KR100483980B1 - 열 박리가능한 광섬유 리본 - Google Patents

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KR100483980B1
KR100483980B1 KR10-2001-7004398A KR20017004398A KR100483980B1 KR 100483980 B1 KR100483980 B1 KR 100483980B1 KR 20017004398 A KR20017004398 A KR 20017004398A KR 100483980 B1 KR100483980 B1 KR 100483980B1
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Abstract

본 발명의 광섬유 리본은 적어도 2개의 광섬유들과, 이 광섬유들이 매립되는 매트릭스 물질을 포함한다. 이 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 1000psi의 최대 인장력 및 100℃에서 적어도 약 15%의 파단 신장율을 나타내며, 리본들은 하나의 완전한 단위로 용이하고 깨끗하게 박리되어, 광섬유의 스플라이싱을 가능하게 한다.

Description

열 박리가능한 광섬유 리본{HEAT STRIPPABLE OPTICAL FIBER RIBBONS}
하기의 상세한 설명은 도면을 참조하여 보다 명확히 이해될 것이다.도 1은 방사 경화 매트릭스 물질 내에 매립된 4개의 광섬유들로 구성되는 본 발명의 광섬유 리본의 일 실시예를 도시한다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 광섬유 리본들, 및 특히 이러한 광섬유 리본들에 이용되는 방사 경화 매트릭스 물질들에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광섬유 리본들은 방사 경화되는 매트릭스 물질 내에 매립된 적어도 2개의 광섬유들을 포함한다. 이러한 광섬유 리본들은 특정 용도에 대해 필요에 따라 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 광섬유들을 포함할 수 있다. 각각 4개, 8개 및 12개의 광섬유들을 포함하는 리본들이 일반적으로 이용되고 있기는 하지만, 특정 리본의 광섬유들의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전형적인 광섬유 리본들을 도시하는바, 여기에는 1개의 광섬유 리본(10)이 예시되어 있다. 이 리본(10)은 매트릭스 물질(18) 내에 매립된 4개의 광섬유들(16)을 포함한다. 당업계에 알려져있는 바와 같이, 이러한 리본은 서브 유닛(subunit)들을 포함하는바, 각 서브 유닛은 필요에 따라 2개 이상의 광섬유들을 포함한다. 전형적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광섬유 리본들의 광섬유들은 실질적으로 단일 평면 내에서 평행한 형태로 배열된다. 그러나, 필요에 따라, 본 발명의 범위 내에서 광섬유들을 다른 구성들로 배열할 수 있다.
각 광섬유(16)의 구조, 조성 및 제조는 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 광섬유들은 유리 코어 및 유리 클래딩층(cladding layer)을 포함할 수 있다. 상기 코어는, 예를 들어 게르마늄 또는 인의 산화물로 도핑된 실리카로 이루어질 수 있고, 상기 클래딩층은 순수한 실리케이트 또는 플루오로실리케이트와 같은 도핑된 실리케이트로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 섬유들은 폴리머 클래드 실리카 유리 코어로 이루어질 수 있다. 이러한 폴리머 클래딩의 예로는, 플루오르화된 아크릴 폴리머 또는 폴리디메틸실록산과 같은 유기 실록산이 있다. 당업계에 알려진 기술들에 따라, 외력의 손상으로부터 아래의 유리 섬유를 보호하고 그리고/또는 광 섬유들의 성능를 개선하기 위해, 상기 광섬유들은 1개 이상의 1차 코팅들 그리고/또는 2차 코팅들을 구비한다. 부가적으로, 상기 광섬유들은 필요에 따라 잉크 착색제(ink coloring)을 포함할 수 있다. 바람직한 배열에서, 리본 또는 서브 유닛 리본의 각 섬유는 서로 다른 특색있는 칼라를 갖는다.
본 발명의 광섬유 리본들의 중요한 특징에 따르면, 매트릭스 물질(18)은, 작업자에 의해 가해지는 각종 변수에 영향을 받음이 없이, 통상적인 박리 툴들을 이용하여 광섬유들을 용이하고 깨끗하게 열 박리할 수 있게 하는 특성들의 결합을 갖는다. 구체적으로, 본 발명의 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 1000psi의 최대 인장력 및 100℃에서 적어도 약 15%의 파단 신장율을 나타내는바, 이러한 특성들은 ASTM D-882-95a에 따라 측정된다. 이러한 특성들은, 일단 물질이 약 70℃에서 경화된 후에 측정된다. 일반적으로, 최대 인장력은 응력 변형률 곡선의 피크를 나타내고, 많은 경우 고온에서의 판단 인장력과 동일하지만, 일부 물질들에서는, 소정의 온도 범위내에서, 최대 인장력에서는 파단이 일어나지 않고, 이후의 낮은 인장력에서는 일어난다.
