DE60119619T2

DE60119619T2 - Schutzmantel für optische Fasern

Info

Publication number: DE60119619T2
Application number: DE60119619T
Authority: DE
Inventors: Vincent Bourget; Nelly Drabczyk
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: EP1160607A1; ES2263568T3; US20020001440A1; DE60119619D1; FR2809499A1; ATE326710T1; FR2809499B1; JP2002023029A; EP1160607B1; JP4782310B2; US6658184B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fernmeldekabel. Sie betrifft insbesondere Kabel, die optische Fasern in einem Rohr aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten und insbesondere aus thermoplastischem Polyester-Elastomer angeordnet umfassen.
Ein optisches Faserkabel besteht im Allgemeinen aus einer Ummantelung und metallischen oder dielektrischen Verstärkungsschutzelementen, die mehrere Module umgeben. Mehrere Fasern sind von einem Schutzrohr umgeben. Diese Rohre haben die Aufgabe, die Fasern sowohl auf mechanischer als auch auf chemischer Ebene zu schützen und auch zur Identifizierung der Module zu dienen. Z.B. umfasst ein Kabel mit 144 Fasern 12 Rohre, die jeweils 12 Fasern enthalten, um einen zentralen Träger angeordnet, wobei das Ganze von einer Ummantelung aus Polyethylen umgeben ist. Die Fasern sind in jedem Rohr einzeln gefärbt und die Rohre sind selbst gefärbt.
Es ist bekannt, optische Fasern in steifen und dicken Rohren, die nicht direkt mit der Faser in Kontakt stehen, anzuordnen. EP-A-0 769 711 beschreibt solche Rohre. WO-A-96 23239 oder EP-A-0 968 809 sind weitere Beispiele für steife und dicke Rohre aus Polyethylen/Polypropylen-Copolymer mit Füllstoffen oder aus einer thermoplastischen Matrix mit Versteifungselementen. Jedoch sind diese Rohre dahingehend nicht zweckdienlich, dass sie keinen Zugang zu den Fasern mit den Fingern ohne Verwendung von speziellen Werkzeugen erlauben und nicht sehr elastisch sind.
Um die optische Faser in Fernmeldekabel zu schützen, kennt man auch flexible Rohre, die direkt auf der Faser extrudiert sind. Dieser Rohrtyp wird auch als „Haut" qualifiziert.
Eine Lösung dieses Typs ist in der europäischen Patentanmeldung 00 400 187.1 vom 25.01.00 von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses Dokument beschreibt, dass es bekannt ist, eine Haut aus plastifiziertem Polyvinylchlorid (PVC) und einigen Polyolefinen zu verwenden; dieses Dokument schlägt vor, als flexiblen Überzug für optische Fasern ein thermoplastisches Elastomermaterial auf Polyolefinbasis mit einem Elastizitätsmodul von etwa 500 MPa bei Umgebungstemperatur und einem Elastizitätsmodul von etwa 1500 MPa bei –40°C zu verwenden. Ein Beispiel ist ein Copolymer von Propylen und Ethylen (EPR). Wie auch dieses Dokument angibt, muss eine solche Haut Elastizitätseigenschaften aufweisen, wobei sie jedoch aufgerissen werden kann, um zu der Faser zu gelangen, die sie schützt. Ein neues Problem, dessen Lösung die Erfindung vorschlägt, ist das des Verklebens bei der Herstellung der Ummantelungen.
In der Tat wird die äußere Ummantelung üblicherweise durch Extrusion von Polyethylen um gruppierte Module bei Temperaturen des geschmolzenen Polymers, die lokal 150°C oder sogar 160°C erreichen können, hergestellt. Bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der verwendeten Polymeren besteht aber die Gefahr, dass die Module miteinander verkleben, was eine Verringerung des Schutzes mit sich ziehen kann, wobei der Zugang zu den Fasern und die Identifizierung schwieriger, sogar unmöglich, gemacht werden.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vorschlag für eine Schutzhaut für optische Fasern, die durch Module unter Bildung von Kabeln zusammengefügt sind, die den Zugang zu den Fasern ohne Werkzeuge erlaubt und die Temperaturen von wenigstens 130°C aushält.
Diese Probleme werden gemäß der Erfindung durch eine Schutzhaut aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten gelöst.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von solchen Modulen aus optischen Fasern. Schließlich schlägt die Erfindung auch ein Kabel aus optischen Fasern, das solche Module enthält, vor.
