-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Faser, die mit zwei
Harzschichten überzogen
ist und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
-
Vom
Gesichtspunkt eines niedrigen Übertragungsverlustes
aus wurden Siliciumdioxid-Glasfasern als optische Fasern für die Übertragung über große Entfernungen
verwendet. Um ihre Übertragungs-
und mechanischen Charakteristika in solchen optischen Fasern aufrecht
zu erhalten, werden ein erster Überzug,
hergestellt aus einem verhältnismäßig weichen
Harz und ein zweiter Überzug,
hergestellt aus einem relativ harten Harz auf die Oberfläche der
Glasfaser aufgetragen.
-
Im
allgemeinen wird eine überzogene
optische Faser verwendet, bei der gleichzeitig, wenn eine Glasfaser
aus einer optischen Faservorform gezogen wird, ein erstes Beschichtungsharz
auf dieselbe aufgetragen und darauf gehärtet wird unter Ausbildung
eines ersten Überzugs,
und dann wird ein zweites Beschichtungsharz darauf aufgetragen und
auf der äußeren Peripherie
des ersten Überzugs
gehärtet
unter Ausbildung eines zweiten Überzugs.
Andererseits ist eine neuerliche Studie unter dem Gesichtspunkt
der Verbesserung der Produktivität
auf ein Verfahren gerichtet, bei dem beide, die ersten und zweiten
Besschichtungsharze, gleichzeitig auf die äußere Peripherie der Glasfaser
aufgetragen und anschließend
gehärtet
werden.
-
Als
ein solches Verfahren wird beispielsweise ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem ein Weichmacher, der zwischen den ersten und zweiten Überzügen übertragbar
ist, in der Weise zugegeben wird, daß seine von dem zweiten Überzug auf
den ersten Überzug übertragene
Menge wenigstens äquivalent
zu der in der entgegengesetzten Richtung übertragenen Menge ist, wodurch
verhindert wird, daß die
Glasfaser und der erste Überzug
sich voneinander abschälen
(Japanische Patentanmeldung, offengelegt in der Gazette unter der
Nr. Sho. 62-129805). Es wird auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem die Härtungstemperatur
des ersten Überzugsharzes
auf einen höheren
Wert als den des zweiten Überzugsharzes
eingestellt wird, so daß das
erste Überzugsharz
aushärtet,
ehe das zweite Überzugsharz
auszuhärten
beginnt, wodurch verhindert wird, daß die Glasfaser und der erste Überzug sich
voneinander abschälen
(Japanische Patentanmeldung, offengelegt in der Gazette unter der
Nr. Sho. 63-31542).
-
In
dem ersteren Verfahren dieser konventionellen Verfahren kann jedoch
der Weichmacher, der vorzugsweise dem zweiten Überzug beigegeben wird, ausbluten,
wodurch die Adhäsionskraft
an der Grenzfläche zwischen
dem zweiten Überzug
und der Farbschicht in der überzogenen
optischen Faser zu einer Abnahme tendiert. Als ein Ergebnis wird
es bei einer bandartigen überzogenen
optischen Faser schwierig, die Überzüge gleichzeitig
zu entfernen, so daß die
Bearbeitbarkeit erheblich verschlechtert wird. Bei dem letzteren
Verfahren wird andererseits, weil das Harz bei einer hohen Temperatur
gehärtet
wird, seine Endreaktion vorherrschend, wodurch nichtvernetzte niedrigmolekulare
Bestandteile zunehmen. Wenn seine Vernetzungsdichte nicht ansteigt,
können
sein Elastizitätsmodul
und seine Bruchdehnung abnehmen, wodurch die Funktion als ein Überzug zum
Erhalt eines stabilen Langzeitschutzes zu einer Verschlechterung
neigt.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine überzogene
optische Faser bereitzustellen, bei der erste und zweite Überzüge gleichzeitig
um die äußere Peripherie
einer Glasfaser gebildet werden, und bei der das Auftreten eines
Abschälens
an der Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzugsharz
und der Glasfaser hinreichend vermieden werden kann, ohne daß vorzugsweise
dem zweiten Überzug
ein Weichmacher zugesetzt werden muß, oder daß die Härtungstemperatur des ersten Überzugsharzes
höher als
die des zweiten Überzugsharzes
gemacht werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung derselben.
