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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Lichtwellenleiters mit einem Kern aus einem Methacryl- oder Acrylharz
und einer Umhtüllung
aus einem Fluorkohlenstoffharz.
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Derzeit
verfügbare
Lichtwellenleiterröhren
sind typischerweise Röhren
mit einer Umhüllung
in Form eines Fluorkohlenstoffharzrohrs, welches mit einer Flüssigkeit
als Kern gefüllt
ist. Da der Kern flüssig
ist, ist die Herstellung dieser Lichtwellenleiterröhren komplex.
Eine solche Lichtwellenleiterröhre
muß exakt
auf die notwendige Länge
hergestellt werden, da sie bei der Verwendung nicht zu einer erwünschten
Länge geschnitten werden
kann.
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Als
optische Übertragungsmedien
oder -kerne finden in jüngster
Zeit Kunststoffasern große
Beachtung aufgrund der leichten Verarbeitbarkeit und der geringen
Kosten. Das Quellenmaterial zur Bildung von Kunststoffasern, welche
als optische Übertragungsmedien
dienen können,
ist hauptsächlich
Polymethylmethacrylat (PMMA). PMMA ist im Vergleich zu Glasfasern
auf Quarzbasis leicht dehnbar. Insbesondere sind PMMA-Fasern mit
einem Durchmesser von weniger als etwa 1 mm flexibel. Stäbe mit einem
größeren Durchmesser
sind jedoch noch nie als Lichtwellenleiterkern eingesetzt worden.
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Die
EP 0 497 984 betrifft ein
Verfahren zur Herstellung eines optischen Leitermediums, hergestellt
aus einem transparenten synthetischen Harz, wobei das Medium einen
Lichtwellenleiter umfasst, der eine hohle, rohrförmige Umhüllung aus einem Fluorkohlenstoffharz
und einen Kern aus einem Methylacrylharz aufweist, welches an die
Innenoberfläche
der Umhüllung
polymerisiert und vollständig
in die Umhüllung
eingefüllt
ist.
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Die
JP 01 098641 A beschreibt
die Herstellung von Fluorkohlenstoffharzrohren, deren Außen- und/oder
Innenoberflächen
hydrophilisiert wurden durch Bestrahlen bei gleichzeitigem Inkonktaktbringen
einer wässrigen
Lösung
eines hydrophilen Monomers mit den Außen- und/oder Innenoberflächen.
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Wir
versuchten, ein Umhüllungsrohr
aus einem Fluorkohlenstoffharz mit PMMA oder einem ähnlichen Methacryl-
oder Acrylharz als Kern zu füllen.
Wenn ein Methacryl- oder Acrylmonomer einfach in die Fluorkunststoffröhre eingeführt und
in situ polymerisiert worden ist, war das resultierende Methacryl-
oder Acrylharz mit dem Fluorkunststoffrohr schwach verbunden, sodass
der Lichtwellenleiter keine zufriedenstellenden optischen Übertragungseigenschaften
zeigen würde.
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Zur
Verbesserung der Haftung eines Fluorkunststoffelements an einem
anderen Element ist es im Stand der Technik bekannt, das Fluorkunststoffelement
an seiner Oberfläche
so zu behandeln, dass es hydrophil ist.
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Solche
herkömmlichen
Behandlungen an der Oberfläche
umfassen mechanisches Aufrauhen, chemisches Ätzen, Behandlung mit metallischem
Natrium und elektrische Entladungsbehandlung, wie Plasma- und Koronabehandlungen.
Unter anderen ist die Plasma-Oberflächenbehandlung als Oberflächenbehandlung
auf Fluorkunststoffelementen bzw. -teilen interessant, da sie sauber
ist und einen größeren Bewegungsspielraum der
Oberflächenmodifikation
erlaubt. Wir haben jedoch gefunden, daß eine einfache Plasmabehandlung
von Fluorkunststoffelementen die Haftung nicht vollkommen verbesserte,
da Fluorkohlenstoffharze und Methacryl- oder Acrylharze hinsichtlich der Oberflächenenergie
beträchtlich
verschieden waren. Wenn eine Fluorkohlenstoffharzschicht auf eine
Methacryl- oder Acrylharzschicht gelegt wurde, kam es leicht zu
einer Delaminierung, selbst beim leichten Biegen. Es besteht ein
Bedarf an einer Lichtwellenleiterröhre, bei der ein Fluorkohlenstoffharz
fest an ein Methacryl- oder
Acrylharz gebunden ist.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur
Herstellung eines LIchtwellenleiters mit einer Umhüllung aus
einem Fluorkohlenstoffharz und einem Kern aus einem Metharyl- oder
Acrylharz vorzusehen, bei dem beide Komponenten fest miteinander
verbunden sind.
