DE60201386T2

DE60201386T2 - Optische Kunststofffaser und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60201386T2
Application number: DE60201386T
Authority: DE
Inventors: Norihide Yokohama-shi Sugiyama; Masaki Chiyoda-ku Naritomi
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2006-02-16
Also published as: EP1279976A2; ATE278199T1; DE60201386D1; EP1279976A3; DE60201386T8; EP1279976B1; US20030021577A1; CN1397810A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Kunststofffaser für Kommunikationsvorgänge mit großer Bandbreite, bei welcher der Ausbreitungsmodus ein Einzelmodus (nachstehend als „SM" bezeichnet) ist, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Kunststofffaser für Kommunikationsvorgänge mit großer Bandbreite, die gleichzeitig transparent, wärmebeständig, feuchtigkeitsbeständig, wasserfest, chemisch beständig, nicht entflammbar und flexibel ist, und insbesondere z. B. für Anlagenverkabelungen oder Verkabelungen für Kanalsysteme geeignet ist, die chemisch beständig sein müssen, und bei welcher der Ausbreitungsmodus ein SM ist, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Bisher waren als optische SM-Fasern diejenigen aus Glas bekannt und diese wurden für Langstrecken-Verbindungsleitungssysteme mit großer Kapazität verwendet. In den letzten Jahren wurde es zusammen mit dem verbreiteten Einsatz des Internets und der Digitalisierung von Kommunikationssystemen wichtig, optische Fasern nicht nur für Relaisnetzwerke einzusetzen, die Kommunikationsdienstleistungszentren verbinden, sondern auch für Teilnehmeranschlussnetzwerke, die Büros und Wohnungen verbinden. Aus Glas hergestellte optische Fasern weisen jedoch eine schlechte Flexibilität auf und sind folglich schwer handhabbar und deren Verbindung erfordert spezielle Kenntnisse.
Die US-A-5,223,593 beschreibt eine optische Kunststofffaser, die einen aus einem amorphen Kernfluorpolymer mit verminderten C-H-Bindungen hergestellten Kern und eine aus einem Hüllenfluorpolymer, das einen Brechungsindex aufweist, der um mindestens 0,01 niedriger ist als der des Kernfluorpolymers, hergestellte Hülle umfasst. Diese Faser scheint im Nahinfrarot keine Einzelmodusfaser zu sein.
Die JP-A-5-241036 schlägt optische Fasern des SM-Typs vor, bei denen Acrylharzkunststofffasern eingesetzt werden, die eine hervorragende Flexibilität aufweisen und leicht handhabbar sind. Acrylharze, wie z. B. Methylmethacrylatharze, oder Polystyrolharze, weisen jedoch einen Dämpfungsverlust durch eine Schwingungsabsorption auf, die auf die C-H-Bindungen zurückzuführen ist, wodurch Licht, das für Kommunikationsvorgänge verwendet werden soll, auf sichtbares Licht beschränkt ist. Folglich kann Nahinfrarotlicht mit z. B. 850 nm oder 1300 nm, das für Kommunikationsvorgänge gebräuchlich verwendet wird, nicht eingesetzt werden. Ferner ist der theoretische Dämpfungsverlust groß und die Übertragungsdistanz ist im Wesentlichen auf ein Ausmaß von höchstens 100 m beschränkt, wodurch solche Fasern nicht zur Einrichtung eines Netzwerks verwendet werden können, das Gebäude oder Stockwerke verbindet.
Die JP-A-8-5848 beschreibt, dass eine optische Faser mit Gradientenindex (nachstehend als „GI" bezeichnet) unter Verwendung eines nicht-kristallinen Fluorpolymers ohne C-H-Bindung in deren Molekül hergestellt wird und dass die erhaltene optische Faser einen niedrigen Dämpfungsverlust für Licht innerhalb eines breiten Wellenlängenbereichs von Ultraviolettlicht bis Nahinfrarotlicht aufweist. Ferner ist z. B. in der JP-A-4-1704 eine optische Faser mit Schrittindex (nachstehend als „SI" bezeichnet) beschrieben, bei der ein nicht-kristallines Fluorpolymer ohne C-H-Bindung in deren Molekül verwendet wird.
Von einer solchen optischen GI-Faser ist bekannt, dass sie verglichen mit der optischen SI-Faser aufgrund einer großen Bandbreite eine große Übertragungskapazität aufweist. Bezüglich der optischen GI-Faser, die aus einem nicht-kristallinen Fluorpolymer ohne C-H-Bindung hergestellt ist, wurde eine optische GI-Faser mit einem Niveau von 300 MHz·km durch Steuern der Brechungsindexverteilung entwickelt, die theoretisch eine Leistung von mehr als 10 GHz·km aufweisen kann. Eine solche optische GI-Faser mit einer derart hohen Leistung wurde jedoch noch nicht realisiert.
Andererseits ist die optische SM-Faser theoretisch in einer größeren Bandbreite geeignet als die optische GI-Faser und diese wird praktisch als optische Glasfaser verwendet, jedoch wurde eine optische SM-Faser, die aus einem nicht-kristallinen Fluorpolymer ohne C-H-Bindung hergestellt ist, noch nicht erzeugt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische SM-Kunststofffaser, die leicht handhabbar und sicher ist (die optische Faser bricht oder klebt nicht), mit geringen Kosten verbunden werden kann, auf einer kurzen Distanz auf einem Niveau von wenigen hundert Metern bis wenigen Kilometern verlegt werden kann und aufgrund einer großen Bandbreite und einem niedrigen Dämpfungsverlust eine große Übertragungskapazität aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische SM-Kunststofffaser, die mit einer aus Glas hergestellten optischen SM-Faser verbunden werden kann, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische SM-Kunststofffaser bereitzustellen, die gleichzeitig transparent, wärmebeständig, feuchtigkeitsbeständig, was serfest, chemisch beständig, nicht entflammbar und flexibel ist, und insbesondere für Anlagenverkabelungen oder Verkabelungen für Kanalsysteme geeignet ist, die chemisch beständig sein müssen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben im Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme eine ausgedehnte Untersuchung durchgeführt und als Ergebnis gefunden, dass der Ausbreitungsmodus einer optischen Kunststofffaser dadurch als Einzelmodus gestaltet werden kann, dass der Kerndurchmesser und die Differenz des Brechungsindex zwischen dem Kern und der Hülle einer optischen Kunststofffaser durch die Verwendung spezieller Fluorpolymere gesteuert werden. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.
Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Kunststofffaser nach Anspruch 1 bereit.
Es ist bevorzugt, dass das Fluorpolymer des Kerns und der Hülle ein Fluorpolymer im Wesentlichen ohne C-H-Bindung ist und dessen Hauptkette eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur aufweist.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bereit, welches das Schmelzen des Hüllenfluorpolymers in einem zylindrischen Behälter, Einspritzen des Kernfluorpolymers in einen Bereich der Mittelachse der Schmelze des Hüllenfluorpolymers, gefolgt von Kühlen, oder Herstellen eines Hohlzylinders des Hüllenfluorpolymers, gefolgt von einem Einführen des Kernfluorpolymers umfasst, um eine Vorform zu bilden, und wobei diese Vorform weiter einem Schmelzspinnen unterzogen wird.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bereit, welches das Schmelzspinnen mittels Extrusion umfasst, so dass das Kernfluorpolymer in der Mitte angeordnet wird und das Hüllenfluorpolymer konzentrisch angeordnet wird, um es zu umhüllen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine optische SM-Kunststofffaser, die leicht handhabbar und sicher ist (die optische Faser bricht oder klebt nicht), mit geringen Kosten verbunden werden kann, auf einer kurzen Distanz verlegt werden kann und aufgrund einer großen Bandbreite und eines niedrigen Dämpfungsverlusts eine große Übertragungskapazität aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Ferner kann die erfindungsgemäße optische SM-Kunststofffaser mit einer aus Glas hergestellten optischen SM-Faser verbunden werden.
Ferner ist die erfindungsgemäße optische SM-Kunststofffaser gleichzeitig transparent, wärmebeständig, feuchtigkeitsbeständig, wasserfest, chemisch beständig, nicht entflammbar und flexibel, und kann unter ungünstigen Bedingungen z. B. für Anlagenverkabelungen oder Kanalverkabelungen verwendet werden, bei denen insbesondere eine chemische Beständigkeit erforderlich ist.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen detailliert beschrieben.
Die erfindungsgemäße optische Kunststofffaser ist eine optische Kunststofffaser, die einen Kern, der aus einem nicht-kristallinen Kernfluorpolymer im Wesentlichen ohne C-H-Bindung hergestellt ist, und eine Hülle umfasst, die aus einem Hüllenfluorpolymer mit einem Brechungsindex, der um mindestens 0,001 niedriger ist als der des Kernfluorpolymers, hergestellt ist, und wobei der Ausbreitungsmodus ein Einzelmodus ist.
In der vorliegenden Erfindung ist der Brechungsindex ein Brechungsindex bezüglich der Natrium-D-Linie.
In der vorliegenden Erfindung ist das Kernfluorpolymer nicht speziell beschränkt, so lange es ein Fluorpolymer ist, das nicht-kristallin ist und im Wesentlichen keine C-H-Bindung enthält, die eine Lichtabsorption im Nahinfrarot aufweist. Ein Fluorpolymer mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette ist jedoch bevorzugt. In der vorliegenden Erfindung ist das Hüllenfluorpolymer vorzugsweise ein Fluorpolymer, das nicht-kristallin ist und im Wesentlichen keine C-H-Bindung enthält, die eine Lichtabsorption im Nahinfrarot aufweist. Insbesondere ist das Hüllenfluorpolymer vorzugsweise ein Fluorpolymer des gleichen Typs wie das Kernfluorpolymer, so lange es einen Brechungsindex aufweist, der niedriger ist als der des zu kombinierenden Kernfluorpolymers. Als Hüllenfluorpolymer ist ein Fluorpolymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette besonders bevorzugt. Ferner ist das Kern- und das Hüllenfluorpolymer jeweils ein Polymer mit einem Schmelzformvermögen und es ist gewöhnlich ein im Wesentlichen lineares Polymer.
Als nächstes wird zuerst das Fluorpolymer beschrieben, das nicht-kristallin ist und im Wesentlichen keine C-H-Bindung aufweist, die eine Lichtabsorption im nahen Infrarot verursacht und das in dessen Hauptkette eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur aufweist. Es ist bevorzugt, als Kernfluorpolymer bzw. Hüllenfluorpolymer zwei Arten von Fluorpolymeren zu verwenden, die aus solchen Fluorpolymeren ausgewählt sind und verschiedene Brechungsindizes aufweisen.
Das Fluorpolymer, das in dessen Hauptkette eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur aufweist, ist ein Fluorpolymer, das eine Hauptkette aufweist, die aus einer Kette von Kohlenstoffatomen hergestellt ist und in der Hauptkette eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur aufweist. „In dessen Hauptkette eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur aufweist" steht für eine Struktur, bei der mindestens ein Kohlenstoffatom, das einen aliphatischen Ring bildet, ein Kohlenstoffatom in der Kohlenstoffkette ist, welche die Hauptkette bildet, und ein Fluoratom oder eine Fluor-enthaltende Gruppe an mindestens einen Teil der Kohlenstoffatome gebunden ist, die den aliphatischen Ring bilden. Als Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur ist eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Etherstruktur mehr bevorzugt.
Die Viskosität des Fluorpolymers in einem geschmolzenen Zustand beträgt vorzugsweise 1 × 10² bis 1 × 10⁵ Pa·s bei einer Schmelztemperatur von 200 bis 300°C. Wenn die Schmelzviskosität zu hoch ist, ist das Schmelzspinnen schwierig, und wenn die Schmelzviskosität zu niedrig ist, wird das Polymer weich, wenn es zur Bildung eines Kabels durch Aufbringen einer Schutzbeschichtung einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, wodurch sich die Lichtübertragungsleistung verschlechtert.
Das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Fluorpolymers beträgt vorzugsweise 1 × 10⁴ bis 5 × 10⁶, mehr bevorzugt 5 × 10⁴ bis 1 × 10⁶. Wenn das Molekulargewicht zu niedrig ist, kann die Wärmebeständigkeit beeinträchtigt werden, und wenn das Molekulargewicht zu hoch ist, kann das Schmelzen oder die Schmelzextrusion der Vorform schwierig sein. Wenn dieses Molekulargewicht durch die Grenzviskosität [η] dargestellt wird, beträgt es bei 30°C in Perfluor(2-butyltetrahydrofuran) (nachstehend als „PBTHF" bezeichnet) vorzugsweise 0,1 bis 1 dl/g, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5 dl/g.