100℃에서의 규정된 최대 인장력와 신장률의 결합에 의해, 강건한 매트릭스 물질에 충분한 질김(toughness) 및 신장율을 제공함으로써, 넓은 온도 범위, 특히 일반적으로 이용되는 약 90℃ 내지 약 110℃의 열 박리 온도들에서 매트릭스 물질 및 아래의 어떠한 코팅들이 광섬유들로부터 단일 단위로 깨끗하게 제거될 수 있게된다. 전형적으로 높은 유리 전이 온도의 결과로서 규정된 최대 인장력을 갖기는 하지만, 규정된 신장율은 갖지 않는 매트릭스 물질들은 일반적으로 부서지기 쉽기때문에, 본 발명에 이용하기에는 적절하지 않다. 본 발명의 개선을 제공하기 위해서는, 100℃에서의 적어도 약 1000psi의 최대 인장력과 100℃에서의 적어도 약 15%의 파단 신장율의 결합을 필요로 한다. 바람직한 실시예들에서, 100℃에서의 최대 인장력은 적어도 약 2000psi, 보다 바람직하게는 적어도 약 3000psi이며, 100℃에서의 파단 신장율은 적어도 약 30%, 보다 바람직하게는 적어도 약 40%이다. 바람직한 다른 실시예들에서, 100℃에서의 최대 인장력은 적어도 약 2000psi이고, 100℃에서의 파단 신장율은 적어도 약 30%이다. 보다 바람직하게는, 100℃에서의 최대 인장력은 적어도 약 3000psi이고, 100℃에서의 파단 신장율은 적어도 약 40%이다.
매트릭스 물질은 방사 경화 조성물(radiation cured composition)을 포함한다. 바람직하게는, 이 매트릭스 물질은 (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 갖는 지방족 우레탄 올리고머, (b) 반응성 불포화 모노머, 및 선택적으로 (c) 광개시제(photoinitiator)를 포함하는 방사 경화 조성물을 경화하여 형성된다.
바람직하게는, 제 1 성분 (a), 즉 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 갖는 지방족 우레탄 올리고머는 전적으로 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다. 바람직하게는, 이 올리고머는 지방족 폴리에테르 폴리올에 기초하는바, 이는 지방족 폴리이소시아네이트와 반응한 다음 아크릴레이트화 또는 메타크릴레이트화되어, 반응성 말단기(reactive terminal group)를 제공한다. 실리콘을 함유하는 폴리에테르 폴리올 골격(backbone)이 적합하다. 대안으로서, 이러한 올리고머는 경화된 코팅에 악영향을 미치지 않는 폴리올 골격의 어떠한 결합에라도 기초할 수 있다. 다른 적절한 골격들의 예로는, 탄화수소 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리이소시아네이트 폴리올 및 이들의 혼합물이 있다. 그러나, 일반적으로는 폴리에테르 폴리올 골격들이 바람직한데, 그 이유는 이들이 우수한 가수분해 안정성을 갖고 비교적 저렴하기 때문이다. 그다지 적합하지 않은 폴리올들로는 폴리에스테르 또는 에폭시 골격들이 있는데, 이들이 부적합한 이유는 황색화(yellowing) 및 부족한 가수분해 안정성 때문이다. 올리고머 성분은 폴리에스테르에 기초하는 극소량의 우레탄 아크릴레이트를 포함할 수 있지만, 최적의 장기 안정성을 위해서는 상기와 같은 종류의 올리고머들 만을 함유하는 것이 바람직하다.
대표적인 폴리에테르 폴리올은 1 내지 약 12의 탄소 원자들의 직쇄상 또는 분기상 알킬렌 옥사이드에 기초한다. 이러한 폴리에테르 폴리올은 당업계에 알려져 있는 어떠한 방법에 의해서도 준비될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 폴리에테르 폴리올은, ASTM D-3592에 따라 증기압 삼투압법(VPO)에 의해 결정되는 수 평균 분자량(Mn)을 갖는바, 이는 전체 올리고머에 약 6000 달톤(dalton) 이하, 바람직하게는 약 5000 달톤 이하, 보다 바람직하게는 약 4000 달톤 이하의 분자량을 제공하는데에 충분하다. 이러한 폴리에테르 폴리올은 폴리메틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리부틸렌 옥사이드 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다.
이용할 수 있는 대표적인 탄화수소 폴리올은, 완전히 또는 부분적으로 수소화된 1,2-폴리부타디엔, 9 내지 21의 요오드 번호로 수소화된 1,2-폴리부타디엔 및 완전히 또는 부분적으로 수소화된 폴리이소부틸렌과 같은, 600 내지 4000의 분자량을 갖는 직쇄상 또는 분기상 탄화수소 폴리머에 기초하는 것들을 포함하지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다. 불포화 탄화수소 폴리올들은 바람직하지 않은데, 그 이유는 이들로부터 제조되는 올리고머들은 경화시 산화될 수 있기 때문이다. 대표적인 폴리카보네이트 폴리올들로는, 알킬렌 에테르 디올들과 선택적으로 공중합된 알킬렌 디올과 디알킬 카보네이트와의 반응 생성물이 있지만, 오직 이것에만 한정되지 않는다.