-
Die überzogene
optische Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine überzogene
optische Faser, die eine gezogene Glasfaser und einen ersten Überzug (innere Überzugsschicht)
und einen zweiten Überzug
(äußere Überzugsschicht)
umfasst, welche gebildet werden durch Photohärten eines ersten Überzugsharzes
(inneres Harz) und eines zweiten Überzugsharzes (äußeres Harz),
welche gleichzeitig auf eine äußere Peripherie
der Glasfaser aufgetragen werden, wobei eine Adhäsionskraft S (g/cm) an der
Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzugsharz
nach dem Härten
und der Glasfaser 1/13–1/6
((g/cm)/°C)
ist hinsichtlich einer Glasübergangstemperatur
Tg (°C)
des zweiten Überzugsharzes
nach dem Härten,
besagte Adhäsionskraft
S ist innerhalb eines Bereichs von 2 bis 20 (g/cm) und besagte Glasübergangstemperatur
Tg ist innerhalb eines Bereichs von 30 bis 250 (°C).
-
Die
Erfinder haben gefunden, daß,
in einer optischen Faser, die mit ersten und zweiten Überzügen um die äußere Peripherie
einer Glasfaser versehen ist, und um ein Abschälen, das an der Grenzfläche zwischen der
Glasfaser und dem ersten Überzug
auftritt, zu unterdrücken,
es notwendig ist, eine Beziehung zu erfüllen, die nachfolgend erklärt wird.
-
Namentlich
ist, aufgrund der Polymerisationshitze, die sich darin entwickelt, üblicherweise
die Temperatur des Überzugsharzes
höher als
die Glasübergangstemperatur
desselben. Wenn solch ein Überzugsharz abgekühlt wird,
wechselt es in einen glasartigen Zustand in der Nachbarschaft der
Glasübergangstemperatur, wie
in 1 gezeigt ist. Wenn es weiter von der Glasübergangstemperatur
auf Raumtemperatur abgekühlt wird,
wird, aufgrund des Unterschieds im linearen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen den ersten und zweiten Überzugsharzen,
in dem ersten Überzug
Spannung in der Richtung, die sich von der Glasfaser weg erstreckt, erzeugt.
Diese zurückbleibende
thermische Spannung bewirkt, daß sich
der erste Überzug
von der Glasfaser löst.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es erforderlich, daß die Adhäsionskraft an der Grenzfläche zwischen
dem ersten Überzug
und der Glasfaser 1/13–1/6
bezüglich
der Glasübergangstemperatur
des zweiten Überzugsharzes
ist [(S/Tg) ist 1/13–1/6].
Namentlich, wenn die Glasübergangstemperatur
des zweiten Überzugsharzes
niedrig ist, kann die Adhäsionskraft
zwischen dem ersten Überzug
und der Glasfaser relativ klein sein; während, je höher die Glasübergangstemperatur
des zweiten Überzugsharzes
ist, die Adhäsionskraft, welche
zwischen dem ersten Überzug
und der Glasfaser benötigt
wird, umso größer wird.
Die Erfinder haben gefunden, daß das
Auftreten eines Abschälens
an der Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzug
und der Glasfaser ausreichend vermieden wird, wenn die Adhäsionskraft
des ersten Überzugs
bezüglich
der Glasfaser folglich in Reaktion auf die Glasübergangstemperatur des zweiten Überzugsharzes
gewählt
wird. Dementsprechend wird in der überzogenen optischen Faser
der vorliegenden Erfindung ein erster Überzug angewendet, der eine
Adhäsionskraft
hat, die größer als
die Abschälkraft
ist, die an der Grenzfläche
zwischen der Glasfaser und dem ersten Überzug auftritt, wodurch das
Auftreten des Abschälens
hinreichend verhindert wird.
-
Genauer,
zu dem Zeitpunkt, wenn ein Harz, das in einem Hochtemperaturzustand
polymerisiert wird, auf seine Glasübergangstemperatur abgekühlt wird,
erscheint ein glasartiger Zustand in einem bestimmten Bereich in
dem Harz, wodurch dessen molekulare Kette an ihrer Bewegung gehindert
wird. Konsequenterweise wird, je niedriger die Glasübergangstemperatur
ist, die Größenänderung
während
des Verfahrens umso kleiner, in dem das Harz von der Glasübergangstemperatur
auf Raumtemperatur abgekühlt
wird, wodurch eine relativ kleinere Adhäsionskraft das Auftreten des
Abschälens,
verursacht durch die restliche thermische Beanspruchung, hinreichend
verhindern kann. Andererseits wird, je höher die Glasübergangstemperatur
ist, die Größenänderung
während
des Verfahrens umso größer, in
dem das Harz von der Glasübergangstemperatur auf
Raumtemperatur abgekühlt
wird, wodurch eine relativ größere Adhäsionskraft
notwendig wird zur hinreichenden Verhinderung des Auftretens des
Abschälens,
verursacht durch die zurückbleibende
thermische Beanspruchung.
