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Die
vorliegende Erfindung betrifft fest gepufferte optische Fasern.
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Herkömmliche
Kabel mit fest gepufferten optischen Fasern bilden einen Hintergrund
für die
vorliegende Erfindung. Zum Beispiel offenbart US-Patentschrift Nr.
5,408,564 ein abziehbares Kabel mit fest gepufferten optischen Fasern.
Das Kabel weist eine optische Wellenleiterfaser auf, eine Schutzbeschichtung
umgibt die äußere Fläche der
Faser und eine Grenzflächenschicht
umgibt die Schutzbeschichtung. Die Grenzflächenschicht weist Teilchen eines
festen Schmiermittels auf, die mit einem vernetzten filmbildenden
Bindemittel zusammengehalten werden. Eine Pufferschicht umgibt die äußere Fläche der
Grenzflächenschicht.
Die Grenzflächenschicht
ist so gestaltet, dass sie eine Grenzfläche mit sehr niedriger Reibung
zwischen der ersten Schutzbeschichtung und der Pufferschicht bereitstellt.
Es wird beschrieben, dass die Grenzflächenschicht eine Dicke von
zwischen etwa 4 bis etwa 15 Mikrometer und vorzugsweise von etwa
5 Mikrometer aufweist. Die Schicht wird durch Vernetzen eines Polymers
gebildet, in dem feste teilchenförmige
ultrahochmolekulare Polyethylen-(UHMWPE)
und/oder feste Polytetrafluorethylen-(PTFE) mittel dispergiert worden
sind. Die Dispergierung weist einen Überschuss von 90 % nichtflüchtiger
Bestandteile auf und das feste teilchenförmige Schmiermittel umfasst
0,1 Gew.-% bis 60 Gew.-% der Dispergierung. Im Hinblick auf die Funktion
ist das feste Schmiermittel, zum Beispiel UHMWPE oder PTFE so gestaltet,
dass es die gewünschte
verbesserte Abziehbarkeit bereitstellt, während das vernetzte Bindemittel
das feste Schmiermittel auf der ersten Schutzbeschichtung festhält. Das
bevorzugte vernetzbare Bindemittel ist ein Epoxyacrylatpolymer.
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Die
vorstehend erwähnte
Gestaltung weist bestimmte Hintergrundeigenschaften auf. Zum Beispiel
können
die Abziehbarkeitskräfte
dort variieren, wo die Verteilung des festen Schmiermittels in dem Bindemittel
nicht gleichförmig
ist. Au ßerdem
kann die erreichbare Länge
des Streifens auf Längen
von einem Fuß eingeschränkt sein.
Andere Probleme können
bei der Herstellung auftreten, zum Beispiel kann das feste Schmiermittel
ein Abblättern
der Beschichtung bewirken. Von einem Herstellungsstandpunkt kann
solch ein Abblättern
zur Verstopfung der Pufferschicht-Extrusionsdüse führen, was möglicherweise ein Stilllegen
der Herstellungsanlage notwenig macht. In Verbindung mit der Leistung
kann zwischen dem Puffer und der Faser ein unbeabsichtigtes Aufblättern auftreten.
Ein anderes Problem ist die Mikrokrümmung, die durch die festen
Schmiermittelteilchen an den Stellen bewirkt wird, an denen die Grenzflächenschicht
eine Multimodefaser von 50 μm umgibt.
Die Probleme der Mikrokrümmung
sind insbesondere dann ausschlaggebend, wenn die Fasern mit einem
Thermoplast oder einem flammhemmenden Polyethylen fest gepuffert
sind. Solche Materialien können
sich während
Vorgängen
bei niedrigen Temperaturen bedeutend zusammenziehen, was die festen
Schmierstoffteilchen möglicherweise
in einen Mikrokrümmungskontakt
mit der optischen Faser drängt.