Genauer ausgedrückt, die Erfindung schlägt ein Fernmeldekabelmodul vor, das um wenigstens eine optische Faser eine Schutzhaut aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten umfasst, dessen Schmelzpunkt über 130°C liegt und dessen Reißfestigkeit unter 120 kN/m ist. Nach einer Ausführungsform ist das thermoplastische Elastomer ein TEEE und unter diesen ist ein Poly(butylenterephthalat)-Glykol-Blockcopolymer bevorzugt.
Nach einem Aspekt der Erfindung kann das Elastomer einen Füllstoff umfassen, der unter Ruß, Siliciumdioxid, Kaolin, Aluminiumoxid, Ton, Talk, Kreide, Magnesia, Titandioxid ausgewählt ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das thermoplastische Elastomer einen Flammhemmstoff.
Nach einer Ausführungsform besitzt das thermoplastische Elastomer eine Shore D-Härte von unter 50. Nach einer anderen Ausführungsform ist der Schmelzpunkt des Materials der Haut wenigstens 140°C. Nach noch einer anderen Ausführungsform ist die Anfangsreißfestigkeit des Materials der Haut unter 60 kN/m. Nach noch einer anderen Ausführungsform liegt die Bruchdehnung des Materials der Haut zwischen 50 und 300%. Nach noch einer anderen Ausführungsform liegt die Reißfestigkeit des Materials zwischen 5 und 15 MPa. Nach einer letzten Ausführungsform ist der Schmelzindex des Materials der Haut über oder gleich 2 g/10 min.
Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Fernmeldekabelmoduls gemäß der Erfindung vor, umfassend die Stufe des Aufbringens einer Schutzhaut aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten auf die genannte wenigstens eine optische Faser. Nach einer Ausführungsform erfolgt die Aufbringung der Schutzhaut durch Extrudieren.
Schließlich stellt die Erfindung auch ein Fernmeldekabel bereit, das wenigstens ein Modul gemäß der Erfindung umfasst.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung klar werden, wobei diese nur als Beispiele angeführt werden und auf die Zeichnungen Bezug genommen wird; diese zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Moduls optischer Fasern gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Fernmeldekabels, das erfindungsgemäße Module optischer Fasern umfasst.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Fernmeldekabelmoduls 1, das wenigstens eine optische Faser, im Allgemeinen einen Satz bzw. eine Gruppe von mehreren optischen Fasern 2 umfasst. Diese optischen Fasern 2 sind von einem flexiblen Rohr 4 umgeben, das Haut genannt wird. Der Raum zwischen den Fasern ist im Allgemeinen von einem hydrophoben Gel 3, z.B. auf der Basis von Silikonen, besetzt. Man kann auch ein pulverförmiger Blähmittel oder nichts zwischen den Fasern abscheiden. Die Haut 4 ist auf die Gesamtheit der optischen Fasern, beispielsweise durch Extrudieren, aufgebracht. Die Dicke der Haut ist vorzugsweise gering, liegt z.B. zwischen 0,05 und 0,25 mm und ist vorzugsweise 0,15 mm. Eine geringe Dicke ist in dem Maße gesucht, wie sie den Zugang zur Faser erleichtert und die Möglichkeit bietet, das Gewicht des Kabels in seiner Gesamtheit zu verringern. Die Untergrenze der Dicke wird durch den Schutz, den die Haut der Faser bringt, und durch die Herstellungsbeschränkung der Haut gegeben.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fernmeldekabels 5, das mehrere Module 1 aus optischen Fasern umfasst. Die Module 1 sind zusammengestellt bzw. gruppiert und vom eventuellen Schutz umgeben, wobei Verstärkungen in der äußeren Ummantelung 6 enthalten sind oder nicht. Im Beispiel der Figur sind die eventuellen Schutzvorrichtungen und Verstärkungen nicht dargestellt.
Gemäß der Erfindung versteht man unter „thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten" ein Copolymer, das Segmente enthält, die Polyether- oder Diolpolymer-Blöcke sein können. Beispielsweise ist das thermoplastische Elastomer mit elastischen Diolsegmenten aus der Gruppe ausgewählt, die umfasst:

(i) Polyetherester, umfassend z.B. Polyethersequenzen mit Hydroxyenden, die an Polyestersequenzen mit Säureenden gebunden sind; diese Struktur kann auch Diole umfassen (z.B. 1,4-Butandiol);
(ii) Polyurethanether, beispielsweise umfassend Polyethersequenzen mit Hydroxy-Enden, die durch Urethanfunktionen an Diisocyanate gebunden sind;
(iii) Polyurethanester, z.B. umfassend Polyestersequenzen mit Hydroxy-Enden, die durch Urethanfunktionen an Diisocyanate gebunden sind;
(iv) Polyurethanetherester, z.B. umfassend Polyestersequenzen und Polyethersequenzen mit Hydroxy-Enden, wobei diese Sequenzen durch Urethanfunktionen an Diisocyanatreste gebunden sind. Man kann auch Polyetherpolyesterketten mit Hydroxy-Enden haben, die durch Urethanfunktionen an Diisocyanate gebunden sind;
(v) Polyetheramide, Polyether mit Polyamidsequenzen, die z.B. durch Reaktion zwischen Polyamidsequenzen mit Diaminkettenenden und Polyoxyalkylensequenzen mit Dicarboxylkettenenden oder zwischen Polyamidsequenzen mit Dicarboxylkettenenden und Polyoxyalkylensequenzen mit Diaminkettenenden oder zwischen Polyamidsequenzen mit Dicarboxylkettenenden und Polyetherdiolen, wobei die erhaltenen Polyetheramide dann Polyetheresteramide genannt werden, erhalten werden.

Im Verlauf des Textes werden diese Ketten (Polyether, Polyester oder Polyetherpolyester) mit Hydroxy-Enden mit dem Ausdruck „Polymerdiol" bezeichnet.
Diese Polymere können einzeln oder im Gemisch vorliegen.
Die Polyetherester sind thermoplastische Elastomer-Copolyester. Diese sind lineare Polymere, die einerseits aus Polyestersequenzen, die aus der Reaktion von Dicarbonsäurederivaten (Terephthalat, Isophthalat usw.) und Diolen (Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, Cyclohexandimethanol usw.) produziert werden, und andererseits aus Polyethersequenzen (Polytetramethylenetherglykol, Polyoxypropylenglykol, Polyethylenglykol) (elastische Segmente) bestehen.
Die elastomeren Eigenschaften werden durch elastische Segmente in der Polymerkette (Copolyester mit Polyethersegmenten) beigesteuert. Die Diole mit geringer Masse führen zu harten Segmenten in der linearen Copolyesterkette. Die elastomeren Eigenschaften des Endprodukts hängen vom Verhältnis hartes Segment/elastisches Segment und dem Kristallisationsstadium ab. Die harten Segmente tragen zu der Stärke und der Steifigkeit des Endcopolymers bei, während die elastischen Segmente die Flexibilität beisteuern. Diese Copolymere werden im Allgemeinen in zwei Stufen hergestellt:

– eine Umesterung; und
– eine Polykondensation.