-
Das
Verfahren zur Herstellung einer überzogenen
optischen Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt:
einen
ersten Schritt, um eine Glasfaser durch Erhitzen, Schmelzen und
Ziehen einer Glasvorform zu erhalten;
einen zweiten Schritt,
um ein erstes Überzugsharz
und ein zweites Überzugsharz
in der Weise bereitzustellen, daß eine Adhäsionskraft S (g/cm) an der
Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzugsharz
nach dem Härten und
der Glasfaser 1/13–1/6
((g/cm)/°C)
ist bezüglich
einer Glasübergangstemperatur
Tg (°C)
des zweiten Überzugsharzes
nach dem Härten;
besagte Adhäsionskraft
S ist innerhalb eines Bereichs von 2 bis 20 (g/cm), und besagte
Glasübergangstemperatur
Tg ist innerhalb eines Bereichs von 30 bis 250 (°C);
einen dritten Schritt,
um gleichzeitig das erste Überzugsharz
und zweite Überzugsharz
auf eine äußere Peripherie
der Glasfaser aufzutragen; und
einen vierten Schritt, um das
erste Überzugsharz
und zweite Überzugsharz
photozuhärten,
um die überzogene optische
Faser zu erhalten.
-
In
dem Fall, bei dem erste und zweite Überzugsharze gleichzeitig auf
die äußere Peripherie
der gezogenen Glasfaser aufgetragen und dann gehärtet werden, verbleibt Abschälspannung
in dem gehärteten
ersten Überzug
in der Richtung, die sich von der Glasfaser weg bewegt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wie oben erwähnt,
die Adhäsionskraft
an der Grenzfläche
zwischen der Glasfaser und dem ersten Überzug größer als die verbleibende thermische
Spannung, die dort auftritt, wodurch das Auftreten des Abschälens ausreichend
verhindert werden kann.
-
Hier
bezieht sich "Adhäsionskraft
S" auf eine Kraft,
die erforderlich ist, um ein erstes Überzugsharz von einem Siliciumdioxidglas
abzuschälen,
nachdem das erste Überzugsharz
gehärtet
ist, damit es fest auf dem Siliciumdioxidglas haftet, und ihr Wert
wird nach dem folgenden Verfahren bestimmt. Namentlich wird auf ein
Siliciumdioxid-Glasblatt, das getränkt und gewaschen wurde in
einer wässrigen
Schwefelsäurelösung, ein Harz
in der Weise aufgetragen, daß seine
Dicke nach dem Härten
200 μm wird,
und das Harz wird zu seiner Härtung
mit ultravioletten Strahlen mit einer Lichtmenge von 100 mJ/cm2 unter Anwendung einer Metallhalogenidlampe
bestrahlt, wodurch ein Teststreifen erhalten wird. Nachdem der so
erhaltene Teststreifen in einer Atmosphäre bei einer Temperatur von
25°C und
einer relativen Feuchtigkeit von 50% 6 Stunden lang belassen wird,
wird der Harzüberzug
um 50 mm bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 200 mm/Min. gezogen,
so daß er in
einer Richtung bei einem Winkel von 180° bezüglich der Bindeoberfläche einer
Siliciumdioxid-Glasplatte abgeschält wird. Die Adhäsionskraft
S bezieht sich auf eine Abschälkraft
(g/cm), welche die maximale Zugkraft zu dieser Zeit pro Einheitsbreite
des Harzüberzugs
darstellt.
-
Des
weiteren bezieht sich "Glasübergangstemperatur
Tg" hieroben auf
einen Wert, welcher nach dem folgenden Verfahren gemessen wurde.
Namentlich wird eine blattähnliche
Probe, welche zur Härtung
mit ultravioletten Strahlen mit einer Lichtmenge von 100 mJ/cm2 unter Verwendung einer Metallhalogenidlampe,
unter einer Stickstoffatmosphäre
bestrahlt wird, und welche eine Dicke von 0,1 mm, eine Breite von
5 mm und eine Länge
von 22 mm hat, als eine gemessene Probe verwendet. Die Glasübergangstemperatur
Tg der gemessenen Probe wird gemessen, unter Verwendung von Rheovibron
DDV-II-EP, welches von Orientec Co. erhältlich ist, unter den folgenden
Messbedingungen (Messbedingungen):
Frequenz der dynamischen
Schwingung: 11 Hz
Auslenkung der Schwingung: 0,016 mm
Temperaturerhöhungsrate:
3°C/Min.
