JPS61176902A - 耐熱性光学繊維の製造法 - Google Patents

耐熱性光学繊維の製造法

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JPS61176902A
JPS61176902A JP60017808A JP1780885A JPS61176902A JP S61176902 A JPS61176902 A JP S61176902A JP 60017808 A JP60017808 A JP 60017808A JP 1780885 A JP1780885 A JP 1780885A JP S61176902 A JPS61176902 A JP S61176902A
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optical fiber
methacrylate
polymer
alcohol
core component
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JP60017808A
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Yoshiharu Tategami
義治 立上
Katsuramaru Fujita
藤田 桂丸
Motonobu Furuta
元信 古田
Toshibumi Tamura
俊文 田村
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、芯−さや構造からなる耐熱性光学1aIIA
の製造法に関する。
光学繊維は、従来ガラス系材料を基本として製造され、
光信号伝送媒体として、機器間や機器内の計測制御用、
データ伝送用あるいは医療用、装飾用や画像伝送用とし
て広く利用されている。しかし、ガラス系材料を基材と
した光学繊維は、内径の細い繊維にしないと可撓性に乏
しい欠点があり、又、断線しやすいこと、比重が大きい
こと、コネクターを含めて高価であることなどの理由か
ら、最近これをプラスチックで作る試みが種々提案され
ている。
プラスチックを使用する場合の大きな特徴は軽量である
こと、内径の太い繊維でも強靭で可撓性に富むこと、従
って、高開口度、大口径が可能であり、受発光素子との
結合が容易であることなど操作性にすぐれている点にあ
る。プラスチックでこのような光学繊維を製造する一般
的な方法は、屈折率が大きく、かつ、光の透過性が良好
なプラスチックを芯成分とし、これよりも屈折率が小さ
く、かつ、透明なプラスチックをさや成分とする芯−さ
や構造を有する繊維とするものである。この方法は、芯
−さや界面で光を反射させることにより、光を伝送する
ものであり、芯とさやを構成するプラスチックの屈折率
の差の大きいものほど光伝送性にすぐれている。
光透過性の高いプラスチックとしては無定形の材料が好
ましく、工業的にはポリメタクリル酸メチルや、ポリス
チレンが注目される材料である(例えば、特公昭48−
8978号公報、特公昭58−21660号公報)。
芯−さや構造よりなる光学繊維の製造方法としては2つ
の方法がある。1つは、芯−さや両成分を溶融状態のも
とで特殊ノズルによって配合しつつ吐出して芯−さや構
造を付与する方法であり、いわゆる複合紡糸方式といわ
れるものである。他の1つは、まず芯成分を所定の繊維
に賦形したのち、これに適当な溶剤にとかしださや成分
を被覆したのち脱溶剤して光学m維とするいわゆる塗布
方式である。
光学繊維の製造に際しては、芯とさやとの屈折率の差を
大きくすることが基本的には重要であるが、さらに芯と
さやとの界面での接着状態や、光学繊維を形成する重合
体の物理的・機械的性質も重要な因子である。
この意味から、特公昭48−8978号公報で提案され
ているポリメタクリル酸メチル樹脂と、ある種のフッ素
含有ポリメタクリレート樹脂との組合せからなる光学繊
維は注目すべきものである。しかしながら同公報に示さ
れているような、ある種のフッ素含有ポリメタクリレー
ト樹脂をさや成分として、ポリメタクリル酸メチルを芯