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Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren gemäß Anspruch
1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung
hat sich gezeigt, daß,
wenn ein Fluorkohlenstoffharzrohr mit einer pfropfpolymerisierten
Oberfläche
eines Methacryl- oder
Acrylmonomeren an dessen Innenoberfläche als Umhüllung verwendet wird und ein
Methacryl- oder Acrylmonomer in das Rohr eingeführt und in situ polymerisiert
wird, um ein Methacryl- oder Acrylharz zu bilden, das als Kern dient,
ein Lichtwellenleiter erhalten wird, bei dem der Kern fest mit der
Umhüllung
verbunden ist und welcher ausgezeichnete optische Übertragungseigenschaften
zeigt.
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Im
allgemeinen verbinden sich ein Fluorkohlenstoffharz und ein Methacryl-
oder Acrylharz aufgrund eines wesentlichen Unterschieds der Oberflächenenergie
zwischen diesen nur schlecht miteinander. Ein Lichtwellenleiter
mit einer Fluorkohlenstoffharzumhüllung und einem Methacryl- oder Acrylharzkern
unterliegt leicht einer Delaminierung zwischen der Umhüllung und
dem Kern, wenn er ein wenig gebogen wird. Bei der Untersuchung der
Haftung zwischen einem Methacryl- oder Acrylharzkern und einer Fluorkohlenstoffharzumhüllung hat
sich gemäß der Erfindung
gezeigt, daß,
wenn ein Methacryl- oder Acrylmonomer an die Innenoberfläche eines
Fluorkohlenstoffharzrohrs pfropfpolymerisiert wird und ein Methacryl-
oder Acrylmonomer auf der pfropfpolymerisierten Oberfläche polymerisiert
wird, das Methacryl- oder Acrylmonomer nicht nur mit sich selbst, sondern
ebenso mit dem Pfropfpolymer polymerisiert wird, wodurch ein Lichtwellenleiter
resultiert, bei dem das Methacryl- oder Acrylharz fest mit dem Fluorkohlenstoffharzrohr
verbunden ist.
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Insbesondere
wird durch Behandeln der Innenoberfläche einer hohlen, rohrförmigen Umhüllung aus einem
Fluorkohlenstoffharz mit einem Plasma in einer inerten Gasatmosphäre, Zuführen eines
pfropfpolymerisierbaren Methacryl- oder Acrylmonomeren zu der plasmabehandelten
Oberfläche
und Bewirken einer Pfropfpolymerisation, wodurch ein Pfropfpolymer
auf der plasmabehandelten Oberfläche
gebildet wird, und Zuführen
eines Methacryl- oder Acrylmonomeren auf das Pfropfpolymer und Bewirken
einer Polymerisation, ein Kern aus einem Methacryl- oder Acrylharz
auf dem Pfropfpolymer gebildet. Das heißt, es wird ein Lichtwellenleiter
erhalten, bei dem der Methacryl- oder Acrylharzkern eng und fest
mit der Fluorkohlenstoffharzumhüllung
verbunden ist.
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Durch
Plasmabehandlung einer Fluorkohlenstoffharzoberfläche in einer
inerten Gasatmosphäre,
insbesondere Heliumgas, wird die Fluorkohlenstoffharzoberfläche hydrophil
gemacht, das heißt
so modifiziert, daß sie für die Haftung
geeignet ist. Insbesondere die Plasmabehandlung mit Heliumgas erzeugt
Radikale an der Fluorkohlenstoffharzoberfläche, mit denen ein Methacryl-
oder Acrylmonomer mit höherer
Rate bzw. Geschwindigkeit pfropfpolymerisieren kann. Im allgemeinen
wird ein Polymerisationsinhibitor, wie Chinone, dem Methacryl- oder
Acrylmonomer zugesetzt im Hinblick auf die Lagerungsstabilität und Sicherheit
während
der Herstellung. Wenn mehr als 20 ppm eines Polymerisationsinhibitors
in dem Methacryl- oder
Acrylmonomer enthalten sind, findet keine Pfropfpolymerisation statt.
