DE60034372T2

DE60034372T2 - Kunststoff-lichtwellenleiterfasern

Info

Publication number: DE60034372T2
Application number: DE60034372T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Otake-shi TSUKAMOTO; Yasushi Otake-shi KAWAHARADA; Kikue Otake-shi IRIE; Tetsuya Otake-shi JIGAMI; Jun Toyama-shi OKUMURA; Yoshihiro Otake-shi UOZU
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: CN1250988C; DE60034372D1; WO2001048538A1; TW472160B; EP1258750B1; US20030021564A1; EP1258750A4; CN1413307A; EP1258750A1; US7142754B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Kunststoff-Lichtleitfaser mit einer geringen numerischen Apertur, geeignet zur Hochgeschwindigkeits-Kommunikation; auf ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel; und auf ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel mit einem Stecker.
STAND DER TECHNIK
Eine Kunststoff-Lichtleitfaser (nachstehend bezeichnet als „Lichtleitfaser") findet bislang praktische Verwendung bei Kurzweg-Kommunikations-Anwendungen wie Lighting, FA, OA und LAN, aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften wie geringen Kosten, geringem Gewicht, Flexibilität und großem Durchmesser, auch wenn deren Transmissions-Entfernung kürzer ist als die einer Quarz-Lichtleitfaser. Die meisten Kunststoff-Lichtleitfasern, die bislang praktische Verwendung finden, besitzen eine Kern-Hülle-Struktur mit einem Kern, hergestellt aus Polymethylmethacrylat (PMMA), und von diesen wurde bislang erwartet, dass sie als Hochgeschwindigkeits-Kommunikations-Medien in Kombination mit einer sichtbaren, roten Lichtquelle, die mit einer hohen Geschwindigkeit betriebsfähig ist, verwendet werden.
Eine Technik für das Expandieren eines Bandes in einer optischen Faser bzw. Lichtleitfaser mit einer Kern-Hülle-Struktur wurde offenbart in den JP-A 7-239420 und WO 96/36894 , wo ein Band in einer optischen Faser expandiert wird durch Verringern einer Differenz in einem Brechungsindex zwischen einem Kern und einer Hülle, um eine numerische Apertur in der Lichtleitfaser zu verringern (NA-Verringerung). Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Lichtleitfasern haben ein verbessertes Transmissions-Band bei einer Transmissions-Distanz von 50 m bis 200 MHz, durch Verringern einer numerischen Apertur auf etwa 0,3.
Zahlreiche Hüllen bzw. Hülsen bzw. Mantel (clad) wurden vorgeschlagen für eine solche Lichtleitfaser. Beispielsweise haben die JP-A 7-239420 , JP-A 9-101423 und JP-A 9-159844 offenbart eine Hülle, hergestellt aus 1 bis 30 Gew.-% eines langkettigen Fluoralkylmethacrylats, 1 bis 20 Gew.-% eines kurzkettigen Fluoralkylmethacrylats und 50 bis 98 Gew.-% Methylmethacrylat, und mit einem MI-Wert von 5 bis 60 g/10 min. JP-A 11-133252 hat offenbart eine Hülle, hergestellt aus einem langkettigen Fluoralkylmethacrylat und Methylmethacrylat. JP-A 10-221543 hat offenbart eine Hülle, hergestellt aus 10 bis 40 Mol% eines kurzkettigen Fluoralkylmethacrylats und 60 bis 90 mol% Methylmethacrylat. Diese Hüllen weisen allerdings eine unzureichende Festigkeit auf.
Dagegen haben die JP-A 8-101316 und JP-A 10-104455 als Lichtleitfaser mit einer Hülle, die eine höhere Festigkeit besitzt, eine Lichtleitfaser offenbart mit einer Hülle, hergestellt aus einem Vinylidenfluoridpolymer oder einem Polymergemisch. Beim Herstellen einer Lichtleitfaser mit einer geringen numerischen Apertur, die eine solche Hülle verwendet, wird ein Vinylidenfluoridpolymer verwendet als Gemisch mit Polymethylmethacrylat (PMMA), weil das Polymer selbst einen geringen Brechungsindex besitzt. Allerdings besitzt eine solche Lichtleitfaser Beeinträchtigungen wie eine beträchtlich verringerte Transparenz und einen Anstieg im Transmissions-Verlust, beim Biegen der Lichtleitfaser.
Als Technik für das Verbessern der Festigkeit einer Hülle, hergestellt aus einem Fluoralkylmethacrylatpolymer, haben die JP-B 7-11604 und JP-B 7-11605 und die JP-A 1-76003 , JP-A 1-105205 , JP-A 1-223104 , JP-A 3-062809 und JP-A 4-051206 offenbart, dass eine 2-(Perfluoroctyl)Ethylmethacrylat-Einheit (bezeichnet als „17FM") als ein Kautschukbestandteil hinzugefügt wird zu einem Copolymer für eine Hülle, um die Festigkeit der Hülle zu verbessern. Die 17FM-Einheit verringert allerdings einen Brechungsindex des Copolymers. Wenn daher ein Copolymer die 17FM-Einheit in einer höheren Menge für das Verbessern der Festigkeit der Hülle enthält, wird ein Brechungsindex des Copolymers verringert, so dass eine Lichtleitfaser unter Verwendung des Copolymers als eine Hülle eine erhöhte numerische Apertur besitzen kann.
Somit wurde die Festigkeit einer Hülle nicht adäquat verbessert in einer Lichtleitfaser mit einem geringeren Transmissionsverlust und einer geringeren numerischen Apertur. Daher bestand ein Problem, dass beim Halten einer solchen Lichtleitfaser in einer aufgespulten Form (bobbin-wound form), gewöhnlich beim Lagern oder beim Liefern, ein Transmissionsverlust der Lichtleitfaser erhöht wird.
