DE3843310A1

DE3843310A1 - Lichtleitende kunststoffaser und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3843310A1
Application number: DE3843310A
Authority: DE
Inventors: Noboru Nakakuki; Kazuhide Oda; Masatoshi Tagami; Kouichi Okino; Tomiya Abe; Takanobu Ishibashi
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1989-09-21
Also published as: DE3843310C2; US4919513A; JPH01229206A; JPH0778564B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine lichtleitende bzw. optisch leitende Kunststoffa ser und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere eine hitzebeständige lichtleitende Kunststoffaser, mit einem Kunststoffkern und einem um den Kern herum angeordneten Mantel, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Mit der bemerkenswerten Entwicklung von lichtleitenden Fasern aus Silicium dioxid haben Lichtleitungssysteme aus lichtleitenden Fasern, mittlerweise prak tische Anwendung erfahren. Die lichtleitenden Kunststoffasern zeigen einen re lativ hohen Lichtleitungsverlust (etwa 1 dB/m), im Vergleich zu lichtleitenden Fasern aus Siliciumdioxid, die den Hauptanteil der gegenwärtig für die optische Nachrichtenübertragung verwendeten Lichtleitfasern ausmachen. Da lichtlei tende Kunststoffasern jedoch sehr biegsam und recht weich sind, eine hohe Aper tur aufweisen können und leicht gehandhabt werden können, ist zu erwarten, daß solche lichtleitenden Kunststoffasern für die Datenübertragung über kurze Ent fernungen Anwendung finden werden, beispielsweise in Automobilen, Büros und automatische Fertigungsanlagen und in ähnlichen Bereichen.

Für die herkömmlichen lichtleitenden Kunststoffasern wird Polymethacrylat harz oder Polystyrolharz, mit verbesserten lichtleitenden Eigenschaften ver wendet. Da diese Harze jedoch eine recht niedrige Wärmeverformungstemperatur aufweisen, ist es wünschenswert, ihre Hitzebeständigkeit für verschiedene An wendungsbeispiele, einschließlich der Automobilindustrie, zu verbessern. Dem entsprechend sind neuerdings Untersuchungen über wärmebeständige lichtlei tende Kunststoffasern durchgeführt worden.

Herkömmliche lichtleitende Kunststoffasern haben einen Kern aus einem durch Wärme härtenden Acrylsäure-, Styrol- oder Siliconharz mit verbesserter Hitzebeständigkeit, und einen Mantel, der ein fluorhaltiges Harz oder dergleichen mit verbesserter Hitzebeständigkeit und einem niedrigeren Bre chungsindex als der des Kerns umfaßt.

Da bei solchen wärmebeständigen, lichtleitenden Kunststoffasern der Harzvor läufer (Monomere), der für den Kern verwendet wird, bei Raumtemperatur flüssig ist, ist es schwierig, aus diesem flüssigen Monomeren selbst einen Faserkern zu bilden; da die Temperatur für die Verarbeitung des fluorhaltigen Harzmaterials mehr als 200°C beträgt, ist es schwierig, das fluorhaltige Harzmaterial für den Mantel um den Kern herum zu extrudieren. Zur Lösung dieser Schwierigkeiten, offenbart die JP-OS 45 502/82 das folgende Verfahren zur Herstellung einer licht leitenden Kunststoffaser. Dieses Verfahren umfaßt das Extrudieren eines Harz materials zur Herstellung eines hohlen Mantelschlauchs, Einspritzen eines flüs sigen, für den Kern verwendeten Monomermanterials aus einem Behälter in den entstandenen Mantelschlauch, Verschließen des vorderen Endes des Mantel schlauchs, und langsames Hindurchführen des Schlauchs, der das Monomere un ter Druck enthält, durch ein heißes Wasserbad, um das Monomere von dem vorde ren Ende bis zu dem hinteren Ende zu härten, wodurch eine lichtleitende Kunst stoffaser ohne Trennung der Grenzfläche zwischen Kern und Mantelschlauch entsteht.