Das Polymer, das eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur aufweist, ist vorzugsweise ein Polymer, das durch Polymerisieren eines Monomers mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur (eines Monomers mit einer polymerisierbaren Doppelbindung zwischen einem Kohlenstoffatom, das einen Ring bildet, und einem Kohlenstoffatom, das keinen Ring bildet, oder eines Monomers mit einer polymerisierbaren Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen, die einen Ring bilden) erhalten wird, oder ein Polymer, das eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur in dessen Hauptkette aufweist, das durch cyclische Polymerisation eines Fluormonomers mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen erhalten worden ist. Das vorstehend genannte Monomer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur ist vorzugsweise ein Monomer mit einer polymerisierbaren Doppelbindung und das vorstehend genannte cyclische polymerisierbare Fluor-enthaltende Monomer ist vorzugsweise ein Monomer mit zwei polymerisierbaren Doppelbindungen und ohne Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur.
In dieser Erfindung wird ein Monomer, das mit den vorstehend genannten Monomeren copolymerisierbar ist, und das sowohl von dem Monomer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur als auch von dem cyclischen polymerisierbaren Fluor-enthaltenden Monomer verschieden ist, als „anderes radikalisch polymerisierbares Monomer" bezeichnet.
Die Kohlenstoffatome, welche die Hauptkette des Fluorpolymers bilden, sind aus den zwei Kohlenstoffatomen der polymerisierbaren Doppelbindung eines Monomers ausgebildet. Demgemäß wird bzw. werden in einem Monomer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur, die eine polymerisierbare Doppelbindung aufweist, eines oder beide der beiden Kohlenstoffatome, welche die polymerisierbare Doppelbindung bilden, Atome sein, die den aliphatischen Ring bilden. Bei dem Fluormonomer ohne aliphatischen Ring und mit zwei polymerisierbaren Doppelbindungen sind ein Kohlenstoffatom einer polymerisierbaren Doppelbindung und ein Kohlenstoffatom der anderen polymerisierbaren Doppelbindung unter Bildung eines Rings gebunden. Ein aliphatischen Ring wird durch die gebundenen zwei Kohlenstoffatome und Atome zwischen diesen (ausgenommen Atome in einer Seitenkette) gebildet, und in einem Fall, bei dem zwischen den beiden polymerisierbaren Doppelbindungen ein Ether-Sauerstoffatom vorliegt, wird eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Etherstruktur gebildet.
Das Polymer, das eine Fluor-enthaltende aliphatische cyclische Struktur in dessen Hauptkette aufweist und durch eine Polymerisation eines Monomers mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur erhältlich ist, kann durch Homopolymerisieren eines Monomers mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur erhalten werden, wie z. B. Perfluor(2,2-dimethyl-1,3-dioxol), Perfluor(4-methyl-2-methylen-1,3-dioxolan) oder Perfluor(2-methyl-1,4-dioxin). Ferner kann auch ein Polymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette verwendet werden, das durch Copolymerisieren eines solchen Monomers mit dem anderen radikalisch polymerisierbaren Monomer, das keine C-H-Bindung enthält, erhalten wird. Wenn der Anteil der polymerisierten Einheiten des anderen radikalisch polymerisierbaren Monomers zunimmt, kann die Lichtdurchlässigkeit des Fluorpolymers abnehmen. Demgemäß ist das Fluorpolymer vorzugsweise ein Homopolymer eines Monomers mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur, oder ein Copolymer, bei dem der Anteil der polymerisierten Einheiten eines solchen Monomers mindestens 70 mol-% beträgt. Das andere radikalisch polymerisierbare Monomer, das keine C-H-Bindung enthält, kann z. B. Tetrafluorethylen oder Chlortrifluorethylen sein. Beispiele für käufliche nicht-kristalline Fluorpolymere im Wesentlichen ohne C-H-Bindung dieser Art sind „Teflon AF" (von DuPont hergestellt) oder „Hiflon AD" (von Ausimont hergestellt).
Ferner ist das Polymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette, das durch cyclische Polymerisation eines Fluor-enthaltenden Monomers mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen erhältlich ist, z. B. aus der JP-A-63-238111 oder der JP-A-63-238115 bekannt. Insbesondere kann ein Polymer mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette durch cyclische Polymerisation eines Monomers wie z. B. Perfluor(3-oxa-1,5-hexadien) oder Perfluor(3-oxa-1,6-heptadien) erhalten werden, oder durch Copolymerisieren eines solchen Monomers mit dem anderen radikalisch polymerisierbaren Monomer, das keine C-H-Bindung enthält, wie z. B. Tetrafluorethylen, Chlortrifluorethylen oder Perfluor(methylvinylether). Als Fluor-enthaltendes Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen, das von den vorstehend genannten Monomeren verschieden ist, ist z. B. auch Perfluor(4-methyl-3-oxa-1,6-heptadien) oder Perfluor(5-methyl-3-oxa-1,6-heptadien) bevorzugt. Wenn der Anteil der polymerisierten Einheiten des anderen radikalisch polymerisierbaren Monomers zunimmt, kann die Lichtdurchlässigkeit des Fluorpolymers abnehmen. Demgemäß ist als Fluorpolymer ein Homopolymer eines Fluormonomers, das mindestens zwei polymerisierbare Doppelbindungen aufweist, oder ein Copolymer bevorzugt, bei dem der Anteil der polymerisierten Einheiten eines solchen Monomers mindestens 40 mol-% beträgt. Ein käufliches nicht-kristallines Fluorpolymer im Wesentlichen ohne C-H-Bindung dieses Typs ist z. B. "Cytop" (von Asahi Glass Company, Limited, hergestellt).
Ferner kann das Fluorpolymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette auch durch Copolymerisieren eines Monomers mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur wie z. B. Perfluor(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) mit einem Fluor-enthaltenden Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen wie z. B. Perfluor(3-oxa-1,5-hexadien) oder Perfluor(3-oxa-1,6-heptadien) erhalten werden. Auch in einem solchen Fall kann die Lichtdurchlässigkeit abhängig von der Kombination abnehmen. Demgemäß ist ein Copolymer bevorzugt, bei dem der Anteil der polymerisierten Einheiten des Fluormonomers mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen mindestens 30 mol-% beträgt.