방향족 폴리이소시아네이트들에 기초하는 올리고머들은 종종 경화 코팅에 황색화를 야기시키기 때문에, 폴리이소시아네이트 성분은 비방향족인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 4 내지 20의 탄소 원자들로 된 비방향족 폴리이소시아네이트가 이용된다.
적절한 불포화 지방족 폴리이소시아네이트들은, 이소포론 디이소시아네이트; 디사이클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트; 1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트; 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트; 1,7-헵타메틸렌 디이소시아네이트; 1,8-옥타메틸렌 디이소시아네이트; 1,9-노나메틸렌 디이소시아네이트; 1,10-데카메틸렌 디이소시아네이트; 2,2,4-트리메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트; 2,2'-디메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트; 3-메톡시-1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트; 3-부톡시-1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트; 오메가, 오메가'-디프로필에테르 디이소시아네이트; 1,4-사이클로헥실 디이소시아네이트; 1,3-사이클로헥실 디이소시아네이트; 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트; 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다. 방향족 폴리이소시아네이트들은 극소량으로 이용될 수 있기는 하지만, 이 경우 노화(aging)시 장기 안정성에 다소 악영향을 미칠 수 있다.
올리고머에 적어도 1개의 반응성 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 말단기를 제공하는 데에는, 전 형적으로 말단 캡핑 모노머(end capping monomer)가 이용된다. 이러한 말단 캡핑 모노머들로서 이용될 수 있는 적절한 하이드록실 말단 화합물은, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시프로필 메타크릴레이트, 하이드록시부틸 아크릴 레이트, 하이드록시부틸 메타크릴레이트 등과 같은 하이드록시알킬 아크릴레이트들 또는 메타크릴레이트들을 포함하지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다. 특히 바람직한 말단 캡핑 모노머는 하이드록시에틸 아크릴레이트 또는 하이드록시에틸 메타크릴레이트이다.
상업적으로 입수되어 본 발명에 적절하게 이용될 수 있는 지방족 우레탄 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 올리고머들은 하기의 것들을 포함하지만, 오직 이것들에만 한정되는 것은 아니다.
1. 펜실베이나주 안브라(Ambler)에 소재하는 헨켈사(Henkel Corporation)의 PHOTOMER 6008. 이는 폴리에테르 폴리올, 디사이클로헥실 메탄 디이소시아네이트 및 하이드록시에틸 아크릴레이트로부터의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함한다. 이 올리고머는 약 1500 달톤의 수 평균 분자량을 가지며, 희석제로서의 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트의 올리고머 용액으로서 판매된다.
2. 헨켈사의 PHOTOMER 6019. 이는 상기의 것과 완전히 유사하지만, 디사이클로헥실 메탄 디이소시아네이트가 아닌 이소페론 디이소시아네이트에 기초한다.
3. 조지아주 스미르나(Smyrna)에 소재하는 UCB 케미컬즈사(UCB Chemicals)의 EBECRYL 270. 이는 폴리에틸렌 폴리올에 기초하는 지방족 우레탄 디아크릴레이트를 포함한다.
4. 플로리다주 올란도에 소재하는 폴리머 시스템즈사(Polymer Systems)로부터 입수할 수 있는, 폴리에테르 골격에 기초하는 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머인 PURELAST. 적절한 PURELAST 올리고머들로는 534, 536 및 538 (3개의 관능기를 갖는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트들) 및 544, 546 및 548(4개의 관능기를 갖는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트들)이 있다. 부가적인 올리고머들로는 566, 566A, 569, 569A, 586, 586A, 590, 590A, 595, 595A, 597, 597A, 598 및 598A가 있다. 이러한 올리고머들은 시리즈 번호가 증가함에 따라 탄성율이 증가하고, 2개의 관능기를 갖거나(접미사 없음) 또는 단일의 관능기를 갖는다(접미사 'A'가 있다). 이러한 모든 올리고머들은, 각각 7% 및 10%의 이소보닐 아크릴레이트를 포함하는 597A 및 598A를 제외하고, 순수 상태(neat)로 판매된다. 이 그룹 중에서 특히 바람직한 것은 PURELAST 590 및 595이다. 이러한 올리고머들의 메타크릴레이트 유사품들이 또한 적절하다.
