JP2016004090A - 光ファイバ被覆用樹脂組成物、光ファイバケーブル及びセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
更に、前記光ファイバケーブルを含むセンサに関する。
また、本発明の光ファイバケーブルは、難燃性、低発煙性、柔軟性に優れる。
更に、本発明のセンサは、難燃性、低発煙性、柔軟性に優れる光ファイバケーブルを含むので、火災が生じた際の炎の伝搬や煙の発生を抑制でき、柔軟性が要求される工業用に特に好適に用いることができる。
塩化ビニル系樹脂(A)は、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物のマトリックス樹脂であり、安価で、難燃性に優れ、汎用樹脂として広く用いられている。
他の単量体としては、例えば、塩化ビニリデン;エチレン、プロピレン等のオレフィン類;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート類;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル類;酢酸ビニル、酪酸ビニル等のカルボン酸ビニル類等が挙げられる。これらの他の単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの他の単量体の中でも、塩化ビニルとの共重合性に優れることから、カルボン酸ビニル類が好ましく、酢酸ビニルがより好ましい。
(メタ)アクリレートとは、アクリレート、メタクリレート又はその両者をいう。
相溶とは、塩化ビニル単独重合体や塩化ビニル単位を50質量%以上含む共重合体等と相溶する他の樹脂とを溶融混練した際に、両者が均一に分散し、混ざり合うことをいう。
塩化パラフィン(B)は、塩化ビニル系樹脂(A)の可塑剤としての機能を有すると共に、難燃剤としての機能を有するため、光ファイバケーブルの難燃性、低発煙性、柔軟性を向上させる効果を有する。
塩化パラフィン(B)の塩素含有率は、塩化パラフィン(B)の質量に対する塩素原子の質量を100分率で表した値とする。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に溶融張力向上剤(C)を含んでもよい。
溶融張力向上剤(C)は、添加することで樹脂や樹脂組成物の溶融張力を向上させるものをいい、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物に添加する溶融張力向上剤(C)は、塩化ビニル系樹脂(A)の溶融張力を向上させるものとする。溶融張力は、キャピラリーレオメーターを用いて測定した値とする。
溶融張力向上剤(C)は、塩化ビニル系樹脂(A)の溶融時の張力を向上させる機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に溶融張力向上剤(C)を含ませることで、難燃性(特に、燃焼時のドリップの抑制)を更に向上させる効果を有する。
アクリル樹脂系溶融張力向上剤の数平均分子量は、標準試料として標準ポリスチレンを用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した値とする。
フッ素樹脂系溶融張力向上剤の数平均分子量は、380℃で溶融させた際の動的粘弾性を測定し、測定した動的粘弾性から算出した値とする。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に可塑剤(D)を含んでもよい。
可塑剤(D)は、塩化ビニル系樹脂(A)の柔軟性を改善させる機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に可塑剤(D)を含ませることで、柔軟性を更に向上させる効果を有する。
但し、可塑剤(D)に塩化パラフィン(B)を含まないものとする。
エポキシ系化合物の可塑剤(D)の市販品としては、例えば、(株)ADEKA製の「アデカサイザーO」シリーズ、「アデカサイザーD」シリーズ;新日本理化(株)製の「サンソサイザーE」シリーズ等が挙げられる。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に難燃剤(G)を含んでもよい。
難燃剤(G)は、塩化ビニル系樹脂(A)の難燃性を改善させる機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に難燃剤(G)を含ませることで、光ファイバケーブルの難燃性を更に向上させる効果を有する。
但し、難燃剤(G)に塩化パラフィン(B)を含まないものとする。
臭素化エポキシ樹脂、末端封止臭素化エポキシ樹脂は、オリゴマーを含む。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に難燃助剤(E)を含んでもよい。
難燃助剤(E)は、塩化パラフィン(B)や難燃剤(G)との相互作用により難燃性を改善させる機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に難燃助剤(E)を含ませることで、光ファイバケーブルの難燃性を更に向上させる効果を有する。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に受酸剤(F)を含んでもよい。
塩化ビニル系樹脂(A)は、燃焼時に熱分解により、塩化水素ガスが発生する。可塑剤(D)の多くは、フタル酸誘導体であり、塩化水素ガスにより分解が促進され、フタル酸誘導体が生成される。このベンゼン環を有する化学構造であるフタル酸誘導体が、燃焼時に煤を発生する要因となる。
