DE3319536C1 - Kunststofflichtleitfaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststofflichtleitfaser der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art. Während für Übertragungen von Informationen in Form von Signalen mittels Lichtleiterkabel über große Entfernungen nur Glasfaserkabel mit einer Dämpfung von weniger als 10 dB/km in Frage kommen, nehmen Lichtleiterkabel aus Kunststoffen trotz der wesentlich höheren Dämpfung gegenüber dem Glasfaserkabel wegen ihrer größeren numerischen Apertur und des herstellungsbedingt größeren möglichen Kerndurchmessers der Faser bei großflächiger Lichtquelle, z. B. LED, entsprechend mehr Lichtleistung auf.

Damit kompensieren die deutlich geringeren Einkopplungsverluste bei Kunststofflichtleitfasern bis zu Längen von etwa 40 m den Vorteil der geringen Dämpfung bei Lichtleitern aus Glasfaser.

Weitere Vorteile gegenüber der Glasfaser liegen in der größeren Flexibilität, dem geringeren Gewicht, den niedrigeren Herstellungskosten und der einfacheren Handhabung der Kunststofflichtleitfaser.

Die Lichtführung der Lichtleitfaser beruht auf dem Prinzip der Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Kernmaterial und Umhüllung der aus Kernmaterial und Umhüllung aufgebauten Kunststofflichtleitfaser. Demgemäß werden bei der Herstellung von Kunststofflichtleitfasern optisch transparente Polymere als Kernmaterial mit einer Umhüllung aus anderen Polymeren umgeben, die im Vergleich zum Kernmaterial kleinere Brechungsindizes aufweist. Allgemein soll der Zahlenwert des Brechungsindexes des Kernmaterials zumindest um etwa 3% größer sein als der des Materials der Umhüllung. Die Dicke der Umhüllung soll dabei mindestens das 3-bis 5f ache der Wellenlänge des eingekoppelten Lichtes betragen.

Als Kernmaterial sind Polymere, wie z. B. Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polymethylacrylat und deren Copolymerisate bekannt, während für die Umhüllung beispielsweise Fluorpolymere, fluorierte Polymethacrylate, Polyacrylate und Polyester eingesetzt werden (vgl. DE-OS 27 41 153, US-PS 39 99 834).

Die Umhüllung erfolgt allgemein durch Tauchlackierung aus Lösungen des Mantelmaterials, durch konzentrisches Verspinnen oder Ummantelung mittels Coextrusion.

Die bekannten Polymeren für das Kernmaterial sind für die Verwendung bei Temperaturen von oberhalb 100° C dadurch eingeschränkt, daß oberhalb der Glasumwandlungstemperatur der Brechungsindex im verstärkten Maße mit zunehmender Temperatur abnimmt und sich damit für das Übertragungsverhalten der Lichtleiter maßgebliche optische Parameter, wie z. B. die numerische Apertur verändern.
Die numerische Apertur

ι NA = sin Θ = (n\ - n|>²

definiert den öffnungswinkel, wobei nur der Strahlenanteil einer punktförmigen Lichtquelle im Faserkern geführt wird, der innerhalb des Winkels 20 einfällt. Es bedeutet n\ den Brechungsindex des Kernmaterials und /22 den Brechungsindex der Umhüllung. Neben diesen optischen Kenngrößen sind es auch mechanische Kenngrößen, wie z. B. Schubmodul, Zugfestigkeit und deren Temperaturabhängigkeit, die von der Glasumwandlungstemperatur bestimmt werden. Ferner reicht die Flammfestigkeit der bekannten Polymeren für das Kernmaterial bei bestimmten Anforderungen nicht aus.

Aus der Forderung, die Einsatzmöglichkeiten für Kunststofflichtleitfaser bei speziellen Anwendungen auf höhere Temperaturen von 100° C oder mehr zu erweitern und gleichzeitig einen verbesserten Flammschutz zu gewährleisten, stellte sich die Aufgabe, eine geeignete Kombination von Polymeren für das Kernmaterial und für das Material der Umhüllung zur Herstellung von Lichtleitfasern nach üblichen Verfahren vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst.

Sie besteht darin, daß bei einer Kunststoff lichtleitfaser der eingangs genannten Art die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 verwirklicht sind.