Gerade im Hinblick auf die Eigenschaften der lichtleitenden Faser ist es äußerst wichtig, den Lichtleitungsverlust zu verringern.

Für die Lichtleitung wird bei der lichtleitenden Kunststoffaser verlustarmes, sichtbares Licht verwendet. Dieses sichtbare Licht führt jedoch zu folgender Schwierigkeit: Da die oben beschriebene lichtleitende Kunststoffaser des Zwei- Schicht-Typs eine lichtdurchlässige Mantelschicht aufweist, kann sichtbares Licht von außen in die lichtdurchlässige Mantelschicht eindringen, was zu einem Übertragungsverlust führt.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Aufbau vorgeschlagen worden, der das Ein dringen des sichtbaren Lichts von außen durch Färben dieser Mantelschicht ver hindert. Ein Teil des übertragenden Lichts wird jedoch von der gefärbten Mantel schicht absorbiert, was zu Übertragungsverlusten führt.

Wie oben angegeben, zeigen lichtleitende Kunststoffasern des Zwei-Schicht-Typs, die aus Kern und Mantel bestehen, die Schwierigkeit eines solchen Übertragungs verlustes sogar dann, wenn eine lichtdurchlässige oder gefärbte Schicht als Man telschicht verwendet wird. Als eine der Möglichkeiten diese beiden Schwierigkei ten zu beheben, ist ein Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststof faser vorgeschlagen worden, bei dem eine gefärbte Hülle um die lichtdurchlässige Mantelschicht herumextrudiert wird, um das Eindringen des Lichts von außen und die Lichtabsorption durch die durchlässige Mantelschicht zu verhindern.

Lichtleitende Kunststoffasern mit einer solchen Hülle um die Mantelschicht her um weisen jedoch verschiedene Schwierigkeiten auf und sind nur schwer in die Praxis einzuführen.

Wenn, wie oben angegeben, das für den Kern verwendete, flüssige Monomere in nerhalb des Mantelschlauchs polymerisiert wird, ist es unter Berücksichtigung des aufgrund der Polymerisation des flüssigen Monomeren auftretenden Volu menschwunds erforderlich, das flüssige Monomere in den Mantelschlauch mit Druck zu beaufschlagen, so daß es unmöglich ist, einen sehr dünnen Mantel schlauch herzustellen, wobei der weitere Schritt des Umhüllens zu einer lichtlei tenden Faser führt, die einen übergroßen Außendurchmesser aufweist. Dieser übergroße Durchmesser ist unter Berücksichtigung der Eigenschaften und der Nutzung der entstandenen lichtleitenden Fasern unerwünscht.

Zusätzlich führt aufgrund thermischer Hysterese eine solche Hülle umd die vorge formte lichtleitende Kunststoffaser zu thermischen Spannungen sowohl zwi schen Kern und Mantelschicht, als auch zwischen Mantelschicht und Hülle, und damit zu einem hohen Leitungsverlust (etwa 2-3 dB/m).

Falls zur Herstellung eines umhüllten Mantelschlauchs die Hülle zuerst um den Mantelschlauch herum extrudiert, das Monomere für den Kern anschließend in den umhüllten Mantelschlauch eingespritzt und das eingespritzte Monomere zur Polymerisation erhitzt wird, weist das entstandene Erzeugnis eine geringe Haftung zwischen dem Mantelschlauch und der Hülle und daher einen niedrigen Übertragungswirkungsgrad auf.

In beiden Fällen, bei denen das Harzmaterial für den Kern unter Verwendung des durch Umhüllen des Mantelschlauchs der vorgeformten lichtleitenden Kunst stoffaser erhaltenen Produkts polymerisiert wird, weisen die hergestellten Er zeugnisse unerwünschte Übertragungseigenschaften auf.