受酸剤(F)は、塩化ビニル系樹脂(A)の熱分解により生じた塩化水素ガスを捕捉・吸収する機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に受酸剤(F)を含ませることで、低発煙性を更に向上させる効果を有する。
受酸剤(F)の数平均粒子径は、顕微鏡で観察した任意の100個の粒子の粒子径を平均した値とする。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に熱安定剤(H)を含んでもよい。
塩化ビニル系樹脂(A)は、溶融加工温度と熱分解温度とが近く、加工時に熱分解により塩素原子と水素原子が脱離し、塩化水素ガスを発生しやすい。
熱安定剤(H)は、塩化ビニル系樹脂(A)の熱分解を抑制する機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に熱安定剤(H)を含ませることで、低発煙性、耐熱性を更に向上させる効果を有する。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、更に顔料(I)を含んでもよい。
顔料(I)は、光ファイバ被覆用樹脂組成物を着色させる機能を有するため、光ファイバ被覆用樹脂組成物に顔料(I)を含ませることで、光ファイバケーブルの識別性、意匠性を更に向上させる効果を有する。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、必要に応じて、他の添加剤(J)を含んでもよい。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、塩化ビニル系樹脂(A)、塩化パラフィン(B)、必要に応じて、溶融張力向上剤(C)、可塑剤(D)、難燃剤(G)、難燃助剤(E)、受酸剤(F)、熱安定剤(H)、顔料(I)、他の添加剤(J)を混合することで得られる。
溶融混練するための装置としては、例えば、添加材料供給フィーダーが主材料ホッパーと押出機との間に取り付けられ、添加材料を直接押出機へ混入するサイドフィード式二軸押出機;押出時の水分や残存モノマー等を脱揮するための装置が付帯されたベント式二軸押出機等が挙げられる。
本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバと、光ファイバの外周に本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる被覆層とを有する。
本発明の光ファイバケーブルとしては、例えば、図1(a)に示すような光ファイバ10の外周に1層の被覆層20を有する光ファイバケーブル、図1(b)に示すような光ファイバ10の外周に2層以上の被覆層20a・20bを有する光ファイバケーブル等が挙げられる。
光ファイバは、光ファイバとしての機能を有するものであれば特に限定されず、公知の光ファイバを用いることができる。
光ファイバの種類としては、例えば、中心から外周に向かって芯の屈折率が段階的に低下する多層光ファイバ、複数の芯を鞘で取り囲んで一纏めにした多芯光ファイバ、中心から外周に向かって連続的に芯の屈折率が低下する屈折率分布光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバの種類の中でも、耐熱性に優れることから、多層光ファイバ、多芯光ファイバが好ましく、より長距離の通信を可能とすることから、多層光ファイバがより好ましい。
多層光ファイバとしては、例えば、図2(a)に示すような芯11と芯11の外周に1層の鞘12を有する多層光ファイバ、図2(b)に示すような芯11と芯11の外周に2層以上の鞘12a・12bを有する多層光ファイバ等が挙げられる。
芯を構成する材料(芯材)は、透明性の高い材料であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯材としては、例えば、ガラス;アクリル樹脂、スチレン樹脂、カーボネート樹脂等の樹脂が挙げられる。これらの芯材は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの芯材の中でも、難燃性に劣り、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物により被覆する必要性が高いことから、樹脂が好ましく、より長距離の通信を可能とすることから、アクリル樹脂が好ましい。
鞘は、芯の外周に形成される。鞘は、図2(a)に示すように1層でもよく、図2(b)に示すように2層以上でもよい。
鞘を構成する材料(鞘材)は、芯材より屈折率の低い材料であれば特に限定されず、芯材の組成や使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯材としてアクリル樹脂を用いる場合、より長距離の通信を可能とすることから、鞘材としてフッ素樹脂を用いることが好ましい。特に、芯材としてメチルメタクリレート単独重合体を用いる場合、より長距離の通信を可能とすることから、鞘材としてフッ素樹脂を用いることが好ましい。
特に、鞘が1層の場合、耐薬品性に優れることから、VDF−TFE共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、機械特性に優れることから、VDF−TFE共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体がより好ましい。