Es wurde gefunden, daß transparente amorphe Polyamide vom Typ PA 6-(3)-T sowie transparente Mischungen aus den vorgenannten amorphen Polyamiden und kristallinen oder teilkristallinen Polyamiden als Kernmaterial und Fluorpolymere oder Mischungen aus Fluorpolymeren und Polyamiden als Mantelmaterial aufgrund der höheren Glaspunktstemperatur, besseren Wärmeformbeständigkeit und Flammwidrigkeit sowie aufgrund eines einheitlicheren Transmissionsverhaltens im optimalen Arbeitsbereich der üblicherweise für Lichtleiter aus Kunststoffen eingesetzten Sendeelemente (LED) im Wellenbereich von 800 bis 900 nm Vorteile bei ihrer Verwendung zur Herstellung von Lichtleiterkabeln bieten. Die numerische Apertur von Kunststofflichtleitfasern der vorgeschlagenen Art liegt bei 0,66 oder darunter.

Unter dem Typ PA 6-(3)-T (vgl. zum Beispiel Saechtling, Kunststoff Taschenbuch, 21. Ausgabe, Carl Hanser Verlag, Seite 277) sollen für das Vorliegende Polykondensate aus Terephthalsäure und/oder Terephthalsäuredimethylester und einer Mischung aus 2,2,4- und 2,4,4-TrimethyIhexamethylendiamin verstanden werden.

Demgemäß ermöglicht der Einsatz der vorgeschlagenen Polymeren die Herstellung von Lichtleitfasern im
Anwendungsbereich von Temperaturen von 100° C und darüber.

Die erfindungsgemäße Kunststoff lichtleitfaser weist eine Dämpfung von weniger als 1000 dB/km auf. Die
Glasübergangstemperatur für das Kernmaterial beträgt vorzugsweise 141 ° C und darüber, und die Wärmeformbeständigkeit für das Kern- und Mantelmaterial liegt bei 140° C oder darüber. Für das Brandverhalten des Kern-
und Mantelmaterials werden Werte nach UL 94 von V 0 bis V 2 erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert:

Beispiel

Aus einem transparenten, amorphen Polyamid vom Typ PA 6-(3)-T wurde auf einem Einschneckenextruder
mit einer 3-Zonen-Langkompressionsschnecke (1 :2,5), Länge = 20 D, bei Zylindertemperaturen von 250 bis
280° C unter Verwendung einer Trichterdüse und einer Luftkühlstrecke der Lichtleiterkern als Monofilament
extrudiert. Das noch warme Monofilament wurde mit einem PVDF-Fluorpolymeren, das die in der Tabelle
angegebenen Spezifikationen aufweist, unter Verwendung eines Querspritzkopfes nach dem Schlauchverfahren
ummantelt und in einem Glycerinbad abgekühlt. Die Wandstärke der Ummantelung wird im wesentlichen durch
die Abzugsgeschwindigkeit festgelegt.

Die charakteristischen Daten der so hergestellten Kunststofflichtleitfaser sind in der folgenden Tabelle
angegeben.

	Werkstoff	Ummantelung PVDF
	Kernmaterial	(MFI 265/12,5
	DIN PA 6-(3)-T	= 150 g/10 min
		DIN 53 735)
		0,2
Durchmesser (mm)	1,8	1,42
"O	1,566	0,66
Numerische Apertur	0,66	900-1000
Dämpfung (dB/km)	900-1000	—
Glasübergangstemperatur (K ° C)	418(145)	443(170)
Kristallitschmelzpunkt (K ° C)	—
(DTA)		418(145)
Formbeständigkeit in der Wärme (K °C)	> 408 (135)
ISO R75 Verfahren B		100
Schubmodul DIN 53 445 (N/mm2)	550
bei 413 (140° C)		94V0
Brennbarkeit UL 94	94V2

- Leerseite -

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kunststoff lichtleitfaser aus einem Monofilament eines amorphen, transparenten Polymeren als Kernmaterial und einer amorphen, lichtdurchlässigen Umhüllung aus Fluorpolymeren, Copolymeren, Mischungen aus Fluorpolymeren und Polyacrylaten oder aus Fluorpolymeren und Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Kernmaterial Polyamide vom Typ PA 6-(3)-T sowie transparente Mischungen aus Polyamiden vom angegebenen Typ und kristallinen oder teilkristallinen Polyamiden verwendet werden.

2. Kunststofflichtleitfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Apertur der Kunststofflichtleitfaser einen Wert von höchstens 0,66 aufweist.