JPH0815585A - Heat resistant optical fiber - Google Patents
Heat resistant optical fiberInfo
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- JPH0815585A JPH0815585A JP6168785A JP16878594A JPH0815585A JP H0815585 A JPH0815585 A JP H0815585A JP 6168785 A JP6168785 A JP 6168785A JP 16878594 A JP16878594 A JP 16878594A JP H0815585 A JPH0815585 A JP H0815585A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱光ファイバに関す
るもので、さらに詳しくは酸化劣化反応を抑制すること
により耐熱特性を向上させた耐熱光ファイバに関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant optical fiber, and more particularly to a heat-resistant optical fiber having improved heat resistance characteristics by suppressing oxidative deterioration reaction.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバは通信用のみならずセ
ンサとしての用途も広がっている。特に溶鉱炉、火力発
電所等の監視、制御システム等では高温環境下で光ファ
イバを使用したいという要求が高まってきている。とこ
ろで、一般的な光ファイバは石英ガラスと石英ガラスの
周囲に設けられたUV樹脂やシリコーン樹脂等の被覆材
で構成されている。2. Description of the Related Art Recently, optical fibers are widely used not only for communication but also as sensors. In particular, in monitoring and control systems for blast furnaces, thermal power plants, etc., there is an increasing demand for using optical fibers in a high temperature environment. By the way, a general optical fiber is composed of quartz glass and a coating material such as UV resin or silicone resin provided around the quartz glass.
【0003】石英ガラス自身は1000℃以上でも酸
化、分解せずに安定であるが、被覆材はこれに比べると
はるかに低い温度で劣化する。このため光ファイバの耐
熱性は結局被覆材の耐熱性に左右されることになる。1
00℃を越える高温環境下で使用したいという要求に応
えるために耐熱光ファイバの被覆材として現在様々な材
料、構造が提案、実施されている。以下にその代表的な
ものについて説明する。Quartz glass itself is stable even at 1000 ° C. or higher without being oxidized or decomposed, but the coating material deteriorates at a much lower temperature than this. Therefore, the heat resistance of the optical fiber ultimately depends on the heat resistance of the coating material. 1
In order to meet the demand for use in a high temperature environment exceeding 00 ° C, various materials and structures are currently proposed and implemented as coating materials for heat resistant optical fibers. The typical ones will be described below.
【0004】(1)金属コート光ファイバ アルミ、ニッケル、金等の金属を被覆材として用いる。
被覆金属の劣化は500℃程度まで見られないが、石英
と金属との膨張係数差が大きいことによる幾つかの欠点
も生じている。例えば、ヒートサイクルによって被覆と
石英ガラスの間で滑りが起こり強度低下を招いたり、伝
送損失増加が現われる。またプルーフテスト等で引張り
荷重を加えると金属部分は塑性変形し除荷しても元に戻
らないのに対し、ガラス部分は弾性変形し元に復帰する
ためテスト後に歪が残り、ファイバの曲がりや強度低下
を引き起こしてしまう。(1) Metal coated optical fiber A metal such as aluminum, nickel or gold is used as a coating material.
Deterioration of the coated metal is not observed up to about 500 ° C., but there are some drawbacks due to the large difference in expansion coefficient between quartz and metal. For example, the heat cycle causes slippage between the coating and the quartz glass, resulting in a decrease in strength and an increase in transmission loss. When a tensile load is applied in a proof test, etc., the metal part plastically deforms and does not return to its original shape even if it is unloaded, whereas the glass part elastically deforms and returns to its original shape, so strain remains after the test and the fiber bends and It causes a decrease in strength.
【0005】(2)ポリイミド樹脂被覆光ファイバ ポリイミド樹脂は通常のUV樹脂やシリコーン樹脂と比
べ耐熱、耐薬品特性に優れており、長時間使用可能な温
度は有機系材料としては最高の約300℃である。最近
ではガラス転移点が400℃以上、熱分解温度が550
℃以上のポリイミド樹脂も開発されている。金属被覆光
ファイバと違いヒートサイクルによる伝送損失増加が小
さく、プルーフテスト後も歪が残ることはない。本発明
は樹脂を被覆した耐熱光ファイバの耐熱性を向上させる
もので、特にポリイミド樹脂を被覆した耐熱光ファイバ
の耐熱性を向上させるものである。(2) Polyimide resin-coated optical fiber Polyimide resin is superior in heat resistance and chemical resistance to ordinary UV resins and silicone resins, and the temperature that can be used for a long time is about 300 ° C., which is the highest as an organic material. Is. Recently, the glass transition temperature is 400 ° C or higher, and the thermal decomposition temperature is 550.