매트릭스 물질들이 형성되는 방사 경화 조성물들의 제 2 성분 (b)는 반응성 불포화 모노머를 포함한다. 본 발명자들은, 이론에 의해 한정되는 것을 의도하는 것은 아니지만, 이러한 반응성 불포화 모노머가 최대 인장력와 신장율의 바람직한 결합에 기여한다고 간주한다. 바람직한 실시예에서, 이러한 반응성 불포화 모노머는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모노머 또는 이들의 혼합물을 단독으로 포함하거나, 또는 다른 불포화 모노머들과 결합하여 포함한다. 바람직한 다른 실시예들에서, 상기 반응성 불포화 모노머는 적어도 2개의 반응성 모노머들의 혼합물을 포함하며, 보다 바람직하게는 (i) 가교성 모노머, (li) 수소 결합 모노머, 및 (iii) 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머(steric-hindrance monomer)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 2개의 모노머들을 포함한다. 이러한 종류의 모노머들의 결합들은, 고온에서의 최대 인장력와 신장율 간의 바람직한 결합에 기여하여, 나아가 개선된 열 박리성을 갖는 광섬유 리본을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 바람직한 다른 실시예들에서, 반응성 모노머 혼합물은, (i) 가교성 모노머, (ii) 수소 결합 모노머중 적어도 1개의 혼합물을 포함하고, (iii) 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머를 더 포함한다. 가교성 모노머 그리고/또는 수소 결합 모노머와 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머와의 결합들은, 고온에서의 최대 인장력와 신장율의바람직한 결합을 제공하는 데에 특히 유익하다.
불포화 가교성 모노머들은 당업계에 알려져 있으며, 2개 내지 5개, 또는 그 이상의 관능기들을 포함할 수 있다. 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 특히 3개의 관능기들을 갖는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 가교성 모노머들이 바람직하다. 적합한 가교성 모노머들의 예로는, 트리메틸롤 프로판 트리아크릴레이트, 이들의 알콕실화 유도체들, 글리세롤 알콕시트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 모노하이드록시펜타아크릴레이트 등의 펜타에리트리톨 함유 아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 이소시아누레이트 디- 및 트리아크릴레이트 성분들, 비스페놀-A 디아크릴레이트 및 디메틸아크릴레이트, 이들의 알콕실화 유도체들, 멜라민 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 유도체들, 폴리에테르 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 디아크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 디메타크릴레이트, 사이클로헥산 디메탄올 디아크릴레이트 등과, 이들의 혼합물들이 있지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다. 바람직한 다른 실시예에서, 가교성 모노머는 이소시아누레이트 모노머를 포함한다. 보다 바람직하게는, 가교성 모노머는 이소시아누레이트 화합물의 트리아크릴레이트 또는 트리메타크릴레이트를 포함한다. 3개의 관능기를 갖는 모노머들, 특히 트리스하이드록시에틸 이소시아누레이트의 트리아크릴레이트가 바람직한 가교성 모노머들이다.
불포화 수소 결합 모노머 또한 당업계에 알려진 것으로서, 일반적으로 고차의 수소 결합을 포함한다. 이러한 수소 결합 모노머들의 예로는, 예를 들어 하이드록시프로필 아크릴레이트와 페닐 이소시아네이트와의 반응 생성물, 하이드록시에틸 아크릴레이트와 부틸 이소시아네이트와의 반응 생성물 등과 같은, 하이드록시 알킬아크릴레이트와 이소시아네이트와의 반응으로부터 얻어지는 것들(오직 이것들에만 한정되지는 않는다)을 포함하는 우레탄 모노아크릴레이트들이 있지만, 오직 이것들에만 한정되는 것은 아니다. 또한, N-비닐 포름아미드, N-비닐-2-카프로락탐 등의 친수성 모노머들이 또한 적합하다.
마지막으로, 단일 관능기를 갖는 불포화 입체 장애 모노머들 또한 당업계에 알려져있으며, 이들은 방사 경화 조성물들에 적절하게 이용된다. 구체적인 예로는, 이소보닐 아크릴레이트, 이소보닐 메타크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 아크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 메타크릴레이트, 터트(tert)-부틸사이클로헥실 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 이들의 알콕실화 유도체들 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다.
상기 설명한 바와 같이, 반응성 모노머 혼합물은 (i) 가교성 모노머 및 (ii) 수소 결합 모노머 중에서 적어도 1개의 혼합물을 포함하고, (iii) 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 실시예들에서, 경화되는 조성물들에 필요한 신장율을 제공하기 위해서는, 상기 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머가 적어도 약 20 중량%의 반응성 모노머 혼합물, 보다 바람직하게는 적어도 약 30 중량%의 반응성 모노머 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다.
