JP2022510751A - ファイバ形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
低ヤング率ファイバプリフォームをファイバ延伸装置の延伸ゾーンに供給すること、および、
低ヤング率材料プリフォームのネックダウン領域を延伸ゾーン内のネックダウン位置に維持するのに十分に低い張力で低ヤング率材料プリフォームからファイバを延伸すること。
低ヤング率ファイバプリフォームをファイバ延伸装置の延伸ドーンに供給すること、および、
50gm-f/mm2以下の正規化張力で低ヤング率材料プリフォームからファイバを延伸すること。
中空コア構造に対応する構成で、低ヤング率材料の複数の中空管の近軸整列配置(paraxially aligned arrangement)を形成すること、
低ヤング率材料のガラス転移温度より高い温度まで複数の管を加熱すること、および
十分な時間、その温度で複数の管を焼成して、複数の管を焼結しかつ低ヤング率ファイバプリフォームを形成すること。
低ヤング率材料の近軸ジャケット内に、かつ中空コア構造に対応する構成で、低ヤング率材料の複数の中空管の近軸整列配置を形成すること、
低ヤング率材料のガラス転移温度より高い温度まで複数の管を加熱すること、および
複数の管およびジャケットを焼結するのに十分な時間、温度で複数の管を焼成し、かつ低ヤング率ファイバプリフォームを形成すること。
<異なる炉温度での異なる内径(Inner Diameter)対外径(Outer Diameter)比(ID/OD)のポリウレタンおよびPMMAの延伸張力>
異なるID/ODのポリウレタン(2~30MPaの低YM材料)およびPMMA(2~5GPaの高YM材料)プリフォームを、異なる炉温度でファイバに延伸して、延伸張力に対するそれらの効果を観察した。全てのプリフォームは外径6mmであった。3mm、1.5mmおよび0.75mmの異なる内径を使用して、それぞれ0.5、0.25および0.125の異なるID/ODを有するプリフォームを作製した。全てのファイバ延伸は10mm/分の固定供給速度を有し、炉温度を、ポリウレタンについて205~230℃およびPMMAについて170~250℃の間で変動させた。最終目標ファイバ直径は300μmであった。延伸張力は、炉の温度を変化させてモニタリングした。図1および図2は、それぞれ異なるID/ODのポリウレタンおよびPMMAについて、炉温度が延伸張力に及ぼす影響を示す。それらのID/ODに対する正規化張力も示されている。
図1および図2は、所与の供給速度および出発プリフォーム直径に対して、広範囲の炉温度でファイバを延伸できることを示した。しかしながら、最終目標ファイバ直径も一定していなければならない。最終目標ファイバ直径から±10%を超える変動は、一般に許容できないと考えられ、複雑な多孔ファイバの内部構造の構造的完全性を維持することができないことを示す。これらの変動は以下の理由に起因し得る:定常状態条件を達成しないこと、プリフォームが切れてファイバに延伸され得ない高すぎる延伸張力、または、規定の延伸速度よりも速くファイバを延伸することによるスランピング(slumping)を引き起こす低すぎる延伸張力。
プリフォームが炉に入る速度は、ネックダウンが延伸温度まで加熱される時間を変化させるので、延伸張力にも影響する。ポリウレタンプリフォームを、5、10および15mm/分で、異なる温度で炉に供給した。全てのプリフォームは、6mmの外径および0.75mmの内径(ID/OD 0.125)を有し、500μmの最終目標直径まで延伸された。図6は、供給速度に大きく影響される延伸張力を示している。これにより、ネックダウンでは加熱までの期間が少なくなるため、供給速度が速いほど、必要な温度がより高い範囲にシフトする。図7は、標的500μmからの直径誤差を示す。再度、図3の結果と同様に、直径誤差は、使用される供給速度ではなく、材料の張力に大きく依存する。また、50gm-f/mm2未満の正規化張力を有する延伸条件は、許容可能な径の均一性を達成する。
ポリウレタンおよびPMMAプリフォームは、さまざまな延伸条件下でファイバに延伸することができる。しかしながら、一定した直径の成功したファイバの製造を保証する理想的な条件は、ほんのわずかしかない。第1に、本発明者らは、ポリウレタンおよびPMMAの両方の材料特性(すなわち、ヤング率)が、プリフォームのID/ODと比較して、延伸張力にとってより重要であることを観察した。ID/ODの違いを補うために、炉の温度を変更する必要があるだけである。第2に、達成される正規化張力の範囲のうち、一定した直径のファイバを達成するためには、特定の形態のみが適している。PMMAの場合は50~200gm-f/mm2が適しているが、ポリウレタンでは50gm-f/mm2以下の極低張力に制限されている。全体として、これは、PMMAでは達成できない延伸条件をもたらすポリウレタン固有の低いヤング率に起因し得る。