Polyimide resins above ℃ have also been developed. Unlike metal-coated optical fibers, the increase in transmission loss due to heat cycles is small, and no strain remains after the proof test. The present invention improves the heat resistance of a heat resistant optical fiber coated with a resin, and particularly improves the heat resistance of a heat resistant optical fiber coated with a polyimide resin.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】一般にポリイミド樹脂
の酸化劣化反応は熱分解温度よりかなり低温で始まるこ
とが知られている。従って、実際に長時間使用する時に
は光ファイバとしての耐熱温度は酸化劣化温度以下とい
うことになる。実際、熱分解温度が550℃程度のポリ
イミド樹脂にあっては長時間の使用が可能な耐熱温度は
350℃程度である。そこで、酸化劣化反応を抑制する
ことができれば被覆材の材料を変えずに耐熱温度を向上
させることが可能となる。この考えに基づき、金属管等
に樹脂被覆した光ファイバを挿入し不活性ガスを充填し
周囲の酸素を除去する方法が提案されている。It is generally known that the oxidative deterioration reaction of a polyimide resin starts at a temperature considerably lower than the thermal decomposition temperature. Therefore, when actually used for a long time, the heat resistant temperature of the optical fiber is below the oxidation deterioration temperature. In fact, a polyimide resin having a thermal decomposition temperature of about 550 ° C. has a heat resistant temperature of about 350 ° C. at which it can be used for a long time. Therefore, if the oxidative deterioration reaction can be suppressed, the heat resistant temperature can be improved without changing the material of the coating material. Based on this idea, a method has been proposed in which a resin-coated optical fiber is inserted into a metal tube or the like and filled with an inert gas to remove oxygen in the surroundings.
【0007】しかしながらこの方法も被覆材の劣化温度
は向上するものの、金属管と光ファイバの熱膨張係数差
による歪の発生、金属管から発生する水素による伝送損
失増加、また通常の樹脂被覆した光ファイバに比べ太く
なる等の問題点が残されている。本発明は上記の問題を
解決し、樹脂を被覆した光ファイバにおいて、大気中の
酸素が樹脂被覆層に接触するのを防ぎ、酸化劣化反応を
抑制することにより耐熱特性を向上させた耐熱光ファイ
バを提供することを目的とする。However, although this method also improves the deterioration temperature of the coating material, distortion is generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the metal tube and the optical fiber, the transmission loss is increased by hydrogen generated from the metal tube, and the ordinary resin-coated light is used. There are still problems such as thicker fiber. The present invention solves the above problems and, in an optical fiber coated with a resin, a heat-resistant optical fiber having improved heat resistance characteristics by preventing oxygen in the atmosphere from contacting the resin coating layer and suppressing an oxidative deterioration reaction. The purpose is to provide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するために以下のような手段を有している。本発明の
うち請求項1の耐熱光ファイバは、光ファイバの外周部
に樹脂被覆層が設けられ、前記樹脂被覆層の外周部にカ
ーボン層を有することを特徴とする。本発明のうち請求
項2の耐熱光ファイバは、樹脂被覆層がポリイミド樹脂
からなることを特徴とする。The present invention has the following means in order to solve the above problems. A heat-resistant optical fiber according to claim 1 of the present invention is characterized in that a resin coating layer is provided on an outer peripheral portion of the optical fiber, and a carbon layer is provided on an outer peripheral portion of the resin coating layer. The heat-resistant optical fiber according to claim 2 of the present invention is characterized in that the resin coating layer is made of a polyimide resin.