Unter Begrenzung des Polymerisationsinhibitorgehalts auf 20 ppm
oder weniger, findet selbst auf der plasmabehandelten Oberfläche keine
Pfropfpolymerisation statt, wenn eine große Menge Sauerstoff in dem
Monomer gelöst
ist. Der Gehalt an gelöstem
Sauerstoff in dem Monomer muß auf
25 mg/l oder weniger bei 20°C
begrenzt werden, bevor die Pfropfreaktion voranschreiten kann. Dann
wird eine pfropfpolymerisierte Oberfläche auf dem Fluorkohlenstoffharzelement
bzw. -teil gebildet. Wenn ein Methacryl- oder Acrylmonomer weiterhin
zugeführt
und auf der pfropfpolymerisierten Oberfläche polymerisiert wird, kann
eine Polymerisationsreaktion zwischen dem Methacryl- oder Acrylmonomer
und der gepfropften Oberfläche
stattfinden, wodurch ein Lichtwellenleiter mit einem Acrylharzkern,
welcher in einer Fluorkohlenstoffharzumhüllung eingeschlossen ist, resultiert,
wobei das Methacryl- oder Acrylharz eng und fest an das Fluorkohlenstoffharz
gebunden ist.
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Bei
der Untersuchung von Copolymeren von verschiedenen Methacryl- oder Acrylmonomeren
zur Verwendung als festen Kern, hat sich gemäß der Erfindung gezeigt, daß ein durch
Copolymerisieren von Methacrylsäure
oder n-Butylmethacrylat mit einem anderen Methacryl- oder Acrylmonomer
erhaltenes Acrylharz flexibel und lichtdurchlässig bleibt, wenn es zu einem
Stab geformt wird, und somit als Kernmaterial geeignet ist.
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Somit
wird gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung ein Lichtwellenleiter hergestellt, umfassend
eine hohle, rohrförmige
Umhüllung
aus einem Fluorkohlenstoffharz, an deren Innenoberfläche ein
Methacryl- oder Acrylmonomer pfropfpolymerisiert worden ist, und
einen Kern aus einem Methacryl- oder Acrylharz,
welches an die pfropfpolymerisierte Oberfläche polymerisiert und vollständig in
die Umhüllung
eingefüllt ist.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein Lichtwellenleiter hergestellt durch Behandeln der Innenoberfläche einer
hohlen, rohrförmigen
Umhüllung
aus einem Fluorkohlenstoffharz mit einem Plasma in einer inerten
Gasatmosphäre,
Zuführen
eines pfropfpolymerisierbaren Methacryl- oder Acrylmonomeren, welches
bis zu 20 ppm eines Polymerisationsinhibitors und bis zu 25 mg/l
gelösten
Sauerstoff bei 20°C
enthält, zu
der plasmabehandelten Oberfläche,
und Bewirken einer Pfropfpolymerisation, wodurch ein Pfropfpolymer auf
der plasmabehandelten Oberfläche
gebildet wird, und Zuführen
eines Methacryl- oder Acrylmonomeren auf das Pfropfpolymer und Bewirken
einer Polymerisation, wodurch ein Kern aus einem Methacryl- oder
Acrylharz auf dem Pfropfpolymer gebildet wird.
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Das
obige und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen verständlicher.
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1 ist ein Teilquerschnitt
eines Lichtwellenleiters, hergestellt gemäß der Erfindung.
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2 erläutert schematisch eine beispielhafte
Vorrichtung zur Bewirkung einer Plasmabehandlung auf einem Fluorkohlenstoffharzrohr.
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3 ist eine perspektivische
Ansicht einer Prüfanordnung.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird
ein exemplarischer Lichtwellenleiter, hergestellt gemäß der Erfindung,
erläutert.
Der Lichtwellenleiter umfasst eine hohle rohrförmige Umhüllung 1 aus einem
Fluorkohlenstoffharz mit einem daran pfropfpolymerisierten Methacryl-
oder Acrylmonomer an einer Innenoberfläche 2 davon. Die Umhüllung 1 ist
vollständig
mit einem Kern 3 aus einem Methacryl- oder Acrylharz gefüllt, welches
an die pfropfpolymerisierte Oberfläche polymerisiert ist.