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Außerdem offenbart
US-Patentschrift Nr. 5,761,363 ein Bändchen mit optischen Fasern
mit einer Grenzflächenschicht,
welche ein nicht reaktionsfähiges
flüssiges
Schmiermittelmaterial, insbesondere ein nicht reaktionsfähiges Silikonöl aufweist,
das flüchtig
und mit der Matrix nicht kompatibel ist. Zwischen der Matrix und
dem Öl
oder zwischen der Matrix und der Schutzbeschichtung wird keine chemische
Bindung beabsichtigt.
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Die
vorstehend erwähnte
Gestaltung weist bestimmte Eigenschaften auf. Zum Beispiel wird
beabsichtigt, dass die Grenzflächenschicht
an der Pufferschicht haftet und nicht, dass die Schutzbeschichtung
die Schutzbeschichtung derart hinterlässt, dass die Grenzflächenschicht
mit der Pufferschicht abgezogen wird. Mit anderen Worten, das flüchtige Silikon verhindert
eine Bindung zwischen der Grenzflächenschicht und den Schutzbeschichtungen.
Außerdem trägt das Silikonöl in einer Menge
von 5 Gew.-% bis etwa 19 Gew.-% zu den Herstellungskosten bei.
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WO
97/05515 beschreibt ein Bändchen
mit optischen Fasern, das für
einen mittleren Spannweitenzugang geeignet ist. Die Fasern werden
mit einer modifizierten Farbstoffzusammensetzung farbbeschichtet
und danach gehärtet.
Die gefärbten
Fasern werden mit einem Matrixmaterial bereitgestellt und danach
gehärtet.
Wenn das Matrixmaterial Wellen bildet und sich von den farbbeschichteten
Glasfasern, die einem entgegengesetzten Fingerdruck ausgesetzt werden,
der quer zum Band ausgeübt
wird, trennt muss die Bindung zwischen dem Matrixmaterial und der
gefärbten
Schicht schwächer
als die Bindung zwischen der gefärbten
Schicht und der beschichteten Glasfaser sein. Die modifizierte Farbstoffzusammensetzung
enthält
Monomere oder Oligomere, die unter Zugabe eines Trennmittels durch Strahlung
härtbar
sind. Das Trennmittel weist eine funktionelle Gruppe auf, die sich
mit mindestens einem Monomer oder Oligomer, das in der Farbstoffzusammensetzung
vorhanden ist, unter Strahlungshärtebedingungen
vernetzt. Wenn die Farbstoffzusammensetzung auf einem Acrylat- oder
Methacrylatmonomer basiert, sind die im Handel erhältlichen
Silikonacrylate Ebecryl 350 und Ebecryl 1360 (Radcure Industries)
ein geeignetes Trennmittel.
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WO
99/09433 offenbart eine Bandanordnung von beschichteten Glasfasern
und ein Matrixmaterial, welches die mehreren beschichteten Glasfasern
miteinander verbindet. Die Farbschicht, mit der die Glasfasern beschichtet
werden, weist ein Phospholipid auf.
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Patent
Abstracts of Japan, Band 013, Nr. 412 (P-932), vom 12. September
1989 (JP 01-152405) beschreibt ein Glasfaserband, dessen Fasern
farbbeschichtet sind. Die gefärbte
Beschichtungsschicht umfasst eine härtende Acrylatart, die 1 bis
10 Gew.-% einer organischen Polysiloxanverbindung enthält, welche
die funktionelle Gruppe in dem Molekül und eine Gelfraktion davon
von >= 90 % aufweist, welche
als das Material der gefärbten
Schicht benutzt wird.
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EP 0 838 703 A beschreibt
ein Trennmittel, das zwischen einer Schutzbeschichtung eines optischen
Wellenleiters und einer Pufferschicht aufgenommen ist. Das Trennmittel
kann Silikonöl,
ein Petroleumschmiermittel, eine Schicht aus kolloidalem Graphit
oder Talk umfassen. Die fluidartigen Trennmittel können auslaufen.