【0009】[0009]
【作用】本発明のうち請求項1の耐熱光ファイバは、光
ファイバの外周部に樹脂被覆層が設けられ、樹脂被覆層
の外周部にカーボン層を有している。このカーボン層は
非常に緻密なため酸素分子の透過を防止することができ
る。このため樹脂被覆層の酸化劣化反応は阻害され、光
ファイバとしての耐熱温度は向上する。In the heat-resistant optical fiber according to the first aspect of the present invention, the resin coating layer is provided on the outer peripheral portion of the optical fiber, and the carbon layer is provided on the outer peripheral portion of the resin coating layer. Since this carbon layer is very dense, it can prevent the permeation of oxygen molecules. Therefore, the oxidative deterioration reaction of the resin coating layer is hindered, and the heat resistant temperature of the optical fiber is improved.
【0010】本発明のうち請求項2の耐熱光ファイバ
は、樹脂被覆層がポリイミド樹脂からなっている。ポリ
イミド樹脂は通常のUV樹脂やシリコーン樹脂と比べ耐
熱、耐薬品特性に優れており、長時間使用可能な温度は
有機系材料としては最高の約300℃である。最近では
ガラス転移点が400℃以上、熱分解温度が550℃以
上のポリイミド樹脂も開発されている。従って、樹脂被
覆層がポリイミド樹脂である本発明は500℃以下での
長時間の使用に十分耐えることが可能である。In the heat-resistant optical fiber according to claim 2 of the present invention, the resin coating layer is made of polyimide resin. Polyimide resin is superior in heat resistance and chemical resistance to ordinary UV resins and silicone resins, and the temperature that can be used for a long time is about 300 ° C., which is the highest temperature for organic materials. Recently, a polyimide resin having a glass transition point of 400 ° C. or higher and a thermal decomposition temperature of 550 ° C. or higher has been developed. Therefore, the present invention in which the resin coating layer is a polyimide resin can sufficiently withstand long-term use at 500 ° C or lower.
【0011】[0011]
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。The present invention will be described below in detail with reference to examples.
【0012】(実施例1)光ファイバに、下記のように
して外面にポリイミド樹脂、およびカーボン被膜で被覆
して図1に示す断面を有する光ファイバを得た。図にお
いて、1は石英ガラス光ファイバ、2はポリイミド樹脂
からなる樹脂被覆層、3はカーボン層である。石英ガラ
ス光ファイバ1は石英ガラス光ファイバ母材から温度約
2000℃の線引炉により紡糸した、直径125μmの
1.3μm帯シングルモード光ファイバである。Example 1 An optical fiber having the cross section shown in FIG. 1 was obtained by coating the optical fiber with a polyimide resin and a carbon coating on the outer surface as follows. In the figure, 1 is a silica glass optical fiber, 2 is a resin coating layer made of polyimide resin, and 3 is a carbon layer. The silica glass optical fiber 1 is a 1.3 μm band single mode optical fiber having a diameter of 125 μm spun from a silica glass optical fiber base material by a drawing furnace at a temperature of about 2000 ° C.
【0013】樹脂被覆層2のポリイミド樹脂は分子中に
イミド結合を有する熱可塑性または熱硬化性の高分子で
ある。芳香族ポリイミドは耐熱性が優れており、本発明
の光ファイバの保護層として適している。代表的なもの
は、トリメリット酸無水物と4,4−ジアミノジフェニ
ルエーテル、ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物
とテトラアミノビフェニル、ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸2無水物と4,4−オキシジアニリン等の反応に
より得られたポリアミック酸の重縮合物である。The polyimide resin of the resin coating layer 2 is a thermoplastic or thermosetting polymer having an imide bond in the molecule. Aromatic polyimide has excellent heat resistance and is suitable as a protective layer for the optical fiber of the present invention. Typical ones are the reaction of trimellitic anhydride with 4,4-diaminodiphenyl ether, benzophenonetetracarboxylic dianhydride with tetraaminobiphenyl, and benzophenonetetracarboxylic dianhydride with 4,4-oxydianiline. It is a polycondensation product of the obtained polyamic acid.