-
Für den Fall,
daß ein
Harz eine Vielzahl von Übergangstemperaturen
hat, wird die höchste
Glasübergangstemperatur
als die Glasübergangstemperatur
Tg dieses Harzes definiert.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 ist
eine Grafik, die schematisch eine Beziehung des Relaxationsmoduls
des Harzes zur Temperatur desselben zeigt;
-
2 ist
ein Querschnitt, welcher eine Ausführungsform einer überzogenen
optischen Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
3 ist
eine schematische Ansicht, welche eine Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Herstellung der überzogenen
optischen Faser gemäß der Erfindung
zeigt;
-
4A ist
ein schematischer Querschnitt, welcher eine Ausführungsform eines Applikators
zur gleichzeitigen Doppelbeschichtung, geeignet zur Herstellung
der überzogenen
optischen Faser gemäß der Erfindung,
ist;
-
4B ist
ein Querschnitt einer ungehärteten, überzogenen
optischen Faser, die gleichzeitig mit zwei Harzschichten unter Verwendung
des Applikators, der in 4A entlang
der Schnittlinie Y-Y desselben gezeigt ist, überzogen wurde; und
-
5 ist
eine Grafik, welche eine Beziehung zwischen der Glasübergangstemperatur
Tg eines zweiten Überzugsharzes
und der Adhäsionskraft
S an einer Grenzfläche
zwischen erstem Überzug
und Glas zeigt.
-
Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der überzogenen
optischen Faser und Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der vorliegenden
Erfindung im Detail erklärt
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
-
2 ist
ein Querschnitt, der eine Ausführungsform
der überzogenen
optischen Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Eine überzogene
optische Faser 1 umfaßt
eine gezogene Siliciumdioxid-Glasfaser 2 und einen ersten Überzug (innere Überzugsschicht) 3 und
einen zweiten Überzug
(äußere Überzugsschicht) 4,
welche gebildet werden durch Photohärten eines relativ weichen
ersten Überzugsharzes
(inneres Harz) und eines relativ harten zweiten Überzugsharzes (äußeres Harz),
die gleichzeitig auf die äußere Peripherie
der Siliciumdioxid-Glasfaser 2 aufgetragen werden.
-
Jedes
Harz kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, solange
es durch Licht (ultraviolette Strahlen) härtbar ist. Beispiele für dieselben
schließen
Harze auf Acrylatbasis vom Radikalpolymerisationstyp, Harze auf
Polythiol/Polyenbasis vom Photoadditions-Polymerisationstyp und Harze vom kationischen
Polymerisationstyp, welche einen Sensibilisator verwenden, der,
wenn mit Licht bestrahlt, eine Lewissäure bildet, ein. Unter ihnen
werden die Harze vom Radikalpolymerisationstyp bevorzugt, weil sie
eine hohe Polymerisationsgeschwindigkeit aufweisen. Beispiele solcher
Harze schliessen UV-härtbare
Harze auf Urethan-Acrylat-Basis, auf Ester-Acrylat-Basis, Ether-Acrylat-Basis,
Epoxid-Acrylat-Basis, Butadien-Acrylat-Basis, Aminoharz-Acrylat-Basis, Acrylharz-Acrylat-Basis,
auf ungesättigter
Polyester-Basis und Siliconbasis ein. Unter ihnen sind Harze auf
Urethan-Acrylat-Basis bevorzugt, weil sie einen relativ weiten Bereich
von Eigenschaften von verhältnismäßig harten
zu relativ weichen Harzen umfassen, in Abhängigkeit von Strukturen ihrer Komponentenspecies,
und weil sie zäh
sind. Obgleich das erste Überzugsharz
und zweite Überzugsharz
respektive aus verschiedenen Arten von Harzen gemacht werden können, werden
sie vorzugsweise aus der gleichen Art photohärtbarer Harze gemacht, weil
ein Abschälen
an ihrer Grenzfläche
sicherer verhindert werden kann.
-
Im
allgemeinen enthält
solch ein photohärtbares
Harz als seine Basiskomponenten-Bestandteile ein Oligomer (polymerisierbares
Prepolymer), welches eine ungesättigte
Gruppe (z. B. eine Acryloylgruppe) einschließt, ein Monomer (polymerisierbarer
Verdünner)
als einen reaktiven Verdünner
und einen Photopolymerisations-Initiator, welcher Photoenergie absorbiert
und aktive Spezies, wie Radikale, erzeugt; und es kann auch des
weiteren einen Sensibilisator, einen Füllstoff, ein Pigment und dergleichen
enthalten.