Dokument JP-A-63 180 907 beschreibt eine Kunststoff-Lichtleitfaser, in der der Hüllen-Bestandteil zusammengesetzt ist aus einem Polymer, erhalten durch Copolymerisieren eines Gemisches von Methacrylestern, umfassend ein fluoriertes Alkylmethacrylat, Methylmethacrylat, und eine cycloaliphatische Kohlenwasserstoffgruppe im Ester-Rest. Auf diese Weise wird eine verbesserte Transparenz der Lichtleitfaser beibehalten, und die Flexibilität, die Verarbeitbarkeit und die Wärmebeständigkeit werden verbessert.
Dokument JP-A-2 029 408 offenbart einen transparenten Kunststoff, umfassend ein Polymer, erhalten durch Vermischen eines Methacrylats mit einer 10C-alizyklischen Kohlenwasserstoffgruppe als Substituent, eines Fluoralkylmethacrylats und eines Methylmethacrylats.
Dokument JP-A-7 239 420 offenbart eine Kunststoff-Lichtleitfaser, bestehend aus 1–30 Gew.-% eines langkettigen Fluoralkylmethacrylats, 1–20 Gew.-% von mindestens einer Art, gewählt aus kurzkettigen Fluoralkylmethacrylaten, und 50–98 Gew.-% Methylmethacrylat.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist, eine Kunststoff-Lichtleitfaser bereitzustellen, ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel und ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel mit einem Stecker, wobei jedes von diesen einen verringerten Transmissionsverlust aufweist, den Anstieg im Transmissionsverlust minimiert, auch wenn diese in einer aufgespulten Form (bobbin-wound form) gehalten werden, einen verringerten Biegungs-Verlust (bend-loss) aufweisen und Breitbanddaten übermitteln können.
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Kunststoff-Lichtleitfaser, wie in Anspruch 1 definiert.
Diese Erfindung bezieht sich auch auf ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel, umfassend die obige Kunststoff-Lichtleitfaser, die mit einer Beschichtung beschichtet ist.
Diese Erfindung bezieht sich auch auf ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel mit einem Stecker, worin ein Stecker bei mindestens einem Ende des obigen Kunststoff-Lichtleitfaserkabels angebracht ist.
Eine Lichtleitfaser, ein Lichtleitfaserkabel und ein Lichtleitfaserkabel mit einem Stecker gemäß dieser Erfindung besitzen einen verringerten Transmissionsverlust, minimieren den Anstieg im Transmissionsverlust, auch bei Vorliegen in einem aufgespulten Zustand, besitzen einen verringerten Biegungsverlust und können Breitbanddaten übermitteln.
BESTER MODUS FÜR DAS AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden ausführlich beschrieben.
Eine Lichtleitfaser oder ein Lichtleitfaserkabel wurden häufig in einer aufgespulten Form verfrachtet, wie es bei anderen Fasermaterialien der Fall ist. Eine häufig verwendete Spule hat einen Aufbau, bei dem ein Zylinder mit einem Querschnitt-Durchmesser (Hüllendurchmesser) von etwa 10 bis 40 cm an beiden Enden Krempen bzw. Ränder besitzt, angesichts des Verhinderns von Beschädigung bei der Lichtleitfaser und dem Verbessern der Eigenschaften der Handhabung. Vorzugsweise wird eine Lichtleitfaser um eine Spule gewunden mit einem engen Abstand zwischen den Lichtleitfasern (Abstand) und einer Spannung, die so gering wie Möglich ist, innerhalb des Bereiches, in dem ein Aufwinden nicht beeinträchtigt wird, um verschlechterte Eigenschaften infolge von Beschädigung bei der Lichtleitfaser zu verhindern, wie beispielsweise beschrieben in JP-A 1-321259 . Geeignete Vorrichtungen für das Aufwinden einer Lichtleitfaser um eine Spule unter Kontrollieren einer Spannung schließen diejenigen ein mit Strukturen, bei denen eine Lichtleitfaser gewunden wird unter Kontrollierens einer Spannung in der Lichtleitfaser mit einer Spannungswalze oder einem Drehmomentmotor, und Durchqueren einer Führung oder einer Spule.
Eine geeignete Windungsspannung hängt ab von zahlreichen Faktoren wie dem Durchmesser einer Lichtleitfaser oder eines Kabels, das aufgewunden werden soll, und dem Hüllendurchmesser einer Spule, ist aber vorzugsweise etwa mehrere hundert gf für das Aufwinden einer Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von 1 mm, und mehrere hundert bis etwa 700 gf für das Aufwinden eines Einzelhüllen-Faserkabels mit einem Durchmesser von 2,2 mm, unter Verwendung einer Spule mit einem Hüllendurchmesser von 20 cm.
In den vorstehend vorgeschlagenen Lichtleitfasern mit einer geringeren NA wird ein Transmissionsverlust während einer langfristigen Lagerung während des Aufgewickeltseins um eine Spule erhöht, wie obenstehend beschrieben. Diese Tendenz ist bedeutsamer bei einer Lichtleitfaser mit einem geringeren Transmissionsverlust.
Angesichts dieser Probleme stellt diese Erfindung eine Kunststoff-Lichtleitfaser bereit mit einer numerischen Apertur von 0,35 oder weniger und einem Transmissionsverlust von 150 dB/km oder weniger, wobei ein Anstieg in einem Transmissionsverlust 80 dB/km oder weniger ist, weiter bevorzugt 70 dB/km oder weniger, wenn die Kunststoff-Lichtleitfaser erwärmt wird bei 60°C für 24 Stunden während des Aufgewickeltseins unter einer Windungsspannung von 700 gf um einen Umfang eines Zylinders mit einem Querschnitts-Durchmesser von 20 cm.
Ein Lichtleitfaserkabel gemäß dieser Erfindung, umfassend die obige Lichtleitfaser, die mit einer Beschichtung beschichtet ist, besitzt einen Anstieg in einem Transmissionsverlust von 80 dB/km oder weniger, vorzugsweise 50 dB/km oder weniger, wenn die Lichtleitfaser bei 60°C für 24 Stunden erwärmt wird während des Aufgewickeltseins unter einer Windungsspannung von 1000 gf um einen Umfang eines Zylinders mit einem Querschnitts-Durchmesser von 20 cm.
