DE3142156A1 - Optische kunststoff-faser - Google Patents

Optische kunststoff-faser

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DE3142156A1 DE19813142156 DE3142156A DE3142156A1 DE 3142156 A1 DE3142156 A1 DE 3142156A1 DE 19813142156 DE19813142156 DE 19813142156 DE 3142156 A DE3142156 A DE 3142156A DE 3142156 A1 DE3142156 A1 DE 3142156A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine optische Kunststoff-Faser bzw. eine Gruppe von Kunststoff-Fasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Übliche optische Fasern weisen einen Kernbereich und eine UmhüTlungsschicht auf, die jeweils aus einem Kunststoff-Material bestehen, obwohl solche optischen Kunststoff-Fasern schlechtere Übertragungseigenschaften als optische Fasern haben, die aus Glas hergestellt werden, sind sie insoweit den optischen Glasfasern überlegen, als optische Kunststoff-Fasern auf einen kleineren minimalen Radius gebogen werden können, ohne daß es zu einem Bruch kommt, eine größere Aufschlagfestigkeit haben und leichter gehandhabt werden können. Außerdem bestehen bei optischen Kunststoff-Fasern größere Differenzen im Brechnungsindex zwischen dem Kernbereich und der Umhüllungsschicht? weiterhin lassen, sich optische Kunststoff-. Fasern leicht an ihren Enden mit den entsprechenden Anschlüssen verbinden, so daß die Verarbeitung und Ausgestaltung ihrer Anschlüsse vereinfacht wird. Aufgrund dieser.Vorteile kann die optische Kunststoff-Faser effektiv in Datenübertragungssystemen eingesetzt werden, mit denen nur relativ geringe Entfernungen überbrückt werden sollen, beispielsweise Entfernungen von nicht mehr als
25 einigen 10 m.
Optische Kunststoff-Fasern haben jedoch den wesentlichen Nachtei]„ daß sie durch ein organisches Lösungsmittel leicht angegriffen werden? außerdem sind sie bei Temperaturen von ungefähr 80° C oder mehr nicht beständig, so daß es oft zu Schaden kommt? in der Praxis ist also der Einsatz von optischen Kunststoff-Fasern starken Einschränkungen unterworfen.
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Es ist deshalb versucht worden, die Standfestigkeit von optischen Kunststoff-Fasern zu verbessern, indem verschiedenen Arten von Beschichtungen auf ihre äußere ümfangsoberflache aufgebracht werden. Diese Beschichtungen beeinflussen jedoch ungewollt die ursprünglichen Eigenschaften der Kunststoff-Fasern. Es ist deshalb schwierig, die Lebensdauer der Kunststoff-Faser durch eine Beschichtung zu verlängern und gleichzeitig die natürlichen Eigenschaften der Kunststoff-Faser beizubehalten. Beispielsweise werden als herkömmliche Beschichtungen für Kunststoff-Fasern, die auf dem Markt erhältlich sind, Polyethylene niedriger Dichte eingesetzt r die Kohlenstoff bzw. Graphit enthalten (Fig. 1 .und 2). Obwohl eine solche beschichtete Kunststoff-Faser eine etwas bessere Standfestigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel als unbeschichtete Fasern hat, ist die Anfangskennlinie des Übertragungsverlustes der beschichteten Kunststoff-Faser schlechter als die der unbeschichteten Kunststoff-Faser . Weiterhin, ist eine Kunststoff-Faser vorgeschlagen worden, die mit PVC (siehe Fig. 3) beschichtet ist, um die Entflammbarkeit zu verringern und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel zu verbessern. Bei diesem Beschichtung styp wird zwar die Entflammbarkeit und damit die
25 Feuergefahr verringert; gleichzeitig ist jedoch die
Kunststoff-Faser noch empfindlicher gegen die Einwirkung von organischen oder anorganischen Lösungsmitteln.
Ein weiteres Problem liegt darin, daß der in der PVC-Schicht vorhandene Weichmacher sich durch die Faser bewegt und ihre Eigenschaften verschlechtert. Wenn ein PVC-Material verwendet wird, bei dem diese Bewegung des Weichmachers nicht auftritt, macht sich zwar diese Ver-
schlechterung aufgrund der Einwirkung des Weichmachers nicht länger bemerkbar? es besteht jedoch immer noch die Gefahr einer Verschlechterung der Eigenschaften aufgrund der Einwirkung eines äußeren Lösungsmittels«, 5
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das oben erwähnte Problem zu lösen und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit bzw. Lebensdauer der Kunststoff-Faser zu verbessern. Zu diesem Zweck wird zunächst die Oberfläche der Kunststoff-Faser mit einer Beschichtung aus einem Verseifungsprodukt von EVA bedeckt und anschließend eine Beschichtung aus einem thermoplastischen Harz aufgebracht.