-
Beispiele
der obenerwähnten
Oligomeren schließen
Urethanacrylat (d. h. TDI/βHPA/Polyester
oder Polyether), Esteracrylat (d. h. Phthalsäure/1,6-Hexandiol/Acrylsäure), Etheracrylat,
Epoxidacrylat, Butadienacrylat, Aminoharzacrylat (d. h. Melaminacrylat),
Acrylharzacrylat (d. h. MMA/BA/GMA + AA), ungesättigte Polyester und Silicone
ein. Solch ein Oligomer kann aus einem weiten Bereich von Materialien
gemacht werden, und, in Abhängigkeit
von diesen Materialien, kann die physikalische Eigenschaft des gehärteten Produkts frei
gestaltet werden, von weich bis hart rangierend. Zum Beispiel kann
in einem Urethanacrylat, in welchem ein Oligo-ester (Polyesterpolyol),
der eine Hydroxyl-Endgruppe
hat, oder ein Oligo-ether (Polyetherpolyol), der eine Hydroxyl-Endgruppe
hat und ein Acrylat, das eine Hydroxylgruppe hat, miteinander via
Diisocyanat kombiniert werden, ein weiter Bereich von Produkten
erhalten werden, welche verschiedene physikalische Eigenschaften
haben, gemäß Kombinationen
der ausgewählten
chemischen Spezies-Bestandteile
(Oligo-ester, Oligo-ether und dergl.)
-
Beispiele
der obererwähnten
Monomeren schließen
monofunktionelle Monomere wie 2-Ethylhexylacrylat, Ethoxydiethylenglykolacrylat,
Phenoxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat,
Tetrahydrofurfurylacrylat und Dicyclopentenylacrylat; bifunktionelle
Monomere wie Neopentylglykoldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Hydroxypivalinsäure-Neopentylglykoldiacrylat,
Polyethylenglykoldiacrylat, Bis(acryloxyethyl)-Bisphenol A; und polyfunktionelle
Monomere wie Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat
und Dipentaerythritolhexaacrylat ein.
-
Des
weiteren schließen
Beispiele des obenerwähnten
Photopolymerisationsinitiators Lucirin TPO (Produktname, BASF),
Irgacure 184 (Produktname, Ciba Geigy) und Darocure 1173 (Produktname,
Ciba Geigy) ein.
-
In
dem photohärtbaren
Harz (100 Gewichtsprozent) gemäß der vorliegenden
Erfindung (die Gesamtmenge, 100 Gewichtsprozent, von Oligomer, Monomer,
Photopolymerisationsinitiator und anderen Zusätzen wie Kupplungsmittel) ist
der Gehalt an Oligomer vorzugsweise 20 bis 90 Gew.-%, bevorzugter
20 bis 80 Gew.-%, der Gehalt an Monomerem ist vorzugsweise 5 bis
60 Gew.-%, bevorzugter 10 bis 45 Gew.-% und der Gehalt an Photopolymerisationsinitiator
ist vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 5 Gew.-%.
-
In
der überzogenen
optischen Faser 1 der vorliegenden Erfindung ist es notwendig,
daß die
Adhäsionskraft
S (g/cm) an der Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzugsharz 3 nach
dem Härten
und der Glasfaser 2 innerhalb des Bereichs von 1/13–1/6, bezüglich der
Glasübergangstemperatur
Tg (°C)
des zweiten Überzugsharzes 4 nach
dem Härten
ist. Auf diese Tatsache ist zurückzuführen, daß, wenn
dieses Verhältnis
weniger als 1/13 ist, Abschälen
an der Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzug 3 und
der Glasfaser 2 auftritt und sich ein Spalt an dieser Zwischenfläche ergibt,
wodurch sich die Langzeitzuverlässigkeit
der überzogenen
optischen Faser 1 als ein Transmissionsmedium verschlechtern
kann.
-
Obgleich
die Adhäsionskraft
S an der Zwischenfläche
zwischen dem ersten Überzugsharz 3 und
der Glasfaser 2 hauptsächlich
durch das verwendete erste Überzugsharz
bestimmt wird, kann diese verbessert werden, wenn beispielsweise
ein Kupplungsmittel dem ersten Überzugsharz
zugefügt
wird. Beispiele socher Kupplungsharze schließen vinylbasierende Silankupplungsmittel,
mercaptobasierende Silankupplungsmittel, epoxybasierende Silankupplungsmittel
und acrylbasierende Silankupplungsmittel ein, wobei ihr Gehalt in
dem ersten Überzugsharz
vorzugsweise nicht größer als
3 Gew.-% und bevorzugter innerhalb des Bereichs von etwa 0,5 bis
etwa 2 Gew.-% ist.