Wenn diese lichtleitenden Kunststoffasern wiederholten thermodynamischen Zyklen unterworfen werden, zeigen sie weiterhin das sogenannte "Schrumpfen" (shrink back) (dieser Ausdruck bedeutet, daß die Mantelschicht aufgrund der schwachen Haftung von der Hülle absteht), und daher einen unerwünschten Über tragungsverlust. Da üblicherweise lichtleitende Kunststoffasern an ihrem End stück mit einem Verbindungsteil verwendet werden, wird ihr hoher Übertra gungsverlust durch dieses "Schrumpfen" hervorgerufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine lichtleitende bzw. optisch leitende Kunststoffaser, bei der die in ihrem Herstellungsverfahren entstehenden thermischen Spannungen und das durch wiederholte Wärme einwirkung verursachte "Schrumpfen" (shrink back) vermieden werden, als auch ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine lichtleitende Kunststoffaser mit niedrigem Lichtleitungsverlust, bei welcher der durch Ein dringen von Licht, Lichtabsorption usw. hervorgerufene Übertragungsverlust verringert ist, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die lichtleitende Kunststoffaser gemäß Haupt anspruch und durch das Herstellungsverfahren gemäß Nebenanspruch. Die Un teransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegen standes.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine lichtleitende Kunststoffaser, mit einem Kern, aus einem transparenten Harzmaterial, und einem auf der Außenfläche des Kerns ausgebildeten Mantel, aus einem hitzebeständigen Harzmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem des Kerns, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Mantel aus einem transparenten inneren Mantel und einem gefärbten, lichtundurchlässigen äußeren Mantel besteht, wobei der innere und der äußere Mantel fest verbunden und miteinander vereinigt sind.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststoffaser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß gleichzeitig ein erstes Harzmaterial durch eine erste Öffnung zwischen einem Verdränger und einer inneren Düse zur Bildung eines schlauchförmigen inneren Mantels; und ein zweites Harzmaterial durch eine zweite Öffnung zwischen der inneren Düse und der äußeren Düse konzentrisch auf die Außenfläche des schlauchförmigen Man tels zur Bildung eines äußeren schlauchförmigen Mantels extrudiert werden, unter Bildung eines integralen Mantelschlauchs, bei dem der innere und der äuße re schlauchförmige Mantel fest miteinander verbunden sind, wobei das zweite Harzmaterial mit dem ersten Harzmaterial verträglich ist und einen Farbstoff enthält;
ein für den Kern verwendeter Harzvorläufer von einem Ende aus in den Hohlraum des integralen Mantelschlauchs diesen ausfüllend eingespritzt wird, und
das andere Ende des Mantelschlauchs verschlossen wird, und
der Mantelschlauch von dem verschlossenen Ende aus zur Polymerisation des Harzvorläufers unter Anwendung von Druck auf den Harzvorläufer allmählich erhitzt wird.

Die oben erwähnten und nachfolgenden Ausführungsformen und Vorteile der Er findung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung an Hand der Beispie le und der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen lichtleitenden Kunststoff faser;

Fig. 2 ein Schaubild, das ein Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststoffaser verdeutlicht, durch welches eine her kömmliche Kunststoffaser und eine erfindungsgemäße lichtleitende Kunststoffaser hergestellt werden;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsge mäßen lichtleitenden Kunststoffaser;

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht eines Extruder zum Extrudieren eines für die erfindungsgemäße lichtleitende Kunststoffaser verwende ten Kunststoffschlauchs zeigt, und

Fig. 5 ein Schaubild, das ein Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststoffaser zeigt, nämlich das Verfahren zum Auf- und Abwickeln des Mantelschlauchs vor der Polymerisation.