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Das
Fluorkohlenstoffharz, aus welchem die Umhüllung 1 hergestellt
ist, umfaßt
Polytetrafluorethylen, Perfluoralkylfluorkohlenstoffharze, tetrafluorierte
Ethylen-hexafluorierte Propylen-Copolymere, Ethylen-tetrafluorierte
Ethylen-Copolymere, Polychlortrifluorethylen, Polyvinylidenfluorid
und Polyvinylfluoridharze.
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Ein
hohles Rohr wird aus einem solchen Fluorkohlenstoffharz hergestellt,
und ein Methacryl- oder Acrylmonomer wird an die Innenoberfläche des
Rohrs pfropfpolymerisiert. Das hohle Fluorkohlenstoffharzrohr mit
einem an die Innenoberfläche
pfropfpolymerisierten Methacryl- oder Acrylmonomer bildet die Umhüllung 1.
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Vor
Bildung der pfropfpolymerisierten Oberfläche wird die Innenoberfläche des
Fluorkohlenstoffharzrohrs vorbehandelt, typischerweise durch eine
Plasmabehandlung. Die Plasmabehandlung wird vorzugsweise in einer
inerten Gasatmosphäre,
beispielsweise Heliumgas, durchgeführt. Die Plasmabehandlung in
einer Heliumgasatmosphäre
ist insbesondere wirksam zur Beschleunigung der Geschwindigkeit
der nachfolgenden Pfropfpolymerisation. Hinsichtlich der Technik
und den Bedingungen der Plasmabehandlung werden keine besonderen
Beschränkungen
auferlegt. Es kann irgendeine der gut bekannten Plasmabehandlungstechniken eingesetzt
werden. Vorzugsweise wird die Plasmabehandlung in einer Heliumgasatmosphäre durch
eine Niederdruck-Plasmatechnik unter folgenden Bedingungen durchgeführt: ein
Vakuum von 1,333 bis 1333 Pa (0,01 bis 10 Torr) , eine Leistung
von 10 bis 500 W und eine Zeit von 1 Sekunde bis 30 Minuten, da
aktive Radikale an der Rohrinnenoberfläche erzeugt werden.
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Für die Plasmabehandlung
kann eine in 2 gezeigte
Vorrichtung verwendet werden. Das Fluorkohlenstoffharzrohr zur Verwendung
als Umhüllung
eines Lichtwellenleiters besitzt im allgemeinen einen Innendurchmesser
von mindestens 3 mm. Bei engen Röhren
mit einem Innendurchmesser von weniger als 10 mm, ist es jedoch
schwierig, eine elektrische Entladung innerhalb des Rohrs mittels
einer herkömmlichen
Technik zu induzieren. Ein Fluorkohlenstoffharz 13 erstreckt
sich durch eine Rei he ringförmiger
Elektroden 12, welche elektrisch alternierend mit einer
RF-Stromzufuhr 11 und der Erdung verbunden sind. Eine Tesla-Spule 14 ist stromaufwärts der
Elektroden mit Bezug auf einen Heliumgasstrom durch das Rohr 13 angeordnet.
Die RF (bzw. HF)-Stromzufuhr 11 legt an die Elektroden 12 einen
Hochfrequenzstrom an, um innerhalb des Rohrs 13 ein Plasma
zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt triggert die Tesla-Spule 14 die
Elektroden 12, um eine stabile elektrische Entladung sicherzustellen.
Bevorzugte Bedingungen umfassen eine Eingangsleistung von etwa 50 W
und eine Zeit von etwa 1 Minute, obwohl die Leistung und Behandlungszeit
von der Rohrbewegungsgeschwindigkeit abhängt.