Im einzelnen bezieht die vorliegende Erfindung sich auf eine einzige, transparente Kunststoff-Faser oder eine Gruppe solcher Fasern mit einem Kernbereich und mit einer Umhüllungsschicht, die jeweils aus einem Kunststoff hergestellt sind, wobei der Kernbereich einen höheren Brechungsindex als die Umhüllungsschicht hat; Diese Kunststoff-Faser zeichnet sich dadurch aus, daß ein Verseifungsprodukt eines Ethylen-Venyl-Azetat-Copolymers (EVA) direkt auf die Oberfläche der Kunststoff-Faser aufgebracht und gleichzeitig eine äußere Beschich-
25 tung verwendet wird„ die aus einem thermoplastischen Harz besteht, wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polyurethan und Polyvinylchlorid (PVC).
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Äusführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert» Es zeigen
Fig» 1 bis 3 schematische Darstellungen des Aufbaus herkömmlicher FaserbeSchichtungen,
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Fig. 4 und 5 schematische Diagramme des Aufhaus einer einzelnen Faser nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 und 7 schematische Diagramne des Aufbaus
von Fasergruppen nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 und 9 schematische Diagramme des Aufbaus 0 . von zwei nebeneinander angeordneten,
zweckmäßigerweise miteinander verbundenen Fasern nach der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 10 ein Diagramm des Aufbaus einer Fasergruppe, die ein Spannungs- bzw. Zugelement enthält.
Die Erfindung wird im folgenden im Detail unter Bezug-20 nähme auf die Ausführungsformen erläutert, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Der Grundaufbau der optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung weist eine einzige Kunststoff-Faser 10
25 oder eine Gruppe solcher Kunststoff-Fasern 11 r eine Beschichtung aus einem Verseif ungsprodukt von EVA 1.2, die direkt auf die Oberfläche der einzelnen Kunststoff-Faser oder der Gruppe von Kunststoff-Fasern aufgebracht ist, und einen überzug aus einem thermoplastischen Harz
30 13 auf, wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polyurethan und Polyvinylchlorid (PVC), der auf die oben erwähnte Beschichtung 12 aufgebracht worden ist (siehe Figuren 4 und 6). Für die Kunststoff-Faser können Polystyrol (PS) und andere .Kunststoffe sowie auch PMMA eingesetzt werden.
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In Bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel ist es besonders effektiv, verseiftes EVA mit einem ursprünglichen VA-Gehalt von 50 Gew»-% oder mehr in dem EVA vor der Verseifung zu verwenden= Weiterhin ist es zweckmäßig, zwischen der Schicht 12 aus dem Verseifungsprodukt von EVA und der äußeren Beschichtung 13 eine Zwischenschicht 14 vorzusehen, wie in den Figuren 5 und 7 dargestellt ist, um die Zug- bzw» Zerreiß-Festig keit der Faserbeschichtung in Längsrichtung der Faser zu verbessern und die Faser gegen äußeren Seitendruck zu schützen. Wenn eine solche Faser in einem Gebäude oder einem. Fahrzeug eingesetzt wird, muß die dann erforderliche, größere Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel und Entflammen, also die Flammenhemmung, berücksichtigt werden. In diesem Fall werden nach einer bevorzugten Ausführungsform ein verseiftes Produkt von EVA mit einem VA-Gehalt von 50 Gew.-% oder mehr sowie PVC, Flanmen hemmendes Polyethylen oder Flammen hemmendes Polyurethan für die Schichten 12 bzw. 13 eingesetzt=
Die Figuren 8 und 9 zeigen modifizierte Strukturen einer Äusführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei zwei Kerne vorgeschlagen werden» Gemäß Fig» 10 wird bei einer weiteren Modifikation ein Spannungs- bzw» Zugelement 15, das aus FRP oder Stahldraht besteht, in der Mitte der Faser vorgesehen»
Das oben erwähnte Verseifungsprodukt aus EVA hat eine polare Hydroxyl-Gruppe und bietet deshalb eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen nicht-polare öle. Seine ölabsorptionsgeschwindigkeit beträgt beispielsweise 1/10 der Geschwindigkeit von 3SJylon-6„ das als gegen öl besonderes widerstandsfähiges Harz bekannt ist. Damit hat also dieses Verseifungsprodukt eine bemerkenswert
hohe Widerstandsfähigkeit gegen öl.
Das gleiche gilt in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln. Beispielsweise zeigt das Verseifungsprodukt von EVA ein Gleichgewichtsquell vermögen gegen Azeton und Benzol von 1/6 bzw. 1/60/ liefert also höhere Werte als Polyethylen, dem eine relativ hohe Widerstandsfähigkeit gegen organische Lösungsmittel nachgesagt wird; es läßt sich also erkennen, daß das Verseifungsprodukt von EVA ausgezeichnete Eigenschaften hat.