Eine solche Lichtleitfaser oder ein solches Lichtleitfaserkabel gemäß dieser Erfindung besitzt einen geringeren Anstieg im Transmissionsverlust, sogar nach einer langfristigen Lagerung, z.B. ein Jahr oder länger, während des Aufgewickeltseins um eine Spule, und kann in einfacher Weise gehandhabt werden. In dieser Erfindung wird ein Transmissionsverlust in einer Lichtleitfaser oder einem Lichtleitfaserkabel bestimmt unter Verwendung von Licht bei einer Wellenlänge von 650 nm und einem antreibenden bzw. ansteuernden NA von 0,1.
Eine Lichtleitfaser gemäß dieser Erfindung kann eine bekannte Struktur besitzen; beispielsweise eine Lichtleitfaser vom SI-Typ mit einer Kern-Hülle-Struktur, eine Lichtleitfaser vom GI-Typ, in der ein Brechungsindex allmählich verringert wird vom Zentrum bis zum Umfang, eine mehrschichtige Lichtleitfaser, in der ein Brechungsindex in einem Kern schrittweise verringert wird vom Zentrum bis zu einem Umfang, und eine Multikern-Lichtleitfaser, in der mehrere Inseln integriert sind, während sie voneinander durch ein gemeinsames Meer getrennt sind. Eine mehrschichtige Lichtleitfaser wird bevorzugt für das Durchführen einer Hochgeschwindigkeits-Signal-Transmission durch Expandieren eines Lichtleitfaser-Bandes. In dieser Erfindung ist ein Kern ein Teil, durch den ein propagierendes Licht hauptsächlich innerhalb einer Lichtleitfaser hindurchgeht, und eine Hülle ist ein Teil, der angeordnet ist über dem Umfang des Kerns für das Reflektieren und Brechen eines Lichts, um das Licht innerhalb des Kerns zu begrenzen. Die Hülle kann zwei oder mehr Schichten umfassen. Wenn die Inseln allein Kerne in einer Multikern-Lichtleitfaser umfassen, spielt das Meer eine Rolle einer Hülle.
In dieser Erfindung wird eine numerische Apertur einer Lichtleitfaser vorzugsweise eingestellt auf 0,35 oder weniger, weiter bevorzugt 0,3 oder weniger, für das Expandieren eines Transmissionsbandes, während sie vorzugsweise 0,2 oder mehr ist für die Verbesserung eines Biegungsverlustes und der Verbindungseigenschaften. Eine numerische Apertur (nachstehend bezeichnet als „NA"), die hierin verwendet wird, ist ein Parameter NA = (n_core ² – n_clad ²)^0,5, wobei n_core und n_clad jeweils Brechungsindizes eines Kerns und einer Hülle sind.
Eine Lichtleitfaser gemäß dieser Erfindung kann hergestellt werden durch ein bekanntes Verfahren wie ein Multikomponenten-Schmelzspinnen.
Der Umfang der Lichtleitfaser kann mit einer Schutzschicht beschichtet sein. Die durch eine Schutzschicht beschichtete Struktur wird bevorzugt, weil mehr Licht in die Lichtleitfaser aufgenommen werden kann, und die mechanischen Eigenschaften der Lichtleitfaser können verbessert werden durch ein geeignetes Auswählen eines Schutzschichtmaterials mit guten dynamischen Eigenschaften. Eine Schutzschicht, die hierin verwendet wird, ist eine optisch transparente Schicht; insbesondere eine Schicht, angeordnet auf dem äußersten Umfang einer Lichtleitfaser, die Reflexion und Brechung eines Lichts während des Übermittelns des Lichts durch die Lichtleitfaser beisteuern kann.
Das Schutzschicht-Überziehen kann durchgeführt werden durch ein Multikomponenten-Schmelzspinnen eines Kerns und einer Hülle auf gleichzeitige Weise. Alternativ kann es erzeugt werden durch Durchlaufen einer Lichtleitfaser durch eine Lösung eines Schutzschichtmaterials in einem Lösungsmittel und danach Verdampfen des Lösungsmittels.
Ein Lichtleitfaserkabel gemäß dieser Erfindung kann hergestellt werden durch Anordnen bzw. Abscheiden einer Beschichtung über dem Umfang der obigen Lichtleitfaser. Die Beschichtung kann angeordnet bzw. abgeschieden werden über dem Umfang der Lichtleitfaser durch ein bekanntes Verfahren, das in geeigneter Weise gewählt werden kann in Abhängigkeit von einem Beschichtungsmaterial, aber angesichts der Verarbeitbarkeit wird ein Schmelzüberziehen unter Verwendung einer T-förmigen Form und ein Beschichten bevorzugt.
Ein Kern in der Lichtleitfaser gemäß dieser Erfindung kann hergestellt sein aus einem bekannten Material wie einem Methylmethacrylat-Homopolymer (PMMA), einem Copolymer, hauptsächlich zusammengesetzt aus einer Methylmethacrylat-Einheit, einer Vielfalt von Methacrylat-Polymeren und Polycarbonaten. Für das bereitstellen einer Lichtleitfaser mit guter Transmission bzw. Durchlässigkeit wird bevorzugt, PMMA oder ein Copolymer, das hauptsächlich aus einer Methylmethacrylat-Einheit zusammengesetzt ist, als Kernmaterial zu verwenden. Das Copolymer, das hauptsächlich aus einer Methylmethacrylat-Einheit zusammengesetzt ist, umfasst vorzugsweise 50 Gew.-% oder mehr, weiter bevorzugt 70 Gew.-% oder mehr der Methylmethacrylat-Einheit.