成分とする光学繊維は耐熱性が不十分であり、用途に制
限があるという欠点を有する。
例えば、耐熱性に欠点があるため移動体、たとえば自動
車、船舶、航空機、列車またはロボットなどへ適用する
場合には用途や適用箇所に制限が生ずる。すなわち、ポ
リメタクリル酸メチル(ポリスチレンも同様であるが)
の使用可能な上限温度は約80℃であり、それ以上の温
度では熱収縮が大きくなったり、変形したり、ミクロ構
造上のゆらぎが生じて、光学繊維としての機能を果、さ
なくなるなどの欠点を有し、又、一旦80°C以上の温
度条件下で使用されると、常温にもどしても導光損失が
大きくなり、再び使用することが出来なくなり、狭い温
度領域でしか使用出来ない。それゆえ、耐熱性にすぐれ
た低損失のプラスチック光学繊維の開発が望まれていた
本発明者らは、耐熱性にすぐれ、かつ、光伝送性にすぐ
れたプラスチック光学繊維の開発を検討し、先にエステ
ル部分に炭素数8以上の脂環式炭化水素基を有するメタ
クリル酸エステルからなる重合体を芯成分とし、該芯成
分よりも少なくとも8%小さい屈折率を有する透明樹脂
をさや成分とすることを特徴とする耐熱性にすぐれた光
学繊維を得ることに成功した(特開昭58−22180
8号公報)。
該出願にかかる発明の光学繊維に使用する芯成分重合体
の場合、耐熱性については、比較的短時間の耐熱性につ
いては満足すべきものであったが長時間の耐熱性および
低導光損失性については、なお検討の余地が残されてい
た。
そこで、本発明者らは、ひきつづき長時間の耐熱性と低
導光損失性にすぐれた信頼性の高いプラスチック光伝送
繊維の開発を鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明はメタクリル酸メチルを主体とする重
合体を芯成分とし、フッ素を少なくとも20重量%含む
重合体をさや成分とする芯−さや構造を有する光学繊維
を製造するに際し、該芯成分重合体を非溶解性有機溶媒
にて洗浄することを特徴とする耐熱性光学繊維の製造法
を提供するものである。
本発明の光学繊維の製造法は、芯成分重合体において低
導光損失性と可撓性にすぐれ、光信号伝送媒体として長
期間にわたり信頼性をいちじるしく高めうるものである
本発明の特徴は次の諸点に要約される。
1)芯成分重合体を非溶解性有機溶媒にて洗浄すること
により、長時間の耐熱性と低導光損失性にすぐれ、信頼
性を高めることができる。
2) さや成分は芯成分との密着性が良好となり、可撓
性などの機械的強度にすぐれた透明なさや成分を安定的
に形成せしめうる。
3)光学繊維の熱的性質が向上する。特に芯成分に炭素
数8〜20個の脂環式炭化水素基を有するメタクリル酸
エステルを含有するメタクリル酸メチルを主体とする重
合体を使用する場合、耐熱性がいちじるしく向上する。
本発明において芯成分に使用されるメタクリル酸メチル
を主体とする重合体はメタクリル酸メチルの繰り返し単
位を少なくとも60重量%以上含むメタクリル酸メチル
の単独ないし共重合体であって、メタクリル酸エチル、
メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリ
ル酸イソブチル、メタクリル酸シクロヘキシルまたはエ
ステル部分に炭素数8〜20個の脂環式炭化水素基を有
するメタクリル酸エステルを有する共重合体およびこれ
らと10重量%以下のアクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル、アクリル酸2−エチルヘキシルなどの共重合体が
有用である。これらの中で特にメタクリル酸メチル単位
を70%以上含有する共重合体が高純度で極めて透明で
あり、かつ容易に入手出来て好ましい芯成分である。
該エステル部分に炭素数8〜20個の脂環式炭化水素基
を有するメタクリル酸エステルはメタクリル酸あるいは
より好ましくはその酸塩化物を、式MOHの脂環式炭化
水素・モノオールでエステル化することによってつくら
れる。
脂環式炭化水素・モノオールとしては1−アダマンタノ
ール、2−アダマンタノール、8−メチル−1−アダマ
ンタノール、8,5−ジメチル−1−アダマンタノール
