JPS6165209A - プラスチツク系光伝送性繊維 - 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、広い波長にわかってすぐ
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
価であることから合成樹脂を基体とする光伝送性繊維が
開発されている。合成樹脂製の光伝送性繊維は屈折率が
大きく、かつ光の透過性が良好な重合体を芯とし、これ
よりも屈折率が小さくかつ透明な重合体を鞘として芯−
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して有用な重合体としては無定
形の材料が好ましくポリメタクリル酸メチル、あるいは
ポリカーデネート、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、熱的性質、耐候性等に優れ、高性能プラ
スチック光学繊維の芯材として工業的に用いられている
。

しかし、このポリメタクリル酸メチルの屈折率は１．４
８〜１．５０と比較的小さく、従ってこの重合体を芯に
用いる場合には鞘成分として特別に屈折率の小さな重１
１体を使用する必要がある。屈折率の小さな重合体とし
ては例えば特公昭＝１３−８９７８号、特公昭５６−８
３２１号、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６−８３
２３号および特開昭５３−６０２４３号等に記載されて
いるよう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、および特公昭５３−
４２２６０号に記載されているような弗化ビニリデンと
テトラフルオロエチレンの共重合体からなるものが公知
である。

これらの弗素含有重合体はいずれも汎用的なものではな
く、特殊で非常に高価なものである。その上、鞘成分重
合体のもつべき特性、芯成分との接着性、均一で平滑な
芯−鞘界面構造確保のだめの好ましい成形性、摩擦や屈
曲に耐える力学的性能、使用環境、あるいは加工条件に
耐え得る耐熱性、および耐薬品性等については不充分な
ものが多い。それどころかこれらの特性を完全に満たし
得る鞘成分用重合体は未だ知られていないのが現状であ
る。

芯−鞘構造よりな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、及び保護層成分を溶融状
態のもとて特殊ノズルによって配合しつつ吐出して芯−
鞘構造を付与する方法であり、所謂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溶かした鞘成分を被
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。

この両者を比較した場合、複合紡糸方式は生産性が高く
、装置の簡略化をもはかることができる省力、省エネル
ギープロセスである。さらに広範囲の太さの光伝送性繊
維を製造することができる、工程の管理が容易である等
の利点をもっており、工業的にきわめて有利な方式であ
り、この方式により低コストの高性能繊維の製造が可能
である。

しかし複合紡糸方式はコーティング方式に比較して技術
的に、より困難であり、芯−鞘界面の均一平滑性の確保
の面でノズルの設計、重合体の選定等に高度の技術を特
徴とする 特に、各層ポリマーの選定と併せて、紡糸条件の最適化
が肝要であり、実用上必要となる特性、特に伝送損失の
耐熱性耐屈曲性等の機械的特性、等を改良するため、最
適な紡糸条件を選定することが極めて重要な技術的課題
となっている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、構造不整に由来する伝送損失の増加を
抑制し、芯材層、鞘材層及び保護層の内部応力歪を緩和
し、加熱暴露時の伝送損失の増加を低く抑え、かつ耐屈
曲性等の機械的特性にもすぐれたプラスチック系光伝送
性繊維を提供することにある。

上記目的を達成するものとして見出てれた本発明のプラ
スチック系光伝送性繊維は、芯材層、鞘材層及び保護層
を基本構成単位とし、複合紡糸方式により前記基本構成
単位の各層成分を押出した後、冷却することにより賦形
されたプラスチ、り系光伝送性繊維であって、前記保護
層が前記芯材層を構成するポリマーのガラス転移温度よ
りも高いガラス転移温度を有するポリマーで構成され、
かつ前記冷却が、保護層ポリマーのガラス転移温度及び
芯材層ポリマーのガラス転移温度を含む温度領域におい
ては１０〜ｂ 度で行なわれることを特徴としている。

尚以下にガラス転移温度をＴｇという。

〔実施態様〕

本発明のプ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図に示したが、内部より芯材層１、鞘
材層２及び保護層３を基本構成単位とし、使用目的に応
じて保護層３の周囲に、更に第４層、第５層・・・・・
・の被覆層を設けてもよく、また重合体繊維、金属線等
のテンションメンバー６、あるいはフィルム、紙状物等
を保護層より外部に介在させてもよい。

第１図（ａ）は３層構造の光ファイバー、（ｂ）は４層
構造の光ファイバー、（Ｃ）は５層構造の光７っ−イバ
ー、（ｄ）は３層構造の光ファイバーの外周にテンショ
ンメンバー６を介して第４層の被覆層が設けられてなる
光フアイバーケーブル、（ｅ）は３層構造の光ファイバ
ーを複数本束ねて被覆してなる光フアイバーケーブルで
ある。

芯材層１の成分として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、ポリカーボネート、！！’）
スチレン、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シ、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
ゴ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
重量係以上がメタクリル酸メチル、３０重量係以下がメ
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
ル酸イノボルニル、メタクリル酸アゲマンチル、メタク
リル酸べ／ノル、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、ポリカーボネートとして好適なものは、一般式　
ＥＯ−Ｒ−０−Ｃ３ｎ　で表わされるもの、で表される
脂環族ポリカーボネート、 で表される芳香族ポリカーゴネート等が挙げられる。