また、鞘が2層の場合、光ファイバを曲げた際に漏光を抑制できることから、1層目(内側の層、図2(b)でいう12a)はフルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート−アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、2層目(外側の層、図2(b)でいう12b)はVDF−TFE共重合体、VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−VDF−TFE−HFP共重合体、エチレン−TFE−HFP共重合体が好ましい。
(式中、mは1又は2、nは5〜13のいずれかの整数、Rは水素原子又はメチル基、Xは水素原子又はフッ素原子を示す。)
(式中、mは1又は2、nは1〜4のいずれかの整数、Rは水素原子又はメチル基、Xは水素原子又はフッ素原子を示す。)
溶融紡糸法による多層光ファイバや多芯光ファイバの成形方法は、例えば、芯材及び鞘材をそれぞれ溶融し、複合紡糸を行う方法が挙げられる。
光ファイバケーブルを温度差の大きい環境で用いる場合、ピストニングを抑制するため、光ファイバをアニール処理することが好ましい。アニール処理は、光ファイバの材料によって処理条件を適宜設定すればよく、連続でもよく、バッチでもよい。
鞘を2層とする場合、1層目と2層目の厚さの比は、光ファイバの柔軟性、耐衝撃性、耐薬品性に優れ、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、1:0.1〜1:5が好ましく、1:0.5〜1:4がより好ましく、1:1〜1:3が更に好ましい。
屈折率は、ISO 13468に準拠し、23℃でナトリウムD線を用い、アッベ屈折計により測定した値とする。
被覆層は、光ファイバの外周を被覆し、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる。
被覆層は、図1(a)に示すように1層でもよく、図1(b)に示すように2層以上でもよい。
被覆層を2層以上とする場合、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる被覆層は、光ファイバケーブルの難燃性に優れることから、光ファイバケーブルの最外層とすることが好ましい。
被覆層を2層以上とする場合、1層ずつ順に被覆層を被覆してもよく、同時に複数の被覆層を被覆してもよい。
図3に示すような光ファイバケーブルの製造方法は、例えば、2芯用のダイス・ニップルを備えたクロスヘッドに光ファイバを通して被覆層を被覆する方法が挙げられる。
通常、光ファイバケーブルを通信用途で用いる場合、光ファイバケーブルの一端を光源システムに接続し、光ファイバケーブルの他端を受光システムに接続する必要がある。その際、双方向で通信を行う場合、図3に示すような2本の光ファイバを有する光ファイバケーブルを用いるとよい。
実施例及び比較例で得られた光ファイバケーブルを、500Wのバーナー出力で60秒間接炎させた後、バーナーを離し、バーナーを離してから光ファイバケーブルの消火までの燃焼時間を測定した。
燃焼時間が30秒未満を「A」、30秒以上を「B」と評価した。
実施例及び比較例で得られた光ファイバケーブルを、日本工業規格「JIS C6861」に準拠して、以下のように屈曲試験を行った。
光ファイバケーブルを繰り返し屈曲装置(機種名「恒温槽付き光ファイバ屈曲試験機」、(株)安田精機製作所製)に取り付け、500gの荷重を加えながら、垂直方向に対して両側に90°の角度で曲げた。初期値より1dB損失増加が生じた時点で試験終了とし、終了時点の繰り返し屈曲回数を確認した。
繰り返し屈曲回数が30000回以上を「A」、30000回未満を「B」と評価した。
塩化ビニル系樹脂(A−1):「カネビニール S1003」(商品名、(株)カネカ製)
塩化パラフィン(B−1):「エンパラK−50」(商品名、味の素ファインテクノ(株)製、炭素数14、塩素含有率50質量%)
溶融張力向上剤(C−1):「メタブレンA3000」(商品名、三菱レイヨン(株)製、アクリル樹脂で変性したテトラフルオロエチレン樹脂)
可塑剤(D−1):「トリメックス T−08」(商品名、花王(株)製、トリメリット酸トリ−2−エチルヘキシル)
難燃助剤(E−1):三酸化アンチモン(日本精鉱(株)製)
受酸剤(F−1):「白艶華CCR」(商品名、白石カルシウム(株)製、炭酸カルシウム)
受酸剤(F−2):「STABIACE HT−7」(商品名、堺化学工業(株)製、ハイドロタルサイト)
難燃剤(G−1):「ハイジライト」(商品名、昭和電工(株)製、水酸化アルミニウム)
熱安定剤(H−1):「アデカスタブRUP−103」(商品名、(株)ADEKA製、カルシウム・マグネシウム・亜鉛系熱安定剤)
顔料(I−1):「三菱カーボンブラック 汎用カラー #45」(商品名、三菱化学(株)製、カーボンブラック)