Bevor die erfindungsgemäße lichtleitende Kunststoffaser und das Verfahren zu ihrer Herstellung erläutert werden, seien die oben erwähnte, herkömmliche lichtleitende Kunststoffaser und das oben angesprochene herkömmliche Verfah ren zu ihrer Herstellung in den Fig. 1 und Fig. 2 erklärt.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche lichtleitende Kunststoffaser, die aus einem Kern 10 aus einem wärmehärtenden Harz zum Beispiel Acrylsäure-, Styrol- oder Sili conharz mit verbesserter Hitzebeständigkeit, und einem Mantel 20 sowohl mit verbesserter Hitzebeständigkeit als auch mit einem niedrigeren Brechungsindex als der des Kerns besteht.

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer herkömmlichen lichtleitenden Kunststoffaser. Bei diesem Verfahren werden das für den Mantel verwendete Harz zur Bildung eines hohlen Mantelschlauchs 200 extrudiert, das flüssige Monomere für den Kern durch die mit Behälter 3 in Verbindung stehende Leitung 8 in den hoh len Mantelschlauch 200 in die Öffnung eines seiner Enden eingespritzt, und das andere Ende des hohlen Schlauchs verschlossen. Der Mantelschlauch 200 wird mit dem unter Druck stehenden Monomeren durch ein heißes Wasserbad 6 ge führt, um das Monomere innerhalb des Mantelschlauchs 200 von dem anderen Ende her langsam zu härten, zur Bildung einer lichtleitenden Kunststoffaser, die frei ist von einer Trennung an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel. Das Bezugszeichen 4 steht für eine Spule zum Auf- und Abwickeln des Mantel schlauchs 200; die Bezugszeichen 5 bzw. 7 weisen auf eine Führungsrolle bzw. eine für das Auf- und Abwickeln des Mantelschlauchs benutzte Spule hin.

Im folgenden sei anhand der Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der lichtleitenden Kunststoffaser erläutert. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Mantel 2 um den lichtdurchlässigen Kern 1 herum angeordnet, wobei dieser Mantel 2 einen lichtdurchlässigen inneren Mantel 2 a und einen gefärbten, lichtundurch lässigen äußeren Mantel 2 b umfaßt, die an der Grenzfläche fest verbunden und miteinander vereinigt sind. Diese lichtleitende Kunststoffaser wird jedoch durch Einspritzen eines flüssigen Monomeren in den Kernbereich 1 eines zuvor herge stellten schlauchförmigen Mantels oder Mantelschlauchs 2 und durch Polymeri sieren des Monomeren hergestellt.

Da der Mantel oder Mantelschlauch 2 aus dem lichtdurchlässigen inneren Man tel 2 a und dem gefärbten, lichtundurchlässigen äußeren Mantel 2 b besteht, wird das äußere sichtbare Licht durch den äußeren Mantel 2 b abgeschirmt, was zu einer Verringerung des Übertragungsverlusts führt, und da die lichtdurchlässige innere Schicht 2 a unmittelbar auf dem Kern 1 angeordnet ist, kann die Auslö schung des sich ausbreitenden Lichts fast vollständig verhindert werden, im Ge gensatz zu dem herkömmlichen Fall, wo ein gefärbter Mantel direkt auf dem Kern 1 angeordnet ist.

Da weiterhin der innere Mantel 2 a und der äußere Mantel 2 b fest miteinander ver bunden und vereinigt sind, können der Übertragungsverlust durch thermische Spannungen, der Übertragungsverlust durch geringe Haftung zwischen dem Man tel und der Hülle, und der Übertragungsverlust durch "Schrumpfen" aufgrund wie derholter Wärmebehandlung, wie sie in einer herkömmlichen lichtleitenden Kunststoffaser mit herkömmlichem Mantel und einer gefärbten, auf der Außen fläche des Mantels mittels Extrusion angeordneten Hülle zu beobachten sind, ver ringert oder vollständig verhindert werden, so daß sich verbesserte Lichtlei tungseigenschaften ergeben.