また、とれらと４，４′−ジオキシジフェニルエーテル
、エチレングリコール、ｐ−キシリレングリコール、ｌ
、６−ヘキサンノ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℃以上のものが好ましい。

ココテ熱変形温度とはＡＳＴＭＤ−６４８、荷重４．６
ｋｇ／ｃｒｎ２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０．０１以上小
さい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０．０１〜０．１５
の範囲にあるものから選択するのがよい。鞘材層を構成
する重合体の種類に特に制限はなく、従来公知のもので
よい。

具体例としては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−メチルペンテン１（ｎ＝１．４６）、エ
チレン−酸ピコポリマー（ｎ＝１．４６〜１．５０）、
ポリカーボネート（ｎ＝ｌ、５０〜１．５７　）　。

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　＝　１３８〜１．４
２）。

弗化ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー
（ｎ＝＝１．３８〜１．４２）、メチルメタクリレート
／スチレン、ビニルトルエン又はα−メチルスチレン／
無水マレイン酸三元コポリマー又は四元コポリマー（ｎ
＝１．５０〜１５８）など。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、グリシノルアク
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グリシジル
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
レートなどの親水性上ツマ−を共重合してもよい。

これらのポリマーのうち、汎用性の高いものとしては、
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−テトラフルオロプロピル、メタクリルＨ２ｒ　
２　＋　３１３．３−　”’！ンタフルオロプロピル等
ヲ挙げることができる。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なる共
重合体を用いてもよい。

本発明に使用する鞘材層の厚みは、特に制限されないが
、眉間の密着性並びに繊維の耐屈曲性を更に良好なもの
とするためには、２〜５０μｍの範囲とするのが望まし
い。

保護層３に使用されるポリマーは、芯材層ポリマーのＴ
ｇよりも高いＴｇ−をもつポリマーであり、例えば、ポ
リカーボネート、４リスルホン、耐熱メタクリル酸メチ
ル共重合体、ポリエーテルスルホン、ポリエステルカー
ボネート等が挙げられる。

また、保護層３に使用される高Ｔｇポリマーに、カーダ
ンブラック、メルク、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊
維、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。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維は、複合紡糸方式
により、芯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
保護層成分も同様にしてそれぞれ紡糸へ、ドに供給され
る。紡糸ヘッド内の例えば第２図の様な構造の紡糸口金
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。

第２図で（Ａ）から芯材層成分、（Ｂ）から鞘材層成分
、（Ｃ）から保護層成分がそれぞれ供給され、（Ｄ）か
ら吐出される。まだ、例えば芯材層成分と保護層成分と
が同じ場合には、これら成分を紡糸へ、ドまで同じ径路
で供給し、例えば第３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３図では、（Ｅ）か
ら芯材層成分及び保証層成分が供給され口金内で分配さ
れて（Ｂ）からの鞘材層成分と共に３層構造に賦形され
、（Ｄ）から吐出される。

かくして吐出される３層構造の押出物は、放冷、ないし
冷媒、気体吹付等適宜の冷却手段を用いた強制冷却によ
り冷却される。本発明においては、押出物の冷却過程の
なかで、保護層ポリマーのＴｇと芯材層ポリマーのＴｇ
を含む温度領域（即ち、少なくとも保護層ポリマーの７
ｇ近傍及び芯材層ポリマーの７ｇ近傍を含む温度領域）
、例えば保護層ポリマーの７ｇ近傍を上限、芯材層ポリ
マーの７ｇ近傍を下限とする温度領域における冷却速度
を１０〜ｂに制御するのであるが、上記の温度領域以外
の温度領域における冷却速度は、任意に決めることがで
きる。

冷却速度を制御する最も実用的かつ好適な手段としてＡ
空気、窒凛ガス大アルゴンガス、炭酸ガス等の気体吹付
を用いるか、あるいは水、液体窒素等の液体中を通過さ
せることが挙げられ、この場合１押出物の温度を、接触
式あるいは非接触式の温度センサーにより、吐出直後か
ら巻取に至るまで適宜数の箇所で検知しながら、気体の
吹付量、吹付圧及び吹付箇所を適宜選択して、冷却を行
う。前記温度領域における冷却速度が、１０℃／ｓｅｅ
未満であると、得られた光伝送繊維を芯材層ポリマーの
１ｇ以上の温度に加熱した時、鞘材層に発泡が起り伝送
損失が極めて大きく増加する。この原因については明確
ではないが、紡糸冷却時の繊維内部の歪が大きく影響し
ていると考えられる。また、１ｏ００゜℃／ｓｅｃを超
えると、糸の賦形が極めて困難となり糸径斑が増大し場
合によっては糸の切断が起る。