この実施例は、図8に示すような中空コア構造を有するポリウレタンプリフォームの延伸を、類似構造を有するPMMAプリフォームと比較して報告する。
Claims (20)
- 低ヤング率材料からファイバを形成するためのファイバ延伸方法であって、下記を含む方法:
低ヤング率ファイバプリフォームをファイバ延伸装置の延伸ゾーンに供給すること、および
低ヤング率材料プリフォームのネックダウン領域を延伸ゾーン内のネックダウン位置に維持するのに十分に低い張力で低ヤング率材料プリフォームからファイバを延伸すること。 - 前記低ヤング率材料プリフォームからファイバを延伸する工程が、50gm-f/mm2以下の正規化張力の下で行われる、請求項1に記載の方法。
- 低ヤング率材料からファイバを形成するためのファイバ延伸方法であって、下記を含む方法:
低ヤング率ファイバプリフォームをファイバ延伸装置の延伸ゾーンに供給すること、および
50gm-f/mm2以下の正規化張力の下で低ヤング率材料プリフォームからファイバを延伸すること。 - 前記正規化張力が、40gm-f/mm2以下である、請求項3に記載の方法。
- 前記正規化張力が、25gm-f/mm2以下である、請求項4に記載の方法。
- 前記方法は、前記低ヤング率材料プリフォームのネックダウン領域を延伸ゾーン内のネックダウン位置に維持することを含む、請求項3~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記低ヤング率材料が、室温で300MPa以下のヤング率を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記低ヤング率材料が、100MPa以下のヤング率を有する、請求項7に記載の方法。
- 前記低ヤング率材料が、10MPa以下のヤング率を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記低ヤング率材料が、前記低ヤング率材料が粘性であるような延伸温度で延伸される、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
- 延伸温度が、前記低ヤング率材料のガラス転移温度より高い、請求項10に記載の方法。
- 前記低ヤング率材料が、ポリマー、ゴム、シリコーン化合物、およびハイドロゲルからなる群から選択される、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記低ヤング率材料がポリマーであり、前記ポリマーが、ポリウレタン、ポリ(スチレン-b-(エチレン-co-ブチレン)-b-スチレン)、およびポリスチレン-ポリイソプレントリブロックコポリマーからなる群から選択される熱可塑性エラストマーである、請求項12に記載の方法。
- 前記ファイバを延伸する工程が、ファイバの設定点直径の±20%の範囲内の延伸誤差を有する、請求項1~13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記延伸誤差が、前記ファイバの設定点直径の±10%の範囲内である、請求項14に記載の方法。
- 前記低ヤング率ファイバプリフォームが中空コア構造を有し、前記低ヤング率材料を前記延伸ゾーンに供給する工程の前に、前記方法が最初に下記を含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法:
前記中空コア構造に対応する構成で、低ヤング率材料の複数の中空管の近軸整列配置を形成すること、
前記低ヤング率材料のガラス転移温度より高い温度まで前記複数の管を加熱すること、および
十分な時間、その温度で前記複数の管を焼成して、前記複数の管を焼結しかつ前記低ヤング率ファイバプリフォームを形成すること。 - 前記ファイバを延伸する工程が、前記ファイバを1mm未満のファイバ直径に延伸することを含む、請求項1~16のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1~17のいずれか1項に記載の方法によって低ヤング率材料から形成されたファイバ。
- 前記ファイバが光ファイバである、請求項1~17のいずれか1項に記載の方法または請求項18に記載のファイバ。
- 請求項1~17のいずれか1項に記載の方法によって低ヤング率材料から形成された光ファイバを含む光ファイバセンサデバイス。
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