Eine Hülle für eine Lichtleitfaser gemäß dieser Erfindung ist vorzugsweise hergestellt aus einem Copolymer gemäß dieser Erfindung, wobei eine Bruch-Abweichung (rupture deflection) 7,5 mm oder mehr ist, bestimmt durch den ASTM D790 Biegungstest [Teststück-Abmessungen: 5 Inch (12,7 cm) (Länge) × 0,25 Inch (1,27 cm) (Breite) × 0,25 Inch (0,635 cm) (Dicke); Entfernung zwischen Trägern: 10 cm; Kopfgeschwindigkeit: 3 mm/min].
Zwei Kräfte werden angewandt bei einer Lichtleitfaser, die um eine Spule gewunden ist, d.h. eine Spannung entlang der Achse der Lichtleitfaser, und eine Kraft aus einer Spule, während die Lichtleitfaser auf die Spule gepresst wird (Druck bzw. Beanspruchung). Der ASTM D790 Biegungstest bewertet Elastizität und Brucheigenschaften, während das Material gebogen wird durch Anwenden einer Belastung bei dem Zentrum zwischen den beiden Trägern an den Enden eines Teststücks. In diesem Test ist die bei dem Teststück angewandte Kraft ähnlich in der Richtung zu der Kraft, die bei der um die Spule gewundenen Lichtleitfaser angelegt ist. Somit kann ein Copolymer, dessen Bruchabweichung 7,5 mm oder mehr ist, bestimmt durch den Biegungstest, als eine Hülle für eine Lichtleitfaser verwendet werden, um Haarrisse zu vermeiden, erzeugt an einer Kern-Hülle-Grenzfläche in der um die Spule gewundenen Lichtleitfaser, bei der die obige Spannung und Beanspruchung angewandt wird, oder Risse oder Bruch in der Hülle infolge von Wachsen der Haarrisse, und daher kann ein Anstieg im Transmissionsverlust in effizienter Weise in der Lichtleitfaser während einer langfristigen Lagerung verringert werden, während diese um die Spule gewunden ist. Die Bruchabweichung, wie durch den obigen Test für das Copolymer gemäß dieser Erfindung bestimmt, ist vorzugsweise 9 mm oder mehr.
Beim Verwenden eines Copolymers gemäß dieser Erfindung als eine Hülle in einer Lichtleitfaser, insbesondere während des Verwendens von PMMA als Kern, ist ein Brechungsindex des Copolymers vorzugsweise 1,45 oder mehr, weiter bevorzugt 1,455 oder mehr für das adäquate Verringern einer numerischen Apertur der Lichtleitfaser, und Verbessern eines Transmissionsbandes der Lichtleitfaser. Da ein übermäßig hoher Brechungsindex dazu neigt, den Biegungsverlust in der Lichtleitfaser zu erhöhen, ist ein Brechungsindex des Copolymers gemäß dieser Erfindung vorzugsweise 1,477 oder weniger, insbesondere beim Verwenden von PMMA als Kern.
Ein Copolymer mit einem höheren Brechungsindex, der eine hohe Bruchabweichung aufweist, wie durch den obigen Test bestimmt, ist ein Copolymer, hergestellt durch Polymerisieren einer Vinylverbindung (A), die ein Homopolymer ergibt mit einem Brechungsindex von 1,50 oder mehr, ein Fluoralkyl(meth)acrylat (B), dargestellt durch Formel (1) und Methylmethacrylat (C). Diese Monomere können durch ein bekanntes Verfahren polymerisiert werden. Ein Gewichtsverhältnis Monomer (A) Bestandteil/Monomer (B) Bestandteil ((A)/(B)) im Copolymer ist innerhalb des Bereiches 0,2 bis 1.
Im Copolymer gemäß dieser Erfindung wird eine Vinylverbindung, die ein Homopolymer mit einem Brechungsindex von 1,50 oder mehr ergibt, als Copolymerbestandteil hinzugefügt, um einen Anteil der Methylmethacrylat-Einheit zu verringern, was die Rigidität erhöht, und um einen Anteil der Fluoralkyl(meth)acrylat-Einheit zu erhöhen, was die Flexibilität erhöht, während des Beibehaltens eines höheren Brechungsindex als ein Copolymer. Somit kann das Copolymer so gestaltet werden, dass es eine verbesserte Festigkeit und einen optimalen Brechungsindex innerhalb des obigen Bereiches aufweist beim Verwenden des Copolymers als Hülle in einer Lichtleitfaser.
Beispiele eine Vinylverbindung (A), die ein Homopolymer mit einem Brechungsindex von 1,50 oder mehr ergibt, schließen ein (Meth)acrylate und aromatische Vinylverbindungen.
Beispiele eines (Meth)acrylats, das ein Homopolymer mit einem Brechungsindex von 1,5 oder mehr ergibt, schließen ein Methacrylate einer aromatischen Gruppe wie Benzylmethacrylat, Phenylmethacrylat, Phenethylmethacrylat und Naphthylmethacrylat; Methacrylate mit einer chlorierten Estergruppe; und Methacrylate mit einer alicyclischen Gruppe wie Adamantylmethacrylat und Tricyclodecylmethacrylat (Hitachi Chemical Co. Ltd., FA513M). Unter anderem wird Benzylmethacrylat bevorzugt, weil sein Homopolymer eine geeignete Flexibilität und Wärmebeständigkeit aufweist, und einen höheren Brechungsindex von 1,568 besitzt, wobei ein Anteil der Methylmethacrylat-Einheit im Copolymer verringert werden kann unter Erhöhen eines Anteils der Fluoralkyl(meth)acrylat-Einheit, sowie eine gute Reaktivität mit Methylmethacrylat hat, so dass die Transparenz des Copolymers verbessert werden kann.
