DE69201015T2 - Optische Faser mit Plastikhülle. - Google Patents
Optische Faser mit Plastikhülle.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft optische Glasfasern mit Kunststoffeinbettung. Optische Glasfasern, charakteristischerweise die aus Quarzgut hergestellten, werden üblicherweise, unmittelbar nachdem sie aus einem Rohling gezogen worden sind, mit einem Kunststoffschutzüberzug versehen. Eine erste Funktion eines solchen Überzuges besteht darin, soweit es praktisch möglich ist, die Anfangsfestigkeit der frisch gezogenen Faser durch Schutz ihrer Oberfläche vor chemischem Angriff und vor mechanischer Beschädigung, die daraus resultieren, daß es ihr ermöglicht wird, in Kontakt mit irgendeiner festen Oberfläche außer dem Überzug selbst zu kommen, zu bewahren. Typischerweise folgt der Aufbringung des ersten Kunststoffschutzüberzuges die Aufbringung eines oder mehrerer weitere Überzüge aus Kunststoffmaterial, um eine vollständige optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung zu schaffen. Nicht alle dieser weiteren Überzüge werden notwendigerweise on-line mit dem Ziehen der Faser aus dem Halbzeug aufgebracht. Die Dicken, Moduli und Volumenausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Lagen, die die vollständige Kunststoffeinbettung umfassen, werden normalerweise so gewählt, daß an der Faser eine mechanische Abpufferung und Schutz gegen Mikrokrümmungen geschaffen wird. Eine typische Dreischichtstruktur umfaßt eine Acryl-Innenschicht, eine Nylon-Außenschicht und, zwischen diesen zwei Schichten, eine Zwischenschicht aus einem Material mit geringerem Modul. Obwohl als Dreischichteinbettung beschrieben, kann die Acrylschicht eine zusammengesetzte Schicht sein, die aus zwei oder mehreren, aufeinanderfolgend aufgebrachten Unterschichtkomponenten aufgebaut ist, wobei diese Unterschichten eine geringfügig unterschiedliche Acrylat-Zusammensetzung und damit einen geringfügig unterschiedlichen Modul aufweisen.
- "Elektronics and Communication in Japan", Band 66, Nr. 6, (1983), Seiten 45 bis 51 zeigt eine optische Glasfaser mit Kunststoffeinbettung, die eine äußere Kunststoffeinbettungsschicht aufweist, die von einer inneren Kunst stoffeinbettungsschicht durch eine Zwischenkunststoffschicht im Abstand gehalten wird. In der gezeigten, mit einem Überzug versehenen optischen Faser enthält die innere Schicht Polyurethan, und es wird ausgeführt, daß es leicht sei, da Polyurethan ein hartes Material ist, die Zwischenschicht (welche eine Silikonschicht ist) und die äußere Schicht (welche eine Nylonschicht ist) ohne Beschädigung der Faser mechanisch abzuziehen.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer optischen Glasfaser mit Kunststoffeinbettung, die eine äußere Kunststoffeinbettungsschicht aufweist, die von einer inneren Kunststoffeinbettungsschicht durch eine Zwischenkunststoffschicht im Abstand gehalten wird, und sieht eine Struktur vor, die die Eigenschaft aufweist, daß die Zwischenschicht nicht stark an der Innenschicht anhaftet, wodurch die Entfernung der äußeren Schicht von der inneren Schicht durch mechanisches Abziehen erleichtert wird, um so die innere Schicht intakt an der darunter liegenden optischen Glasfaser zu belassen. Eine derartige mechanische Abziehbarkeit ist bei vielen Anwendungen ein gewünschtes Merkmal, um die Vorbereitung von Faserenden und Faserverbindungsstellen zu erleichtern.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Glasfaser mit Kunststoffeinbettung vorgesehen, die eine äußere Kunststoffeinbettungsschicht aufweist, die von einer inneren Kunststoffeinbettungsschicht durch eine Zwischenkunststoffschicht mit Abstand gehalten wird, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwischenschicht ein durch Dispersion aufgebrachte, ungesinterte Schicht aus Kunststoffmaterial aufweist.
- Die Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer optischen faser mit einer Kunststoffeinbettung vor, bei welchem die Faser mit einem Kunststoffüberzug versehen wird, auf dem ein anderer Überzug vorgesehen wird und ein weiterer Überzug über dem anderen Überzug vorgesehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Überzug von einer wässrigen Dispersion aufgetragen wird, die Dispersion ohne Herstellung einer Sinterung des verbleibenden Materials des Überzugs getrocknet wird, und der weitere Überzug über dem getrockneten Überzug aufgetragen wird, wobei der getrocknete Überzug in seinem ungesinterten Zustand belassen wird.