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Als
nächstes
wird ein pfropfpolymerisierbares Methacryl- oder Acrylmonomer der
Innenseite des plasmabehandelten Fluorkohlenstoffharzrohrs zugeführt, wo
das Monomer zur Bildung eines Pfropfpolymeren pfropfpolymerisiert
wird. Nichtbeschränkende
Beispiele des pfropfpolymerisierbaren Methacryl- oder Acrylmonomeren
umfassen Acrylsäure
und Derivate davon, wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat,
Isobutylacrylat, t-Butylacrylat,
2-Ethylhexylacrylat, Laurylacrylat, Alkylacrylate, Tridecylacrylat,
Stearylacrylat, Cyclohexylacrylat, Propylacrylat, Benzylacrylat,
Isopropylacrylat, sec-Butylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat,
Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Glycidylacrylat,
Tetrahydrofurfurylacrylat, Allylacrylat, Ethylenglykoldiacrylat,
Triethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldiacrylat, 1,3-Butylenglykoldiacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, 2-Ethoxyethylacrylat, Ethoxyethoxyethylacrylat,
2-Methoxyethylacrylat, Phenoxyethylacrylat, Phenoxypolyethylenglykolacrylat
und Dimethylaminoethylacrylatmethylchloridsalz; und Methacrylsäure und
Derivate davon, wie etwa Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat,
Isobutylmethacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat,
Laurylmethacrylat, Alkylmethacrylate, Tridecylmethacrylat, Stearylmethacrylat,
Cyclohexylmethacrylat, Propylmethacrylat, Benzylmethacrylat, Isopropylmethacrylat,
sec-Butylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat,
Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Glycidylmethacrylat,
Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Allyl methacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat,
Triethylenglykoldimethacrylat, Tetraethylenglykoldimethacrylat,
1,3-Butylenglykoldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat,
2-Ethoxyethylmethacrylat, Ethoxyethoxyethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat,
Phenoxyethylmethacrylat, Phenoxypolyethylenglykolmethacrylat und Dimethylaminoethylmethacrylatmethylchloridsalz.
Eine Mischung aus solchen Monomeren ist ebenso brauchbar.
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Das
hierin verwendete pfropfpolymerisierbare Methacryl- oder Acrylmonomer
sollte die Anforderungen erfüllen,
daß der
Gehalt eines Polymerisationsinhibitors 0 bis 20 ppm und der Gehalt
an gelöstem
Sauerstoff bis zu 25 mg/l bei 20°C,
insbesondere bis zu 10 mg/l bei 20°C, betragen. Es findet keine
Pfropfpolymerisation statt, wenn der Gehalt an einem Polymerisationsinhibitor
20 ppm übersteigt
oder wenn der Gehalt an gelöstem Sauerstoff
25 mg/l bei 20°C übersteigt.
Gelöster
Sauerstoff kann von dem Methacryl- oder Acrylmonomer entfernt werden,
beispielsweise durch Wiederholen der Schritte des Gefrierens des
Monomeren mit flüssigem Stickstoff,
Evakuieren mittels einer Vakuumpumpe und Auftauen. Alternativ wird
gelöster
Sauerstoff durch Einblasen eines Inertgases, wie Stickstoff, Argon
und Helium, in das Monomer entfernt.
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Die
Pfropfpolymerisation des Methacryl- oder Acrylmonomeren wird im
allgemeinen unter Verwendung eines Polymerisationsinitiators, wie
etwa Azobisisobutyronitril (AIBN) und Benzoylperoxid (BPO), vorzugsweise
in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-% des (Gesamt)Gewichts des(r)
Monomer(en) durchgeführt. Vorzugsweise
wird die Pfropfpolymerisation im Vakuum bei einer Temperatur von
40 bis 100°C
während
etwa 1 Minute bis 10 Stunden durchgeführt.
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Die
Umhüllung
wird vollständig
bzw. integrierend mit dem Kernmaterial in Form eines Methacryl-
oder Acrylharzes gefüllt.
Unter den Gesichtspunkten der Flexibilität und Transparenz sind die
bevorzugten Kernmaterialien Copolymere aus Methylmethacrylat (MMA)
oder n-Butylmethacrylat (nBMA) mit anderen Methacryl- oder Acrylmonomeren
und Methacryl- oder
Acrylhomopolymere mit einer Glasübergangstemperatur
nahe oder unterhalb Raumtemperatur. Das andere Methacryl- oder Acrylmonomer,
welches mit MMA oder nBMA copolymerisiert werden kann, umfaßt 2-Methoxyethylacrylat
(2MTA), Triethylenglykolacrylat (CBA), Alkylmethacrylat (SLMA) und
Phenoxypolyethylenglykolacrylat (AMP-60G). Vorzugsweise werden 100
Gew.-Teile MMA mit 70 bis 100 Gew.-Teilen, insbesondere bevorzugt
80 bis 100 Gew.-Teilen des anderen Monomeren vermischt. Das Mischungsverhältnis ist
im Falle von nBMA nicht kritisch.