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Aspekte der
Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine fest gepufferte optische
Faser bereit, welche eine einzige optische Faser mit einer Schutzschicht, einer
Trennschicht und einer Pufferschicht aufweist. Die Schutzschicht
umgibt die optische Faser. Die Trennschicht umgibt die Schutzschicht,
die mindestens teilweise daran gebunden ist, und weist ein Urethanacrylat-Matrixmaterial
mit Oligomeren und Monomeren und eine reaktionsfähige Trennsubstanz auf, die
in einer Matrix verteilt ist. Die flüssige reaktionsfähige Trennsubstanz
weist molekular funktionelle Gruppen auf, wobei sich mindestens
einige der molekular funktionellen Gruppen mit der Matrix vernetzen.
Die flüssige
reaktionsfähige
Trennsubstanz ist ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Methylsilikon und Phenylsilikon. Die
Pufferschicht umgibt die Trennschicht und kann von der Trennschicht abgezogen
werden. Darüber
hinaus kann die Matrix mechanisch oder chemisch an die Schutzschicht
gebunden werden, so dass das Abziehen der Pufferschicht die Trennschicht
im Wesentlichen nicht entfernt. Außerdem weist die Trennschicht
vorzugsweise einen Sekantenmodul von etwa 20 bis 600 MPa, ein Reißdehnungsverhältnis von
vorzugsweise weniger als etwa 10 und/oder eine Zugfestigkeit von
weniger als etwa 20 MPa auf.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines fest gepufferten optischen Kabels,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist.
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2 ist
eine Querschnittsteilansicht des optischen Kabels aus 1,
welche schematisch die Trennschicht darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruiert ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Mit
Bezug auf 1 wird eine beispielhafte fest
gepufferte optische Faser 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Vorzugsweise in der Mitte der fest gepufferten optische
Faser 10 befindet sich eine auf Siliciumdioxid basierende
Glasfaser mit einem Kern 12, einem Mantel 13 mit
einem niedrigeren Brechungsindex als der Kern und eine Schutzbeschichtung 16.
Zum Beispiel ist eine Einmode- oder Multimodeglasfaser, die zum
Beispiel von Corning Incorporated im Handel erhältlich ist, zur Verwendung in
der vorliegenden Erfindung geeignet. Die Schutzbeschichtung 16 weist
vorzugsweise eine relativ weiche primäre Beschichtung, welche den
Mantel 13 umgibt, und eine relativ harte sekundäre Beschichtung
auf, welche die weiche primäre
Beschichtung umgibt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die primäre
und die sekundäre
Beschichtung Formulierungen, welche Acrylatharze aufweisen. Benachbart
zu der Schutzbeschichtung 16 befindet sich eine Trennschicht 14. Um
die Trennschicht 14 befindet sich eine im Allgemeinen kreisförmige Pufferschicht 18,
die vorzugsweise aus einem Polyvinylchlorid (PVC), Nylon, Urethanpolymer,
Polyester oder Mischungen davon gebildet ist. Der Außendurchmesser
der Schicht 18 beträgt
vorzugsweise etwa 500 bis 900 Mikrometer für Thermoplasten und etwa 400
bis 900 Mikrometer für Urethanacrylate.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Trennschicht 14 eine flüssige Substanz,
die ein Abblättern
und unbeabsichtigtes Aufblättern
vermeidet, eine Abziehbarkeit von bis zu einem Meter unterstützt und
eine verbesserte Temperaturleistung aufweisen kann. Außerdem wird
die Rückschrumpfung gesteuert.