매트릭스 조성물의 임의 성분은 광개시제이다. 이 성분에 대한 필요성은, 매트릭스 조성물의 계획되는 경화 방식에 의존한다. 자외선에 의해 경화되는 경우에는 광개시제가 필요하지만, 전자빔에 의해 경화되는 경우에는 광개시제를 전혀 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않는다. 자외선 경화 실시예에서, 이러한 광개시제가, 소량이지만 방사 경화를 촉진시키는 데에 효과적인 양이 이용되면, 매트릭스 조성물의 조기 겔화(gelation)를 일으키지 않으면서 적당한 경화 속도를 제공한다. 또한, 이러한 광개시제는 경화되는 매트릭스 물질의 광학적 투명성을 방해하지 않아야 한다. 또한, 이러한 광개시제는 그 자체가 열적으로 안정하고, 황색화되지 않으며, 효율적이어야 한다. 적절한 광개시제들로는, 하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 하이드록시메틸페닐프로파논, 디메톡시페닐아세토페논, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르포리노프로파논-1, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온(one) , 1-(4-도데실페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, (4-(2-1-(4-하이드록시에톡시)페닐-(2-하이드록시-2-프로필)케톤, 디에톡시아세토페논, 2,2-디-제2(sec)-부톡시아세토페논, 디에톡시-페닐 아세토페논, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸포스핀 옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일에톡시페닐포스핀 옥사이드 및 이들의 혼합물들이 있지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다. 특히 바람직한 광개시제는, 뉴욕주 타리타운에 소재하는 시바 스페셜티 케미컬즈사(Ciba Specialty Chemicals)에 의해 IRGACURE 184로서 제공되는 하이드록시사이클로헥실페닐 케톤이다.
방사 경화 조성물 내의 각 성분의 양은, 매트릭스 물질에 대해 바람직한 다른 물리적 및 화학적 특성들과 조합하여, 규정된 최대 인장력 및 신장율을 얻을 수 있도록 적절히 변경된다. 바람직하게는, 방사 경화 조성물들은 약 30 내지 약 80 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 10 내지 약 60 중량%의 반응성 불포화 모노머, 및 약 0.1 내지 약 10 중량%의 광개시제를 포함한다. 보다 바람직하게는, 방사 경화 조성물들은 약 40 내지 약 80 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 10 내지 약 50 중량%의 반응성 불포화 모노머, 및 약 1 내지 약 10 중량%의 광 개시제를 포함한다. 가장 바람직하게는, 방사 경화 조성물들은 약 40 내지 약 70 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 30 내지 약 60 중량%의 반응성 불포화 모노머, 및 약 1 내지 약 6 중량%의 광개시제를 포함한다.
매트릭스 물질은 또한 필요에 따라 1개 이상의 관용 성분(conventional ingredient)들을 포함할 수 있다. 하나의 임의 부류의 성분들로는 다양한 안정제들 또는 항산화제들이 있다. 경화되는 코팅의 열적 및 산화적 안정성을 증가시키고, 경화되지 않은 코팅의 저장 수명(저장 안정성)을 개선하기 위해, 1개 이상의 안정제들 또는 항산화제들을 조성물에 포함시킬 수 있다. 적절한 안정제들의 예로는, 유기 포스파이트(organic phosphite)들, 힌더드 페놀(hindered phenol)들 및 이들의 혼합물 등이 있다. 항산화제로서 이용될 수 있는 일부 구체적인 예들로는, 옥타데실-3-(3',5'-디-터트-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오네이트와 같은 프로피오네이트들, 티오디에틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시)하이드로시나메이트 및 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)]메탄과 같은 하이드로시나메이트들을 포함한다. 안정제 또는 항산화제가 이용되는 경우, 이들은 조성물의 중량에 기초하여, 약 0.1 내지 약 2.0 중량%의 양으로 혼합될 수 있다. 바람직하게는, 조성물의 중량에 기초하여, 약 0,5 내지 약 1.5 중량% 범위로 포함된다. 안정제 또는 항산화제의 바람직한 특성으로는 비이동성(non-migration)이 있다. 바람직한 항산화제는, 시바 스페셜티 케미컬즈사로부터 입수할 수 있는 IRGANOX 1035와 같은, 티오디에틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸-4'-하이드록시) 하이드로시나메이트이다.
방사 경화 조성물들에 이용되는 부가적인 임의의 성분들로는, 경화되는 조성물들의 마찰 계수를 감소시키고 그리고/또는 실온에서 광섬유들로부터 경화된 조성물들을 떼는 것을 개선하기 위한, 즉 경화된 조성물들의 박리성(peelability)을 개선하기 위한 첨가제들이 있다. 이러한 첨가제들은 당업계에 알려진 것들로서, 실리콘 아크릴레이트들 및 실리콘 메타크릴레이트들을 포함하는 실리콘 물질들, 탄화불소들 등이 있지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다.