Ein Beispiel für ein kommerzielles Produkt ist das Polymer Hytrel^® von Dupont. Es handelt sich um Blockcopolymere, die aus harten Segmenten (kristallinen) aus Polybutylenterephthalat und weichen Segmenten (amorphen) aus langen Glykolketten bestehen. Die Eigenschaften dieses Materials hängen vom Wert des Verhältnisses zwischen den harten Segmenten und den weichen Segmenten und von ihrer Anordnung ab. Die internationale Bezeichnung für diese thermoplastischen Elastomere ist TEEE (thermoplastisches Ether-Ester-Elastomer).
Die thermoplastischen Polyurethanelastomere oder TPU sind Copolymere auf Polyurethanbasis, die durch Verknüpfungsreaktion eines Polymerdiols (oder Makroglykols mit einem Molekulargewicht von z.B. zwischen 1000 und 3500) und gegebenenfalls einem Diol (oder Kettenverlängerungsmittel mit geringem Molekulargewicht, im Allgemeinen unter 300) mit einem Diisocyanat erhalten werden können. Die Synthese kann in zwei Stufen erfolgen. Die weichen und harten Segmente des Elastomers werden jeweils durch das Polymerdiol, das die Blöcke des thermoplastischen Elastomerpolymers darstellt, und durch das Kettenverlängerungsmittel geliefert. Die harten Segmente assoziieren durch Wasserstoffbindung und die Diisocyanatgruppen benachbarter Ketten assoziieren untereinander unter Bildung eines kristallinen Netzwerks in einer weichen Kette; so erhält man das Äquivalent eines teilweise kristallisierten Thermoplasten.
Unter den TPU unterscheidet man die, deren Polymerdiole zum Typ Polyester(glykol) gehören, z.B. Polyethylenadipat, Polybutylen-1,4-adipat, Poly(E-caprolactamglykol) usw. und die, deren Polymerdiole zum Polyether(glykol)-Typ gehören, z.B. Polypropylenglykol, Polyoxytetramethylenglykol, Polyoxypropylenpolyoxyethylenglykol usw. Das Polymerdiol kann auch eine gemischte Natur haben, z.B. Polyetherester. Das Diphenylenethandiisocyanat (MDI) ist ein Diisocyanat, das gängigerweise verwendet wird, während 1,4-Butandiol ein üblicherweise verwendetes Kettenverlängerungsmittel ist.
Beispiele von handelsüblichen Produkten sind Elastollan^®1185 (PU-Ether), Elastollan^®1190 (PU-Ether), Elastollan^®C85 (PU-Ester), Elastollan^®C90 (PU-Ester) und Desmopan^®588 (PU-Etherester), Desmopan^®385 (PU-Etherester), wobei die der Elastollan^®-Reihe von BASF zu beziehen sind und die der Desmopan^®-Reihe von Bayer zu beziehen sind.
Die thermoplastischen Elastomere können durch Zusatz von Füllstoffen, wie Ruß, Siliciumdioxid, Kaolin, Aluminiumoxid, Ton, Talk, Kreide usw. modifiziert werden. Diese Füllstoffe können durch Silane, Polyethylenglykole oder jedes andere Kupplungsmolekül oberflächenbehandelt sein.
Darüber hinaus können die Zusammensetzungen durch Füllstoffe vom Weichmachertyp, wie Mineralöle, die von Erdöl abgeleitet sind, Phthalsäureester oder Sebacinsäureester, polymere flüssige Weichmacher, wie Polybutadien geringer Masse, gegebenenfalls carboxyliert, und andere Weichmacher, die dem Fachmann gut bekannt sind, weich gemacht sein.
Darüber hinaus können die Zusammensetzungen durch Zusatz von Flammhemmstoffen resistenter gegen Feuer gemacht werden.
Der Beladungsgrad mit diesen Füllstoffen, Weichmachern oder anderen im thermoplastischen Elastomer ist klassisch und kann stark variieren.
Nach einer Variante besteht die Schutzhaut der Erfindung aus einem mit Füllstoff versetzten thermoplastischen Elastomer, wobei die Füllstoffe in einer Menge vorhanden sind, die vorzugsweise bis 100 Teile pro 100 Teile thermoplastisches Elastomer geht.
Es bleibt möglich, dem thermoplastischen Elastomer Füllstoffe und Adjuvantien zuzusetzen, die es ermöglichen, die Eigenschaften der gebildeten Haut zu verbessern. Man kann insbesondere mineralische Füllstoffe verwenden, die an sich bekannt sind, um mechanische Verformungseigenschaften oder auch die Hitzebeständigkeitseigenschaften zu modifizieren.
Das erfindungsgemäße thermoplastische Elastomer mit elastischen Diolsegmenten reißt ausreichend leicht, um einen vereinfachten Zugang zur Faser zu erlauben. Gleichzeitig hält dieses Material Temperaturen von wenigstens 130°C aus und verhindert so, dass die Schutzhaut während der Aufbringung der Ummantelung des Kabels weich wird. Nach einer Ausführungsform kann die Schutzhaut zu einer geringen Dicke, die bis zu 0,05 mm reduziert werden kann, extrudiert werden. Nach einer anderen Ausführungsform kann die Schutzhaut mit erhöhten Geschwindigkeiten extrudiert werden. Es ist auch möglich, die Schutzhaut durch chemisches oder physikalisches Schäumen aufzubringen.
Die Erfindung schlägt allgemeiner die Verwendung eines Materials vor, das eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:

– Schmelzpunkt über 130°C, vorzugsweise über 140°C;
– Anfangsreißfestigkeit (gemessen nach der Norm ASTM D1004) von unter 120, vorzugsweise unter 60, noch bevorzugter unter 40 kN/m.

