzelnen unt°r Bezugnahme auf das folgende Beispiel beschrieben, welches hier lediglich zum Zwecke der Erläuterung der Vorteile der Erfindung angegeben ist und in keiner Weise dazu dient, den Erfindunesbereich zu begrenzen.

Beispiel

Mit einem Durchmesser von 0,7 mm heiß extrudierte Silberchloridfasern wurden mit Lackschichten aus Polyester, Polyester-imid, Polyurethan und Polyvinylformal überdeckt und bei einer Temperatur von 200°C während 30 Minuten wärmegehärtet. Die wärmegehärteten Erzeugnisse wurden mit einer Schicht aus

Tabelle

umflochtenen bzw. umsponnenen Glasfasern überdeckt, welche dann mit den gleichen Lacken imprägniert und wärmegehärtei wurden. Die Bruchfestigkeiten der Fasern mit der primären Beschichtung und derjenigen Fasern mit sowohl der primären Beschichtung als auch der umsponnenen Glasfaserschich! sind in Tabelle angegebenen. Die unbeschichtete Faser hatte eine Bruchfestigkeit von 0,6 kg.

Lack	Bedingungen	der Wärmeaus-	Bruchfestig	Bruch
	härtung nach	dem Umspinnen	keit nach Auf	festigkeit
			bringen der	nach dem
	Erwärmungs	Erwärmungs	primären	Umspinnen
	temperatur	dauer	Beschichtung
	(⁰C)	(Std.)	(kg)	(kg)
Polyesterimid	200	2	10	27
Polyester	200	2	0,8	37
Polyurethan	200	1	0,7	10
Polyvinylformal	200	2	0,8	11

Wie sich aus der Tabelle ergibt, waren die verstärkten Fasern von irgendeiner örtlichen Biegung frei und wiesen eine erhöhte Festigkeit gegenüber Verarbeitungsbeanspruchungen auf, welche ausgeübt wurden, wenn Beschichtungen aus elastischen Materialien wie z. B. Silikonlack, Gummi und viele Kunststoff- oder Metallschichten auf der sekundären Beschichtung ausgebildet wurden. Die elastische Beschichtung ist in Hinblick auf die Verteilung einer Druckbeanspruchung oder einer Biegebeanspruchung an der optischen Faser wirkungsvoll oder auch zur Dämpfung von Stoßen. Die Beschichtung aus geflochtenen bzw. umsponnenen oder schraubenförmig gewickelten Glasfasern ist nicht nur gegenüber einer Torsionsspannung wirkungsvoll, sondern sie weist auch wegen der Imprägnierung mit einem Lack eine größere Festigkeit gegenüber Zugspannungen auf.

Die Erfindung schafft, wie vorhergehend und unter Bezugnahme auf ein Beispiel dargelegt wurde, eine Infrarot-Lichtleitfaser, welche ein Infrarotlicht übertragendes Material verwendet und die trotzdem eine erhöhte Festigkeit aufweist, wodurch ihre praktische Anwendbarkeit in hohem Maße erweitert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Infrarot-Lichtleitfaser mit einer dicht aufsitzenden Verstärkungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht (3) aus einer Glasfaserschicht (3a) besteht, die mit einem wärmeaushärtbaren- und -gehärteten Lack (3iy imprägniert ist.

2. Lichtleitfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtleitfaser und Glasfaserschicht eine primäre Beschichtung (2) aus einem wärmeaushärtbaren und -gehärteten Lack vorhanden ist.

3. Lichtleitfaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Beschichtung (4) aus einem elastischen Material auf der Verstär-Kungsschicht(3) vorgesehen ist.

4. Lichtleitfaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lack Polyesterimid, PoIyimid, Polyamid-imid, Polyester, Polyurethan oder Polyvinylformal ist.