광섬유 리본들은 통상적인 공정 기술에 따라 제조된다. 전형적으로, 잉크 착색되고(inked) 코팅된 다수의 광섬유들은, 예를 들어 평행 및 평면 또는 규정된 다른 배열과 같은 바람직한 구성으로, 액상 방사 경화 조성물 내에 매립되어 고정된다. 잉크 착색되고 코팅된 광섬유들은 서로에 대해 바람직한 관계로 배치되어 단일구조(unitary structure)를 형성하는바, 이러한 구조는 광섬유들을 바람직한 관계로 배열하고, 이 광섬유들에 액상의 매트릭스 조성물을 적용하여 이 조성물 내에 광섬유들을 매립한 다음, 경화 방사선에 노출시켜 액상의 조성물을 경화시킴으로써 제조된다. 경화에는 전형적으로 고초점 램프가 이용되지만, 통상적인 다른 장치들 및 절차들을 이용할 수도 있다. 매트릭스 조성물은 경화되면, 이용중인 광섬유들의 잉크 또는 외부의 코팅층에 부착되어, 광섬유들의 완전성을 실질적으로 손상시키지 않으면서 바람직하게는 하나의 완전한 단위로 용이하고 깨끗하게 열 박리될 수 있는 코팅 구조를 제공한다.
본원에서는 광섬유 리본들에서 이용하기 위한 방사 경화되는 매트릭스 물질들에 대해 설명했지만, 당업자라면 이러한 조성물들이, 유연한 기판(flexible substrate)을 코팅 또는 결합하는 것이 바람직한 어떠한 실시예에서도 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 기판들의 예로는 유리, 금속 또는 플라스틱이 있지만, 오직 이것들에만 한정되지는 않는다.
하기의 실시예는 본 발명의 광섬유 리본들 및 매트릭스 물질들의 특정 실시예들을 예시한다. 실시예 및 본 명세서 전체에 걸쳐서, 달리 규정하지 않는한, 부(part) 및 퍼센티지는 중량 기준이다.
[실시예]
이 실시예에서, Purelast 595로서 공급되는 약 45 중량부의 폴리에테르 지방족 우레탄 디아크릴레이트 , Irgacure 184로서 공급되는 l-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤을 포함하는 약 4 중량부의 광개시제, Irganox 1035를 포함하는 약 1 중량부의 항산화제, 및 반응성 불포화 모노머 혼합물들을 포함하는 방사 경화 조성물들(A 및 B)이 준비된다. 조성물(A)에 있어서, 반응성 모노머 혼합물은 Sartomer SR-368로서 공급되는 25 중량부의 트리아크릴레이트 트리스하이드록시에틸 이소시아누레이트 및 25 중량부의 이소보닐 아크릴레이트(IBOA)를 포함한다. 조성물(B)에 있어서, 반응성 모노머 혼합물은 Sartomer SR-368로서 공급되는 20 중량부의 트리아크릴레이트 트리스하이드록시에틸 이소시아누레이트, 20 중량부의 이소보닐 아크릴레이트(IBOA) 및 10 중량부의 N-비닐 포름아미드(NVF)를 포함한다.
이러한 조성물들은 중압 수은 증기 램프를 이용하여 약 70 ℃의 온도에서 자외선 방사(0.7 줄/㎠)에 노출시켜 경화되고, ASTM D-882-95a에 따라 100 ℃의 온도에서 최대 인장력 및 신장률이 측정된다. 이러한 조성물들 및 특성들(3회 측정들의 평균치)을 표에 나타내었다.
비교를 위해, 비교 조성물(C)에 대해서도 같은 측정을 수행한다. 이 비교 조성물(C)은 Photomer 6008로서 공급되는 약 65 중량부의 폴리에테르 지방족 우레탄 아크릴레이트, 약 4 중량부의 광개시제 Irgacure 184, 약 1 중량부의 항산화제 Irganox 1035 및 반응성 모노머 혼합물을 포함한다. 이 조성물(C)에 있어서, 반응성 모노머 혼합물은 25 중량부의 2-페녹시에틸 아크릴레이트(PEA) 및 5 중량부의 헥산디올 디아크릴레이트(HDODA)를 포함한다. 또한, 조성물 및 특성들(3회 측정들의 평균치)을 표에 나타내었다.
[표]
경화된 조성물들(A 및 B)은 최대 인장력와 신장율 간의 바람직한 결합을 나타내지만, 비교 조성물(C)은 이러한 특성들이 모두 불충분하다.
본 명세서의 이러한 예들 및 특정 실시예들은 본 발명의 다양한 실시예들을 예시하기 위해 제공된 것으로서, 본 발명을 개시된 형태로 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 청구항들의 범위 내에서 부가적인 실시예들이 이루어질 수 있음은 당업자들에게 자명하다.