Das Polymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur ist im Hinblick auf die Transparenz, die mechanischen Eigenschaften, usw., vorzugsweise ein Polymer, das, bezogen auf die gesamten polymerisierten Einheiten des Polymers mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur, mindestens 20 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 40 mol-% polymerisierte Einheiten mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur enthält.
Ferner ist das Polymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur vorzugsweise ein Perfluorpolymer. Insbesondere ist es vorzugsweise ein Polymer, bei dem alle an Kohlenstoffatome gebundenen Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sind. Einige der Fluoratome in dem Perfluorpolymer können jedoch durch Atome substituiert sein, die von Wasserstoffatomen verschieden sind, wie z. B. Chloratome oder Deuteriumatome. Die Gegenwart von Chloratomen ist dahingehend effektiv, den Brechungsindex des Polymers zu erhöhen. Demgemäß kann als Kernfluorpolymer insbesondere ein Polymer mit Chloratomen verwendet werden.
Das Hüllenfluorpolymer wird als Hüllenmaterial verwendet und dessen Brechungsindex muss um mindestens 0,001 niedriger sein als der des Kernfluorpolymers. Ferner ist die Toleranz für die erforderliche Lichtdurchlässigkeitsleistung des Hüllenfluorpolymers größer als die des Kernfluorpolymers und demgemäß kann das Hüllenfluorpolymer eine kleine Menge an Wasserstoffatomen aufweisen. Die Gegenwart von Wasserstoffatomen kann jedoch eine Absorption von durchgelassenem Licht verursachen und verglichen mit Fluoratomen besteht bei der Gegenwart von Wasserstoffatomen eine Tendenz dahingehend, dass der Brechungsindex des Polymers zunimmt. Aus diesen Gründen ist das Hüllenfluorpolymer vorzugsweise ein Polymer im Wesentlichen ohne Wasserstoffatome. Ferner ist es ausreichend, wenn z. B. der Anteil der polymerisierten Einheiten mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur, bezogen auf die gesamten polymerisierten Einheiten des Polymers mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur, bei 20 mol-% liegt. Im Fall des Kernfluorpolymers beträgt dieser Anteil jedoch vorzugsweise mindestens 40 mol-%. Beispielsweise in einem Fall, bei dem das Hüllenfluorpolymer ein Copolymer eines Monomers mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur mit einem anderen radikalisch polymerisierbaren Monomer ist, kann der Anteil der polymerisierten Einheiten eines Monomers mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dem Hüllenfluorpolymer gering und selbst bei einem Niveau von 30 mol-% ausreichend sein.
In der vorliegenden Erfindung sind das Kern- und das Hüllenfluorpolymer vorzugsweise das vorstehend beschriebene Fluorpolymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette. Diese sind jedoch nicht auf ein solches Fluorpolymer beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, ein nicht-kristallines Fluorpolymer im Wesentlichen ohne C-H-Bindung und mit einer Fluor-enthaltenden cyclischen Struktur in dessen Hauptkette zu verwenden, die von der Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur verschieden ist, wie es in der vorstehend genannten JP-A-8-5848 beschrieben ist. Insbesondere ist es möglich, ein nicht-kristallines Fluorpolymer zu verwenden, das in dessen Hauptkette eine Fluor-enthaltende cyclische Struktur wie z. B. eine Fluor-enthaltende Imidringstruktur, eine Fluor-enthaltende Triazinringstruktur oder eine Fluor-enthaltende aromatische Ringstruktur enthält. Die Schmelzviskosität und das Zahlenmittel des Molekulargewichts eines solchen Polymers liegen vorzugsweise innerhalb von Bereichen, die der vorstehend genannten Schmelzviskosität und dem vorstehend genannten Zahlenmittel des Molekulargewichts des Fluorpolymers mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette äquivalent sind.
In der erfindungsgemäßen optischen Faser sind der Kern und die Hülle aus Kunststoffmaterialien (Fluorpolymeren) hergestellt. Demgemäß wird der Kern nicht wie bei einer aus Glas hergestellten optischen Faser brechen oder der Kern am Ende der optischen Faser wird nicht kleben und ist sicher.
Ferner ist die optische Faser, da Fluorpolymere für den Kern und die Hülle verwendet werden, gleichzeitig transparent, wärmebeständig, feuchtigkeitsbeständig, wasserfest, chemisch beständig, nicht entflammbar und flexibel, und eine solche optische Faser kann vorzugsweise insbesondere z. B. für Anlagenverkabelungen oder Kanalverkabelungen verwendet werden, die chemisch beständig sein müssen. Ferner ist die optische Faser flexibel, usw., und leicht handhabbar und verbindbar, und eine solche optische Faser kann zweckmäßig zum Erstellen eines Teilnehmeranschlussnetzwerks verwendet werden, das Büros oder Wohnungen verbindet, oder eines Netzwerks, das Gebäude oder Stockwerke verbindet.
Die erfindungsgemäße optische Kunststofffaser ist eine optische Kunststofffaser, bei welcher der Ausbreitungsmodus ein Einzelmodus ist.
Die Bedingungen für den Einzelmodus können durch die Formel (1) mittels Parametern dargestellt werden, die als so genannte normalisierte Frequenz V bezeichnet werden:
worin a der Kernradius, n₁ der Brechungsindex der Kernmitte, n₂ der Brechungsindex der Hülle und λ die Wellenlänge ist.
Eine erfindungsgemäße optische SM-Kunststofffaser umfasst einen Kern, der aus einem Kernfluorpolymer hergestellt ist, und eine Hülle, die aus einem Hüllenfluorpolymer mit einem Brechungsindex hergestellt ist, der um mindestens 0,001 niedriger ist als der des Kernfluorpolymers. In diesem Fall, bei dem bezüglich der Beziehung der Brechungsindizes n₁ und n₂ des Kernfluorpolymers und des Hüllenfluorpolymers die Formel (1) erfüllt sein muss, liegt Δn = n₁ – n₂ vorzugsweise im Bereich von 0,001 ≤ Δn < 0,01.
Wenn Δn unterhalb dieses Bereichs liegt, kann das Licht nicht eingeschlossen werden und es besteht eine Tendenz zu einer Zunahme des Biegeverlusts. Wenn Δn andererseits über diesem Bereich liegt, muss der Kerndurchmesser sehr klein gemacht werden, um die SM-Bedingungen zu erfüllen, und es wird schwierig, Licht eintreten zu lassen.