、8−エチルアダマンタノール、8−メチル−5−エチ
ル−1−アダマンタノール、8,5.8−)ジエチル−
1−アダマンタノールおよび3,5−ジメチル−8−エ
チル−1−アダマンタノール、オクタヒドロ−4,7−
メンツノインデン−5−オール、オクタヒドロ−4,7
−メンジノインデン−1−イルメタノール、p−メンタ
ノール8、p−メンタノール−2,8−ヒドロキシ−2
゜6.6−ドリメチルービシクロ[8,1,1]ヘプタ
ン、8,7.’I−トリメチルー4−ヒドロキシ−ビシ
クロ[4,1,Olヘプタン、ボルネオール、2−メチ
ルカンフ1ノール、フェンチルアルコール、l−メンタ
ノール、2,2゜6−ドリメチルシクロヘキサノール等
の脂環式炭化水素・モノオールをあげることができ、こ
れに対応するメタクリル酸エステルからなる共重合体を
例示することができる。
これらのメタクリル酸エステルの中で特に好適にはメタ
クリル酸−1−アダマンチル、メタクリル酸−2−アダ
マンチル、メタクリル酸−8,5−ジメチル−1−アダ
マンチル、メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸−p−
メンタン、メタクリル酸2−メチルカンファン、メタク
リル酸フェンチル、メタクリル酸−2−メンチール、メ
タクリル酸2,2.5−トリメチルシクロヘキサンをあ
げることができる。
本発明を構成する他の重要な要素であるさや成分として
は、フッ素を少なくとも20重量%含む重合体である。
好ましい重合体としては、フッ素樹脂、熱可塑性フッ素
ゴムおよびフッ素ゴムである。フッ素樹脂としては、例
えば、α−フルオロアクリル酸フルオロアルキル、α−
フルオロアクリル酸アノにキル、メタクリル酸)ルオロ
アルキル、含フツ素オレフィンなトカラなる含フツ素重
合体および共重合体をあげることができる。
a−フルオロアクリル酸フルオロアルキル重合体、α−
フルオロアクリル酸アルキルおよびメタクリル酸フルオ
ロアルキル重合体としてはその単独重合体の軟化温度が
約50゛C以上で屈折率が1.43以下の値を示すもの
が好ましい。
本発明に用いられる好ましいα−フルオロアクリル酸フ
ルオロアルキルまたはメタクリル酸フルオロアルキル重
合体としては、具体的には、α−フルオロアクリル酸2
,2.2−)−リフルオロエチル、α−フルオロアクリ
ル酸1,1,1゜3.8.3−ヘキサフルオロ−2−プ
ロピル、α−フルオロアクリル酸1.1−ジエチル−2
゜2.8,4,4.4−ヘキサフルオロ−1−ブチル、
α−フルオロアクリル酸1−プロピル−2,2,8,4
,4,4−へキサフルオロ−1−ブチル、α−フルオロ
アクリル酸1,1−ジメチル−8−トリフルオロメチル
−2,2,4,4゜4−ペンタフルオロブチル、α−フ
ルオロアクリル酸2−トリフルオロメチル−2,2,8
゜3−テトラフルオロプロピル、α−フルオロアクリル
酸2,2,8.8−テトラフルオロプロピル、α−フル
オロアクリル酸1,1−ジメチル−2,2,8,8−テ
トラフルオロプロピル、α−フルオロアクリル酸−2−
トリフルオロメチル−8、8、8−)リフルオロプロピ
ルおよびそれに対応するメタクリル酸フルオロアルキル
などやα−フルオロアクリル酸メチル、α−フルオロア
クリル酸エチル、α−フルオロアクリル酸プロピルなど
からなる重合体を挙げることができる。
特に好適には、α−フルオロアクリル酸2゜2.2−ト
リフルオロエチル、メタクリル酸2゜2.2−トリフル
オロエチル、α−フルオロアクリル酸2,2,8.8−
テトラフルオロプロピル、メタクリル酸2,2,8.8
−テトラフルオロプロピル、α−フルオロアクリル酸1
゜1−ジメチル−2,2,8,8−テトラフルオ 、ロ
プロピル、メタクリル酸1.1−ジメチル−2,2,8
,8−テトラフルオロプロピル、α−フルオロアクリル
酸2−トリフルオロメチル−8、8、8−トリフルオロ
プロピル、メタクリル酸2−トリフルオロメチル−8,
8,8−トリフルオロプロピル、メタクリル酸2,2゜
8 、(,8−ペンタフルオロプロピル、α−フルオロ
アクリル酸1.1,1,8,8.8−へキサフルオロ−