Die (Meth)acrylat-Einheit, die ein Homopolymer mit einem Brechungsindex von 1,50 oder mehr ergibt, ist im Copolymer vorzugsweise enthalten bei 4 Gew.-% oder mehr, weiter bevorzugt 10 Gew.-% oder mehr, für das Verbessern der Flexibilität und der mechanischen Eigenschaften des Copolymers, wobei 40 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt 30 Gew.-% oder weniger, für das Verbessern der optischen Eigenschaften wie der Transparenz im Copolymer bevorzugt werden.
Beispiele einer aromatischen Vinylverbindung, die ein Homopolymer mit einem Brechungsindex von 1,50 oder mehr ergibt, schließen ein Styrol, 4-Methoxy-2-methylstyrol, o-Methylstyrol, o-Methoxystyrol, p-Methoxystyrol, o-Chlorstyrol und 2,6-Dichlorstyrol. Da ein solches Homopolymer einen höheren Brechungsindex hat, kann es, obwohl es brüchig ist, hinzugefügt werden, um einen Anteil der Methylmethacrylat-Einheit im Copolymer zu verringern, während der Erhöhung eines Anteils der Fluoralkyl(meth)acrylat-Einheit als Kautschukbestandteil, so dass die Festigkeit des in einer Hülle verwendeten Copolymers beträchtlich verbessert werden kann. Unter anderem wird Styrol bevorzugt, weil es ein Homopolymer mit einem besonders hohen Brechungsindex von 1,591 ergibt.
Die aromatische Vinylverbindung kann im Copolymer enthalten sein bei vorzugsweise 4 Gew.-% oder mehr, weiter bevorzugt 6 Gew.-% oder mehr, für das Erhöhen eines Brechungsindex des Copolymers und Erhöhen eines Anteils von Monomer (B), um die Flexibilität zu verbessern, wobei 25 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger bevorzugt werden für das Verringern von Brüchigkeit aufgrund der aromatischen Vinylverbindung, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Für das Verbessern der mechanischen Eigenschaften des Copolymers hat die Fluoralkylgruppe (Rf) im Fluoralkyl(meth)acrylat (B), dargestellt durch Formel (1), vorzugsweise mindestens 7 Kohlenstoffatome und mindesten 13 Fluoratome, während für das Verbessern von Transparenz des Copolymers bis zu 14 Kohlenstoffatome und bis zu 25 Fluoratome bevorzugt werden. Ein solches Fluoralkyl(meth)acrylat (B) kann ein geeignetes bekanntes Monomer sein, einschließlich 2-(Perfluoroctyl)ethylmethacrylat, 2-(Perfluorhexyl)ethylmethacrylat und 2-(Perfluordecyl)ethylmethacrylat. Ein Anteil der Fluoralkyl(meth)acrylat (B) Einheit im Copolymer ist vorzugsweise 15 Gew.-% oder mehr für das Verbessern der Flexibilität und der mechanischen Eigenschaften des Copolymers, wobei 60 Gew.-% oder weniger für das Verbessern der Transparenz und der Wärmebeständigkeit bevorzugt sind.
Ein Gewichtsverhältnis Vinylverbindung (A)/Fluoralkyl(meth)acrylat (B) Bestandteil ((A)/(B)) im Copolymer ist innerhalb des Bereiches von 0,2 bis 1. Wenn es weniger als 0,2 ist, kann die Flexibilität des Copolymers verschlechtert sein, so dass ein Anstieg eines Transmissionsverlustes infolge des Haltens der Faser um eine Spule, bei Verwendung dieser als Hülle in der Lichtleitfaser, in unzureichender Weise verringert werden kann. Wenn es mehr als 1 ist, können die mechanischen Eigenschaften des Hüllen-Polymers verschlechtert werden.
Ein Anteil der Methylmethacrylat-Einheit (C) im Copolymer ist vorzugsweise 10 Gew.-% bis 70 Gew.-%, weiter bevorzugt 10 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Wenn ein Anteil des Methylmethacrylats (C) weniger als 10 Gew.-% ist, kann die Thermolysebeständigkeit des Copolymers verringert werden. Wenn er mehr als 70 Gew.-% ist, kann die Rigidität des Copolymers zu hoch werden, um den Anstieg eines Transmissionsverlustes infolge des Haltens der Lichtleitfaser um die Spule in ausreichender Weise zu verringern.
Daneben kann ein Copolymer, hergestellt durch Polymerisieren eines Monomers (A), eines Monomers (B) und eines Monomers (C), ein Copolymer gemäß dieser Erfindung, das eine hohe Bruchabweichung aufweist und einen höheren Brechungsindex hat, wie durch den obigen Test bestimmt, vorzugsweise ein Copolymer sein, das das (Meth)acrylat, dargestellt durch Formel (2), oder die Methylacrylat-Einheit (D) umfasst. Ein Homopolymer von Monomer (D) hat einen relativ hohen Brechungsindex, während es eine geringe Glasübergangstemperatur hat und eine sehr hohe Flexibilität aufweist, und daher kann das Copolymer die Monomer-Einheit (D) umfassen, um die Flexibilität und die mechanischen Eigenschaften des Copolymers zu verbessern. Des Weiteren kann die Methylacrylat-Einheit hinzugefügt werden als die Monomer-Einheit (D), um die Thermolysebeständigkeit des Copolymers zusätzlich zu den obigen Effekten zu verbessern.
Es wird bevorzugt, dass das Copolymer, umfassend die Monomer-Einheit (D), auch umfasst das Monomer (B), dargestellt durch Formel (1), und die Monomer-Einheit (C). Die Monomer-Einheit (B) und die Monomer-Einheit (C) kann hinzugefügt werden, um ein Copolymer mit einem höheren Brechungsindex bereitzustellen, das verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist. Zusätzlich zu diesen Monomereinheiten kann die Monomer-Einheit (A) auch enthalten sein, um einen Anstieg eines Anteils der Monomer-Einheit (B) mit guten mechanischen Eigenschaften für das weitere Verbessern der mechanischen Eigenschaften des Copolymers zu erhöhen.