Durch Steuern des Kerndurchmessers der optischen Kunststofffaser und der Differenz der Brechungsindizes des Kerns und der Hülle derart, dass der Ausbreitungsmodus der optischen Kunststofffaser ein Einzelmodus ist, ist es möglich, einen niedrigen Dämpfungsverlust mit einer großen Übertragungskapazität aufgrund einer großen Bandbreite zu realisieren. Da ferner der Ausbreitungsmodus gleich ist, wird eine Verbindung mit einer aus Glas hergestellten optischen SM-Faser möglich.
Der Durchmesser der erfindungsgemäßen optischen SM-Kunststofffaser beträgt vorzugsweise mindestens 20 μm, mehr bevorzugt mindestens 50 μm. Wenn der Durchmesser zu klein ist, kann die Handhabung z. B. beim Verbinden schwierig sein und es kann schwierig sein, den Ausbreitungsmodus als Einzelmodus bereitzustellen. Es gibt keine bestimmte Obergrenze bezüglich des Durchmessers. Wenn der Durchmesser jedoch zu groß ist, steigen die Materialkosten und die wirtschaftliche Effizienz sinkt. Unter Berücksichtigung beispielsweise der wirtschaftlichen Effizienz beträgt die Obergrenze vorzugsweise etwa 800 μm. Besonders bevorzugt beträgt der Durchmesser der Faser 100 bis 800 μm.
Die erfindungsgemäße optische Kunststofffaser kann mit Verfahren hergestellt werden, die nachstehend beschrieben werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße optische Kunststofffaser bezüglich der Anwendungen zum Verlegen über eine kurze Distanz von wenigern hundert Metern bis wenigen Kilometern oder zum Verbinden (einer Verzweigungsleitung) mit einer optischen SM-Glasfaser oder unter erschwerten Anwendungsbedingungen eingesetzt werden, und sie ist besonders zum Verlegen über eine kurze Distanz geeignet.
Als Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen optischen SM-Kunststofffaser kann (A) ein Verfahren zum Formen einer Vorform und dann Schmelzspinnen der Vorform oder (B) ein Verfahren zum Schmelzspinnen mittels einer Extrusionsformvorrichtung eingesetzt werden. In jedem Fall ist es möglich, die optische SM-Kunststofffaser direkt aus den Polymeren herzustellen oder sie zu formen, während die Monomere polymerisiert werden.
Eine Vorform kann durch Schmelzen des Hüllenfluorpolymers in einem zylindrischen Behälter, Einspritzen des Kernfluorpolymers in einen Bereich der Mittelachse der Schmelze des Hüllenfluorpolymers, gefolgt von Kühlen, gebildet werden. Ferner kann eine Vorform auch durch Herstellen eines Hohlzylinders des Hüllenfluorpolymers durch Schmelzformen, usw., gefolgt von einem Einführen des Kernfluorpolymers gebildet werden. Ferner kann ein Hohlzylinder des Hüllenfluorpolymers durch Massepolymerisation eines Monomers des Hüllenfluorpolymers gebildet werden. Als Verfahren zum Einführen des Kernfluorpolymers in den Hohlzylinder des Hüllenfluorpolymers können ein Einspritzen des Kernfluorpolymers in einem geschmolzenen Zustand, das Einführen des Kernfluorpolymers, das in einer Stabform geformt ist, oder das Einfüllen des Monomers des Kernfluorpolymers und anschließend Massepolymerisieren eingesetzt werden.
Als Verfahren zum Schmelzspinnen von der vorstehend genannten Vorform kann das folgende Verfahren eingesetzt werden. Während die Vorform mit einer konstanten Geschwindigkeit v₁ in einen zylindrischen Heizofen eingeführt wird, wird sie vom vorderen Ende her geschmolzen, in eine schlanke Faserform gebracht und mit einer konstanten Geschwindigkeit v₂ herausgezogen, um eine Faser mit einem vorgegebenen Durchmesser zu erhalten. Die Beziehung von v₁ und v₂ ist
wobei r₁ der Kerndurchmesser der ursprünglichen Vorform und der r₂ der Kerndurchmesser der Faser ist, da das Volumen gemäß v₁πr₁ ² = v₂πr₂ ² konstant ist. Demgemäß wird das Kern/Hülle-Verhältnis von dem Kern/Hülle-Verhältnis der Vorform bestimmt und wenn der Kerndurchmesser geändert wird, wird sich auch der Hüllendurchmesser ändern, wodurch die Gestaltungsfreiheit eingeschränkt wird.
Andererseits ist es mit dem Verfahren des Schmelzspinnens mittels einer Extrusionsformvorrichtung möglich, eine Faser mit einer optionalen Größe durch Ändern der Drehzahl der Schnecke oder der Größe der Düse zu erzeugen, und es ist eine kontinuierliche Herstellung möglich, wodurch die Produktivität gut ist. Das Verfahren kann jedoch eine Kombination aus beidem sein, d. h. die Vorform kann durch Extrusion erzeugt werden, worauf ein Schmelzspinnen durchgeführt wird.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung weiter detailliert unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls auf solche spezifische Beispiele beschränkt ist.
Herstellungsbeispiel 1
30 g Perfluor(3-oxa-1,6-heptadien) (nachstehend als "PBVE" bezeichnet), 150 g entionisiertes Wasser, 10 g Methanol und 0,15 g Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsstarter wurden in einen aus einem druckfesten Glas hergestellten Autoklaven mit einem Innenvolumen von 200 ml eingebracht. Das Innere des Systems wurde dreimal mit Stickstoff gespült, worauf 2 Stunden bei 40°C eine Suspensionspolymerisation durchgeführt wurde. Das resultierende Polymer wurde mittels Fluorierung stabilisiert, worauf es gereinigt wurde. Als Ergebnis wurden 26 g eines gereinigten Polymers (nachstehend als "Polymer A" bezeichnet) erhalten. Die Grenzviskosität [η] des Polymers A betrug bei 30°C in PBTHF 0,24. Die Glasübergangstemperatur des Polymers A, die mittels Differentialscanningkalorimetrie (nachstehend als "DSC" bezeichnet) gemessen worden ist, betrug 108°C, und es handelte sich um ein transparentes glasartiges Polymer, das bei Raumtemperatur zäh war. Ferner betrug die 10%-Wärmezersetzungstemperatur 468°C und der Brechungsindex betrug 1,342.