Das Maß der Widerstandsfähigkeit gegen öle sowie der WiederStandsfähigkeit gegen organische Lösungsmittel
hängt von der Menge der Hydroxyl-Gruppe (Vinylalkohol-Gruppe) in dem Verseifungsprodukt von EVA ab. Bei der Verseifung von'EVA wird der Verseifungsgrad 99 % oder mehr, so daß der VA-Gehalt des ursprünglichen EVA diese Eigenschaften bestimmt. Es ist deshalb besonders günstig, ein verseiftes Produkt von EVA mit einem VA-Gehalt von wenigstens 50 Gew.-% für die Schicht 12 zu verwenden, um diese Eigenschaften bei der Bildung dieser Schicht zu verbessern.
Der Durchmesser der Beschichtung aus dem Verseifungsprodukt von EVA hängt von dem Durchmesser der Faser ab. Wenn der Außendurchmesser einer einzigen Faser 0,5 mm beträgt, sollte die Dicke der Beschichtung im Bereich von 0,01 mm bis 0,20 mm, nach einer bevorzugten Aus-0 führungsform im Bereich von 0,03mm bis 0,15 mm, liegen. Die untere Grenze der Dicke kann unter Berücksichtigung der Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel bestimmt werden, während die obere Grenze von der Flexibilität de» Faser und der Stabilität sowie den Übertragungsver-
lusten abhängt=
Im folgenden sollen einige, in der Praxis erprobte Ausführungsformen der optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Kunststoff-Fasern mit dem Aufbau nach den Figuren 4 oder 5 wurden in Bezug auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel, ihre Übertragungseigenschaften bei erhöhten Temperaturen, ihre Bruchfestigkeit und ihre Flammenhemmung getestet. Bei der Faser handelte es sich um eine vollständig aus Kunststoff bestehende Faser mit einem Durchmesser von 0,5 mm; diese Faser war mit einer Beschichtung aus dem Verseifungsprodukt von EVA mit einem VA-Gehalt von 55 Gew.-I in einer Dicke von 0,1 bedeckt, Der Überzug bestand aus üblichem PVC und hatte einen Außendurchmesser von 1,1 mm=
Bei dem Aufbau der Faser nach Fig. 5 wurde die Zwischenschicht aus einer- Aramid-Faser (KEVLAR^49) hergestellt,
20
Für Vergleichszwecke wurden herkömmliche Kabel mit dem ' Aufbau nach den Figuren 1 und 3 sowie eine einzige Kunststoff-Faser (nackte Faser) mit einem Durchmesser von 0,5 mm dem gleichen Test unterworfen. Der Überzug aus LDPE in dem Kabel nach Fig, 1 enthielt Kohlenstoff bzw. Graphit, Der Überzug aus PVC bei dem Kabel nach Fig, 3 verwendete das gleiche PVC, wie es bei den Fasern nach der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 4 und 5 eingesetzt wurd, '
Weiterhin wurde ein anderes Experiment durchgeführt, bei dem die optische Faser mit der Struktur nach Fig. 4 getestet wurde? dabei wurde als überzug das gleiche LDPE
verwendet, wie es bei der Faser nach Fig. 1 eingesetzt wurde.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Bei dem Test für die Ubertragungseigenschaften wurde die Lichtfortpflanzung bzw. Lichtdurchlässigkeit unter Verwendung einer Licht emittierenden Diode LED mit einer Wellenlänge von 0/66 μπι gemessen. Die Bruchfestigkeit wurde mit dem "Tensilon Universal Tensile Strength Tester" ermittelt. Wie man aus der Tabelle 1 erkennen kann, liefern die Kunststoff-Fasern nach der vorliegenden Erfindung eine exzellente Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel, sowie exzellente Eigenschaften bei hohen Temperaturen.
Tabelle 1
Erfindung robe nach
ig. 4		 gleiche Struk
tür wie .