2−プロピル、メタクリル酸1゜l、1,8.8.8−
へキサフルオロ−2−プロピル、α−フルオロアクリル
酸メチルなどかう成る重合体を挙げることができる。
また、含フツ素オレフィン系重合体としてはビニリデン
フルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、トリ
フルオロエチレン−ビニリデンフルオライド共重合体、
ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン−へ
キサフルオロプロペン共重合体などを挙げることができ
る。
熱可塑性フッ素ゴムとしては分子内にフッ素ゴム相から
なるソフトセグメントとフッ素樹脂相からなるハードセ
グメントを有し、常温においてフッ素樹脂相で物理的な
架橋がおこなわれてゴム弾性を有し、融点以上の高温で
は熱可塑性プラスチックと同様な挙動を有するものであ
る。その代表的なものとしては、ダイエルサーモプラス
チック(ダイキン工業■社製)があげられる。
また好ましいフッ素ゴムとしては、ビニリデンフルオラ
イド−へキサフルオロプロペン共重合体、ビニリデンフ
ルオライド−ペンタフルオロプロペン共重合体、ビニリ
デンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン共重合
体、などをあげることができる。ことに好適にはビニリ
デンフルオライド−へキサフルオロプロペン共重合体で
ある。
本発明の最も重要な構成要件は、と述の芯およびさや成
分からなる芯−さや構造を有する光学繊維を製造するに
際して、該芯成分重合体を非溶解性有機溶媒にて洗浄す
ることを特徴とする耐熱性の光学繊維を製造することで
ある。非溶解性有機溶媒としては、該芯成分重合体を常
温〜60”Cの範囲で全く溶解しないか膨潤またはクラ
ックを生じるものであり、メチルアルコール、エチルア
ルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアル
コール、n−メチルアルコール、ソルベントナフサ、四
塩化エチレン、ニトロベンゼン、モノクロルベンゼン、
ジクロルベンゼン、ジエチルエーテル、シクロヘキセン
などを例示することができる。これらの中で特にメチル
アルコールが工業的に最もM効に使用しうる。これらは
単独あるいは混合して使用することができる。それらの
非溶解性有機溶媒は蒸溜精製または多孔質膜を用いて濾
過精製して微量不純物や塵埃を除去したのち洗浄に吏」
する。多孔質膜は壁の内面と外面との間に連続した微少
空孔を有するものであって、孔の径が10μm以下、好
ましくは1μm以下さらに好ましくは0.1μm以下の
ものであるが特にポリテトラフルオロエチレン、ポリオ
レフィンより成る多孔質膜が好ましい。
該芯成分重合体の洗浄方法は、攪拌法、流動法、浸漬法
等によっておこなうことができる◇例えば、ビーズ状ま
たはペレット状の重合体を清浄な攪拌機つきの槽中に投
じたのち、2倍〜10倍屋の該非溶解性有機溶媒添加し
、常温〜60゛Cの温度で攪拌しながら洗浄する方法を
例示することができる。又洗浄時間は溶媒と芯成分重合
体及び温度によって適宜法められるが、一般には80分
から8時間以内であり、メチルアルコールでは80分か
ら1時間とすることができる。
該芯成分重合体の形態は洗浄効果を高めるため、ビーズ
状またはペレット状がのぞましい。
非溶解性有機溶媒で洗浄すると耐熱性および低導光損失
性がすぐれる理由は不明であるが、芯成分重合体の表面
または内部に含まれる残留モノマーや副生成物(低分子
量化合物など)が洗い流されたり、抽出されるためと推
定される。
本発明の芯成分重合体は、懸濁重合法および塊状重合法
など従来の公知の方法で製造することができる。ただし
懸濁重合法においては、多量の水を使用するため、その
中に含まれる異物が重合体中に混入しやすく、又、その
脱水工程においても異物が混入する可能性があるので濾
過により異物を除去することが望ましい。さらに望まし
い方法としては、芯成分の重合体を高温度下で連続塊状
重合工程およびそれにつづく残存未反応単量体を主体と
