KR102306086B1 - 작은 직경 광 섬유 - Google Patents

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Abstract

큰 모드 필드 직경 및 낮은 굽힘 손실을 갖는 작은-직경 코팅된 광 섬유. 코팅된 섬유는 9.0 ㎛ 이상의 모드 필드 직경 및 약 15 mm 맨드릴에 대하여 권취될 시에 1550 nm의 파장에서 0.5 dB/turn 이하의 굽힘 손실을 제공하면서 110 ㎛ 이하의 외부 반경을 가질 수 있다. 코팅된 섬유는 9.2 ㎛ 이상의 모드 필드 직경을 가질 수 있고, 약 20 mm 맨드릴에 대하여 권취될 시에 1550 nm의 파장에서 0.25 dB/turn 이하의 굽힘 손실 또는 약 30 mm 맨드릴에 대하여 권취될 시에 1550 nm의 파장에서 0.02 dB/turn 이하의 굽힘 손실을 가질 수 있다.

Description

작은 직경 광 섬유 {LOW DIAMETER OPTICAL FIBER}
본 출원은 2013년 4월 15일에 출원된 미국 특허출원 제 13/862,755호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
본 개시는 일반적으로 광 섬유에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 개시는 감소된-굴절률 클래딩 영역을 갖는 굴절률 프로파일 및 박형의, 낮은 모듈러스의 제 1 코팅을 갖는 코팅된 광 섬유에 관한 것이다. 가장 구체적으로, 본 개시는 높은 모드 필드 직경 및 낮은 굽힘 손실을 나타내는 작은-반경의 코팅된 광 섬유에 관한 것이다.
작은 반경을 갖는 코팅된 광 섬유는 케이블 설치하는데 효율적으로 기존 덕트 기반시설을 이용하고, 케이블 비용을 절감시키며, 케이블 사이즈를 감소시키기 위해 매력적이다. 감소된-반경의 섬유는 일반적으로 표준 광 섬유 (125 ㎛)와 동일한 유리 반경을 갖지만, 제 1 및/또는 제 2 코팅으로서 좀더 박형의 층을 사용한다. 그러나, 감소된 코팅 두께는 코팅의 보호 기능을 포함한다. 결과적으로, 당해 분야의 많은 노력은 작은 두께에서 적절한 보호를 유지하는 새로운 코팅 물질, 및 신호 세기 또는 품질을 위태롭게 하지 않으면서 좀더 현저한 굽힘을 견딜 수 있는 새로운 유리 조성물 또는 굴절률 프로파일을 개발하는 방향으로 향하고 있다. 비록 감소된 직경을 갖는 굽힘-강화 코팅된 광 섬유 디자인이 선행 기술 (미국 공개 특허 제 20100119202호, 참조)에서 제안되고 있지만, 1310 nm에서 이들 섬유들의 공칭 모드 필드 직경 (MFD)은 일반적으로 단지 ~8.6-8.8 ㎛이다. 그런 모드 필드 직경은 (약 9.2 ㎛의 공칭 MFD를 갖는) 표준 단일 모드 섬유 (standard single mode fibers, SMF)에 감소된-직경을 연결시 높은 접합 (splicing)/접속 (connectorization) 손실을 초래한다.
작은-직경 섬유를 기존의 표준 단일 모드 섬유에 연결하는 경우, 신호 손실을 방지하기 위해, 표준 단일 모드 섬유의 것과 호환될 수 있는 모드 필드 직경 및 감소된 반경을 갖는 광 섬유를 개발하는 것이 바람직하다.
본 개시는 유의미한 굽힘-유도된 신호 저하를 경험하지 않으면서 큰 모드 필드 직경을 보유하는, 110 ㎛ 이하, 또는 105 ㎛ 이하, 또는 100 ㎛ 이하의 반경을 갖는 코팅된 광 섬유를 제공한다. 감소된-반경의 코팅 섬유는 둘러싸는 제 1 및 제 2 코팅과 함께 적어도 50 ㎛, 또는 적어도 55 ㎛, 또는 적어도 60 ㎛, 또는 적어도 62.5 ㎛의 반경을 갖는 내부 유리 영역을 포함할 수 있다. 대표적인 섬유는, 동심 방향 순서로, 유리 코어, 유리 클래딩, 제 1 코팅 및 제 2 코팅을 포함할 수 있다. 코어는 더 높은 굴절률 유리 영역일 수 있고, 더 낮은 굴절률 클래딩에 의해 둘러싸일 수 있다. 클래딩은 하나 이상의 내부 클래딩 영역 및 하나의 외부 클래딩 영역을 포함할 수 있고, 여기서 적어도 하나의 내부 클래딩 영역은 외부 클래딩 영역보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 제 1 코팅은 더 낮은 모듈러스 물질로부터 형성될 수 있고, 제 2 코팅은 더 높은 모듈러스 물질로부터 형성될 수 있다.
