JPS616604A - 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、曲げ応力が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
屈折率が大きく、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、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
ク系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、ポリメタクリル酸メチルを芯としたプラスチッ
ク系光伝送性ｍＩａは、ポリメタクリル酸メチルのガラ
ス転移温度（Ｔｇ）が１００℃であり、使用環境温度が
ｌＯＯ℃以上になると全く使用できないものであり、こ
の耐熱性の制限がプラスチ・アク系光伝送性繊維の用途
を限られたものとしている。

さらに、ポリカーボネートを芯としたプラスチック系光
伝送性繊維も種々提案されているが、使用するポリカー
ボネートは極限粘度数〔η〕が比較的小さい低分子量の
重合体とされていたため、屈曲性、引張強度等の機械的
性質並びに耐熱性の点で十分満足のゆく特性が得られて
おらず、また、高温における光伝送損失も著しく劣った
ものであった。

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護層等を設けた３層以上の構造
とし機械的性質や耐熱性を改良することが提案されてい
るが、この様な構造にしても、低分子量のポリカーポネ
ー・トの場合には、高温時の光伝送特性の劣化が起り、
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の利用が著し
く立遅れていた。

［発明の目的］ 本発明の目的は、かかる従来の欠点を克服し、耐熱性並
びに機械的性質に優れ、高温下においても良好な光伝送
特性を発揮することのできるプラスチック系光伝送性繊
維を提供することにある。

上記目的を達成すべくなされた、本願の第１の発明は、
極限粘度数〔刀〕　（塩化メチレン中、２０℃）が０．
４０〜０．６０ｄｌ／ｇの透明なポリカーボネートから
なる芯材層及び鞘材層を基本構成単位とするプラスチ−
２り系光伝送性繊維であり、また本願の第２の発明は、
前記ポリカーボネートからなる芯材層、鞘材層及び保護
層を基本構成単位とするプラスチック系光伝送性繊維で
ある。

［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（１１
）及び鞘材層（１２）を基本構成単位とし、〔第１図（
ａ）、前記第１の発明の場合〕あるいは内部より芯材層
（２１）、鞘材層（２２）及び保護層（２３）を基本構
成単位とする〔第１図（ｂ）、前記第２の発明の場合〕
。更にこれら基本構成単位で構成されるｍ維の周囲に１
つ又は２つ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、あるいはフィルム、紙
状物、金属箔等を介在させてもよい。第１図（ｃ）及び
（ｄ）は３層構造の繊維の周囲に被覆層（２４，２５）
を設けた４層及び５層の繊維、（ｅ）は３層構造の繊維
の外周にテンジオンメンバー（２６）を介して４層の被
覆層（２４）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てなる繊維である。

芯材層（１１，２１）として使用される好適なポリカー
ボネートとしては、一般式 ％式％ 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ボネート等が挙げられる。

また、これらと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、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　’Ｏ以上のものが好ましい。

ここで熱変形温度とはＡＳＴＭ　　Ｄ−６４８゜荷重４
．’６Ｋｇ／ｃｍ２における測定値をいう。

本発明の特徴は、かかるポリカーボネートとして極限粘
度数〔η〕　（塩化メチレン中、２０’Ｃ）が０．４０
〜０．６０ｄｌ／ｇ、より好ましくは０．４５〜０．５
５ｄｌ／ｇの透明なポリカーボネートを選択使用するこ
とにある。

〔η〕が０．４０ｄｌ／ｇ未満のポリカーボネートを使
用すると、前述の従来の欠点が顕現し、機械的性質及び
高温時の光伝送特性の点で満足のゆく特性が得られない
。〔η〕が０．４０ｄｌ／ｇ未満のとき、高温時の光伝
送特性の劣化が起る原因については、必ずしも明らかで
はないが、ポリマーの光散乱損失が大きくなることから
、ポリマーの部分結晶化が進むためであると推察される
。

また、〔η〕が０．６０ｄ　１／ｇを超えると賦形性が
悪くなり、実用的ではなくなるし、また、透光性を得る
ための流動性が確保されない。

本発明において使用するかかる高〔η〕値のポリカーボ
ネートとしては、従来公知の重合法により製造されたも
のを用いることができ、通常は塊状重合法により調製さ
れるものであることが好ましい、また、常法により重合
温度等の重合条件のコントロール、重合開始剤、鎖移動
剤等の選択使用を行ない、重合度を制御することにより
、所望の〔η〕値を得ることができる。

鞘材層（１２，２２）としては、芯成分の屈折率よりｏ
、ｏｉ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０．０
１〜０．１５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）、ポリ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）、ポリカーポネ−）　（ｎ＝１．５０〜１．５
７）、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−ミ元コポリマー又は四
元コポリマー（ｎ＝　１　、５０〜１．５８）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、グリシジルアクリレート又
はメタクリレート、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
の親水性モノヤーを伴重合してもよい。

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５６−８３
２１号、特公昭５６−８３２２号、特公昭５６−８３２
３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ン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、メタクリル酸２．２，
３，３．３−ペンタフルオロプロピル等を挙げることが
できる。また、これらの含弗素メタクリル酸エステルの
１種又は２種以」二を用いて、例えば特開昭５９−７３
１１号、特願昭５７−２３０．４３６号明細書等に記載
されている如き、含弗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木性単独重合
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。

保護層（３）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ことが好ましく、また、熱変形温
度が１００℃以上の重合体であると、耐熱性１機械的性
質の面で好ましい光伝送性繊維が得られることになる。