Als Harz für den Kern 1 wird ein wärmehärtendes Harzmaterial mit hervorragen der Hitzebeständigkeit bevorzugt, und als Beispiel dafür stehen Acrylsäure-, Sty rol- oder Siliconharze, die bei Temperaturen von mehr als 150°C stabil sind. Je doch ist die Erfindung nicht auf diese Harze beschränkt. Weiterhin kann auch ein thermoplastisches Harzmaterial in dem Fall verwendet werden, da diese Hitzebeständigkeit nicht ausdrücklich verlangt wird.

Vorzugsweise besteht der innere Mantel aus Materialien mit einem Brechungsin dex, der mindestens 1%, vorzugsweise 3% oder mehr niedriger liegt als der des Kerns, und gleichfalls solche Materialien, wie fluorhaltiges Harz, die verbesserte Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, verbesserte mechanische Eigen schaften und eine Druckfestigkeit besitzen, die dem Druck, womit das für den Kern verwendete Monomere beaufschlagt wird, standzuhalten vermögen. Solche Materialien umfassen Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere (ETFE), Tetrafluorethylen-Perfluor propylen-Copolymere (FEP), Perfluoralkylether-Copolymere (PFA), Polytetra fluorethylen (PTFE), oder Chlortrifluorethyl-Ethylen-Copolymere, Tetra fluorethylen-Hexafluorethylen-Copolymere, Tetrafluorethylen-Perfluoralkyl vinylether-Copolymere, Poly-(4-methyl-penten), usw. und ihre Gemische.

Vorzugsweise besteht der äußere Mantel 2 b aus dem gleichen Material wie der in nere Mantel 2 a, oder es wird vorzugsweise die gleiche Sorte von Materialien ver wendet, die untereinander eine gute gegenseitige Löslichkeit zeigen.

Das in das äußere Mantelmaterial 2 b eingemischte Färbemittel ist eine übliche Substanz, zum Beispiel Ruß usw., und ist nicht auf eine bestimmte Substanz beschränkt.

Der innere Mantel ist vorzugsweise so dick wie möglich, wohingegen der äußere Mantel so dünn wie möglich ist, wobei die Dicke des äußeren Mantels vorzugswei se etwa ¹/₃ bis ¹/₅ der Dicke des inneren Mantels beträgt.

Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der lichtlei tenden Kunststoffaser erläutert. Im Hinblick auf die Zufuhr des als Harzvorläufer für den Kern verwendeten flüssigen Monomeren unter Druck in den zuvor in einem getrennten Schritt hergestellten Mantelschlauch und das Erhitzen zur Po lymerisation, ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffaser im we sentlichen mit derjenigen einer herkömmlichen lichtleitenden Kunststoffaser vergleichbar. Die Erfindung unterscheidet sich jedoch von den herkömmlichen Methoden in dem Verfahren zur Herstellung dieses Mantelschlauchs. Erfin dungsgemäß ist es erforderlich, daß der Mantel oder der Mantelschlauch 2 durch Verschmelzen und festes Verbinden der Grenzfläche zwischen dem inneren Man tel 2 a und dem äußeren Mantel 2 b gebildet wird. Die herkömmliche Methode, die sich auf einen vorgeformten inneren Schlauch 2 a mit dem äußeren Mantel 2 b be zieht, kann zwar ein Erzeugnis mit einer engen Kontaktgrenzfläche, nicht aber ein Erzeugnis mit einer vereinigten Grenzfläche liefern.