[기술분야]
본 발명은 방사 경화 매트릭스 물질(radiation cured matrix material)을 포함하는 광섬유 리본, 및 특히 광섬유 리본의 매트릭스 물질로서 이용하기에 적합한 방사 경화 물질에 관한 것이다. 이러한 방사 경화 매트릭스 물질은 고온에서의 양호한 최대 인장력(tensile strength) 및 양호한 신장율(elongation)을 포함하는 물리적인 특성들의 결합을 가지며, 광섬유 리본들에 열 박리성(heat strippability)을 제공하여 결점이 없고 신뢰성있는 광섬유의 꼬아이음(splicing)(이하, 설명의 편의를 위해 용어 "꼬아이음"은 본 기술 분야에서 흔히 사용되는 "스플라이싱"이라 칭한다)을 가능하게 한다.
[배경기술]
대역폭 및 그 외의 다른 통신 특성에 대해 증가하는 요구에 대처하기 위해, 새로운 광섬유 기술들이 끊임없이 개발되고 있다. 광섬유 리본들은 패킹 밀도의 증가, 접근 용이성(accessibility)의 개선 등을 위해 개발되었다. 미국의 원격 통신 산업에서는 12-섬유 리본들이 표준화되어 있고, 일본에서는 8-섬유 리본들이 일반적으로 이용되고 있다. 이러한 광섬유 리본들은, 예를 들어 미국 특허 제 5,881,194 호 (Duecker), 미국 특허 제 5,561,730 호 (Lochkovic et al), 미국 특허 제 5,524,164 호 (Hattori et al), 및 International Wire and Cable Symposium Proceedings (1998):432-439 (McCreary et al)에 개시되어 있다.
일반적으로, 광섬유 리본들은, 매트릭스 물질 내에 매립(embed)되어 고정된 2개 이상의 광섬유들을 포함한다. 이러한 광섬유들은 종종 1차 코팅, 선택적으로는 2차 코팅, 또는 한층 더 부가적인 코팅들을 포함하며, 전형적으로는 실질적으로 단일 평면 내에서 평행한 관계로 배열되어 리본을 형성한다. 리본 섬유들은, 많은 섬유들을 한번에 스플라이싱시킬 때 이 섬유들을 스플라이싱하기 위한 편리한 수단을 제공한다. 일반적으로, 섬유들을 스플라이싱시키기 위해서는, 이 섬유들을 손상시키지 않으면서, 스플라이싱해야 할 광섬유들로부터 매트릭스 물질 및 섬유 코팅들을 박리해야 한다. 통상적으로, 열 박리 툴들은 매트릭스 물질을, 예를 들어 약 90℃ 내지 약 110℃의 온도로 가열한 다음, 유리 섬유들의 일부로부터 이 매트릭스 물질을 박리하는 데에 이용된다. 광섬유들에 대한 손상을 방지하고 그리고/또는 광 섬유들 상에 코팅 파편이 퇴적되는 것을 방지하기 위해서는, 하나의 완전한 튜브 형상(intact tube form)으로 코팅을 박리하는 것이 바람직하다.
광섬유 리본의 스플라이싱은 이 분야에서 통상적으로 수행되고 있지만, 유감스럽게도 박리 동작의 품질은, 섬유 리본이 박리 툴에서 가열되는 시간량 및 작업자가 박리 툴에 가하는 압력의 양과 같은 변수들로 인해, 작업자에 의존한다. 따라서, 코팅들 그리고/또는 매트릭스 물질을 붕괴하지 않으면서, 깨끗한 리본 박리를 얻기가 종종 어려우며, 전형적으로 광섬유들 상에는 얼마간의 코팅 파편들이 존재한다. 이러한 광섬유들 상의 파편들은 깨끗한 스플라이싱을 방해한다. 그렇다고 해서, 이러한 파편들을 제거하고자 하면, 광섬유가 손상된다. 광섬유 리본들의 박리성을 개선하기 위한 지금까지의 시도는, International Wire and Cable Symposium Proceedings (1997): 281 - 288 (Murata et al), International Wire and Cable Symposium Proceedings (1993): 566 - 569 (Botelho), 및 International Wire and Cable Symposium Proceedings (1992): 472 - 475 (Mills)에서 보고되는 바와 같이, 광섬유들 상에서 전형적으로 이용되는 1차 그리고/또는 2차 코팅 물질들 뿐 아니라, 박리 테스트 파라미터들에 집중되었다. 산업 분야에서, 이러한 연구들은 열 박리에 있어서의 깨끗함을 개선시켰다. 그러나, 광섬유 케이블 산업에서는, 이러한 요인들(즉, 상기 변수들)에 영향을 받지 않는 박리성을 갖는 리본들에 대한 요구가 여전히 존재한다.
따라서, 작업자에 의해 가해지는 각종 변수에 영향을 받음이 없이, 광섬유들로부터 물질을 깨끗하게 박리할 수 있게 하는 열 박리가능한 매트릭스 물질을 포함하는 개선된 광섬유 리본들에 대한 요구가 여전히 존재한다.