Beim Verwenden eines (Meth)acrylats als Monomer (D) hat die Alkylgruppe in dem (Meth)acrylat (D) vorzugsweise 2 bis 4 Kohlenstoffatome für das Verbessern der Flexibilität des Copolymers. Ein solches (Meth)acrylat (D) kann ein bekanntes Monomer sein, einschließlich Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Isopropylacrylat, Isopropylmethacrylat, n-Butylacrylat, i-Butylacrylat, t-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, i-Butylmethacrylat und t-Butymethacrylat.
Ein Anteil der Monomer-Einheit (D) im Copolymer ist vorzugsweise 1 Gew.-% oder mehr, weiter bevorzugt 5 Gew.-% oder mehr, für das Verbessern der Flexibilität und der mechanischen Eigenschaften des Copolymers, wobei 60 Gew.-% oder weniger bevorzugt sind, weiter bevorzugt 30 Gew.-% oder weniger für das Verbessern der Transparenz des Copolymers. Wenn das Copolymer das Monomer (A), das Monomer (B) oder die Monomer-Einheit (C) allein oder in Kombination von zweien oder mehreren umfasst, sind die Anteile der individuellen Monomereinheiten vorzugsweise innerhalb der Bereiche, wie für das Copolymer, umfassend das Monomer (A), das Monomer (B) oder die Monomer-Einheit (C) beschrieben.
Das Copolymer gemäß dieser Erfindung kann weiter einen Copolymerbestandteil umfassen, der aus einem weiteren Monomer zusammengesetzt ist. Ein solches Monomer kann beispielsweise Methacrylsäure für das Verbessern der Haftfähigkeit in einer Kern-Hülle-Grenzfläche sein, beim Verwenden eines Copolymers als Hüllenmaterial. Das Copolymer kann bei Bedarf umfassen ein kurzkettiges Fluoralkyl(meth)acrylat wie Trifluorethylmethacrylat, Tetrafluorpropylmethacrylat und Pentafluorpropylmethacrylat und/oder eine Monomereinheit wie Maleimid und Maleinsäureanhydrid.
Ein Schutzmaterial kann jedes geeignete Material sein und ist vorzugsweise ein Polymer, das hauptsächlich eine Vinylidenfluorid-Einheit umfasst, das sowohl gute mechanische Eigenschaften, als auch gute Barriereeigenschaften gegenüber Verbindungen von geringem Molekulargewicht aufweist. Die Vinylidenfluorid-Einheit ist im Polymer vorzugsweise enthalten zu 50 Mol% oder mehr, weiter bevorzugt 80 Mol% oder mehr.
Ein Beschichtungsmaterial, verwendet in einem Lichtleitfaserkabel gemäß dieser Erfindung, kann gewählt sein in Abhängigkeit von einem gewünschten Effekt wie einer Verbesserung in der Wettebeständigkeit oder der Wärmebeständigkeit; beispielsweise Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid, chloriertes Polyethylen und zahlreiche UV-härtbare Harze, vorzugsweise thermoplastische Harze. Für das Verbessern der Wärmebeständigkeit kann ein Polyamid, Kevlar oder ein Silikonharz in geeigneter Weise verwendet werden.
Ein Lichtleitfaserkabel mit einem Stecker gemäß dieser Erfindung hat einen Aufbau, bei dem ein bekannter Stecker an einem oder an beiden Enden des obigen Lichtleitfaserkabels angeordnet ist.
Beispiele
Diese Erfindung wird ausführlicher mit Bezug auf Beispiele beschrieben, in denen die Bewertungen und Messungen wie folgt durchgeführt worden sind.
Schmelzindex (MI)
Die Menge eines Polymers, entladen aus einer Formdüse mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Länge von 8 mm bei 230°C für 10 min unter einer Belastung von 5 kg, wurde bestimmt in Gramm.
Brechungsindex
Ein Film-Teststück mit einer Dicke von 200 μm wurde hergestellt unter Verwendung einer Schmelzpresse, und dessen Brechungsindex wurde bestimmt für die Natrium-D-Linie bei Raumtemperatur (25°C) unter Verwendung eines Abbe-Refraktometers.
Biegungstest
Dieser Test wurde durchgeführt gemäß dem ASTM D790 Biegungstest. Unter Verwendung einer Injektionsformungsmaschine 75MS, hergestellt von Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., wurde ein Teststück erzeugt mit einer Länge von 5 Inch (12,7 cm), einer Breite von 0,5 Inch (1,27 cm) und einer Dicke von 0,25 Inch (0,635 cm). Danach wurde unter Verwendung von TENSILON/UTM I2500, hergestellt von Toyo Boldwin Inc., das Teststück an zwei Punkten mit einer Zwischenstützungs-Distanz von 10 cm gestützt. Während das Teststück danach an seinem Zentrum bei einer Kopfgeschwindigkeit von 3 mm/min gepresst wurde, wurde seine Bruchabweichung bestimmt.
Transmissionsverlust
Ein Transmissionsverlust wurde bestimmt bei einem antreibenden NA = 0,1 für eine Wellenlänge von 650 nm durch ein 25 m–5 m Cutback-Verfahren.
Transmissionsband
Ein Lichtleitfaserkabel von 50 m Länge wurde hergestellt, und sein Transmissionsband wurde bestimmt für –3 dB Band bei einer antreibenden NA = 0,25 und einer Wellenlänge von 650 nm durch eine Impuls-Ansprech-Technik unter Verwendung eines abfragenden Oszilloskops.