Vorzugsweise weist das vorgeschlagene Material eine Bruchdehnung (gemessen nach der Norm ASTM 638) zwischen 50 und 300% und einer Reißfestigkeit (gemessen nach der Norm ASTM 638) zwischen 5 und 15 MPa auf.
Vorzugsweise ist das Material flexibel und hat eine Shore D-Härte (gemessen nach der Norm ASTM D2240) von unter 50, wobei eine Härte von unter 40 bevorzugt ist.
Die Schutzhaut aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten weist vorzugsweise einen Schmelzindex (gemessen gemäß der Norm ASTM 1238) von über oder gleich 2 g/10 min auf. Ein solches Material kann mit einer erhöhten Geschwindigkeit ohne Auftreten von Fehlern, wie z.B. Oberflächenfehler der Schutzhaut, auf die optischen Fasern 2 aufgebracht werden. Man kann insbesondere Geschwindigkeiten von über 200 m/min, sogar 300 oder 400 m/min erreichen.
Ein Beispiel für erfindungsgemäßes Material ist unter dem Namen Hytrel^®, Sorte G3548L, von Dupont de Nemours im Handel. Seine Merkmale sind die Folgenden:

– Schmelzpunkt 156°C;
– Anfangsreißfestigkeit 60 kN/m;
– Bruchdehnung 215%;
– Reißfestigkeit 8,6 MPa;
– Shore Härte D 35; und
– Schmelzindex 10 g/10 min.

In einem anderen Beispiel verwendet man ein thermoplastisches Elastomer mit elastischen Diolsegmenten mit der Bezeichnung HTR 8351 NC-010 von Dupont de Nemours. Dieses Produkt weist die folgenden Merkmale auf:

– Schmelzpunkt 140°C;
– Anfangsreißfestigkeit unter 20 kN/m;
– Bruchdehnung 160%;
– Reißfestigkeit 10 MPa;
– Shore Härte D 23; und
– Schmelzindex 2 g/10 min.

Selbstverständlich wird die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele und Ausführungsformen, die beschrieben und dargestellt wurden, begrenzt, vielmehr ist sie für zahlreiche Varianten, die dem Fachmann zugänglich sind, geeignet.

Claims

Fernmeldekabelmodul (1), dadurch gekennzeichnet, dass es um wenigstens eine optische Faser (2) eine Schutzhaut (4) aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten umfasst, dessen Schmelzpunkt über 130°C liegt und dessen Reißfestigkeit unter 120 kN/m ist.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer ein thermoplastisches Ether-Ester-Elastomer ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer ein Polybutylenterephthalat-Glykol-Blockcopolmer ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer einen Füllstoff umfasst.
Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff unter Ruß, Siliciumdioxid, Kaolin, Aluminiumoxid, Ton, Talk, Kreide, Magnesia, Titandioxid ausgewählt ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer einen Flammhemmstoff umfasst.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer eine Shore D-Härte von unter 50 besitzt.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt des Materials der Haut wenigstens 140°C ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsreißfestigkeit des Materials der Haut unter 60 kN/m liegt.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdehnung des Materials der Haut zwischen 50 und 300 liegt.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reißfestigkeit des Materials der Haut zwischen 5 und 15 MPa ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzindex des Materials der Haut über oder gleich 2 g/10 min ist.
Verfahren zur Herstellung eines Fernmeldekabels nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die Stufe des Aufbringens einer Schutzhaut aus thermoplastischem Elastomer mit elastischen Diolsegmenten auf die genannte wenigstens eine optische Faser.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der Schutzhaut durch Extrudieren erfolgt.
Fernmeldekabel, das wenigstens ein Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.