코어는 실리카 유리 또는 실리카계 유리를 포함할 수 있다. 실리카계 유리는 알칼리 금속 (예컨대, Na, K), 알칼리 토 금속 (예컨대, Mg, Ca), III족 원소 (예컨대, B), 또는 V족 원소 (예컨대, P); 또는 도판트 (dopant)로 개질된 실리카 유리일 수 있다. 코어를 가로질러 굴절률은 일정하거나 또는 변할 수 있다. 코어 굴절률은 코어의 중심 또는 근처에서 최대일 수 있고, 외부 코어 경계의 방향으로 연속적으로 감소한다. 코어 굴절률 프로파일은 가우시안 (Gaussian) 프로파일, 슈퍼-가우시안 프로파일, α 프로파일, 또는 스텝(step) 프로파일일 수 있거나 또는 이와 가까울 수 있다.
클래딩은 실리카 유리 또는 실리카계 유리를 포함할 수 있다. 실리카계 유리는 알칼리 금속 (예컨대, Na, K), 알칼리 토 금속 (예컨대, Mg, Ca), III족 원소 (예컨대, B), 또는 V족 원소 (예컨대, P); 또는 도판트 (dopant)로 개질된 실리카 유리일 수 있다. 클래딩은 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함할 수 있고, 여기서 내부 클래딩 영역은 외부 클래딩 영역보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 내부 클래딩 영역은 일정하거나 또는 연속적으로 변하는 굴절률을 가질 수 있다. 내부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역의 내부 경계로부터 내부 클래딩 영역의 외부 경계로 연속적으로 감소하는 굴절률을 가질 수 있다. 연속적인 감소는 선형적 감소일 수 있다. 내부 클래딩 영역의 굴절률은 코팅된 섬유의 굴절률 프로파일에서 트렌치 (trench)를 형성할 수 있다. 굴절률 트렌치는 직사각형이나 또는 삼각형일 수 있다. 외부 클래딩 영역은 일정한 굴절률을 가질 수 있다.
클래딩은 코어에 인접한 제 1 내부 클래딩 영역, 및 제 1 내부 클래딩 영역과 외부 클래딩 영역의 사이에 배치된 제 2 내부 클래딩 영역을 포함할 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 외부 클래딩 영역의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역의 굴절률보다 더 낮을 수 있다.
제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 일정하거나 또는 변할 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역은 제 2 내부 클래딩 영역의 내부 경계로부터 제 2 내부 클래딩 영역의 외부 경계로 연속적으로 감소하는 굴절률을 가질 수 있다. 연속적인 감소는 선형적 감소일 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 코팅된 섬유의 굴절률 프로파일에서 트렌치를 형성할 수 있다. 트렌치는 감소된 굴절률의 영역이고, 직사각형이나 또는 삼각형일 수 있다. 외부 클래딩 영역은 일정한 굴절률을 가질 수 있다.
코어 및 클래딩의 굴절률 프로파일은 실리카 또는 실리카계 유리에서 업도판트 (updopants) 및/또는 다운도판트 (downdopants)의 공간적 분포의 조절을 통해 달성될 수 있다.
제 1 코팅은 올리고머 및 모노머를 포함한 경화성 (curable) 조성물로부터 형성될 수 있다. 올리고머는 우레탄 아크릴레이트 또는 아크릴레이트 치환을 갖는 우레탄 아크릴레이트일 수 있다. 아크릴레이트 치환을 갖는 우레탄 아크릴레이트는 우레탄 메타크릴레이트일 수 있다. 올리고머는 우레탄 그룹을 포함할 수 있다. 올리고머는 하나 이상의 우레탄 그룹을 포함하는 우레탄 아크릴레이트일 수 있다. 올리고머는 하나 이상의 우레탄 그룹을 포함한 아크릴레이트 치환을 갖는 우레탄 아크릴레이트일 수 있다. 우레탄 그룹은 이소시아네이트 그룹 및 알코올 그룹의 반응 생산물로서 형성될 수 있다.