-
Die
Adhäsionskraft
S ist innerhalb des Bereichs von 2 bis 20 g/cm und bevorzugter innerhalb
des Bereichs von etwa 5 bis etwa 15 g/cm. Wenn die Adhäsionskraft
S unterhalb der unteren Grenze ist, kann die Glasübergangstemperatur
Tg, welche für
die Vermeidung des Abschälens
erforderlich ist, so niedrig werden, daß eine gewünschte seitliche Druckwiderstands-Charakteristik weniger
wahrscheinlich erhalten wird; während,
oberhalb der oberen Grenze, die Neigung besteht, daß es schwieriger
wird, gleichzeitig den ersten Überzug 3 und
den zweiten Überzug 4 von
der Glasfaser 2 zu entfernen.
-
Obgleich
die Glasübergangstemperatur
Tg des zweiten Überzugsharzes 4 hauptsächlich durch
eine Kombination der chemischen Speziesbestandteile des ausgewählten Oligomeren
(Skelettoligomer) bestimmt wird, kann sie durch die Arten und Mischungsmengen
der Monomeren, die als das reaktive Verdünnungsmittel verwendet werden,
eingestellt werden. Insbesondere, wenn ein polyfunktionelles Monomer
zugegeben oder als eine Monomerkomponente vergrößert wird, kann eine größere Zahl
von Vernetzungspunkten zur Verfügung
gestellt werden, wodurch eine Zunahme der Glasübergangstemperatur Tg ermöglicht wird.
-
Die
Glasübergangstemperatur
Tg ist innerhalb des Bereichs von 30 bis 250°C und bevorzugter innerhalb
des Bereichs von etwa 50 bis etwa 150°C. Wenn die Glasübergangstemperatur
Tg unterhalb der unteren Grenze ist, wird das Harz bei Raumtemperatur
gummiartig, was dazu führt,
daß es
schwieriger wird, eine gewünschte
seitliche Druckwiderstands-Charakteristik
zu erhalten; während,
oberhalb der oberen Grenze, die Adhäsionskraft S, die zur Verhinderung
des Abschälens
notwendig ist, so hoch wird, was dazu führt, daß es schwieriger wird, gleichzeitig
den ersten Überzug 3 und
zweiten Überzug 4 von
der Glasfaser 2 zu entfernen.
-
Obwohl
nicht im einzelnen beschränkt,
ist die Dicke (nach dem Härten)
jeweils des ersten Überzugs 3 und
des zweiten Überzugs 4 in
der überzogenen
optischen Faser 1, gemäß der vorliegenden
Erfindung, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von etwa 10 bis etwa
50 μm. Wenn
die Glasfaser 2, welche zum Beispiel einen Durchmesser
von etwa 125 μm
hat, verwendet wird, ist der zweite Überzug typischerweise so gewählt, daß er einen äußeren Durchmesser
in der Größenordnung
von 240 bis 250 μm
hat. Es wird auch, vom Gesichtspunkt der seitlichen Druckwiderstands-Charakteristik
der resultierenden überzogenen
optischen Faser aus, bevorzugt, daß die Youngschen Moduli des
ersten Überzugs 3 und
zweiten Überzugs 4 (nach
dem Härten)
innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,15 kg/mm2 und
respektive innerhalb des Bereichs von 50 bis 150 kg/mm2 sind.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführung
des Verfahrens zur Herstellung einer überzogenen optischen Faser
gemäß der vorliegenden
Erfindung erklärt.
-
3 ist
eine schematische Ansicht, welche eine Ausführung einer Apparatur zur Herstellung
der überzogenen
optischen Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Angeordnet in der in 3 gezeigten Apparatur
ist eine Verstreckeinheit 7, welche eine Vorformzuführungsvorrichtung 5,
die in der Weise angeordnet ist, daß sie vertikal bewegbar ist,
während
sie eine optische Glasfaservorform 8 hält, und einen Verstreckofen 6 umfaßt zur Herstelllung
einer Glasfaser 2 durch Erhitzen, Schmelzen und Ziehen
des Spitzenteils der Vorform 8, die durch die Zuführungsvorrichtung 5 eingeführt wird.