Herstellungsbeispiel 2
27 g PBVE, 3 g Perfluor(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) (nachstehend als "PDD" bezeichnet), 150 g entionisiertes Wasser, 10 g Methanol und 0,15 g Diisopropylperoxydicarbonat wurden in einen aus einem druckfesten Glas hergestellten Autoklaven mit einem Innenvolumen von 200 ml eingebracht. Das Innere des Systems wurde dreimal mit Stickstoff gespült, worauf 22 Stunden bei 40°C eine Suspensionspolymerisation durchgeführt wurde. Das resultierende Polymer wurde mittels Fluorierung stabilisiert, worauf es gereinigt wurde. Als Ergebnis wurden 27 g eines gereinigten Polymers (nachstehend als "Polymer B" bezeichnet) erhalten.
Die Grenzviskosität [η] des Polymers B betrug bei 30°C in PBTHF 0,25. Aus der Analyse des IR-Spektrums ergab sich ein Gehalt an Wiederholungseinheiten (nachstehend als "polymerisierte PDD-Einheiten" bezeichnet, das gleiche gilt nachstehend), die durch die Polymerisationsreaktion von PDD gebildet wurden, von 10 mol-%. Die Glasübergangstemperatur des Polymers B, die mittels DSC gemessen worden ist, betrug 115°C, und es handelte sich um ein transparentes glasartiges Polymer, das bei Raumtemperatur zäh war. Ferner betrug die 10%-Wärmezersetzungstemperatur 465°C und der Brechungsindex betrug 1,337.
Herstellungsbeispiel 3
20 g PBVE, 10 g Tetrafluorethylen (nachstehend als "TFE" bezeichnet), 30 g Dichlorpentafluorpropan (nachstehend als "R225" bezeichnet) und 30 mg Perfluorbenzoylperoxid wurden in einen aus Edelstahl hergestellten Autoklaven mit einem Innenvolumen von 200 ml eingebracht. Das Innere des Systems wurde in flüssigem Stickstoff eingefroren und evakuiert, worauf 20 Stunden bei 70°C eine Lösungspolymerisation durchgeführt wurde, worauf gereinigt wurde. Als Ergebnis wurden 25 g eines gereinigten Polymers (nachstehend als "Polymer C" bezeichnet) erhalten.
Die Grenzviskosität [η] des Polymers B betrug bei 30°C in PBTHF 0,27. Aus der Analyse des NMR-Spektrums ergab sich ein Molverhältnis von polymerisierten PBVE-Einheiten : polymerisierten TFE-Einheiten von 46 : 54. Die Glasübergangstemperatur des Polymers C, die mittels DSC gemessen worden ist, betrug 82°C, und es handelte sich um ein transparentes glasartiges Polymer, das bei Raumtemperatur zäh war. Ferner betrug die 10 -Wärmezersetzungstemperatur 468°C und der Brechungsindex betrug 1,338.
Herstellungsbeispiel 4
22 g PBVE, 8 g Perfluor(2-methylen-4-methyl-1,3-dioxolan) (nachstehend als "PMMD" bezeichnet), 150 g entionisiertes Wasser, 10 g Methanol und 0,15 g Diisopropylperoxydicarbonat wurden in einen aus einem druckfesten Glas hergestellten Autoklaven mit einem Innenvolumen von 200 ml eingebracht. Das Innere des Systems wurde dreimal mit Stickstoff gespült, worauf 22 Stunden bei 40°C eine Suspensionspolymerisation durchgeführt wurde. Das resultierende Polymer wurde mittels Fluorierung stabilisiert, worauf es gereinigt wurde. Als Ergebnis wurden 26,6 g eines gereinigten Polymers (nachstehend als "Polymer D" bezeichnet) erhalten.
Die Grenzviskosität [η] des Polymers B betrug bei 30°C in PBTHF 0,27. Aus der Analyse des NMR-Spektrums ergab sich ein Molverhältnis von polymerisierten PBVE-Einheiten : polymerisierten PMMD-Einheiten von 68 : 32. Die Glasübergangstemperatur des Polymers D, die mittels DSC gemessen worden ist, betrug 114°C, und es handelte sich um ein transparentes glasartiges Polymer, das bei Raumtemperatur zäh war. Ferner betrug die 10%-Wärmezersetzungstemperatur 447°C und der Brechungsindex betrug 1,338.
Herstellungsbeispiel 5
8 g PBVE, 7 g 2,2-Bis(trifluormethyl)-1,3-dioxol (nachstehend als "HFDD" bezeichnet), 8 g TFE, 10 g R225 und 50 mg Perfluorbenzoylperoxid wurden in einen aus Edelstahl hergestellten Autoklaven mit einem Innenvolumen von 200 ml eingebracht. Das Innere des Systems wurde in flüssigem Stickstoff eingefroren und evakuiert, worauf 20 Stunden bei 70°C eine Lösungspolymerisation durchgeführt wurde, worauf gereinigt wurde. Als Ergebnis wurden 4,7 g eines gereinigten Polymers (nachstehend als "Polymer E" bezeichnet) erhalten.
Die Grenzviskosität [η] des Polymers E betrug bei 30°C in PBTHF 0,24. Aus der Analyse des NMR-Spektrums ergab sich ein Molverhältnis von polymerisierten PBVE-Einheiten : polymerisierten HFDD-Einheiten : polymerisierten TFE-Einheiten von 50 : 15 : 35. Die Glasübergangstemperatur des Polymers E, die mittels DSC gemessen worden ist, betrug 80°C, und es handelte sich um ein transparentes glasartiges Polymer, das bei Raumtemperatur zäh war. Ferner betrug die 10%-Wärmezersetzungstemperatur 462°C und der Brechungsindex betrug 1,338.
Herstellungsbeispiel 6
2 g Perfluor(4-methyl-3-oxa-1,6-heptadien) und 6,2 mg Diisopropylperoxydicarbonat wurden in eine Glasampulle eingebracht, in flüssigem Stickstoff eingefroren, evakuiert und dann wurde die Glasampulle verschlossen. Nach 20 Stunden Erwärmen bei 40°C in einem Ofen wurde der verfestigte Inhalt entnommen und 1 Stunde bei 200°C getrocknet. Das resultierende Polymer wurde mittels Fluorierung stabilisiert, worauf es gereinigt wurde. Die Ausbeute des erhaltenen Polymers (nachstehend als "Polymer F" bezeichnet) betrug 99%. Der mit einem Abbe-Refraktometer gemessene Brechungsindex eines Films des Polymers F, der durch Formpressen hergestellt wurde, betrug 1,328, und die Glasübergangstemperatur, die mittels dynamischer thermomechanischer Analyse (DMA) gemessen worden ist, betrug 124°C.