芯材をポリメチルメタクリレート(屈折率1.492)、1層目(内側の層)の鞘材を2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート−2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート−メチルメタクリレート−メタクリル酸共重合体(2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート単位:2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位:メチルメタクリレート単位:メタクリル酸単位=31:51:17:1(質量%)、屈折率1.402)、2層目(外側の層)の鞘材をフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−へキサフルオロエチレン共重合体(フッ化ビニリデン単位:テトラフルオロエチレン単位:へキサフルオロエチレン単位=48:43:9(質量%)、屈折率1.374)とし、3層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、1層目の鞘の厚さが5μm、2層目の鞘の厚さが10μmの直径1.0mmの光ファイバを得た。
得られた光ファイバを、実施例及び比較例の光ファイバケーブルの光ファイバとして用いた。
塩化ビニル系樹脂(A−1)100質量部、塩化パラフィン(B−1)10質量部、溶融張力向上剤(C−1)6質量部、可塑剤(D−1)20質量部、難燃助剤(E−1)17質量部、受酸剤(F−1)15質量部、受酸剤(F−2)15質量部、難燃剤(G−1)15質量部、熱安定剤(H−1)2質量部、顔料(I−1)2質量部を、二軸押出機(機種名「BT−40」、(株)プラスチック工学研究所製)を用いて170℃で溶融混練して、光ファイバ被覆用樹脂組成物(1)を得た。
得られた光ファイバ被覆用樹脂組成物を、樹脂被覆用クロスヘッド型40mmケーブル被覆装置((株)聖製作所製)に供給し、光ファイバの外周に厚さ0.6mmの被覆層を被覆し、直径2.2mmの光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を、表2に示す。
光ファイバ被覆用樹脂組成物の組成を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、光ファイバ被覆用樹脂組成物(2)及び光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表2に示す。
一方、塩化パラフィン(B)を含まない比較例1で得られた光ファイバケーブルは、難燃性、柔軟性に劣った。
また、比較例1と比較して実施例1は、塩化パラフィン(B)を有する分、可塑剤(D)の量を少なくすることができるので、低発煙性に優れることが期待される。
11 芯
12 鞘
12a 鞘(1層目)
12b 鞘(2層目)
20 被覆層
20a 被覆層(1層目)
20b 被覆層(2層目)
Claims (14)
- 塩化ビニル系樹脂(A)及び塩化パラフィン(B)を含む光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 塩化パラフィン(B)の炭素数が、14〜30である、請求項1に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 塩化パラフィン(B)の塩素含有率が、塩化パラフィン(B)100質量%中、30質量%〜90質量%である、請求項1又は2に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 光ファイバ被覆用樹脂組成物が、更に溶融張力向上剤(C)を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 溶融張力向上剤(C)が、アクリル樹脂系溶融張力向上剤及びフッ素樹脂系溶融張力向上剤の少なくとも1種である、請求項4に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 光ファイバ被覆用樹脂組成物が、更に可塑剤(D)を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 可塑剤(D)が、トリメリット酸エステル化合物である、請求項6に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 可塑剤(D)の含有量が、塩化ビニル系樹脂(A)100質量部に対して、10質量部〜50質量部である、請求項6又は7に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 光ファイバ被覆用樹脂組成物が、更に難燃助剤(E)を含む、請求項1〜8のいずれかに記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 難燃助剤(E)が、三酸化アンチモン、ホウ酸塩化合物及びケイ素化合物の少なくとも1種である、請求項9に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 光ファイバ被覆用樹脂組成物が、更に受酸剤(F)を含む、請求項1〜10のいずれかに記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 受酸剤(F)が、炭酸塩化合物、ハイドロタルサイト、酸化金属化合物及びオキシ水酸化金属化合物の少なくとも1種である、請求項11に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 光ファイバと、光ファイバの外周に請求項1〜12のいずれかに記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる被覆層とを有する、光ファイバケーブル。
- 請求項13に記載の光ファイバケーブルを含む、センサ。
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