Wiederholte Biegungs-Bruch-Anzahl
Während des Belastens von 500 g an einem Ende eines Lichtleitfaserkabels von 4 m Länge wurde das Zentrum des Lichtleitfaserkabels sandwichförmig angeordnet mit zwei kreisförmigen Röhren mit einem Durchmesser von 15 mm, das andere Ende des Lichtleitfaserkabels wurde zu einem kreisförmigen Rohr bewegt, das Lichtleitfaserkabel wurde um den Umfang des kreisförmigen Rohrs gewunden, so dass das Lichtleitfaserkabel um 90° gebogen wurde, danach wurde das Kabel zu dem anderen kreisförmigen Rohr bewegt, das Kabel wurde um den Umfang des kreisförmigen Rohres gewunden, so dass es um 90° gebogen wurde, d.h. das Lichtleitfaserkabel wurde um 180° insgesamt an beiden Enden gebogen. Die Prozedur wurde wiederholt, um die Anzahl des Biegens zu bestimmen, wenn das Lichtleitfaserkabel gebrochen wurde, wobei das Biegen um 180° insgesamt, wie oben stehend beschrieben, als ein Biegen gezählt wurde.
Biegungsverlust
Ein Lichtleitfaserkabel von 11 m Länge wurde verwendet. Während des Einführens eines Lichtes von einem Ende des Lichtleitfaserkabels wurde das Lichtleitfaserkabel um 90° mit einem Radius von 25 mm bei jedem der 10 Punkte bei Intervallen von 1 m gebogen. Während des Biegens und Haltens des Kabels auf einer Linie wurde die Lichtmenge, die aus dem anderen Ende des Lichtleitfaserkabels emittiert wurde, bestimmt. Ein Lichtmengenunterschied zwischen diesen Strahlen wurde verwendet, um einen Biegungsverlust abzuschätzen.
Vergleichsbeispiel 1
Zu einer Monomerlösung von 25 Gew.-% eines 2-(Perfluoroctyl)ethylmethacrylats, 74 Gew.-% Methylmethacrylat und 1 Gew.-% Methacrylsäure wurden hinzugefügt 0,1 Gew.-% N,N-Azobisisobutyronitril und 0,3 Gew.-% n-Octylmercaptan. Nach vollständigem Entfernen von aufgelöstem Sauerstoff durch Hindurchblasen von Stickstoff wurde die Lösung bei 60°C für 8 Stunden zur Polymerisation erwärmt. Nach Beendigung der Polymerisation wurde das hergestellte Polymer zermahlen und im Vakuum bei 180°C für 10 Stunden getrocknet, um ein Polymer für eine Hülle zu ergeben.
Das Polymer hatte einen Schmelzindex von 21 g/10 min und einen Brechungsindex von 1,465, und wies im Biegungstest eine Bruchabweichung von 5,2 mm auf.
Das Polymer als ein Hüllenmaterial, PMMA als ein Kernmaterial und ein Copolymer Vinylidenfluorid/Tetrafluorethylen = 78/22 Mol% als Schutzmaterial wurden separat zugeführt zu konzentrischen Multikomponenten-Spinndüsen bei 220°C, um ein Filament zu Spinnen mit einer dreischichtigen Struktur Kern/Hülle/Schutzschicht. Das Filament wurde zu einer doppelten Länge in einem Heißluftofen bei 150°C gestreckt, und danach im Heißluftofen bei 145°C erwärmt, um eine Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von 1 mm zu ergeben, einer Hüllendicke von 10 μm und eine Schutzschichtdicke von 10 μm.
Für die Lichtleitfaser waren eine numerische Apertur und ein Transmissionsverlust, bestimmt unter Halten der Lichtleitfaser in einer geraden Linie, jeweils 0,28 und 134 dB/km.
Danach wurden 25 m der Lichtleitfaser um eine Spule gewunden, hergestellt aus ABS, mit einem Hüllendurchmesser von 20 cm unter einer Spannung von 700 gf, und in einem Heißluftofen bei 60°C für 24 Stunden erwärmt. Nach Erwärmen ergab die Faser, die um die Spule gewunden war, einen Transmissionsverlust von 247 dB/km, was um 113 dB/km höher war als der Transmissionsverlust vor dem Erwärmen. Im Mikroskop wurden nach dem Erwärmen Brüche in der Hülle für die Lichtleitfaser festgestellt.
Eine PS-Beschichtung wurde auf dem Umfang der Lichtleitfaser erzeugt, um ein Kunststoff-Lichtleitfaserkabel mit einem Durchmesser von 2,2 mm bereitzustellen. Für das Lichtleitfaserkabel waren ein Transmissionsband, die Biegungsbruchanzahl und ein Biegungsverlust jeweils 230 MHz, 18500 und 0,24 dB. Das Lichtleitfaserkabel wurde um eine Spule, hergestellt aus ABS, mit einem Hüllendurchmesser von 20 cm unter einer Spannung von 1000 gf gewunden, und in einem Heißluftofen bei 60°C für 24 Stunden erwärmt. Ein Transmissionsverlust war um 108 dB/km erhöht, verglichen mit dem Lichtleitfaserkabel vor dem Erwärmen.
Des Weiteren war nach dem Lagern der Lichtleitfaser und des Lichtleitfaserkabels, die somit hergestellt waren, unter dem Aufgewickeltsein um die Spule, ein Transmissionsverlust beträchtlich erhöht.
Beispiel 1
Ein Hüllenmaterial, eine Lichtleitfaser und ein Lichtleitfaserkabel wurden hergestellt wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, dass eine Copolymerzusammensetzung für die Hülle 33 Gew.-% 2-(Perfluoroctyl)ethylmethacrylat, 12 Gew.-% Benzylmethacrylat, 54 Gew.-% Methylmethacrylat und 1 Gew.-% Methacrylsäure betrug, und 0,15 Gew.-% n-Octylmercaptan wurden hinzugefügt. Ein Winden um eine Spule wurde durchgeführt wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben.
Das Copolymer für die Hülle hatte einen Schmelzindex von 23 g/10 min und einen Brechungsindex von 1,465 und wies eine Abweichung von 8,2 mm im Biegungstest auf.