【0014】石英ガラス光ファイバ1の外周にポリイミ
ド樹脂の樹脂被覆層2を形成するには、上記ポリアミッ
ク酸オリゴマー溶液からなる液体組成物を、線材塗装ダ
イスを用いて石英ガラス光ファイバ1の外周に被覆し、
加熱炉を通過させて溶剤を蒸発させ、塗膜を硬化させ
る。このとき上記ポリアミック酸が重縮合し、ポリイミ
ド樹脂となる。ポリイミド樹脂の樹脂被覆層2の厚さは
約10μm〜約30μmが好ましい。To form the resin coating layer 2 of polyimide resin on the outer circumference of the silica glass optical fiber 1, the liquid composition comprising the above polyamic acid oligomer solution is applied to the outer circumference of the silica glass optical fiber 1 using a wire rod coating die. Coated,
The coating is cured by passing through a heating oven to evaporate the solvent. At this time, the polyamic acid is polycondensed to form a polyimide resin. The thickness of the resin coating layer 2 of polyimide resin is preferably about 10 μm to about 30 μm.
【0015】上記のようにして得られた樹脂被覆層2を
有する石英ガラス光ファイバ1を炭化水素系ガスを充填
した容器中にセットし長手方向に移動させながら炭酸ガ
スレーザーを照射すると樹脂被覆層2の表面にカーボン
層3が形成される。以上の方法で作製した耐熱光ファイ
バについて耐熱性を調査した。表1に示すように本発明
の耐熱光ファイバAと従来の構造のポリイミド被覆光フ
ァイバB、および従来のポリイミド被覆光ファイバBを
SUS管に送通し窒素を充填したものCを準備し、それ
ぞれ電気炉中で表2に示す条件で加熱し被覆外観を観察
した。The silica glass optical fiber 1 having the resin coating layer 2 obtained as described above is set in a container filled with a hydrocarbon gas and irradiated with a carbon dioxide laser while moving in the longitudinal direction. The carbon layer 3 is formed on the surface of 2. The heat resistance of the heat resistant optical fiber manufactured by the above method was investigated. As shown in Table 1, a heat-resistant optical fiber A of the present invention, a polyimide-coated optical fiber B of a conventional structure, and a polyimide-coated optical fiber B of the conventional type, which is sent through a SUS tube and filled with nitrogen, are prepared, and each of them is electrically charged. The coating was observed by heating in a furnace under the conditions shown in Table 2.
【0016】観察結果を表3に示す。表3よりカーボン
層3を設けた耐熱光ファイバA(サンプルA)はポリイ
ミド樹脂被覆の場合(サンプルB)に比べ高温での耐熱
性に優れ、350℃×120時間では劣化は見られず5
00℃×120時間で僅かに表面の粗れが見られた程度
であった。この結果は従来より使われているSUS管挿
入型耐熱光ファイバ(サンプルC)と同等の耐熱特性を
もっていることを示しており、カーボン層3による酸素
遮断が有効であることがわかった。The observation results are shown in Table 3. From Table 3, the heat-resistant optical fiber A (sample A) provided with the carbon layer 3 is superior in heat resistance at high temperature as compared with the case of the polyimide resin coating (sample B), and no deterioration is observed at 350 ° C. × 120 hours.
The surface was slightly roughened at 00 ° C for 120 hours. This result shows that it has heat resistance characteristics equivalent to those of the heat-resistant optical fiber with inserted SUS tube (Sample C) that has been conventionally used, and it was found that the oxygen blocking by the carbon layer 3 is effective.
【0017】即ち、ポリイミド樹脂層上に堆積したカー
ボン層は非常に緻密なため酸素分子の透過を防止するこ
とができる。このためポリイミドの酸化劣化反応は阻害
され、光ファイバとしての耐熱温度は向上する。また高
温下でのカーボン層の微視的な構造の熱変化には黒鉛化
があるが、これは1500℃付近から開始するので現在
要求されている500℃以下の使用温度範囲では問題は
ない。酸化反応は550℃以下では殆ど見られないこと
が知られており、この点についてもカーボン層は満足す
る耐熱性を備えていると言える。That is, since the carbon layer deposited on the polyimide resin layer is extremely dense, it is possible to prevent the permeation of oxygen molecules. Therefore, the oxidation deterioration reaction of the polyimide is hindered, and the heat resistant temperature of the optical fiber is improved. Further, thermal change of the microscopic structure of the carbon layer at high temperature includes graphitization, but since it starts at around 1500 ° C, there is no problem in the currently used operating temperature range of 500 ° C or lower. It is known that the oxidation reaction is hardly seen at 550 ° C. or lower, and it can be said that the carbon layer also has satisfactory heat resistance in this respect.