熱変形温度が１００℃未満であると、自動車のエンジン
ルーム尊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、ポリエステル、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
、ポリスルフォン、ポリテトラメチレンテレフタレート
、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、ＡＢＳ樹脂、ポリフエニ
レノキサイド、ポリカーボ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（３）に使用される重合体に、カーボンブ
ラック、タルク、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、
炭素ｍ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の製造方法として
は、芯材層（１１，２１）に対する鞘材層（１２，２２
）ないし保護層（２３）の被覆方法からみて、次の３つ
の方法を挙げることができる。１つは、芯材層（１１）
及び鞘材層（１２）の２層、あるいは芯材層（２１）、
鞘材層（２２）及び保護層（２３）の３層を構成する各
音成分を溶融状態のもとで特殊ノズルによって配合しつ
つ吐出して賦形する、所謂複合紡糸方式といわれるもの
である。もう１つは、芯材層（１１）のみ、あるいは芯
材層（２１）及び鞘材層（２２）のみを前述の複合紡糸
方式で賦形した後、これに適宜の溶剤に溶かした鞘材層
（１２）あるいは保護層（２３）の成分を被覆し、脱溶
剤して光伝送性繊維とする複合紡糸方式とコーティング
方式とを折衷した方式、他の１つは、まず芯材層（１１
）あるいは芯材層（２１）の成分を所定の繊維に賦形し
た後、これに適宜の溶剤に溶かした鞘材層（１２）ある
いは鞘材層（２２）の成分を被覆して脱溶剤し、３層の
場合はこれも適宜の溶剤に溶かした保護層（２３）の成
分を被覆し脱溶剤するコーティング方式である。

これら３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
などの利点があり、工業的にＳ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。

複合紡糸方式による場合、芯材層成分溶融押出機、鞘材
層成分溶融押出機及び３層の場合には、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、計量ポンプデ一定量紡
糸ヘッドに供給され、鞘成分及び３層の場合保護層成分
も同様にしてそれぞれ紡糸ヘッドに供給される。紡糸ヘ
ッド内の紡糸口金で２層あるいは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図は３層構造に賦形
する場合の紡糸口金であり、（Ａ）から芯材層成分、Ｃ
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。また、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
ヘッ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）から芯材層成分と保護層成分が供給さ
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。

本発明のプラスチック系光伝送性繊維を製造する場合に
は、かかる複合紡糸方式において、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はじめと
する本発明の目的とする特性が更に改良される。即ち、
ポリカーボネートを芯材とする場合に、溶融押出温度を
２３０〜２９０℃まで高めることが好ましい。かかる高
温の溶融押出を行なうことにより、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るという別異
の効果も奏される。

本発明のプラスチック系光伝送性ｍ維における芯材層（
１１，２１）、鞘材層（１２，２２）及び保護層（２３
）の太さ及び厚み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
変えることにより太さ及び厚み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。

光伝送性能の評価は特開昭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われた。

実施例　１ 芯成分として、〔η）＝０．５０のポリカーボネート〔
パンライト、音大化成（株）製〕を用い、２５０℃に保
たれたギヤポンプ部を経て２５０℃の芯−鞘一保護層３
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パツ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
部とメタクリル酸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２２０　’Ｏ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
に供給した。

また、一方保護層用重合体として、芯成分重合体として
用いたのと同一のポリカーボネートにカーボンブランク
３．０％を溶融混練したポリマーを２５０″Ｃ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℃
の複合紡糸ヘッドに供給した。

同時に供給された芯材層、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３ｍｍφ）を用い、２５０
℃で吐出され、冷却固化の後、３ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎの
速度で引き取り、巻とり、芯材部径９８４　ｇｍ、鞘材
部厚み８ｇｍ、保護層厚み２５０ｇｍからなる外径的１
．５ｍｍの３層構造の光伝送性繊維を得た。顕微鏡によ
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光伝送損失（常温及び１３０℃Ｘ２
０００時間熱処理後）を測定した。結果を表に示す。

実施例２〜３、比較例１〜２ 使用するポリカーボネートの〔η〕を表に示す値とした
以外は実施例１と同様にして光伝送性繊維を得た。光伝
送損失を測定し、結果を表に示した。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の光伝送性繊維の横断面
図、第２図及び第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。 １１．２１：芯材層、１２，２２：鞘 材層、２３：保護層、 Ｂ：鞘材層成分供給口、Ａ、Ｅ：芯材層成分供給ロ、Ｃ
，Ｅ：保護層成分供給口。 Ｄ＝吐出口。 第１図 （０）　　（ｂ）　　　（Ｃ）　　　（ｄ）（ｆ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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であって、前記芯材層が極限粘度数
   〔η〕（塩化メチレン中、２０℃）が０．４０〜０．６
   ０ｄｌ／ｇの透明なポリカーボネートからなることを特
   徴とするプラスチック系光伝送性繊維。
2. （２）芯材層、鞘材層及び保護層を基本構成単位とする
   プラスチック系光伝送性繊維であって、前記芯材層が極
   限粘度数〔η〕（塩化メチレン中、２０℃）が０．４０
   〜０．６０ｄｌ／ｇの透明なポリカーボネートからなる
   ことを特徴とするプラスチック系光伝送性繊維。
3. （３）保護層が、熱変形温度１００℃以上の重合体から
   なる特許請求の範囲第（２）項記載のプラスチック系光
   伝送性繊維。