Erfindungsgemäß wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist, dieser Nachteil der herkömm lichen Methode beseitigt, indem ein Harzmaterial durch die Öffnung 12 a zwi schen einem Verdränger 41 und einer inneren Düse 42 zur Herstellung eines kon tinuierlich geformten inneren Mantels 2 a in der Form eines hohlen Schlauchs extrudiert, und gleichzeitig ein anderes mit dem Färbemittel vermischtes Harz material durch die Öffnung 12 b zwischen einer inneren Düse 42 und der äußeren Düse 43 um die äußere Oberfläche des hohlen inneren Mantels 2 a herum extru diert werden. Eine solche gleichzeitig ablaufende Extrusion von zwei Mänteln oder schichten ergibt einen einheitlichen oder integralen Mantelschlauch 2, bei dem die Grenzfläche zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel 2 a und 2 b vor dem Härten solcher Harzmaterialien verschmolzen und fest verbunden ist, vorausgesetzt, daß das Harz für den inneren Mantel 2 a und das Harz für den äuße ren Mantel 2 b das gleiche Material oder ein ähnliches Material ist und diese Materialien fest miteinander verbunden sind.

Entsprechend dem Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststoffa ser, wie es in Fig. 2 und 5 gezeigt ist, wird der entstandene Mantelschlauch 200 auf eine Spule 4 aufgewickelt, und es wird ein flüssiges einen Polymerisationsinitia tor enthaltendes Monomermaterial in den Mantelschlauch 200 eingefüllt, indem an einem seiner Enden das Monomermaterial unter Druck durch eine Öffnung eingeführt wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein solches flüssiges Monomermaterial unter Druck durch eine mit dem Behälter 3 in Verbindung stehende Leitung 8 und durch eine Drehdurchführung 9 in eine Öffnung des Mantelschlauchs 200 einge füllt, der auf der Spule 4 aufgewickelt ist und dessen Vorderöffnung verschlossen ist. Der mit dem flüssigen Monomeren beladene Mantelschlauch 200 wird von seinem Vorderende aus abgewickelt, und über die Führungsrolle 5 in ein heißes Wasserbad 6 und zu der Spule 7 geführt. Das flüssige Monomermaterial in dem durch das heiße Wasserbad 6 geführten Mantelschlauch 200 wird langsam von seinem Vorderende an unter Volumenschwund polymerisiert. Da jedoch das flüs sige Monomermaterial mit Druck beaufschlagt ist, kann die lichtleitende Kunst stoffaser aufgrund verbesserter Haftung zwischen dem Kern und dem Mantel schlauch 200 ohne Blasen oder dergleichen hergestellt werden. Weiterhin kann die Trennung zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel aufgrund der Polymerisation des Kerns und das "Schrumpfen" aufgrund von wiederholten Wärmezyklen vollständig durch die feste Bindung zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel verhindert werden. Da es weiterhin nicht erforderlich ist, auf dieser lichtleitenden Kunststoffaser eine Hülle zu bilden, kann ein Kern ohne thermische Spannungen gebildet werden, was sich in einer verbesserten lichtlei tenden Kunststoffaser mit einem niedrigen Übertragungsverlust manifestiert.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Heißwasserbad 6 zum Erhitzen des Mono mermaterials benutzt; da jedoch die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, kann auch ein Heizofen an dessen Stelle verwendet werden. Wenngleich die Erfindung anhand einer Ausführungsform erläutert worden ist, bei der ein schwer zu extrudierendes hitzehärtendes Harzmaterial als Kernmaterial eingesetzt wird, kann eine lichtleitende Kunststoffaser mit verbesserten mechanischen Eigen schaften und Übertragungseigenschaften auch unter Verwendung eines thermo plastischen Harzmaterials hergestellt werden, dessen Hitzebeständigkeit im Vergleich mit dem wärmehärtenden Harzmaterial, etwas geringer ist.

Beispiel 1

Als Mantelmaterial wird ein Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen-Harz (bezogen als FEP, NP-20 vom Daikin K.K.) verwendet.