【0018】(実施例2)上記実施例1では樹脂被覆層
としてポリイミド樹脂を使用したが樹脂被覆層をしては
ポリイミド樹脂に限らず、光ファイバの樹脂被覆層とし
て使用できる樹脂例えば、シリコン樹脂、ウレタンアク
リレート樹脂でも実施例1の場合と同様に酸素遮断が効
果により耐熱特性が向上した。(Embodiment 2) In Embodiment 1, the polyimide resin is used as the resin coating layer, but the resin coating layer is not limited to the polyimide resin, and a resin that can be used as the resin coating layer of the optical fiber, for example, a silicone resin. As in the case of Example 1, the urethane acrylate resin also improved the heat resistance due to the effect of blocking oxygen.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】[0020]
【表2】 [Table 2]
【0021】[0021]
【表3】 [Table 3]
【0022】[0022]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1〜
2の耐熱光ファイバは、光ファイバの外周部に樹脂被覆
層が設けられ、樹脂被覆層の外周部にカーボン層を有し
ている。このカーボン層は非常に緻密なため酸素分子の
透過を防止することができる。このため樹脂被覆層の酸
化劣化反応は阻害され、光ファイバとしての耐熱温度は
向上する。As described above, the claims 1 to 3 of the present invention are as follows.
In No. 2 heat-resistant optical fiber, a resin coating layer is provided on the outer peripheral portion of the optical fiber, and a carbon layer is provided on the outer peripheral portion of the resin coating layer. Since this carbon layer is very dense, it can prevent the permeation of oxygen molecules. Therefore, the oxidative deterioration reaction of the resin coating layer is hindered, and the heat resistant temperature of the optical fiber is improved.
【0024】本発明のうち請求項2の耐熱光ファイバ
は、樹脂被覆層がポリイミド樹脂からなっているので、
長時間の連続使用が可能な耐熱温度はポリイミドの熱分
解温度に近づき、従来の耐熱光ファイバに比べて格段に
耐熱性を向上させることができる。In the heat-resistant optical fiber according to claim 2 of the present invention, since the resin coating layer is made of polyimide resin,
The heat resistant temperature at which continuous use is possible for a long time approaches the thermal decomposition temperature of polyimide, and the heat resistance can be significantly improved as compared with the conventional heat resistant optical fiber.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明の耐熱光ファイバの一実施例を示す断面
図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a heat resistant optical fiber of the present invention.
1 石英ガラス光ファイバ 2 樹脂被覆層 3 カーボン層 1 Quartz glass optical fiber 2 Resin coating layer 3 Carbon layer
Claims (2)
られ、前記樹脂被覆層の外周部にカーボン層を有するこ
とを特徴とする耐熱光ファイバ。1. A heat-resistant optical fiber, wherein a resin coating layer is provided on an outer peripheral portion of the optical fiber, and a carbon layer is provided on an outer peripheral portion of the resin coating layer.
ることを特徴とする請求項1記載の耐熱光ファイバ。2. The heat resistant optical fiber according to claim 1, wherein the resin coating layer is made of a polyimide resin.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6168785A JPH0815585A (en) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | Heat resistant optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6168785A JPH0815585A (en) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | Heat resistant optical fiber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0815585A true JPH0815585A (en) | 1996-01-19 |
Family
ID=15874431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6168785A Pending JPH0815585A (en) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | Heat resistant optical fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0815585A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7319803B2 (en) | 2004-09-30 | 2008-01-15 | Totoku Electric Co., Ltd. | Heat-resistant optical fiber, a method of manufacturing the same, a method of fixing an optical fiber, and a heat-resistant optical fiber using a protective tube |
JP2008298705A (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Shimadzu Corp | Gas chromatograph |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP6168785A patent/JPH0815585A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7319803B2 (en) | 2004-09-30 | 2008-01-15 | Totoku Electric Co., Ltd. | Heat-resistant optical fiber, a method of manufacturing the same, a method of fixing an optical fiber, and a heat-resistant optical fiber using a protective tube |
JP2008298705A (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Shimadzu Corp | Gas chromatograph |
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