DE60310862T2 - Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser mit Beschichtungen unterschiedlicher Natur - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft das Gebiet der optischen Fasern.
- Es wurden mehrere Verfahren entwickelt, um die Ummantelung des Kern- und Mantelmaterials einer optischen Faser mit einem Umhüllungsmaterial zu ermöglichen, das spezifische Eigenschaften wie z.B. Robustheit, Flexibilität oder Schutz gegen feindliche Umgebungen, verleiht.
- Unter diesen Verfahren wurde insbesondere eine Ummantelung vorgeschlagen, die aus einem ersten Umhüllungsteil aus einem photovernetzbaren Harz mit niedrigem Elastizitätsmodul, das im Allgemeinen eine Acrylgrundlage hat, und einem zweiten Umhüllungsteil mit einem hohen Elastizitätsmodul, im Allgemeinen der gleichen Art wie der erste Umhüllungsteil, und innig mit diesem verbunden, besteht.
- Diese photovernetzbaren Harze weisen eine erhöhte Vernetzungskinetik auf, die es ermöglicht, Ummantelungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 2000 m/min zu erhalten. Jedoch bieten diese photovernetzbaren Harze nur eine relativ begrenzte Auswahl an spezifischen Eigenschaften. Außerdem müssen diese Harze durch Auftragung bei relativ niedrigen Temperaturen, typischerweise 90°C, abgeschieden werden, und die Temperatur beim Faserziehen einer optischen Faser liegt in der Größenordnung von 1600°C; es ist daher zwingend, dass die nicht-umhüllte optische Faser eine bedeutende Abkühlung am Ausgang des Faserziehofens durchmacht, oder anders ausgedrückt, die Entfernung, die den Faserziehofen von der Vorrichtung zur Umhüllung trennt, ist beachtlich. Schließlich sind die Kosten für diese photovernetzbaren Harze erhöht.
- Im Übrigen wurde vorgeschlagen, durch Wiederaufnahme an die optischen Fasern, die mit identischen ersten und zweiten Teilen einer Umhüllung ausgestattet sind, eine komplementäre Um hüllung einzufügen, die „buffer coating" genannt wird, die aus einem extrodierten thermotropen flüssigkristallinen Polymer (oder TLCP für Thermotropic Liquid Cristalline Polymer) besteht. Eine solche optische Faser wird insbesondere in den Patentschriften US-4,778,244 und US-4,906,066 und JP-61091610A beschrieben. Dieser Umhüllungstyp (oder Ummantelungstyp) erlaubt es, bestimmte spezifische Eigenschaften der optischen Fasern und insbesondere ihre Fähigkeit, äußere Belastungen, die durch die Installationsbedingungen und/oder Verwendungsbedingungen induziert werden, auszuhalten, zu verstärken. Aber dies genügt nicht, insbesondere was die große Vielzahl von Eigenschaften oder Merkmale angeht, die die zahlreichen Anwendungen der optischen Fasern verlangen. Darüberhinaus erfolgt der Vorgang des Hinzufügens der „buffer coating" bei einer sehr langsamen Geschwindigkeit, typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 10 m/min, die weit von der üblichen Herstellungsgeschwindigkeit der optischen Faser entfernt ist.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, die vorstehend genannten Unzulänglichkeiten ganz oder teilweise zu beheben.
- Zu diesem Zweck schlägt sie ein Verfahren zur Umhüllung einer optischen Faser vor, in dem man das Material des Kerns aus dotiertem Siliciumdioxid und einem optischen Mantel aus Siliciumdioxid mit einer Umhüllung (oder Ummantelung) umgibt, die aus einem ersten Umhüllungsteil aus photovernetzbarem Harz, z.B. auf Acrylgrundlage und einem zweiten Umhüllungsteil, der durch Extrusion eines thermoplastischen Polymers hergestellt wird, besteht. Das thermoplastische Polymer wird mit einem Additiv vermischt, das aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer besteht.