Aufeinanderfolgend angeordnet unter der Verstreckeinheit 7 sind
ein Gleichzeitig-Doppelauftragsapplikator
(Vorrichtung für
gleichzeitiges Auftragen von zwei Schichten) 9 zum gleichzeitigen
Auftragen eines ersten Überzugsharzes 3' und eines zweiten Überzugsharzes 4' auf die äußere Peripherie
der Glasfaser 2; eine UV-Härtungseinheit 10 zur
Herstellung einer überzogenen
optischen Faser 1 durch Bestrahlen der aufgetragenen Doppelharzschichten
mit ultraviolettem Licht; eine Antriebsrolle 11 zum Ziehen
der überzogenen
optischen Faser 1 mit konstanter Geschwindigkeit; und eine Aufnahmeeinheit 12 zum
Aufwickeln der überzogenen
optischen Faser auf eine Trommel 12a.
-
In
dieser Apparatur werden auf die Glasfaser 2, gezogen aus
der Vorform 8 durch den Verstreckofen 6, die Harze 3' und 4', welche respektive
den ersten Überzug 3 und
zweiten Überzug 4 bilden,
gleichzeitig durch den Gleichzeitig-Doppelauftragsapplikator 9 aufgetragen,
und dann werden die Harze 3' und 4' mit ultravioletten
Strahlen bestrahlt durch die UV-Härtungseinheit 10,
wodurch die doppelt überzogene
optische Faser 1 gebildet wird. In diesem Verfahren wird
die Vorform 8 allmählich
in den Verstreckofen 6 durch Zuführungsvorrichtung 5 zugeführt.
-
4A ist
ein Längsquerschnitt,
der eine Ausführungsform
des Gleichzeitig-Doppelauftragsapplikators 9 zeigt. Bei
dem Applikator, der in 4A gezeigt ist, ist der mittlere
Teil eines zylinderförmigen
Hauptkörpers 9a mit
einer Durchgangsöffnung 9b versehen,
durch die die Glasfaser 2 durchgeführt wird, während Durchgänge 9c und 9d,
die respektive das unter Druck gesetzte erste Überzugsharz 3' und zweite Überzugsharz 4' zu der äußeren Peripherie
der Glasfaser 2 von der Außenseite des Hauptkörpers 9a aus
zuführen,
unabhängig
voneinander ausgebildet sind. Um diese Durchgänge herum sind Heizkörper 13 und 14 angeordnet, respektive
zur Regulierung der Temperaturen des ersten Überzugsharzes 3' und zweiten Überzugsharzes 4'.
-
Bei
der Herstellung der überzogenen
optischen Faser 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung werden das erste Überzugsharz 3' und das zweite Überzugsharz 4' in der Weise
zubereitet, daß die
Adhäsionskraft
S (g/cm) an der Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzug 3 nach
dem Härten
und der Glasfaser 2 1/13–1/6 ((g/cm)/°C) bezüglich der
Glasübergangstemperatur
Tg (°C)
des zweiten Überzugs 4 nach
dem Härten
ist; und, in dem Gleichzeig-Doppelauftragsapplikator 9,
während
ihre Temperaturen respektive durch die Heizkörper 13 und 14 eingestellt
werden, werden die Harze gleichzeitig auf die äußere Peripherie der Glasfaser 2 aufgetragen.
Da das erste Überzugsharz 3' und das zweite Überzugsharz 4' durch den Auftragsapplikator 9 respektive
bei deren respektive vorbestimmten Drucken extrudiert werden, während die
Glasfaser 2 bei einer konstanten Geschwindigkeit gezogen
wird, wird die Dicke des aufzutragenden Harzes durch die Menge an
extrudiertem Harz und der linearen Geschwindigkeit der Glasfaser
bestimmt.
-
Das
erste Überzugsharz 3' und zweite Überzugsharz 4', welche, wie
in 4B gezeigt, auf die äußere Peripherie der Glasfaser 2 aufgetragen
sind, werden mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt, während sie
den mittleren Teil der UV-Härtungseinheit 10 durchlaufen,
wobei die Härtung
von dem zweiten Überzugsharz 4' zu den inneren
Schichtteilen fortschreitet. Die resultierende überzogene optische Faser 1 wird
durch die Antriebsrolle 11 gezogen und rund um die Trommel 12a der
Aufnahmeeinheit 12 aufgewickelt.
-
In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, weil die Adhäsionskraft
S an der Grenzfläche zwischen
dem ersten Überzug 3 und
der Glasfaser 4 in demselben auf mindestens 1/13 bezüglich der
Glasübergangstemperatur
Tg des zweiten Überzugs 4 gehalten
wird, die Adhäsionskraft
in einem Zustand gehalten, in dem sie größer ist als die restliche thermische
Spannung, welche beim Abkühlen
von der Glasübergangstemperatur
auf Raumtemperatur auftritt. Konsequenterweise kann die überzogene
optische Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der das Auftreten des Abschälens an der oben erwähnten Grenzfläche vollkommen
verhindert wird, effizienter und sicherer gemacht werden.