Beispiel 1
Das Polymer B wurde in einen zylindrischen Edelstahlbehälter mit einem Innendurchmesser von 3,3 cm eingebracht und geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Edelstahlstab mit einem Außendurchmesser von 1,1 mm in den Mittelabschnitt eingeführt, worauf zur Verfestigung gekühlt wurde. Der Edelstahlstab wurde herausgezogen und der geformte hohle Stab (25 cm) aus dem Polymer B wurde aus dem Behälter entnommen. Anschließend wurde unter Verwendung des Polymers A separat ein Stab mit einem Außendurchmesser von 1 mm und einer Länge von 25 cm hergestellt und in den hohlen Stab aus dem Polymer B eingeführt, so dass eine Vorform erhalten wurde, die einen aus dem Polymer A (Brechungsindex: 1,342) hergestellten Kern und eine aus dem Polymer B (Brechungsindex: 1,337) hergestellte Hülle umfasste.
Diese Vorform wurde mit einer Geschwindigkeit von v₁ = 0,57 mm/min von einem Ende her in einen auf 240°C aufgeheizten zylindrischen Elektroofen eingebracht und eine Faser wurde mit einer Geschwindigkeit von v₂ = 10 m/min herausgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Raum zwischen dem Kern und der Hülle der Vorform auf einen verminderten Druck von 94 kPa geringfügig evakuiert, um den Kern und die Hülle in engen Kontakt zueinander zu bringen. Der Außendurchmesser der so erhaltenen Faser betrug 0,25 mm. Der Kerndurchmesser wurde zu diesem Zeitpunkt zu etwa 8 μm berechnet und die normalisierte Frequenz war V = 2,24 bezüglich einer Energiequelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer Laserdiode (nachstehend als LD bezeichnet) als Lichtquelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit einem Nahfeldmuster gemessen (nachstehend als "NFP"-Verfahren bezeichnet), wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 10 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,25 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Abschneideverfahren der Dämpfungsverlust bei einer Wellenlänge von 1,3 μm gemessen, wobei ein Wert von 20 dB/km erhalten wurde.
Beispiel 2
Das Polymer C wurde in einen zylindrischen Edelstahlbehälter mit einem Innendurchmesser von 3,3 cm eingebracht und geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Edelstahlstab mit einem Außendurchmesser von 1,1 mm in den Mittelabschnitt eingeführt, worauf zur Verfestigung gekühlt wurde. Der Edelstahlstab wurde herausgezogen und der geformte hohle Stab (25 cm) aus dem Polymer C wurde aus dem Behälter entnommen. Anschließend wurde unter Verwendung des Polymers A separat ein Stab mit einem Außendurchmesser von 1 mm und einer Länge von 25 cm hergestellt und in den hohlen Stab aus dem Polymer C eingeführt, so dass eine Vorform erhalten wurde, die einen aus dem Polymer A (Brechungsindex: 1,342) hergestellten Kern und eine aus dem Polymer C (Brechungsindex: 1,338) hergestellte Hülle umfasste.
Diese Vorform wurde mit einer Geschwindigkeit von v₁ = 0,57 mm/min von einem Ende her in einen auf 230°C aufgeheizten zylindrischen Elektroofen eingebracht und eine Faser wurde mit einer Geschwindigkeit von v₂ = 10 m/min herausgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Raum zwischen dem Kern und der Hülle der Vorform auf einen verminderten Druck von 94 kPa geringfügig evakuiert, um den Kern und die Hülle in engen Kontakt zueinander zu bringen. Der Außendurchmesser der so erhaltenen Faser betrug 0,25 mm. Der Kerndurchmesser wurde zu diesem Zeitpunkt zu etwa 8 μm berechnet und die normalisierte Frequenz war V = 2,00 bezüglich einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer LD als Lichtquelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit dem NFP-Verfahren gemessen, wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 10 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,2 μm erhalten wurde.
Beispiel 3
Mit einem Schneckenextruder wurde bei einer Temperatur von 250 bis 270°C eine Doppelextrusion derart durchgeführt, dass sich das Polymer A (Brechungsindex: 1,342) in der Mitte befand und das Polymer D (Brechungsindex: 1,338) um dieses herum angeordnet war. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Außendurchmesser des extrudierten Polymers am Düsenauslass 20 mm und das Polymer wurde zur Herstellung einer Faser auf einen Außendurchmesser von 0,2 mm gezogen. Die Aufwickelgeschwindigkeit der Faser betrug zu diesem Zeitpunkt 12 m/min. Der Kerndurchmesser wurde zu diesem Zeitpunkt zu etwa 8 μm berechnet und die normalisierte Frequenz war V = 2,00 bezüglich einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer LD als Energiequelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit dem NFP-Verfahren gemessen, wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 10 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,2 μm erhalten wurde.
Beispiel 4
Unter Verwendung des Polymers E wurde eine Vorform, die einen aus dem Polymer A (Brechungsindex: 1,342) hergestellten Kern und eine aus dem Polymer E (Brechungsindex: 1,338) hergestellte Hülle umfasste, in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt.
Diese Vorform wurde mit einer Geschwindigkeit von v₁ = 0,57 mm/min von einem Ende her in einen auf 240°C aufgeheizten zylindrischen Elektroofen eingebracht und eine Faser wurde mit einer Geschwindigkeit von v₂ = 10 m/min herausgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Raum zwischen dem Kern und der Hülle der Vorform auf einen verminderten Druck von 94 kPa geringfügig evakuiert, um den Kern und die Hülle in engen Kontakt zueinander zu bringen. Der Außendurchmesser der so erhaltenen Faser betrug 0,25 mm. Der Kerndurchmesser wurde zu diesem Zeitpunkt zu etwa 8 μm berechnet und die normalisierte Frequenz war V = 2,00 bezüglich einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer LD als Energiequelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit dem NFP-Verfahren gemessen, wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 10 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,2 μm erhalten wurde.