Ein Transmissionsverlust für die optische Faser betrug 132 dB/kg. Die Lichtleitfaser wurde um eine Spule gewunden und erwärmt, wie beschrieben in Vergleichsbeispiel 1, und ergab danach einen Transmissionsverlust von 195 dB/kg, d.h. eine Erhöhung in einem Transmissionsverlust nach Erwärmen betrug 63 dB/km. Mikroskopische Untersuchung der Lichtleitfaser nach Erwärmen zeigte keine Brüche in der Hülle. Das Lichtleitfaserkabel, gewunden um eine Spule und erwärmt, wie beschrieben in Vergleichsbeispiel 1, zeigte einen Anstieg von 42 dB/km im Transmissionsverlust. Für das Lichtleitfaserkabel waren ein Transmissionsband, eine Biegungsbruchanzahl und Biegungsverlust jeweils 220 MHz, 19500 und 0,20 dB.
Beispiele 2 bis 11 und Vergleichsbeispiele 2 bis 5
Hüllenmaterialien, Lichtleitfasern und Lichtleitfaserkabel wurden hergestellt, wie beschrieben in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass für die Hülle die in Tabelle 1 gezeigten Copolymerzusammensetzungen verwendet wurden. Die Ergebnisse der Auswertung sind auch in Tabelle 1 gezeigt.

BzMA: Benzylmethacrylat; BA: n-Butylacrylat; 17FM: 2-(Perfluoroctyl)ethylmethacrylat; 3FM: 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat; MMA: Methylmethacrylat; 4FM: 2,2,3,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat; FMA: Ethylmethacrylat; TCDMA: Tricyclodecylmethacrylat; BMA: n-Butylmethacrylat; St: Styrol; MAA: Methacrylsäure; PVdF: Polyvinylidenfluorid; MA: Methylacrylat

Claims

Kunststoff-Lichtleitfaser, umfassend: einen Kern, der aus Polymethylmethacrylat oder einem Copolymer, das hauptsächlich eine Methylmethacrylat-Einheit enthält, hergestellt ist; und eine Hülle, die aus einem Copolymer hergestellt ist, das hergestellt ist durch Polymerisieren von mindestens einer Vinylverbindung (A), das ein Homopolymer ergibt mit einem Brechungsindex von 1,50 oder mehr, wobei die Vinylverbindung (A) gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus aromatischen Vinylverbindungen und Benzylmethacrylat, einem Fluoralkyl(meth)acrylat (B), dargestellt durch die folgende Formel (1), und Methylmethacrylat (C), wobei ein Gewichtsverhältnis Bestandteil Monomer (A)/Bestandteil Monomer (B) ((A)/(B)) im Copolymer innerhalb des Bereiches 0,2 bis 1 ist:
wobei X darstellt H oder CH₃; und Rf darstellt ein Fluoralkyl mit 7 bis 14 Kohlenstoffatomen, jeweils einschliesslich, und 13 bis 25 Fluoratomen, jeweils einschliesslich.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach Anspruch 1, wobei das Copolymer einen Brechungsindex von 1,45 oder mehr hat, und wobei die Bruchdurchbiegung 7,5 mm oder mehr ist, bestimmt durch den ASTM D790 Biegetest[Teststückabmessungen: Länge: 5 inch, Breite: 0,5 inch, Dicke: 0,25 inch; Entfernung zwischen den Haltern: 10 cm; Kopfgeschwindigkeit: 3 mm/min].
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Copolymer für die Hülle umfasst eine Benzylmethacrylat-Einheit als Bestandteil Monomer (A).
Kunststoff-Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der Anteil des Bestandteils Monomer (A) im Copolymer 10 Gew-% oder mehr ist.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach Anspruch 3, wobei der Anteil des Bestandteils Monomer (A) im Copolymer im Bereich von 10 bis 40 Gew-% ist.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Copolymer für die Hülle umfasst eine Einheit einer aromatischen Vinylverbindung als Bestandteil Monomer (A).
Kunststoff-Lichtleitfaser nach Anspruch 6, wobei das Copolymer für die Hülle umfasst eine Styroleinheit als Einheit der aromatischen Vinylverbindung.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Anteil des Bestandteils Monomer (A) im Copolymer 6 Gew-% oder mehr ist.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Anteil des Bestandteils Monomer (A) im Copolymer im Bereich 6 bis 25 Gew-% ist.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Copolymer für die Hülle umfasst eine Monomereinheit, bestehend aus einem (Meth)acrylat, dargestellt durch die folgende Formel (2), oder Methylacrylat (D) als Copolymerbestandteil:
wobei X darstellt H oder CH₃; und Rm darstellt ein Alkyl mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, jeweils einschliesslich.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer numerischen Apertur von 0,35 oder weniger.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach Anspruch 11 mit einem Transmissionsverlust von 150 dB/km oder weniger bei einer antreibenden NA von 0,1 für eine Wellenlänge von 650 nm, wobei der Anstieg in einem Transmissionsverlust 80 dB/km oder weniger ist, wenn die Kunststoff-Lichtleitfaser erwärmt wird bei 60°C für 24 Stunden, während sie gewunden ist unter einer Windungsspannung von 700 gf um einen Umfang eines Zylinders mit einem Querschnitts-Durchmesser von 20 cm.
Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, beschichtet mit einer Schutzschicht.
Kunststoff-Lichtleitfaserkabel mit der Kunststoff-Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die mit einer Beschichtung beschichtet ist.
Kunststoff-Lichtleitfaserkabel nach Anspruch 14, wobei der Anstieg in einem Transmissionsverlust 80 dB/km oder weniger ist, wenn das Kunststoff-Lichtleitfaserkabel erwärmt wird bei 60°C für 24 Stunden, während es gewunden ist unter einer Windungsspannung von 1000 gf um einen Umfang eines Zylinders mit einem Querschnitts-Durchmesser von 20 cm.
Kunststoff-Lichtleitfaserkabel mit einem Stecker, wobei ein Stecker angebracht ist an mindestens einem Ende des Kunststoff-Lichtleitfaserkabels nach einem der Ansprüche 14 oder 15.