Das Harzmaterial (FEP) wird mit einem Zwei-Schichten-Synchron-Extruder durch die Öffnung 12 a zwischen dem Verdränger 41 und der inneren Düse 42 unter Bildung eines schlauchförmigen inneren Mantels 2 a mit einem Außendurchmes ser von 1,6 mm und einer Dicke von 0,3 mm extrudiert. Gleichzeitig wird ein weiteres, 5 Gew.-% Ruß enthaltendes Harzmaterial durch eine Öffnung 12 b zwi schen der inneren Düse 42 und der äußeren Düse 43 um den schlauchartigen inne ren Mantel 2 a herum extrudiert, wodurch ein äußerer Mantel 2 b mit einem Au ßendurchmesser von 1,8 mm und einer Dicke von 0,1 mm gebildet wird. Der aus einem einheitlichen Ganzen bestehende Mantelschlauch oder Mantel 2, bei dem der innere und der äußere schlauchförmige Mantel 2 a und 2 b an ihrer Grenzfläche fest verbunden sind, hat einen Außendurchmesser von 1,8 mm und eine Dicke von 0,4 mm.

Andererseits wird als Kernmaterial eine Monomerzusammensetzung aus 70 Gew.-% Methacrylat, 10 Gew.-% Ethylenglycol-dimethacrylat und 20 Gew.% N- Butyl-acrylat verwendet, die 0,5 Gew.-% Benzoylperoxid als Polymerisationsini tiator enthält. Diese Monomerzusammensetzung wird in den oben angegebenen einheitlichen Mantelschlauch eingefüllt, dessen Vorderende verschlossen ist, und unter Beaufschlagen des Monomermaterials mit Druck von 98.1 N/cm² (10 kg/cm²) wird der verschlossene Mantelschlauch von seinem Vorderende her durch ein heißes Wasserbad 6, das auf 80°C gehalten wird, mit einer Wickelge schwindigkeit von 5 cm/min geführt, um die in den Mantelschlauch eingebrachte Monomerzusammensetzung vom Vorderende aus zu härten. Die erhaltene licht leitende Kunststoffaser besitzt die Vorteile, daß sich keine Blasen in dem Kern finden; weder zwischen dem Kern und dem inneren Mantel noch zwischen dem in neren Mantel und dem äußeren Mantel getrennte Bereiche vorliegen und eine gute Lichtdurchlässigkeit erzielt wird. Bei dem Wärmezyklustest, bei dem 50 Wärmebehandlungszyklen jeweils 1 h bei -50°C und 1 h bei 150°C durchgeführt werden, zeigt die Faser von 1 m Länge kein "Schrumpfen".

Beispiel 2

Zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststoffaser wird das in Beispiel 1 be schriebene Verfahren wiederholt, mit dem Unterschied, daß ein PFA-Harz (Perfluoralkylether-Copolymer) als äußeres Mantelmaterial verwendet wird. Die entstandene lichtleitende Kunststoffaser zeigt in dem Kernbereich keine Bla sen, weist keine Abtrennung zwischen den betreffenden Schichten und eine ver besserte Lichtleitung auf, und zeigt kein "Schrumpfen" (shrink back), sogar dann nicht, wenn sie derselben wie bei der Faser in Beispiel 1 angewandten, wiederhol ten Wärmebehandlung unterworfen wird.

Vergleichsbeispiel

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird zur Herstellung einer Kunststoffa ser wiederholt, mit dem Unterschied, daß ein innerer Mantelschlauch zuerst ex trudiert und dann ein äußerer Mantelschlauch um den entstandenen inneren Mantelschlauch herum extrudiert wird. Die entstandene lichtleitende Kunststof faser weist keine Blasen in dem Kern auf und zeigt keine Abtrennung zwischen dem Kern und dem inneren Mantelschlauch. Da jedoch der innere Mantel nicht fest mit dem äußeren Mantel verbunden ist, schrumpft der äußere Mantelteil des Mantelschlauchs, so daß der Kern und der innere Mantel 3 mm über den äußeren Mantelteil hervorragen.

Die erfindungsgemäße lichtleitende Kunststoffaser besitzt die folgenden außer gewöhnlichen Eigenschaften.

