JPS6162005A - プラスチツク系光伝送性繊維の製造法 - Google Patents

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】 〔発明の分野〕 本発明はプラスチック系光伝送性繊維の製造法に関する
。

〔従来技術〕

従来、光伝送性繊維としては、広い波長にわたってすぐ
れた光伝送性を有する無機ガラス系光学繊維が知られて
いるが、加工性が悪く、曲げ応力に弱いばかりでなく高
価であることから、プラスチックを基材とする光伝送性
繊維が開発されている。プラスチック系光伝送性繊維は
屈折率が太きく、かつ光の透過性が良好な重合体を芯材
とし、これよりも屈折率が小さくかつ透明な重合体を鞘
材として芯−鞘構造を有する繊維を製造することによっ
て得られる。光透過性の高い芯成分と１７で有用な重合
体としては、無定形の材料が好捷しく、ポリメタクリル
酸メチル、ポリカーボネート、あるいはポリスチレンが
一般に使用されている。このうちポリメタクリル酸メチ
ルは透明性をはじめとして力学的性質、耐候性等に優れ
、高性能プラスチック光伝送性繊維の芯材として工業的
規模で用いられている。しかし、醪すメタクリル酸メチ
ルはガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃であり、耐熱性
の面で用途が限られるものとなっていた。

さらに、Ｉリカーデネートを芯材としたプラスチック光
伝送性繊維も種々提案されているが、ポリカーボネート
の光伝送損失が大きいこと、また耐熱性に優れた鞘材が
開発されていないため実用化には至っていない。

このため、例えば特開昭５８−１８６０８号等において
は、鞘材の周囲に更に保饅層等を設けた３層以上の構造
として機械的強度及び耐熱性を高めることが提案されて
いる。

しかるに、この様な構造上の改良にも拘らず、従来のプ
ラスチック系伝送性繊維に共通の欠点として、糸径斑熱
収縮の量が大きいことが挙げられ、この点についての改
庚が十分になされていないのが現状である。このため、
例えば自動車や船舶のエンジンルーム内といった高温部
所に設置する光通信手段や光センサ一手段として使用す
ると、熱収縮による光伝送特性の低下が著しく、利用の
面で制約を受けるという欠小があった。

そこで、こわら材質及び構造上の改良以外に、製造上の
改良によゆ、耐熱性や糸径斑や光伝送特性の向上を図る
ことが有効であるかどうかについて、桃割が加えられて
いる。

芯−鞘構造よりηる光伝送性繊維の製造方法としては鞘
成分の被覆方法からみて次の２つの方法を挙げることが
できる。１つは芯−鞘両成分を溶融状態のもとて特殊ノ
ズルによって配合しつつ吐出して芯−鞘構迄を付与する
方法であり、所謂複合溶融紡糸方式といわれるものであ
る。他の１つけ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溶かｌ−た鞘成分を被覆し、脱溶
剤して光伝送性繊維とする所謂コーティング方式である
。

この両者を比較し７た場合、複合紡糸方式は高生産性、
低コストで広範囲の太さの光伝送性繊維を製造すること
ができる、工程の管理が容易な工業的にきわめて有利外
方式である。

しかしながら、従来の複合溶融紡糸においては、下向き
に配置された紡糸ノズル面から下方に向けて紡糸原液を
吐出させて繊維を賦形していたが、紡糸原液の自重によ
す、繊維に配合が生じて光伝送特性を劣化させたす、繊
維に糸ムラが生じ、懸案となる耐熱性や光伝送特性の改
良が十分になし得ないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来の欠点を克叩したプラスチ
ック系光伝送性繊維の新規な製造法を提供することにあ
り、この製造法によって機械的強度及び耐熱性に優ネ、
シかも熱収縮率が低く、高温においても良好な光伝送性
を発揮するプラスチック系光伝送性繊維を得ることを企
図している。

上記目的ｄ゛、芯材層及び鞘材層を基本構成単位とする
プラスチック系光伝送性繊維を複合溶融紡糸により製造
する際に、紡糸原液を上向きに配置すしたノズル面より
上方に向け吐出させて賦形するととにより達成される。