- Die japanischen Patent Abstracts, Band 10, Nr. 52 (P-432), [2109] vom 28. februar (welche eine Zusammenfassung der japanischen Anmeldung 60 195 507 enthält) und die in dem EPA-Recherchenbericht genannt ist, zeigt die Verwendung eines Fluoro-Kunststoffs, welcher aus einer Dispersionslösung als ein erster Überzug einer Faser aufgetragen wird, um zu verhindern, daß Wasserstoff, der sich an der Außenseite des ersten Überzuges bildet, zu dem Kern der Faser gelangt.
- Im Folgenden wird anhand eines Beispiels eine Beschreibung der Herstellung einer optischen Glasfaser mit Kunststoffeinbettung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungsfiguren. Es zeigt:
- Figur 1 eine schematische Wiedergabe eines Querschnittes durch die eingebettete Faser, und
- Figur 2 eine schematische Wiedergabe der Vorrichtung zum Aufbringen der Zwischenkunststoffschicht und der äußeren Kunststoffeinbettungsschicht der Faser gemäß Figur 1.
- Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht eine optische Faser aus Quarzgut aus einem optischen Kernbereich 10, der von einem optischen Überzugsbereich 11 mit geringerem Brechungsindex umgeben ist. Diese Faser, welche typischerweise einen Durchmesser von 125 um aufweist, wird aus einem nicht weiter dargestellten Rohling für optische Fasern mit größerem Durchmesser gezogen. Unmittelbar nach dem Abziehen der Faser von der Spitze des Rohlings, und ohne dieser zunächst zu gestatten, in irgendeinen Kontakt mit einer festen Oberfläche zu gelangen, läuft die frisch gezogene Faser durch eine oder mehrere, nicht weiter dargestellte Überzugbäder, die mit Acryl-Harz gefüllt sind. Das aufgebrachte Harz wird vor dem Aufwickeln der Faser, beispielsweise auf eine nicht dargestellte Walze, getrocknet. Die mit ihrem Acryl-Überzug 12 vollständig versehene, optische Faser weist nun typischerweise einen Durchmesser von 250 um auf.
- Die mit ihrem Acryl-Innenüberzug 12 vollständige, optische Faser 10, 11 wird anschließend mit einem Zwischenüberzug 13 und einem äußeren Überzug 14 unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Figur 2 versehen. In Figur 2 ist die mit ihrem Acryl-Überzug vollständige Faser mit 20 bezeichnet, wo sie in einer Appliziereinrichtung 21 über eine Eingangsziehdüse 22 eingeführt wird. Die Appliziereinrichtung enthielt eine wässrige Dispersion aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bei einem Druck, der sich durch den Kopfraum (head space) der in einem Reservoir 23 vorhandenen Dispersion ergibt. Die Faser verläßt die Appliziereinrichtung 21 durch eine Ausgangsziehdüse 24, wobei sie nun mit einer dünnen Schicht der wässrigen Lösung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) überzogen ist.
- In einem speziellen Beispiel enthielt die wässrige Lösung 55 % Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 um und beinhaltete ein Benetzungsmittel, um die Oberflächenspannung zu verringern und so jede Neigung des Überzuges zur Bildung von Perlen zu verhindern. Die Viskosität dieser Dispersion betrug 15 mPa.s. Der durch das Reservoir vorgesehene Kopfraum betrug ungefähr 10 cm. Die zwei Ziehdüsen 22 und 24 hatten Öffnungen mit einem Durchmesser von 300 um. Die Liniengeschwindigkeit betrug 40 m pro Minute, und die Dicke des erhaltenen, nassen Dispersionsüberzug betrug ungefähr 20 um. Bei hohen Liniengeschwindigkeiten ist die Dispersion bemerkenswerten Scherkräften in der Nähe der Öffnung der Ausgangsziehdüse ausgesetzt, so daß es wünschenswert ist, eine hochpolierte Ziehdüse zu verwenden, die aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Wolframkarbit, hergestellt ist, um das Risiko der Entstehung von scherinduzierten Anhäufungen in der Dispersion zu minimieren.
- Die mit PTFE-Dispersion überzogene Faser legt eine kurzen Distanz, typischerweise ungefähr 0,5 m, nach dem Verlassen der Ausgangsziehdüse vor Eintritt in einen Trocknungsofen 25 zurück. Typischerweise ist dieser Trocknungsofen 1,5 m lang. In dem Ofen sorgt ein Heißluftstrom für einen Temperaturgradienten, der vorgesehen ist, um eine graduelle Verdampfung des wässrigen Mediums zu fördern, um einen Teilchenfilm 13 (figur 1) aus Polytetrafluorethylen mit einer ungefähren Dicke von 10 um und einem geringen Modul übrigzulassen, welcher ein Kissen zwischen dem inneren Überzug 12 und einem noch anzubringenden, äußeren Überzug 14 (figur 1) bilden wird. Der heiße Luftstrom wird bewußt so festgelegt, daß die Temperatur des Überzuges 380ºC nicht erreicht und so dem PTFE ermöglicht wird, mit einem Sintern zu beginnen. Dies deshalb, weil ein derartiges Sintern Material mit einem höheren Modul bilden würde, welches dazu neigt, sehr viel stärker an dem darunterliegenden Überzug 12 zu haften. Weiterhin würde viel mehr PTFE erforderlich sein, um eine vollständig kohärente, gesinterte Schicht herzustellen.