Da der gebildete Mante oder Mantelschlauch eine transparente innere Mantel schicht aufweist, die fest mit einer gefärbten, lichtundurchlässigen äußeren Mantelschicht verbunden ist, werden das Eindringen von sichtbarem Licht von außen verhindert und die Lichtabsorption durch die innere Mantelschicht unter drückt, wodurch die Übertragungseigenschaften verbessert werden. Da weiterhin die durch thermische Hysterese hervorgerufenen thermischen Spannungen an den Grenzflächen, die Ablösungen zwischen äußeren und inneren Mantelschich ten, und das durch wiederholte Wärmebehandlung hervorgerufene "Schrumpfen" im Vergleich zu herkömmlichen lichtleitenden Kunststoffasern mit einer gefärb ten um den lichtdurchlässigen Mantel angebrachten Hülle verhindert werden können, werden gleichfalls die durch diese strukturellen Mängel hervorgerufe nen Übertragungsverluste beseitigt.

Erfindungsgemäß kann die lichtleitende Kunststoffaser mit diesen verbesserten Eigenschaften ohne die oben erwähnten thermischen Spannungen zwischen den entsprechenden Mantelschichten, ohne Abtrennung und "Schrumpfen" durch gleichzeitiges Extrudieren der beiden inneren und äußeren Mantelschichten unter Bildung des integralen Mantelschlauchs hergestellt werden, wobei an schließend ein flüssiges Monomermaterial für den Kern unter Druck in den Man telschlauch eingeleitet und polymerisiert wird.

Claims

1. Lichtleitende Kunststoffaser mit einem Kern (1), aus einem transparenten Harzmaterial, und einem auf der Außenfläche des Kerns (1) ausgebildeten Mantel (2), aus einem hitzebeständigen Harzmaterial mit einem niedrigeren Brechungs index als dem des Kerns (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) aus einem transparenten inneren Mantel (2 a) und einem gefärbten, lichtundurchlässigen äußeren Mantel (2 b) besteht, wobei der innere und der äußere Mantel (2 a; 2 b) fest verbunden und miteinander vereinigt sind.

2. Lichtleitende Kunststoffaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Mantel (2 a; 2 b) Harzmaterialien der gleichen Art enthalten, welche fest miteinander verbunden werden können und durch einen gleichzeitig ablaufenden Extrusionsvorgang zu einem einheitlichen schlauch förmigen Produkt verformt werden.

3. Lichtleitende Kunststoffaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke des äußeren Mantels (2 b) zu der des inneren Mantels (2 a) etwa ¹/₃ bis ¹/₅ beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Kunststoffaser, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein erstes Harzmaterial durch eine erste Öff nung (12 a) zwischen einem Verdränger (41) und einer inneren Düse (42) zur Bil dung eines schlauchförmigen inneren Mantels (2 a); und ein zweites Harzmaterial durch eine zweite Öffnung (12 b) zwischen der inneren Düse (42) und der äußeren Düse (43) konzentrisch auf die Außenfläche dieses schlauchförmigen Mantels (2 a) zur Bildung eines äußeren schlauchförmigen Mantels (2 b) extrudiert werden, unter Bildung eines integralen Mantelschlauchs (2), bei dem der innere und der äußere schlauchförmige Mantel (2 a, 2 b) fest miteinander verbunden sind, wobei das zweite Harzmaterial mit dem ersten Harzmaterial verträglich ist und einen Farbstoff enthält;
ein für den Kern (1) verwendeter Harzvorläufer von einem Ende aus in den Hohl raum des integralen Mantelschlauches (2) diesen ausfüllend eingespritzt wird, und
das andere Ende des Mantelschlauchs (2) verschlossen wird; und
der Mantelschlauch (2) von dem verschlossenen Ende aus zur Polymerisation des Harzvorläufers unter Anwendung von Druck auf den Harzvorläufer, allmählich erhitzt wird.