する揮発分の連続分離工程の2工程で製造することがで
きる。
上記各重合において用いられるラジカル重合開始剤とし
ては、例えば、 2 、2’−アゾビス(イソブチロニ
トリルLl、1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニ
トリル)、2.2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレ
ロニトリル)、アゾビスイソブタノールジアセテートア
ゾ−tert−ブタン等のアゾ化合物ならびにジーte
rt−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド
、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジーtert−
プチルパーフタレート、ジーtert−ブチルパーアセ
テート、ジーtert−アミルパーオキサイド等の有機
過酸化物があげられる。重合開始剤の添加割合は、単量
体に対して0.001〜1モル%であるのが好ましい。
又、重合系中には分子量を制御するために連鎖移動剤と
してtert−ブチル、n−ブチル、n−オクチル、及
びn−ドデシルメルカプタン等が、単量体に対して約1
モル%以下添加される。
一方、さや成分重合体の製造法は、従来の公知の方法で
行なうことができる。さや成分重合体の場合は、芯成分
重合体の場合はど製造法による光伝送性への影響は認め
られないが、濾過法などによりゴミを除去し、異物が混
入し−ないようにして、さや成分重合体の製造をおこな
うのがよい。
芯成分とさや成分の割合は重量比で約70二80〜98
:2であり、好ましくは約80:20〜95:5である
。また、芯−さや構造からなる光学繊維の外径は約0.
15〜1.5■であり、好ましくは約0.20〜1.0
−である。
本発明は上述のごとく、芯−さや構造を有する光学繊維
の製造法において、該芯成分重合体を非溶解性有機溶媒
にて洗浄することにより光学mNAの適用温度範囲を大
巾に拡大し得るとともに耐熱性および可撓性にすぐれた
光学繊維を提供するものであり、その工業的価値はきわ
めて高いものである。
本発明の方法によって製造した光学繊維は、常用温度を
110”C以上とすることができることから、たとえば
、自動車、船舶、航空機、またはロボット等への適用を
可能とするものである。また、構内、ビル内通信におい
ても温度限定条件の緩和により適用範囲を拡大し得るも
のである。
次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが本発明
はこれによってなんら限定されるべきものではない。
なお、実施例中の導光損失の測定にはハロゲンタングス
テンランプを光源とする回折格子分光器を用い、650
 nmの波長における被測定光学繊維と基準光学m維の
出力強度をシリコンフォトダイオードで読みとった。繊
維長L (Km)の異なる光学繊維の入口および出口で
の光の強さをそれぞれIo 、 Iとし、次式により導
光損失αを求めた。
a (dB/k ) =−LQ−tog (±)L  
  I。
この式においてα値が小さいほど光伝送性はすぐれてい
ることを示している。
可撓性試験は長さ15mの光学繊維を用いて結び目をつ
くり、引張速度2 w / minの速さで両端を引張
り、切断するときの結節強度の測定によっておこなった
また、耐熱性試験は得られた光学繊維を所定時間加熱し
たのち、初期と加熱後の導光損失を測定し比較すること
によりおこなった。
実施例1 減圧蒸溜によって精製したモノマーと懸濁安定剤(ヒド
ロキシエチルセルロース、モノ、マーに対し0.084
 ) 、有機過酸化物(ラウロイルペルオキシド、モノ
マーに対し0.84)、分子量調節剤(n−ドデシルメ
ルカプタン、モノマーに対し、0.16%)および水を
多孔質膜(0,1μm B )で濾過したものを浮遊物
質を含まない窒素雰囲気下で調合することにより懸濁重
合法によって重合したメタクリル酸ボルニル:メタクリ
ル酸メチル:アクリル酸メチル=20 ニア9 : 1
 (重量%)、〔η〕(クロロホルム、25”c)0.