[본 발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 광섬유 리본들, 특히 열 박리가능한 광섬유 리본들을 제공하는 것이다. 본 발명의 부가적인 목적은 종래 기술의 단점을 해소하는 광섬유 리본들을 제공하는 것이다. 본 발명의 보다 구체적인 목적은, 광섬유들로부터 물질을 깨끗하게 열 박리한 다음, 박리된 섬유들을 확실하게 스플라이싱할 수 있게 하는 광섬유 리본들을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 특히 광섬유 리본들에 이용하기 위한 방사 경화 매트릭스 물질들을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 부가적인 목적은 본 발명의 광섬유 리본들 및 매트릭스 물질들에 의해 제공된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고온에서 양호한 최대 인장력 및 양호한 신장율을 포함하는 물리적인 특성들이 우수하게 결합되어 있는 방사 경화 매트릭스 물질 내에 매립된 적어도 2개의 광섬유를 포함하는 광섬유 리본들에 관한 것이다. 보다 특정한 실시예에서, 상기 매트릭스 물질들은 100℃에서 적어도 약 1000psi의 최대 인장력 및 100℃에서 적어도 약 15%의 파단 신장율(elongation at break)을 나타낸다. 또한, 본 발명은 방사 경화 매트릭스 물질들에 관한 것으로서, 이러한 물질들은 100℃에서 적어도 약 1000psi의 최대 인장력 및 100℃에서 적어도 약 15%의 파단 신장율을 나타낸다.
본 발명에 따른 광섬유 리본들은, 매트릭스 물질 및 그 아래의 코팅들이 하나의 완전한 단위로 광섬유들로부터 용이하고 깨끗하게 열 박리될 수 있기 때문에, 작업자에 의해 가해지는 각종 변수에 영향을 받음이 없이, 이 분야에서 박리된 섬유들의 신뢰성있는 스플라이싱을 가능하게 한다는 점에서 유익하다. 상기 매트릭스 물질들은 또한, 리본 구조 내에 광섬유들을 매립하여 보호하는 데에 필요한 기계적인 특성과 화학적인 특성의 양호한 결합을 나타낸다.
본 발명의 광섬유 리본들 및 매트릭스 물질들에 의해 제공되는 본 발명의 이러한 목적, 부가적인 목적 및 장점들은 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

Claims (19)

  1. 적어도 2개의 광섬유들과;
    상기 광섬유들이 매립되어 있는 매트릭스 물질을 포함하여 구성되며;
    여기서, 상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 1000psi의 최대 인장력 및 100℃에서 적어도 약 15%의 파단 신장율을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 2000psi의 최대 인장력을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 3000psi의 최대 인장력을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 30%의 파단 신장율을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 30%의 파단 신장율을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 40%의 파단 신장율을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은 100℃에서 적어도 약 40%의 파단 신장율을 나타내는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 리본을 약 90℃ 내지 110℃로 가열하면, 상기 매트릭스 물질 및 하부의 어떠한 코팅들은 하나의 완전한 단위로 상기 광섬유들로부터 박리될 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 4개의 광섬유들이 상기 매트릭스 물질 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 물질은, (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 갖는 지방족 우레탄 올리고머, (b) 반응성 불포화 모노머, 및 선택에 따라 (c) 광개시제를 포함하는 방사 경화 조성물을 경화시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응성 불포화 모노머 (b)는 적어도 2개의 반응성 불포화 모노머들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응성 불포화 모노머 혼합물은 적어도 1개의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  13. 제 12 항에 있어서,
    반응성 불포화 모노머 혼합물은, (i) 가교성 모노머, (ii) 수소 결합 모노머들, 및 (iii) 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 2개의 모노머들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가교성 모노머는 트리아크릴레이트 또는 트리메타크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 방사 경화 조성물은, 약 30 내지 약 80 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 10 내지 약 60 중량%의 반응성 불포화 모노머, 및 약 0.1 내지 10 중량%의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 방사 경화 조성물은, 약 40 내지 80 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 10 내지 약 50 중량%의 반응성 불포화 모노머, 및 약 1 내지 약 10 중량%의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 방사 경화성 조성물은, 약 40 내지 약 70 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 30 내지 약 60 중량%의 반응성 불포화 모노머, 및 약 1 내지 약 6 중량%의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 반응성 불포화 모노머 혼합물은, (i) 가교성 모노머 및 (ⅱ) 수소 결합 모노머중 적어도 1개의 혼합물을 포함하고, (iii) 단일 관능기를 갖는 입체 장애 모노머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 리본.
  19. (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 갖는 지방족 우레탄 올리고머, (b) 반응성 불포화 모노머, 및 선택에 따라 (c) 광개시제를 포함하는 방사 경화 조성물로부터 형성되고, 100℃에서 적어도 약 1000psi의 최대 인장력 및 100℃에서 적어도 약 15%의 파단 신장율을 갖는 것을 특징으로 하는 방사 경화 물질.
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