〔実施態様〕

本発明方法により製造されるグラスチック系光伝送性繊
維の構造は、例として横断面図を第１図に示しだが、内
部より芯材層１及び鞘材層２を基本構成単位とし〔第１
図（８）〕、更に保護層３を設けて３層構造とし〔第１
図（ｂ）〕、あるいは更にとねら２層ないし３層の繊維
の周囲に１つ又は２つ以上の被覆層を設けてもよく、ま
だ重合体繊維、金属線等のテンションメンバー、あるい
Ｉｆ−ｙイルム、紙状物等を介在させてもよい。第１図
（ｃ）及び（ｄ）は３層構造の繊５雑の周囲に被覆層４
，５を設けた４層及び５層の繊維、（ｅ）は３層構造の
繊維の外周にテンションメンバー６を介して４層目の被
覆層４が設けられた繊維、（ｆ）は３層構造の繊維を複
数本束ねて被覆した繊、＃である。

本発明において行がう複合溶融紡糸は、芯材層１及び鞘
劇層２の２層あるいは、これらに保護層３等を加えた３
層以上の繊維の各層成分を溶融状態のもとて特殊ノズル
によって配合しつつ吐出して賦形するものであり、例え
ば３層の繊維の場合には、基材層成分溶融押出機、鞘材
層成分溶融押出機、及び保護層成分溶融押出機からなる
複合紡糸機によって製造される。芯成分は溶融押出機に
よって溶融され、計量ポンプで一定量紡糸ヘッドに供給
され、鞘成分及び保護層成分も溶融され同様にしてそれ
ぞれの紡糸原液が紡糸ヘッドに供給される。紡糸ヘッド
内の紡糸口金で３層構造に賦形され吐出され、冷却固化
の後、巻取られ、場合によっては延伸あるいはアニール
処理される。

本発明の特徴は、複合溶融紡糸を行なうに際し、紡糸原
液を上向きに配置されたノズル面より上方に向け吐出さ
せて賦形することにある。

例えば、第２図乃至第４図は２層構造あるいは３層構造
の繊維を賦形するのに用いる、ノズル面Ｎを上向＠に配
置１〜だ紡糸口金の例を示したものである。

第２図中、（Ａｌから基材層成分、（Ｂｌから鞘狙層成
分が供給され、［有］）から吐出され、２層構造の繊維
に賦形される。壕だ、第３図中、（Ａ）から基材層成分
、（Ｂ）から鞘材層成分、（Ｃ）から保瞳層成分がそれ
ぞれ供給式れ、（Ｄ）から吐出され３層構造の繊維に賦
形葛れる。また、例えば基材層成分と保護層成分とが同
じ場合には、これら成分を紡糸ヘッドまで同じ径路で供
給し、例えば第４図に示した紡糸口金を用い、分配使用
するといったこともできる。

第４図では、（θから基材層成分及び保護層成分が供給
式れ口金内で分配きれて（Ｂ）からの鞘材層成分と共に
３層構造に賦形され、（旬から吐出される。

紡糸原液を上方に向け吐出きせるに際しては、吐出方向
け、一般には、ノズル面Ｎの真上の方向が好着しいが、
冷却風による影響や紡糸された繊維の断面形状のＲＩＭ
整などのために、ノズル面Ｎ。

垂直方向より若干角度を傾ける（ずらせる）場合もある
。壕だ、吐出時には、吐出方向を制御する意味も含めて
、適宜・手段による適宜量の引張力を用いて上方に引上
げながら吐出させるのが好ましい。

次に、本発明方法により得ら負るプラスチ１．り系光伝
送性槽雄の各層Ｗ分の具体例について説明する。

芯材層１の成分として使用されるポリマーとしては、メ
タクリル系重合体、ポリカーがネート、ポリスチビン、
スチレン−メタクリル酸エステル系共重合体、あるいは
、これらポリマーの水素原子の全部あるいは一部が重水
素原子で置換された重水素化ポリマー等の透明な非品性
熱可塑性樹脂が使用可能であり、もちろん、その他の透
明な非晶性ポリマー、ブレンド物も使用可能である。本
発明においてとりわけ好適に使用される非晶性ポリマー
としては、メタクリル系重合体及びポリカー？ネートを
挙げることができる。