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Der
Kern aus Methacryl- oder Acrylharz wird gebildet durch Beschicken
des Fluorkohlenstoffharzrohrs, welches eine mit Methacryl- oder
Acrylmonomer pfropfpolymerisierte Innenoberfläche besitzt, mit Methacryl- oder Acrylmonomer,
woraufhin das Monomer in situ polymerisiert wird. Gleichzeitig mit
der Polymerisation des Methacryl- oder Acrylmonomeren wird das Methacryl-
oder Acrylharz (oder der Kern) an das Fluorkohlenstoffharzrohr (oder
Umhüllung)
gebunden. Es wird ein Lichtwellenleiter erhalten, bei dem die Umhüllung und
der Kern fest miteinander verbunden sind.
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Für diese
Polymerisation kann irgendeine der gut bekannten Polymerisationstechniken
angewandt werden. Ein Polymerisationsinitiator, wie etwa AIBN und
BPO, können
in einer Menge, wie oben erwähnt,
zugesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Massepolymerisation im
Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei etwa 40 bis 100°C während etwa
1 Minute bis 10 Stunden durchgeführt.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgende Beispiele näher erläutert.
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Beispiele 1–24 und
Vergleichsbeispiele 1–3
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Unter
Verwendung einer in 2 gezeigten
Plasma-Behandlungsvorrichtung wurden Perfluorethylenpropylencopolymer
(FEP)-Rohre mit einem Außendurchmesser
von 6 mm und Innendurchmesser von 5 mm mit einem Plasma in einer
Heliumgasatmosphäre
behandelt. Dann wurde Methyl methacrylat in die Rohre eingeführt, wo
es pfropfpolymerisiert wurde. Die Pfropfpolymerisation wurde im
Vakuum bei einer Temperatur von 60°C während 3 Stunden durchgeführt.
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Dann
wurden Methacryl- oder Acrylmonomere in einem in Tabelle 1 gezeigten
Gewichtsverhältnis
vermischt. AIBN wurde den Methacryl- oder Acrylmonomeren in einer
Menge von 0,5 Gew.-% der Monomeren zugesetzt und gründlich darin
gelöst.
Die monomere Lösung
wurde in einer Ultraschall-Reinigungsvorrichtung während 15
Minuten entlüftet
und dann in die FEP-Rohre eingeführt.
Unter Haltung der Rohre in einem Wasserbad bei 70°C wurde eine
Copolymerisation während
90 Minuten bewirkt. In den Fällen,
bei denen die Polymerisation in 90 Minuten nicht vollständig war,
wurde die Copolymerisation während
weiteren 90 Minuten fortgeführt.
In dieser Weise wurden Lichtwellenleiterröhren erhalten.
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Die
Lichtwellenleiterröhren
wurden hinsichtlich der Biegungs-Delaminierung, Haftung und Flexibilität mittels
den folgenden Verfahren geprüft.
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Jedes
Lichtwellenleiterrohr wurde zu einem Prüfling von etwa 30 cm Länge geschnitten.