Fig. 4		 gleiche Struk
:ur wie
Fig. 5		 Vergl pt r?ViRi-Ma i cniplo
E Beschich
tung		 PVC Beschich
tung		 PVC Beschich
tung		 -gleiche Struk
tür wie
Fig: 1		 - nack
te
Faser		 gleiche Struk
tur wie
Fig. 3
Test ^v. 3 PF, Beschich
tung		 — PVC Beschich
tung
Übertragungsverluste · (dB/m) Q.47 0.46 0.45
Widerstandsfähigkeit gegen
Lösungsmittel
nicht in Lösungsmittel eingetaucht		 0,47 Ö.46 0.45 ü.6ü 0.45 0.46
Benzin (23° C χ 7 Tage) 0,47 0.46 0.45 0.66 0.51 0.46
Motoröl (50° C χ 7 Tage) 0,48 0.46 0*45 0o65 0.48 0.53
1N H2SO4 (50° C X Π Tage) 0.47 . 0.46 0,46 0.61 0.50 0.49
Bremsöl (50° Cx 7 Tage) 2.73 «Note 1 «Note 1
Verschlechterung bei erhöhter
Temperatur		 0.48 0.46 0,46
Kontrolle keine Mrmaanwendung ,. 0.53 0.50 0.51 0.58 0.45 0.47
80° C χ 7 Tage 0.53 0.51 0.52 0,77 0.5-1 0.85
80° C χ 14 Tage 0.71 0.66 0.50 0.88 0.54 1.11
90° C χ 7 Tage .2 5 1.60 0.80 -
Bruchfestigkeit (kg) 4.8 . 4.9 nicht leicht 3.1 .
(maximale Belastung beim Bruch
der Faser)		 nicht leicht brennbar brennbar 2 „3 2,9
Nicht-Entflammbarkeit brennbar brennbar nicht leicht
(Widerstand gegen das Ausbreiten·
von Flammen)		 brennbar
Note 1: Die Faser war so angeschwollen, daß Licht, das einfach die Faser passiert hatte,
von dem Detektor nicht festgestellt werden konnte.
4%
Die Kunststoff-Faser nach der vorliegenden Erfindung ist also besonders für die Datenkommunikation in Fabriken oder ähnlichen, räumlich begrenzten Anlagen sowie für die Datenübertragung in Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen, geeignet.

Claims (1)

  1. GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER·
    .:3U2156
    PATENTANWÄLTE
    EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
    A GRÜNECKER, dir. ing
    DR H. KINKELDEY. u.« -ing *,
    DR W. STOCKMAIR. owl-ii*..«!=«· icai.
    UR K. SCHUMANN, opl-pws
    P H. JAKOEI. OPLiNG
    DR. G. BEZOLD, qpl-chem
    W. MEISTER, DiPL-iNG
    H. HILGERS. oipling
    DR H. MEYER-PLATH. br inc.
    SUMITOMO EIECTRlC INDUSTRIES, No. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku, Osaka-sM, Osaka, Japan
    8000 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43
    23= Oktober 1981 P 16 762-40/dg
    Optische Kunststoff-Faser
    Patentansprüche
    / 1J Einzelne, beschichte optische Kunststoff-Faser oder Gruppe won Fasern mit einem Kernbereich und mit einem Umhüllungsbereich ,, der aus einem Kunststoff hergestellt ist, wobei der Kernbereich einen höheren Brechungsindex als der Umhüllungsbereich hat ρ dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kunststoff-Faser (10, 11) direkt mit einer Beschichtung (12) aus einem Verseifungsprodukt eines Ethylen-Vinylazetat-CopolyTaeren versehen ist, und daß auf die Beschichtung (12) als äußerste Schicht (13.) ein thermoplastisches Harz aufgebracht wird.
    ο Optische Kunststoff-Faser oder Gruppe von Fasern nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Verseifungsprodukt
    TELEFON (089)22 28 62
    TELEGRAMME MONAPAT
    des Ethylen-Vinylazetat (EVA) Copol^itueren induziertes EVA mit einem Vinylazetat (VA) Gehalt von 50 Gew.-% oder mehr ist.
    3. Optische Kunststoff-Faser oder Gruppe von Fasern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beschichtung (12) aus dem Verseifungsprodukt von EVA und der äußeren Schicht (12) aus dem Thermoplasten eine Zwischenschicht (14) vorgesehen ist. 10
    4. Optische Kunststoff-Faser oder Gruppe von Fasern nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (12) aus dem Thermoplasten aus einem flammwidrigen Harz besteht, das aus der Gruppe "flammwidriges Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC) und flammwidriges Polyurethan" ausgewählt ist.
    5. Optische Kunststoff-Faser oder Gruppe von Fasern nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Kunststoff-Fasern zusammengesetzt werden, um Zweikern-Fasern zu bilden.
    6. Optische Kunststoff-Faser oder Gruppe von Fasern nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich-5 net, daß mehrere optische Kunststoff-Fasern (11) zusammen montiert sind, und daß in der Mitte dieser Gruppe von Fasern (11) ein Spannungs- bzw. Zugelement (15) angeordnet ist.
DE3142156A 1980-10-24 1981-10-23 Optische Ader mit einem Kern aus einer oder mehreren optischen Kunststoffasern und einer Kunststoffhülle sowie daraus hergestellter Lichtleitkörper und daraus hergestelltes optisches Kabel Expired DE3142156C2 (de)

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