このうち、メタクリル系重合体は、例えばメタクリル酸
メチルの単独重合体又は共重合体（出発モノマーの７０
重量φ以上がメタクリル酸メチル、３０重ｉ４％以下が
メタクリル酸メチルと共重合可能な他のモノマーである
ことが好ましい。メタクリル酸メチルと共重合可能なモ
ノマーとしては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸
エチル等のビニルモノマーが挙げられる。）、メタクリ
ル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタク
リル酸イソボルニル、メタクリル酸アダマンチル、メタ
クリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル
酸ナフチル等のメタクリル酸エステルとこれらと共重合
可能なモノマーとの共重合体等が挙げられる。このうち
、メタクリル酸メチルの単独重合体及び共重合体が好適
である。

また、７１？リカーがネートとして好適々ものは、一般
式　（：０−Ｒ−０−Ｃ９゜で表わされるもの、ことで
Ｒが で表される月１１工弔３：、、Ｑリカーポオート、で表
わされる芳香族ｓ５１Ｊカーボネート等が挙げられる。

捷だ、これらと４．４′−ジオキシジフェニルエーテル
、エチレンダリコール、Ｐ−キシリレングリコール、１
．６−ヘキサンジオール等のジオキシ化合物との共重合
体も使用することができるが、耐熱性の観点から熱変形
温度が１２０℃以上のものが好捷しい。

ここで熱変形温度とはＡＳＴＭＴ）　−６４８、荷重４
、６　ｋ３１／Ｃｒｎ　における測定値をいう。

鞘材層２としては、芯成分の屈折率より００１以上以上
−屈折率を有する実質的に透明な重合体が使用されるが
、通常は芯成分との屈折率の差が００１〜０．１５の節
回にあるものから撰択するのがよい。鞘材層を構成する
重合体の種類に特に制限は斤く、従来公知のものでよい
。具体例と１．てけ次の如きものが挙げられる。

ポリメチルメタクリレート（ｎ　＝　１．４９）、スチ
レン／メチルメタクリレートコポリマー（ｎ＝１．５０
〜１．５８）、４−メチル被ンテン１（ｎ−１，４６）
、エチレン−酸ピコポリマー（ｎ＝１．４６〜１．５０
）、ｔｔｅ　Ｉ＋カーボネート（ｎ＝１．５０〜１．５
７Ｌ含弗素ポリメチルメタクリレート（ｎ＝　１．３８
〜１．４５）、弗化ビニリデン系ポリマー（ｎ＝１．３
８〜１．４２）、弗化ビニリデン／ヘキサフルオロプロ
ピレンツ月？リマ＝（ｎ＝１．３８〜１．４２）、メチ
ルメタクリレート／スチレン、ビニルトルエン又ハα−
メチルスチレン／無水マレイン酸三元コポリマー又は１
７！１Ｄｒｒコポリマー（ｎ＝１．５０〜１．５８）が
と。これらポリマーは基本構成単位における層間剥離強
度を向上させるため、アクリル酸、メタクリル酸、イタ
コン酸などの不飽和カルボン酸類、グリシジルアクリレ
ートｏｒメタクリレート、β−メチルグリシジルアクリ
レート又はメタクリレートなどの不飽和ダリシジルモノ
マー、アクリルアミド、メタクリルアミド及びその誘導
体、ヒドロキシアルキルアクリレート又はメタクリレー
ト々どの親水性モノマーを共重合してもよい。

これらのポリマーのうち、汎用性の高すものとしては、
ポリメチルメタクリレート等のメタクリル系重合体、及
び、例えば、特公昭４３−８９７８号、特公昭５６−８
３２１号、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６−８３
２３号及び特開昭５３−６０２４３号等に開示されてい
る様なメタクリル酸とフッ素化アルコール類とからなる
エステル類を重合させたものなどが使用可能である。こ
のエステル類の具体例としては、例えばメタクリル酸２
．２．２−　トリフルオロエチル、メタクリル酸２．２
，３．３−テトラフルオロノロビル、メタクリル酸２．
２．３．３．３−インタフルオロゾロビル婢を挙げると
とができる。