Unter Verwendung einer zylindrischen Einspannvorrichtung wurde der
Prüfling
gebogen, bis ein Krümmungsradius
von 50 mm erreicht war. Zur Flexibilitätsbewertung wurden diejenigen
Prüflinge,
welche bis zur 50 mm Krümmung gebogen
werden konnten, mit gut (O) bewertet und diejenigen Prüflinge,
welche nicht bis zur 50 mm Krümmung
gebogen werden konnten, mit zurückgewiesen
(X) bewertet. Hinsichtlich der Biegungs-Delaminierungsbewertung wurde diejenigen
Prüflinge,
bei denen eine Delaminierung zwischen dem FEP-Rohr und dem Kern nach
dem Biegen auftrat, mit zurückgewiesen
(X) bewertet und diejenigen, bei denen keine Delaminierung auftrat,
mit gut (O) bewertet. Die letzteren, keine Delaminierung aufweisenden
Prüflinge
wurden weiterhin durch Einschneiden einer Längskerbe von 2 mm Breite in
das FEP-Rohr und Abziehen des Rohrs geprüft. Die Haftung wurde mit gut
(O) bewertet, wenn ein Kohäsionsbruch
in dem FEP-Rohr oder dem Kern auftrat.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Aus
der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß bei der Probe, welche nicht
der Pfropfungsbehandlung unterzogen worden ist (Vergleichsbeispiel
1) und den Proben, bei denen eine Pfropfung nicht stattgefunden
hat (Vergleichsbeispiele 2 und 3), eine Delaminierung auftrat, da
das FEP-Rohr und der Kern nicht fest verbunden waren. Diejenigen
Proben, welche pfropfbehandelt worden sind, widerstanden der Delaminierung
beim Biegen, da der Methacryl- oder Acrylharzkern fest mit der Innenoberfläche des
FEP-Rohrs verbunden war. Die Arbeitsweise wurde wiederholt unter
Verwendung von copolymeren Acrylharzen und Homopolymeren als Kernmaterial,
wobei vollkommen flexible Lichtwellenleiter mit einem fest an die
Umhüllung
gebundenen Kern erhalten wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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Referenzbeispiel
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Ein
Perfluorethylenpropylencopolymer (FEP)-Blatt von 300 μm Dicke (hergestellt
von Daikin Industry K.K.) wurde in einer Heliumgasatmosphäre bei 66,65
Pa (0,5 Torr) durch RF (13,56 MHz)-Aktivierung bei 100 W plasmabehandelt.
Die Plasmabehandlungszeit ist in Tabelle 2 angegeben. Nach der Plasmabehandlung wurde
das FEP-Blatt in einen Glasbehälter
eingebracht, welcher mit dem in Tabelle 2 gezeigten Monomer beschickt
wurde, mit flüssigem
Stickstoff zum Gefrieren der Einspeisung gekühlt und mittels einer Vakuumpumpe entlüftet wurde.
Der Glasbehälter
wurde bei Raumtemperatur zum Auftauen in Wasser eingetaucht, gründlich geschüttelt und
dann erneut eingefroren. Dieses Verfahren wurde über 3 Zyklen wiederholt. Während des Schüttelns des
Glasbehälters
in einem Bad bei einer konstanten Temperatur wie in Tabelle 2 gezeigt,
wurde eine Pfropfpolymerisation in dem Behälter unter Vakuum während eines
geeigneten Zeitraums durchgeführt.
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Auf
diese Weise wurde eine pfropfpolymerisierte Oberfläche auf
dem Fluorkohlenstoffharzblatt gebildet. Jede Probe wurde hinsichtlich
der Pfropfung durch das folgende Verfahren geprüft.
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Das
FEP-Blatt mit einer pfropfpolymerisierten Oberfläche wurde aus dem Glasbehälter entnommen und
mit einer Methylethylketon (MEK)-Lösung zur Entfernung MEK-löslicher
Komponenten unter Ultraschall gereinigt. Das Blatt wurde in einem
Vakuumtrockner bei 60°C über mehr
als eine Stunde getrocknet. Unter Verwendung eines Spektrometers
FT-IR (VALOR-III, hergestellt von Nippon Bunko K.K.), wurde das
Blatt durch die ATR-Methode (ZnSe-Prisma) daraufhin untersucht,
ob ein Pfropfpolymer auf der Oberfläche vorlag oder nicht. Das
Blatt wurde mit gut (O) bewertet, wenn ein Pfropfpolymer vorlag
und zurückgewiesen
(X), wenn kein Pfropfpolymer beobachtet wurde.
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Als
nächstes
wurde ein Methacryl- oder Acrylmonomer an die pfropfpolymerisierte
Oberfläche
polymerisiert, um die zwischen der Oberfläche und dem Methacryl- oder
Acrylharz gebildete Verbindung zu prüfen.
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Es
wurde eine wie in 3 gezeigte
Prüfanordnung
errichtet. Die Anordnung umfaßt
ein Paar Glasplatten 21 und 22. Ein Teflonrohr 23,
welches in einer U-Form gebogen ist, wird zwischen die Glasplatten 21 und 22 eingefügt und mit
den Glasplatten haftend verbunden, um dazwischen einen Raum 24 zu
definieren. FEP-Blätter 25 mit
einer pfropfpolymerisierten Oberfläche wurden innerhalb des Raums 24 an
einer Glasplatte 21 unter Verwendung eines doppelseitigen
Klebebandes befestigt. Die pfropfpolymerisierte Oberfläche zeigte in
den Raum. Ein 0,5 Gew.-% eines Polymerisationsinitiators (BPO) enthaltendes
Acrylmonomer (Methylmethacrylat, MMA) wurde in den Raum 24 gegossen.