- Nach Verlassen des Trocknungsofens 25 legt die nun mit ihrem inneren Kunststoffüberzug 12 und ihrem Zwischenkunststoffüberzug 13 (figur 1) versehene faser eine weitere kurze Strecke zurück, typischerweise ungefähr 1,5 m, bevor sie in einen Schmelzextruder 26 eintritt, der Nylon für den äußeren Überzug 14 der Kunststoffeinbettung enthält. Nach Verlassen des Schmelzextruders tritt die nun mit ihrer Zwischenkunststoffeinbettungsschicht 13 sowie ihrer inneren und äußeren Kunststoffeinbettungsschicht 12 und 14 vervollständigte faser, welche typischerweise einen Durchmesser von ungefähr 0,8 mm aufweist, in einen Kühltrog 27 ein, bevor sie auf einer nicht weiter dargestellten Walze aufgewickelt wird. Die durch den Kühltrog 27 vorgesehene Kühlung wird geregelt, um den erforderlichen Betrag an Kristallinität in dem Nylon und so die gewünschten thermischen Expansionseigenschaften zu erhalten und um der faser mit Einbettung ihre erforderliche Festigkeit zu geben, ohne übermäßig große Mikrokrümmungsverluste über den erforderlichen Einsatztemperaturbereich herbeizuführen.
- Die erhaltene optische Faser mit Kunststoffeinbettung ist eine fest ummantelte Faser, deren äußere Schicht bereits durch mechanische Einrichtungen abziehbar ist.
- Ein bevorzugter Aufbau des inneren Acryl-Überzuges 12 weist eine zusammengesetzte Struktur mit einer äußeren Unterschicht auf, die eine innere Unterschicht mit einem kleineren Modul als der der äußeren Unterschicht umgibt, wobei die Grenze zwischen diesen zwei Schichten durch die in Figur 1 wiedergegebene, unterbrochene Linie 15 dargestellt ist.
- Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung in ihrer Anwendung nicht ausschließlich auf die spezifischen Kunststoffmaterialien, die in dem vorstehend erläuterten Beispiel erläutert wurden, beschränkt ist. Ebenso kann eine wässrige Lösung aus FEP (fluoriertes Ethylenpropylen) anstelle der wässrigen Lösung aus PTFE als das Material verwendet werden, aus welchem der Zwischenüberzug gebildet wird, und in ähnlicher Weise kann ein alternatives, hochentwickeltes thermoplastisches Material, wie beispielsweise Polyesterpolyether oder flüssiges Kristallpolymer anstelle des Nylons für den äußeren Überzug verwendet werden.
Claims (11)
1. Optische Glasfaser mit einer Kunststoffeinbettung, die eine äußere
Kunststoffeinbettungsschicht (14) aufweist, die von einer inneren
Kunststoffeinbettungsschicht (12) durch eine Zwischenkunststoffschicht (13) im Abstand
gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine durch
Dispersion aufgebrachte, ungesinterte Schicht aus Kunststoffmaterial enthält.
2. Optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung gemäß Anspruch 1, bei der
das Kunststoffmaterial der Zwischenschicht (13) ein Fluorpolymer ist.
3. Optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung nach Anspruch 2, bei der
das Fluorpolymer ein Polytetrafluorethylen ist.
4. Optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung nach Anspruch 2, bei der
das Fluorpolymer ein fluoriertes Ethylen-Propylen ist.
5. Optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kunststoffmaterial der äußeren Schicht (14)
Nylon ist.
6. Optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung nach einem der
vorhergenden Ansprüche, bei der die innere Kunststoffschicht (12) eine Akrylatschicht
ist.
7. Optische Faser mit einer Kunststoffeinbettung nach Anspruch 6, bei der
die innere Akrylatkunststoffschicht (12) eine zusammengesetzte Schicht ist,
die Unterschichten unterschiedlicher Module aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser mit einer
Kunststoffeinbettung, bei dem die Faser mit einem Kunststoffüberzug (12)
versehen wird, auf dem ein anderer Überzug (13) vorgesehen wird und ein
weiterer Überzug (14) über dem anderen Überzug (13) vorgesehen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der andere Überzug (13) von einer wässrigen Dispersion
aufgetragen wird, die Dispersion ohne Herstellung einer Sinterung des
verbleibenden Materials des Über- zugs getrocknet wird, und der weitere Überzug
(14) über dem getrockneten Überzug aufgetragen wird, wobei der getrocknete
Überzug in seinem ungesinterten Zustand belassen wird.
9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die wässrige Dispersion eine
wässrige Fluorpolymer-Dispersion ist.
10. Ein Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Fluorpolymer ein
Polytetrafluorethylen ist.
11. Ein Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Fluorpolymer ein fluoriertes
Ethylen-Propylen ist.
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