また、これらの含フツ素メタクリル酸エステルの１種又
は２種以上を用いて、例えば特開昭５９−７３１１号、
特願昭５７−２３０４３６号明細書等に記載されている
如き、含フツ素メタクリル酸エステル、このエステルと
共重合可能なビニル単量体及び親水性単独重合物を形成
しうるビニル単量体から々る共重合体を用いてもよい。

保護層２３として使用される重合体は、耐熱収縮性を有
するポリマーであるととが好ましく、また、熱変形温度
が１００℃以上の重合体であると、耐熱性、機槻的性質
の面で好ましい光伝送性繊維が得らねることになる。熱
変形温度が１００℃未満であると、自動車のエンジンル
ーム等厳しい条件下では光伝送性繊維の表面融着、ある
いは芯鞘界面の乱れが発生し、光伝送損失の増加が著し
いものとなる。

熱変形温度が１００℃以上の重合体としては、プリエス
テル、ポリアミド、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリスルホン、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリオキ
シメチレン、ポリブテン、ポリテトラメチレンチレフタ
レ−）、ＡＢＳ。

ポリフェニレンオキサイド、ポリカーがネート等のいわ
ゆるエンジニアリングプラスチックが使用可能であり、
また、芯成分として用いるポリカーボネートを使用する
こともできる。

また、保護層に使用される重合体に、カーボンブラック
、メルク、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊細、炭素繊
維等の無機物あるいは有機物のフィラーを充填すること
も可能である。

本発明方法において、複合溶融紡糸に際し、溶融押出を
高温で行なうことにより、高温下における光伝送特性を
けじめとする本発明の目的とする特性が更に改良される
。即ち、メタクリル系重合体を芯材とする場合に、従来
は２２０〜２４０℃で溶融押出を行なっていたのを、２
４０〜２７０℃まで高めることが好ましい。

捷な、例えば、芯拐層成分がＩリカーデネート及び？リ
スチレンの場合、溶融押出温度を、それぞれ、２３０〜
２９０℃、２４０〜ｂ 高めることが好ましい。

かかる高温の溶融押出を行庁うことにより、光伝送性繊
維をケーブル化する際に、２００℃近い熱履歴を受ける
ことが可能となるため、より高い耐熱性を有する被覆材
を選択使用することができ、被覆材の選定幅が広くな／
、という別異の効果も奏される。

本分１明の光伝送性繊維における芯材層１、鞘利層２及
び保抑層３の厚さ及び太さｉｔ光伝送性繊維の使用目的
に応じて適宜設定される。例えば第２図あるいは第３図
の紡糸口金において各供給口におけるオリフィスの管径
及び管長を変えることにより厚さ及び太さがコントロー
ルされる。

以下、実施例により、本発明の詳細な説明する。

なお実施例中の部は重量部を示す。

光伝送性卵の評価は、得らねだ光伝送性繊維の伝送損失
を特開昭５８−７６０２号公報第４図に示す装置によっ
て測定することにより、行なった。

実施例　１ ス・やイラルリデン型攪拌機をそなえた反応槽と２軸ス
クリユ一ベント型押出機から々る揮発物分離装置を使用
して連続功壮重合法によりメタクリル酸メチル１００部
、ｔ−ブチルメルカプタン０４０部、ジ−ｔ−ブチルパ
ーオキサイド０．０００１７部からなる単量体混合物を
重合温度１５５℃、平均滞留時間４．（）時間で反応さ
せ、次いでペント押出機の温度をペンド部２６０℃、押
出部２５０℃、ペント部真空度４ｍｍＨｇとして揮発部
を分離し、芯成分重合体と１〜で２５０℃に保たれたギ
ヤポンプ部を経て２５０℃の芯−鞘２成分複合紡糸ヘッ
ド（第２図Ａ）に供給した。