-
Beispiele
1 bis 11 und Vergleichsbeispiele 1 bis 9 Als das erste Überzugsharz
wurden weiche photohärtbare
Harze auf Urethan-Acrylatbasis, welche mit einem Silan-Kupplungsmittel auf
Vinylbasis (hergestellt von Toshiba Silicone Co., Ltd., unter dem
Produktnamen: TSL8311) dotiert waren, in der Weise hergestellt,
daß die
Adhäsionskraft
S an der Grenzfläche
zwischen dem gehärteten
ersten Überzug
und der Glasfaser die Werte bekamen, die in Tabelle 1 aufgelistet
sind; während
als das zweite Überzugsharz
harte photohärtbare
Harze auf Urethan-Acrylatbasis hergestellt wurden, welche die Werte
der Glasübergangstemperatur
Tg hatten, die in Tabelle 1 nach dem Härten aufgelistet sind. Hier
wurden die Adhäsionskraft
S und die Glasübergangstemperatur
Tg durch ihre entsprechenden, oben erwähnten Verfahren gemessen.
-
Dann
wurde, unter Anwendung der Apparatur, die in 3 gezeigt
ist, zur gleichen Zeit, zu der das erste Überzugsharz, das einen äußeren Durchmesser
von 200 μm
(nach dem Härten)
hatte, auf die äußere Peripherie
einer Siliciumdioxid-Glasfaser, die einen äußeren Durchmesser von 125 μm hatte,
aufgetragen wurde, auf dessen äußere Peripherie
das zweite Überzugsharz,
das einen äußeren Durchmesser
von 250 μm (nach
dem Härten)
hatte, aufgetragen, und die so beschichteten Harze wurden mit ultravioletten
Strahlen zur gemeinsamen Härtung
bestrahlt, wodurch eine überzogene
optische Faser erhalten wurde.
-
Herstellungsbedingung
-
- Ziehgeschwindigkeit: 100 m/Min.
- Lichtquelle: Metallhalogenidlampe (120 W/cm Typ).
-
In
jeder der so erhaltenen überzogenen
optischen Fasern wurde die Anzahl der Abschälungen, die innerhalb 1 km
auftraten, durch Beobachtung unter Verwendung eines Mikroskops (50-fache
Vergrößerung) ausgewertet.
Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 5 gezeigt.
Hier gibt "x" die Fälle an,
bei denen wenigstens eine Abschälung
innerhalb 1 km gefunden wurde, während "0" die Fälle angibt, bei denen überhaupt
keine Abschälungen
innerhalb 1 km gefunden wurden.
-
-
Wie
aus den Ergebnissen, die in Tabelle 1 und 5 gezeigt
sind, ersichtlich ist, kann, wenn die Adhäsionskraft S (g/cm) an der
Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzug
und der Glasfaser mindestens 1/13 hinsichtlich der Glasübergangstemperatur
Tg (°C)
des zweiten Überzugsharzes
{(S/Tg) ≥ (1/13)[(g/cm)/°C]} ist, eine überzogene
optische Faser gemacht werden, ohne daß Abschälen an der Grenzfläche zwischen
dem ersten Überzug
und der Glasfaser erzeugt wird. Namentlich, wenn diese Bedingung
erfüllt
ist, wird die Adhäsionskraft
auf einem Zustand gehalten, bei dem sie größer ist als die thermische
Spannung, die innerhalb des ersten Überzugs zurückbleibt, nachdem die beiden
Schichten von Überzugsharzen
gehärtet
und dann auf Raumtemperatur abgekühlt sind, wodurch das Auftreten
des Abschälens
dazwischen hinreichend verhindert werden kann.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Wie
zuvor beschrieben, anhand der überzogenen
optischen Faser der vorliegenden Erfindung, wird hinreichend verhindert,
daß Abschälen an der
Grenzfläche
zwischen dem ersten Überzugsharz
und der Glasfaser stattfindet, ohne daß vorzugsweise ein Weichmacher
dem zweiten Überzug
beigefügt
wird, oder daß die Härtungstemperatur
des ersten Überzugsharzes
höher als
die des zweiten Überzugsharzes
gemacht wird.
-
Auch
kann mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene überzogene
optische Faser gemäß der vorliegenden
Erfindung effizient und sicher hergestellt werden.