Unter Halten der Anordnung in einem Bad bei einer konstanten Temperatur
von 70°C
wurde das Acrylmonomer bis zu einer Dicke von 4 mm polymerisiert,
wodurch das Acrylharz mit den FEP-Blättern verbunden worden ist.
Unter Verwendung eines Zugprüfmaschine-Autographen
(hergestellt von Shimaze Mfg. K.K.) wurde jede Probe durch Ziehen
mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min geprüft. Die Haftung wurde anhand
der Bruchoberfläche
und der Bindekraft bewertet. Die Proben wurden mit gut (O) bewertet,
wenn die Haftung als zufriedenstellend eingestuft wurde und mit
schlecht (X), wenn die Haftung mit schlecht eingeteilt wurde. Die
Ergebnisse sind in den Tabellen 2 bis 5 gezeigt.
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Die
Abkürzungen
in den Tabellen haben folgende Bedeutungen.
- MMA:
- Methylmethacrylat
- nBA:
- n-Butylacrylat
- 2EHA:
- 2-Ethylhexylacrylat
- SLMA:
- Alkylmethacrylat
- nBMA:
- n-Butylmethacrylat
- 2MTA:
- 2-Methoxyethylacrylat
- CBA:
- Ethoxyethoxyethylacrylat
- BzMA:
- Benzylmethacrylat
- CHMA:
- Cyclohexylmethacrylat
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Tabelle
2 zeigt die Ergebnisse der Pfropfpolymerisation hinsichtlich der
Menge eines Inhibitors in dem Monomer. Der verwendete Inhibitor
war MEHQ (Methylethylhydrochinon). Aus Tabelle 2 ist ersichtlich,
daß eine
Pfropfpolymerisation stattfindet, wenn die Menge an Inhibitor geringer
als 20 ppm ist. Hinsichtlich der Haftung ist es ersichtlich, daß das Acrylpolymer
eine feste Verbindung mit einer gepfropften Oberfläche bildet,
jedoch nicht mit einer nichtgepfropften Oberfläche.
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Tabelle
3 zeigt die Ergebnisse der Pfropfpolymerisation hinsichtlich der
Menge des in dem Monomer gelösten
Sauerstoffs. Es ist ersichtlich, daß die Pfropfpolymerisation
stattfindet, wenn die Menge des gelösten Sauerstoffs bis zu 25
mg/l beträgt.
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Tabelle
4 zeigt die Ergebnisse der Pfropfpolymerisation im Hinblick auf
die Plasmabehandlungszeit. Es ist ersichtlich, daß keine
Pfropfpolymerisation auf einer nichtgepfropften Oberfläche stattfindet,
wohingegen eine Pfropfpolymerisation auf einer gepfropften Oberfläche stattfindet,
welche schlußendlich
zu einer festen Verbindung führt.
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Tabelle
5 zeigt die Ergebnisse der Pfropfpolymerisation verschiedener Monomere
oder Monomermischungen im Hinblick auf die darin enthaltene Inhibitormenge.
Es ist ersichtlich, daß eine
Pfropfungsreaktion in Monomermischungen insoweit stattfindet, als
die Inhibitormenge auf weniger als 20 ppm beschränkt ist, und daß eine feste
Verbindung an einer gepfropften Oberfläche gebildet wird.
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Es
wurde ein Lichtwellenleiter mit einer Umhüllung aus einem Fluorkohlenstoffharz
und einem Kern aus einem Methacryl- oder Acrylharz beschrieben,
worin die Umhüllung
fest an den Kern gebunden ist. Da der Kern fest ist, kann der Lichtwellenleiter
bei der Anwendung auf jede erwünschte
Länge geschnitten
werden. Eine feste Verbindung zwischen der Umhüllung und dem Kern verhindert
die Delaminierung, selbst wenn der Lichtwellenleiter gebogen wird.