- Das thermoplastische Polymer umfasst ein Additiv des thermotropen flüssigkristallinen Polymertyps (oder TLCP). Das ther motrope flüssigkristalline Polymer wird vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt, die wenigstens Polyester und insbesondere vollständig aromatische Polyester und aromatische Copolyester umfasst.
- Vorzugsweise werden dieses Additiv und das thermoplastische Polymer vorab in der Wärme entsprechend gewählter Verhältnismengen derart vermischt, dass eine Legierung gebildet wird. Der Additiv-Verhältnisanteil ist höchstens gleich 10% des Gewichts der Legierung, liegt vorzugsweise zwischen 2% und 10%, und ist noch bevorzugter gleich 5%.
- Das thermoplastische Polymer wird vorzugsweise unter Polyethylen (PE), Polyamid (PA) und insbesondere Polyamid 12 (PA 12), wie Rilsan A®, z.B. ACNO TL® und AMNO P40TLD®, ausgewählt.
- Diese Legierung wird dann vorzugsweise gekühlt, danach granuliert. Danach wird das Granulat vorzugsweise getrocknet, bevor es extrudiert wird, und zwar z.B. mit einem Extruder, der eine Düse mit Rohraufbau enthält.
- Das Verfahren ist ganz besonders auf die Umhüllung von optischen Fasern für das Fernmeldewesen angepasst.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine optische Faser, bestehend aus einem Kern aus dotiertem Siliciumdioxid und einem optischen Mantel aus Siliciumdioxid, wobei der Kern und der optische Mantel von einer Umhüllung umgeben sind, die aus einem ersten Umhüllungsteil aus photovernetzbarem Harz und einem zweiten Umhüllungsteil aus thermoplastischem Polymer, das ein Additiv enthält, das aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer besteht, besteht. Diese optische Faser wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung produziert.
- Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden beim Studium der detaillierten nachfolgenden Beschreibung und der angefügten Zeichnung klar, bei der die einzige Figur eine optische Faser, die mit Hilfe eines Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung erhalten wurde, in einer Querschnittsansicht schematisch darstellt. Diese Zeichnung dient nicht nur zur Vervollständigung der Erfindung, sondern soll gegebenenfalls auch zu ihrer Definition beitragen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umhüllung einer optischen Faser, die aus einem Kern aus dotiertem Siliciumdioxid
1 , in dem sich das Licht ausbreitet, und einem optischen Mantel aus Siliciumdioxid2 , besteht. Dieses Verfahren besteht darin, diesen Kern1 und diesen optischen Mantel2 mit einem Umhüllungsmaterial, das aus zwei Teilen3 und4 besteht, zu ummanteln. - Ein erster Teil der Umhüllung (oder Ummantelung)
3 , der den optischen Mantel2 umgibt, wird durch Beschichtung mit einem photovernetzbaren Harz mit niedrigem Elastizitätsmodul verwirklicht. Es handelt sich vorzugsweise um ein Harz auf Acrylbasis, dessen Elastizitätsmodul zwischen 1 MPa und 10 MPa liegt und bevorzugter gleich 1 MPa ist. - Ein zweiter Umhüllungsteil (oder Ummantelungsteil)
4 wird durch Extrusion eines schmelzbaren thermoplastischen Polymers, das in Abhängigkeit von den erforderlichen spezifischen Eigenschaften ausgewählt wurde, um die Schicht, die den ersten Teil3 bildet, verwirklicht. Dieses thermoplastische Polymer kann z.B. Polyethylen (PE), Polyamid (PA) und insbesonder Polyamid 12 (PA12) wie z.B. Rilsan A® (z.B. ACNO TL® und AMNO P40TLD®, die von ATOFINA im Handel sind) oder jedes andere PA12 entsprechender Qualität wie z.B. Ultramid®, das von BASF im Handel ist, oder Vestamid®, das von Degussa AG im Handel ist, sein. - Die Extrusionstemperatur wird in Funktion des verwendeten thermoplastischen Polymers ausgewählt. Diese Temperatur muss jedoch über der Schmelztemperatur des thermoplastischen Poly mers liegen. Typischerweise kann man Temperaturen verwenden, die zwischen etwa 180°C und etwa 330°C liegen. Dies ermöglicht es, die Entfernung, die zum Kühlen der optischen Fasern zwischen den zwei Umhüllungsarbeitsgängen notwendig ist, deutlich zu reduzieren.