一方、２．２．３，３．３−ペンタフルオロプロパノー
ルをアゾビスイソブチロニトリルを触媒として少量のｎ
−オクチルメルカプタンの存在下で重合し、屈折率１．
４１７の鞘成分重合体を得た。この鞘成分重合体を２２
０℃に設定されたスクリュー溶融押出機でギヤポンプを
経て２５０℃の複合紡糸ヘッド（第２図Ｂ）に供給した
。

同時に供給された芯材層及び鞘材層の溶融ポリマーは紡
糸口金（ノズル口径３閣φ）を用い、２５０℃で上方に
向け吐出され且つ１０　ａｍ／ｍｉｎの速度で引上げら
れ、さらに連続して非接触式の熱風延伸炉にて１６０℃
で１．５倍に延伸して巻とり、芯材部径４７０μｍ１鞘
材部厚み１５μｍいからなる外径約Ｏ１５■の２層構造
の光伝送性繊維を得た。顕微鈎１による観察では芯材層
及び鞘材層は同心円に配置した真円であり、気泡や異物
の存在は認められなかった。

この光伝送性繊維の熱収縮率（１３０℃×２４時間の熱
処理による収縮率）、光伝送損失、糸径後（常温及び１
３０℃）及び降伏点強度を測定した。結果を表に示［７
た。

実施例　２ 紀３図の紡糸口金を用い、実施例１で用いたのと同じ芯
材層及び鞘材層の各成分溶融物、並びにＩリカーがネー
トにカーボンブラック３．０チを溶融混練したポリマー
を保護層成分として、２５０℃に設定さカフたスクリュ
ー溶融押出機でギヤＩンゾを経て２５０℃の複合紡糸ヘ
ッドに供給して、実施例１と同様に吐出させて芯材部径
４００μｍ１鞘材部厚み１５μｍ１保ｎ層厚み３５μｍ
からなる外径約０．５　ｍの３層構造光伝送性繊維を得
た。

顕微銹による観察では芯材層鞘材層及び保護層は同心円
に配置した真円であり、気泡や異物の存在は認められな
かった。

この光伝送性繊維の熱収縮率（１３０℃×２４時間の熱
々ル理による収縮率）、光伝送損失、糸径法（常温及び
１３０℃）及び降伏点強度を測定した。結果を表に示【
７た。

比較例　１〜２ 従来の下向き紡糸方式を採用した以外は実施例２と同様
にして３層構造の光伝送性ｔノ・シ維を製造した。同様
に熱収縮率、光伝送損失及び糸径法を測定し、結果を表
に示した。

実施例　３〜４ 表に示した仕様に従って光伝送性繊維を製造した。同様
に熱収縮率、光伝送損失及び糸径法を測定し、結果を表
に示した。

〔発明の効果〕

本発明のプラスチック系光伝送性繊維の製造法によれば
、糸径斑が小さく機械的強度及び耐熱性に優引、熱収縮
率が低く、高温においても良好外光伝送特性を発揮する
プラスチック系光伝送性繊維を得ることができる。また
、吐出粘度を高くし、低温で押出賦形することが可能々
ため、太繊度の繊維の製造が可能であるだけでなく、熱
劣化を防止でき、耐熱分解性の良くない材料を使用する
ことができるという、別異の効果も発１揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）〜（ｆ）は本発明方法により得らねる光伝
送性繊維の構成例を示した横断面図、第２図は三層構造
繊維製造用の紡糸口金の構造の一例を示す断面図、第３
図及び第４図は三層構造繊維製造用の紡糸口金の構造例
を示す断面図である。 １・・・芯材層、２・・・鞘材層、３・・・保護層、Ｂ
・・・鞘旧層成分供給口、Ａ、Ｅ・・・基材層成分供給
口、Ｃ１Ｅ・・・保膜層成分供給口、Ｄ・・・吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 芯材層及び鞘材層を基本構成単位とするプラスチック系
   光伝送性繊維を複合溶融紡糸により製造する際に、紡糸
   原液を上向きに配置されたノズル面から上方に向け吐出
   させて賦形することを特徴とするプラスチック系光伝送
   性繊維の製造法。