Beispiel 5
Unter Verwendung des Polymers F wurde eine Faser, die einen aus dem Polymer A (Brechungsindex: 1,342) hergestellten Kern und eine aus dem Polymer F (Brechungsindex: 1,328) hergestellte Hülle umfasste, in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 erhalten. Der Außendurchmesser dieser Faser betrug 0,5 mm. Der Kerndurchmesser betrug zu diesem Zeit punkt 4 μm und die normalisierte Frequenz war V = 1,87 bezüglich einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer LD als Energiequelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit dem NFP-Verfahren gemessen, wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 5 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,1 μm erhalten wurde.
Beispiel 6
Unter Verwendung von Hiflon AD, d. h. einem von Ausimont hergestellten Fluorpolymer, wurde eine Vorform, die einen aus dem Polymer F (Brechungsindex: 1,328) hergestellten Kern und eine aus Hiflon AD (Brechungsindex: 1,325) hergestellte Hülle umfasste, in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 erhalten.
Diese Vorform wurde mit einer Geschwindigkeit von v₁ = 0,57 mm/min von einem Ende her in einen auf 250°C aufgeheizten zylindrischen Elektroofen eingebracht und eine Faser wurde mit einer Geschwindigkeit von v₂ = 10 m/min herausgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Raum zwischen dem Kern und der Hülle der Vorform auf einen verminderten Druck von 94 kPa geringfügig evakuiert, um den Kern und die Hülle in engen Kontakt zueinander zu bringen. Der Außendurchmesser der so erhaltenen Faser betrug 0,25 mm. Der Kerndurchmesser wurde zu diesem Zeitpunkt zu etwa 8 μm berechnet und die normalisierte Frequenz war V = 1,72 bezüglich einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer LD als Energiequelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit dem NFP-Verfahren gemessen, wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 10 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,0 μm erhalten wurde.
Beispiel 7
Unter Verwendung von Hiflon AD und Teflon AF, das von DuPont hergestellt worden ist, wurde eine Faser, die einen aus Hiflon AD (Brechungsindex: 1,325) hergestellten Kern und eine aus Teflon AF (Brechungsindex: 1,31) hergestellte Hülle umfasste, in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 erhalten. Der Außendurchmesser dieser Faser betrug 0,3 mm. Der Kerndurchmesser betrug zu diesem Zeitpunkt 4 μm und die normalisierte Frequenz war V = 1,92 bezüglich einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 1,3 μm, wodurch die Bedingung für einen Einzelmodus erfüllt war.
Von einem Ende dieser Faser her wurde mittels einer LD als Energiequelle Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm eingeführt und die Intensitätsverteilung des austretenden Lichts wurde mit dem NFP-Verfahren gemessen, wodurch der Modusfelddurchmesser gemessen und ein Wert von 5 μm erhalten wurde. Ferner wurde mit einem Biegeverfahren die Grenzwellenlänge gemessen, wobei ein Wert von 1,2 μm erhalten wurde.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, ist es erfindungsgemäß möglich, eine optische SM-Kunststofffaser mit einem geringen Dämpfungsverlust und einer großen Übertragungskapazität aufgrund einer großen Bandbreite, die leicht handhabbar und sicher ist (die optische Faser bricht oder klebt nicht), auf einer kurzen Distanz auf einem Niveau von wenigen hundert Metern bis wenigen Kilometern verlegt werden kann und niedrige Kosten für die Verbindung aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, eine optische Kunststofffaser, die mit einer aus Glas hergestellten optischen SM-Faser verbunden werden kann, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen. Ferner ist es erfindungsgemäß durch die Verwendung eines nicht-kristallinen Fluor-enthaltenden Materials, insbesondere eines Polymers mit einer Fluorenthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur, möglich, dass die Materialverteilung kleiner gemacht werden kann als bei Glas und einem Acrylharz, und es ist ebenfalls möglich, eine optische Kunststofffaser für eine größere Bandbreite sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, eine optische Kunststofffaser, die gleichzeitig transparent, wärmebeständig, feuchtigkeitsbeständig, wasserfest, chemisch beständig, nicht entflammbar und flexibel ist, und insbesondere für Anlagenverkabelungen oder Kanalverkabelungen geeignet ist, die chemisch beständig sein müssen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.

Claims

Optische Kunststofffaser, gekennzeichnet durch einen Kern, der aus einem nicht-kristallinen Kernfluorpolymer mit keiner C-H-Bindung hergestellt ist, und eine Hülle, die aus einem Hüllenfluorpolymer mit einem Brechungsindex, der um mindestens 0,001 niedriger als der des Kernfluorpolymers ist, hergestellt ist, und wobei die Ausbreitungsmode eine Einzelmode für Nahinfrarotlicht ist.
Optische Kunststofffaser nach Anspruch 1, wobei die Beziehung zwischen n₁ und n₂ 0,001 ≦ n₁ – n₂ < 0,01 genügt, wobei n₁ der Brechungsindex des Kernfluorpolymers und n₂ der Brechungsindex des Hüllenfluorpolymers ist.
Optische Kunststofffaser nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Außendurchmesser der Kunststofffaser von 100 bis 800 μm beträgt.
Optische Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hüllenfluorpolymer ein nicht-kristallines Fluorpolymer mit keiner C-H-Bindung ist.
Optische Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hüllenfluorpolymer ein Fluorpolymer mit keiner C-H-Bindung und mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette ist.
Optische Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kernfluorpolymer ein Fluorpolymer mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette ist.
Optische Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes der Kern- und Hüllenfluorpolymere ein Fluorpolymer mit keiner C-H-Bindung und mit einer Fluor-enthaltenden aliphatischen cyclischen Struktur in dessen Hauptkette ist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Kunststofffaser, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, gekennzeichnet durch Schmelzen des Hüllenfluorpolymers in einem zylindrischen Behälter, Einspritzen des Kernfluorpolymers in einen Bereich der Mittelachse der Schmelze des Hüllenfluorpolymers, gefolgt von Kühlen, oder Herstellen eines Hohlzylinders des Hüllenfluorpolymers, gefolgt von einem Einführen des Kernfluorpolymers, um eine Vorform zu bilden, und wobei diese Vorform weiterhin einem Schmelzspinnen unterzogen wird.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Kunststofffaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Schmelzspinnen mittels Extrusion, so daß das Kernfluorpolymer in der Mitte angeordnet wird und das Hüllenfluorpolymer konzentrisch angeordnet wird, um es zu umhüllen.