- Der Extruder ist vorzugsweise mit einer Düse mit Rohraufbau (oder „tubing die" bzw. Rohrdüse) ausgestattet. Eine solche Ziehdüse bzw. Spinndüse mit Rohraufbau erlaubt in der Tat die Herstellung von sehr feinen Ummantelungen, die typischerweise zwischen 20 μm und 100 μm liegen, und zwar ohne Erzeugung von hohen für die Faser schädlichen Drücken.
- Darüberhinaus kann die Freilegung mit Hilfe einer klassischen Zange zum Freilegen (Miller®-Zange) durchgeführt werden. Durch dieses Herstellungsverfahren können die Herstellungskosten für eine optische Faser um etwa 25% im Vergleich zu den Herstellungskosten für optische Fasern, deren Ummantelung aus zwei Teilen derselben Natur, ein photovernetzbares Harz, besteht, verringert werden, und zwar bei einem äquivalenten Oberflächenaussehen und einer annähernd äquivalenten Herstellungsgeschwindigkeit. Außerdem ist es möglich, eine gute Konzentrizität ohne deutliche Erhöhung der Abschwächung des Signals zu erhalten.
- Um die Beschränkungen, die durch das thermoplastische Polymer während der Extrusionsphase auferlegt werden, wie z.B. die Beschränkungen bezüglich Scherung und DDR (für „Draw Down Ratio"-Verhältnis zwischen dem Querschnitt der Faser am Ausgang des Extruders und dem Querschnitt der Umhüllung), die hauptsächlich durch die stark erhöhten Herstellungsgeschwindigkeiten induziert werden, ist es vorteilhaft, ihm ein Additiv zuzusetzen, das als Gleitmittel wirkt, so dass eine Legierung hergestellt wird.
- Das Additiv besteht aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer (oder TLCP für „Thermotropic Liquid Cristalline Polymer"). Das thermotrope flüssigkristalline Polymer (TLCP) wird vorzugsweise unter den Polyestern und insbesondere den vollständig aromatischen Polyestern, den aromatischen Copolyestern und insbesondere Vectra® (im Handel von Hoechst Celanese), Vectra LKX 1110® und Vectra A 950® und jedem anderen TLCP äquivalenter Qualität, umfassend Zenite® (im Handel von E.I Dupont de Nemours), Sumikasuper® und Ekonol® (im Handel von Sumitomo Chemical), Rodrun® (im Handel von Unitika) und Granlar® (im Handel von Grandmont), ausgewählt.
- Der Verhältnisanteil des Additivs, als Gewicht, in der Legierung liegt vorzugsweise zwischen 2% und 10%. Dieser Verhältnisanteil variiert in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten thermoplastischen Polymers und des verwendeten Additivtyps. Man kann beispielsweise eine Legierung bzw. ein Gemenge herstellen, das 95% PA 12 AMNO TLD® und 5% TCLP Vectra LKX 1110® umfasst. In diesem Beispiel bezeichnen die Verhältnismengen Gewichtsmengen. Andere Beispiele für ein Gemisch (oder eine Legierung) können in dem Artikel von La Mantia F.P. in Liquid Cristal Polymer Blend, Technomic, Lancaster, USA, Kapitel 4 (1993), gefunden werden.