本発明のグラスチック系光伝送性繊維における芯材層１
、鞘材層２及び保護層３の厚さ及び太さは光伝送性繊維
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シ厚さ及び太さが
コントロールされる。

以下、実施例によυ、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。

光伝送性能の評価は、得られた光伝送性繊維の光伝送損
失を、特開昭５ｓ−７６ｏｚ号第４図に示きれた装置に
よってｆｆ１．ｌＩ定することにより行われた。

実施例１ ス・ぐイラルリボン型攪拌機をそなえた反応槽と２軸ス
クリユーにント型押出機からなる揮発物分離装置を使用
して連続塊状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０．４０部、ノーｔ−プチル
ノぞ−オキサイド０．００１７部からなる単量体混合物
を重合温度１５５℃、平均滞在時間４．０時間で反応さ
せ、次いでベント押出機の温度をベント部り４０℃、押
山部２３０１？：。

インド部真空度４ｍ？ｌｌＨｇとして揮発部を分離し、
芯成分重合体（Ｔｇ＝１０５℃）として２３０’Ｃに保
たれたギヤポンプ部を経て２３０℃の芯鞘保護層三成分
複合紡糸ヘッドに供給した。

一方メタクリル酸クロライドと２．２，３．３．３−ペ
ンタフルオロプロ・そノールとから製造したメタクリル
酸２，２，３，３．３−ペンタフルオロプロピル１００
部及びメタクリル酸１部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２００℃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２３０℃の複合紡糸ヘッドに
供給した。

又一方保護層用重合体として１．ｊｅｌＪヵービネート
（Ｔｇ＝１４５℃）にカーデンブラック３．０％を溶融
混練したポリマーを２３０℃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℃の複合紡糸頭に供
給した。

同時に供給された芯材層と鞘材層及び保護層の溶融ポリ
マーは紡糸口金（ノズル口径３Ｈφ）を用い、２３０℃
で吐出した。

ノズルから吐出された糸条は１５℃、０．５　ｍ　／ｓ
ｅｃの空気流の中で冷却され、６ｍ／ｍｉｎの速度で引
き取られた。この時の糸条温度を赤外線温度で測定し、
糸条温度が１４５℃の位置と１０５℃の位置の間かくは
１０ｃｎ１であった。従って冷却速度は４０℃／ｓｅｅ
であった。

得られた三層構造の光伝送性繊維は芯材部径３００μｍ
、鞘材部厚さ１０μｍ、保護層厚さ９０８ｍ外径約５０
０μｍであシ、顕微鏡による観察では芯材層、鞘材層、
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。

かくして得られた光伝送性繊維の加熱後の光伝送損失の
評価を行ない、結果を表１に示した。

実施例２〜６比較例１〜３ 冷却条件及び引き取り速度を変えて、繊維外径を下記表
１に示す様に変えた以外は実施例１と同様にして、光伝
送性繊維を得た。実施例１と同じ特性評価を行ない、結
果を表１に示した。

実施例７〜８ 芯材層及び保護層成分であるポリマーを表１に示すもの
に変えた以外は実施例１と同様にして、光伝送性繊維を
得た。実施例１と同じ特性評価を行ない、結果を表１に
示した。

芯材層成外　　保護層成分　外径 □　°１　″　−″　　″　：：′°０■”　共ｍ合体
＝ＭＭＡ／スチレン／α−冷却条件　　伝送損失（６５
０＋ＩＩＩＩＩ、ｄＶｋ、、Ｉ　糸斑　断面変化ｌ　　
　　　　　　　　　　　〃 ：空冷’　　３００．１７０１　１７０　：２．５　、
　　−１空冷　１２００　２００　　２００　’　３．
０空冷＋水冷　　３００　　１４５　　　　１．１５　
　、　１．５　　　　　　ｔｔ空冷＋水冷：、　　６０
００’　　１８０　　：　　　１ｇｏ　　□　４５　□
　　　〃・′空冷　　４０’　１４５１　１９０　！２
．５１　　／／　’メチレン／無水マレイン酸共重合体

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（、）は本発明の光伝送性繊維の横断図
、第２図、第３図は三層構造光伝送性繊維製造用の紡糸
口金の構造の一例を示す断面図である。 １：芯材層、２：鞘材層、３：被覆層、Ａ、Ｅ：芯材層
成分供給口、Ｂ：鞘材層成分供給口、Ｃ２Ｅ：保護層成
分供給口、Ｄ：吐出口。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯材層、鞘材層及び保護層を基本構成単位とし、
   複合紡糸方式により前記基本構成単位の各層成分を押出
   した後、冷却することにより賦形されたプラスチック系
   光伝送性繊維であって、前記保護層が前記芯材層を構成
   するポリマーのガラス転移温度よりも高いガラス転移温
   度を有するポリマーで構成され、かつ前記冷却が、保護
   層ポリマーのガラス転移温度及び芯材層ポリマーのガラ
   ス転移温度を含む温度領域においては１０〜１００００
   ℃／ｓｅｃの冷却速度で行なわれることを特徴とするプ
   ラスチック系光伝送性繊維。