701屈折率1.49のビーズ状の芯成分重合体25部
に対しメチルアルコール(多孔質go、osμmΔで一
過処理)100部を添加し、30″Cで1時間攪拌しな
がら洗浄した。ついでP別後、さらにメチルアルコール
20部でビーズ表面を洗い、90”C,4時間熱風乾燥
した。この重合体を220 ”Cに加熱したベンドっき
押出機に供給し、210″Cに維持された二重押出しノ
ズルの中心より直径7■のストランド状の該重合体を芯
成分として吐出、引落ししなカラ、これにさや成分とし
てα−フルオロアク’)kll12 、2 、8 、8
−テトラフルオロプロピル−メタクリル酸メチル−アク
リル酸メチル共重合体(共重合体組成=87:10:8
重量%)、屈折率1.41、溶融粘度8X10’ポイズ
(21O℃))をさや成分として溶融被覆し、直径1■
、加熱収縮率70%の芯−さや構造のストランドをえた
。さやの厚さは10μmであった。
この光学繊維の25℃と90℃における導光損失を測定
したところ、650 nmの波長において、それぞれ2
20dB、4m、220dB/にであった。この光学繊
維を126°Cで168時間熱処理したのち、導光損失
、を再測定した結果、280 dBy−であり、すぐれ
た耐熱性を示した。結節強度は6.2曝−であった。
実施例2〜5 実施例1と同様な操作によって芯成分重合体をえたのち
、多孔質膜によって濾過精製した非溶解性有機溶媒を用
いて、その種類および温度をかえて洗浄したのち、光学
mIlを製造した。得られた光学繊維の導光損失、耐熱
性および可撓性を測定した結果を第1表に示す。
実施例6 実施例1において、メチルアルコールの代りに、メチル
アルコールとシクロヘキセンの混合物(メチルアルコー
ル:シクロヘキセン=50:50(重量部))を溶媒と
して使用し、80”Cで2時間攪拌下に洗浄をおこない
、P別後更に該混合物20部でビーズ表面を洗い、90
″Cにて2時間熱風乾燥した以外は、実施例1と同様に
行ない芯−さや構造のストランドを得た。
この光学aI!の導光損失、結節強度は実施例1と同じ
値を示した。
比較例1〜4 実施例2〜5において、非溶解性有機溶媒によって洗浄
しないで光学繊維を製造した。
得られた光学繊維の導光損失、耐熱性および可撓性を測
定した結果を第2表に示した。
第  2  表 手続補正書(自発) 昭和61年2月7 日 1、事件の表示 昭和60年特許願第17808号 2、発明の名称 耐熱性光学繊維の製造法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 大阪市東区北浜5丁目15番地 連絡先 置 (06)220−34045、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)明細書第9頁第12行目に「メンタノインデン」
とあるを「メタノインデン」と補正する。
(2)明細書第9頁第13行目に「メンタノインデン」
とあるを「メタノインデン」と補正害る。
以上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)メタクリル酸メチルを主体とする重合体を芯成分
    とし、フッ素を少なくとも20重量%含む重合体をさや
    成分とする芯−さや構造を有する光学繊維を製造するに
    際し、該芯成分重合体を非溶解性有機溶媒にて洗浄する
    ことを特徴とする耐熱性光学繊維の製造法。
  2. (2)非溶解性有機溶媒がメチルアルコール、エチルア
    ルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアル
    コール、n−ブチルアルコール、ソルベントナフサ、四
    塩化エチレン、ジエチルエーテル、又はシクロヘキセン
    である特許請求の範囲第1項記載の耐熱性光学繊維の製
    造法。
  3. (3)メタクリル酸メチルを主体とする重合体が、エス
    テル部分に炭素数8〜20個の脂環式炭化水素基を有す
    るメタクリル酸エステル3〜40重量%を含有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の耐熱性光学繊
    維の製造法。
  4. (4)エステル部分に炭素数8〜20個の脂環式炭化水
    素基を有するメタクリル酸エステルがメタクリル酸ボル
    ニル、メタクリル酸フェンチル、メタクリル酸−l−メ
    ンチル、メタクリル酸アダマンチル又はメタクリル酸ジ
    メチルアダマンチルである特許請求の範囲第3項記載の
    耐熱性光学繊維の製造法。
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