Die Rückschrumpfung
wird definiert als die Fasermenge, die freigelegt wird, wenn eine
Länge von
fest gepufferten Fasern 5 Minuten lang bei 150°C in einem
Ofen angeordnet wird. Die Trennschicht der vorliegenden Erfindung
umfasst ein Urethanacrylat-Matrixmaterial, umfassend Oligomere, Monomere,
einen Photoinitiator und ein Antioxidationsmittel in Kombination
mit einer reaktionsfähigen Trennsubstanz,
die ein flüssiges
Silikon ist. In der Ausführungsform
enthält
die reaktionsfähige
Substanz molekular funktionelle Gruppen, von denen mindestens einige
positive chemische Bindungen bilden, das heißt, sich mit den funktionellen
Gruppen in der Matrix vernetzen. Vorzugsweise umfasst die reaktionsfähige flüssige Substanz
0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-% der Matrix. Darüber hinaus bindet sich die Matrix
vorzugsweise mechanisch und/oder chemisch an die sekundäre Beschichtung
der Schutzschicht 16. Solch eine Bindung führt vorzugsweise
zu der Schicht 14, die während der Entfernung der Pufferschicht
im Wesentlichen nicht abziehbar ist. Die reaktionsfähige Trennsubstanz
vermischt sich für
eine im Allgemeinen gleichförmige
Verteilung in der Trennschicht gut mit der Matrix. Die Trennsubstanz
ist ein reaktionsfähiges
Methylsilikon oder ersatzweise kann für bestimmte Anwendungen auch
ein reaktives Phenylsilikon geeignet sein. Die Trennschicht kann zusätzliche
Substanzen aufweisen, die ausgewählt sind
aus der Gruppe bestehend aus Silikonmikrokügelchen, TEFLON-Öl, Graphit,
flüchtigen
Materialien und Farbstoffen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weist die Trennschicht 14 eine Dicke von etwa 3 bis 8 Mikrometer
oder für
widerstandsfähige
Kabel von bis zu etwa 10 bis 20 Mikrometer auf. Die Silikonacrylate sind
in der gesamten Urethanacrylatstruktur vorzugsweise im Wesentlichen
gleichmäßig verteilt.
Die Vertei lung von flüssigen
Silikonmolekülen
verhindert die Bindung der Pufferschicht 18 an der Schutzbeschichtung 16 derart,
dass die Trennschicht 14 im Hinblick auf den Puffer 18 während des
Abziehvorgangs die erforderliche Gleit-/Trennfunktion bereitstellt. Das reaktionsfähige Silikon
weist vorzugsweise nichtpaarige Ketten auf, die lang genug sind,
um die Fläche
der Trennschicht benachbart zu dem Puffer 18 zu erreichen
und die Trenneigenschaften bereitzustellen. Vorzugsweise ist die
Dicke der Trennschicht derart, dass sich ein wesentlicher Abschnitt
der Silikonketten zu der Fläche
der Trennschicht erstreckt und nicht in der Masse eingefangen wird.
Die Materialien, die für
diese Erfindung benutzt werden können,
weisen sowohl standardgemäße anionische
als auch kationische gehärtete
Systeme auf. Zum Beispiel kann das kationische System epoxidiertes
Polydimethylsiloxan benutzen.
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Das
gehärtete
Urethanacrylatmaterial weist vorzugsweise über einen breiten Temperaturbereich (–40°C bis 85°C) eine sehr
gute Dimensionsstabilität auf,
wodurch etwaige Ziehprobleme minimiert werden. Die Urethanacrylatmaterialien
der vorliegenden Erfindung wurden mit einem vorteilhaften Modulbereich
und Dehnungswerten zum Abziehen und mechanischen Leistungseigenschaften
ausgewählt. Vorteilhafterweise
wird die Rückschrumpfung
bei unter etwa 5 mm gehalten. Für
eine problemlose Abziehbarkeit weist die Trennschicht 14 vorzugsweise bei
einer 2,5%igen Beanspruchung einen Sekantenmodul von etwa 20 bis
500 MPa, stärker
bevorzugt einen Modul von weniger als etwa 400 MPa auf. Die Trennschicht 14 weist
vorzugsweise ein niedriges Reißdehnungsverhältnis von
weniger als etwa 10 und/oder eine Zugfestigkeit von weniger als
etwa 20 MPa auf.
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Die
vorliegende Erfindung ist somit im Hinblick auf die vorhergehenden
Ausführungsformen
beschrieben worden, wobei die Ausführungsformen die erfinderischen
Konzepte veranschaulichen und nicht einschränken sollen. Der Fachmann wird
zu schätzen
wissen, dass Variationen und Modifikationen an den vorhergehenden
Ausführungsformen
vorgenommen werden können, ohne
von dem Schutzbereich der angehängten
Ansprüche
abzuweichen.