- Die Legierung wird vorzugsweise in der Wärme vor der Extrusionsphase z.B. mit Hilfe eines Doppelschneckenmischers erhalten. Die Legierung wird dann gekühlt, vorzugsweise schnell, bevor sie granuliert wird. Das Granulat wird dann vorzugsweise getrocknet, bevor es wie vorstehend beschrieben extrudiert wird.
- Eine derartige Legierung erlaubt es, insbesondere das rheologische Verhalten des thermoplastischen Polymers zu optimieren und beachtliche Herstellungsgeschwindigkeiten, typischerweise in der Größenordnung von 2000 m/min, zu erreichen. Außerdem induziert das TLCP eine Verringerung der Schmelzenthalpie der Legierung, was es möglich macht, die Kühlvorrichtung deutlich zu vereinfachen. Durch seine Eigenschaften geht die Legierung in der Tat vom flüssigen Zustand in den festen Zustand über, ohne dass die Abführung großer Wärmemengen notwendig ist, was es ihr erlaubt, sich quasi sofort zu verfestigen.
- Demnach wurde im Vorstehenden eine Legierung beschrieben, die aus einem thermoplastischen Polymer und einem Additiv, welches durch ein thermotropes flüssigkristallines Polymer gebildet wird, besteht. Man kann in Betracht ziehen, dass die Legierung aus einem thermoplastischen Polymer und wenigstens 2 verschiedenen Additiven, z.B. unterschiedlichen thermotropen flüssigkristallinen Polymeren gebildet wird, um ihr spezifische Eigenschaften zu verleihen. Man kann außerdem in Betracht ziehen, dem thermoplastischen Polymer ein oder mehrere Farbmittel zuzusetzen.
Claims (13)
- Verfahren zur Umhüllung einer optischen Faser, die aus einem Kern aus dotiertem Siliciumdioxid (
1 ) und einem optischen Mantel aus Siliciumdioxid (2 ) besteht, bei dem man den Kern (1 ) und den optischen Mantel (2 ) mit einer Umhüllung umgibt, die aus einem ersten Umhüllungsteil (3 ) aus fotovernetzbarem Harz und einem zweiten Umhüllungsteil (4 ), der durch Extrusion eines thermoplastischen Polymers hergestellt wird, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer mit einem Additiv vermischt wird, das aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer besteht. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Polymer aus der Gruppe, umfassend wenigstens Polyethylen, Polyamid, ausgewählt wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei das thermoplastische Polymer Polyamid 12 ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das thermotrope flüssigkristalline Polymer aus einer Gruppe ausgewählt wird, die wenigstens Polyester und insbesondere vollständig aromatische Polyester und aromatische Copolyester umfasst.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Additiv und das thermoplastische Polymer vorab in der Wärme entsprechend gewählter Verhältnismengen derart vermischt werden, dass eine Legierung gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Additiv-Verhältnisanteil, als Gewicht, höchstens gleich 10% des Gewichts der Legierung ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Additiv-Verhältnisanteil, als Gewicht, zwischen 2% und etwa 10% liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Legierung gekühlt, dann granuliert wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Granulat getrocknet wird, bevor es extrudiert wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Umhüllungsteil mit einem Extruder extrudiert wird, der eine Düse mit Rohraufbau enthält.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das fotovernetzbare Harz auf Acrylgrundlage ist.
- Optische Faser, die durch das Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist, bestehend aus einem Kern aus dotiertem Siliziumdioxid und einem optischen Mantel aus Siliziumdioxid, in dem der Kern und der optische Mantel von einer Umhüllung umgeben sind, die aus einem ersten Umhüllungsteil aus fotovernetzbarem Harz und einem zweiten Umhüllungsteil aus thermoplastischem Polymer, das ein Additiv enthält, das aus einem thermotropen flüssigkristallinen Polymer besteht, besteht.
- Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für die Herstellung von optischen Fasern mit doppelter Umhüllung für das Fernmeldewesen.
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