제 1 코팅은 1 MPa 이하, 또는 0.50 MPa 이하, 또는 0.25 MPa 이하, 또는 0.20 MPa 이하, 또는 0.19 MPa 이하, 또는 0.18 MPa 이하, 또는 0.17 MPa 이하, 또는 0.16 MPa 이하, 또는 0.15 MPa 이하의 인 시츄 (in situ) 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 제 1 코팅의 유리 전이 온도는 -15 ℃ 이하, 또는 -25 ℃ 이하, 또는 -30 ℃ 이하, 또는 -40 ℃ 이하일 수 있다. 제 1 코팅의 유리 전이 온도는 -60 ℃ 초과, 또는 -50 ℃ 초과, 또는 -40 ℃ 초과일 수 있다. 제 1 코팅의 유리 전이 온도는 -60 ℃ 내지 -15 ℃, 또는 -60 ℃ 내지 -30 ℃, 또는 -60 ℃ 내지 -40 ℃, 또는 -50 ℃ 내지 -15 ℃, 또는 -50 ℃ 내지 -30 ℃, 또는 -50 ℃ 내지 -40 ℃일 수 있다.
제 2 코팅은 하나 이상의 모노머를 포함한 경화성 제 2 조성물로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 모노머는 비스페놀-A 디아크릴레이트, 또는 치환된 비스페놀-A 디아크릴레이트, 또는 알콕시레이티드 비스페놀-A 디아크릴레이트 (alkoxylated bisphenol-A diacrylate)를 포함할 수 있다. 알콕시레이티드 비스페놀-A 디아크릴레이트는 에톡시레이티드 비스페놀-A 디아크릴레이트일 수 있다. 경화성 제 2 조성물은 올리고머를 더욱 포함할 수 있다. 올리고머는 우레탄 아크릴레이트 또는 아크릴레이트 치환을 갖는 우레탄 아크릴레이트일 수 있다. 제 2 조성물은 우레탄 그룹, 우레탄 아크릴레이트 화합물, 우레탄 올리고머, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 없을 수 있다.
제 2 코팅은 제 1 코팅보다 더 높은 탄성 모듈러스 및 더 높은 유리 전이 온도를 갖는 물질일 수 있다. 제 2 코팅의 인 시츄 탄성 모듈러스는 1200 MPa 이상, 또는 1500 MPa 이상, 또는 1800 MPa 이상, 또는 2100 MPa 이상, 또는 2400 MPa 이상, 또는 2700 MPa 이상일 수 있다. 제 2 코팅은 약 1500 MPa 내지 10,000 MPa, 또는 1500 MPa 내지 5000 MPa의 인 시츄 모듈러스를 가질 수 있다. 제 2 코팅의 인 시츄 유리 전이 온도는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 55 ℃, 또는 적어도 60 ℃, 또는 55 ℃ 내지 65 ℃일 수 있다.
코팅된 섬유의 반경은 제 2 코팅의 외부 직경과 일치한다. 코팅된 섬유의 반경은 110 ㎛ 이하, 또는 105 ㎛ 이하, 또는 100 ㎛ 이하일 수 있다. 코팅된 섬유 내에서, (클래딩의 외부 직경과 일치하는) 유리 반경은 적어도 50 ㎛, 또는 적어도 55 ㎛, 또는 적어도 60 ㎛, 또는 62.5 ㎛일 수 있다. 유리는 제 1 코팅에 의해 둘러싸일 수 있다. 제 1 코팅의 외부 반경은 85 ㎛ 이하, 또는 82.5 ㎛ 이하, 또는 80 ㎛ 이하, 또는 77.5 ㎛ 이하, 또는 75 ㎛ 이하일 수 있다. 코팅된 섬유 직경의 균형은 제 2 코팅에 의해 제공된다.
본 개시에 따른 코팅된 섬유는 표준 단일-모드 섬유에 접합 및 접속과 연관된 손실을 최소화하는 모드 필드 직경을 제공하는 동안에 낮은 굽힘 손실을 나타내는 작은-반경 섬유일 수 있다. 모드 필드 직경은 1310 nm에서 9.0 ㎛ 이상, 또는 9.1 ㎛ 이상, 또는 9.2 ㎛ 이상일 수 있다.
코팅된 섬유는 15 mm 직경을 갖는 맨드릴 (mandrel) 둘레로 권취되는 경우 0.5 dB/turn 미만, 또는 20 mm 직경을 갖는 맨드릴 둘레로 권취되는 경우 0.5 dB/turn 미만, 또는 20 mm 직경을 갖는 맨드릴 둘레로 권취되는 경우 0.25 dB/turn 미만, 또는 30 mm 직경을 갖는 맨드릴 둘레로 권취되는 경우 0.02 dB/turn 미만, 또는 30 mm 직경을 갖는 맨드릴 둘레로 권취되는 경우 0.012 dB/turn 미만의 굽힘 손실을 1550 nm에서 나타낼 수 있다.
본 개시의 섬유의 광학적 및 기계적 특성은 G.652 표준에 부합될 수 있다. 섬유는 1260 nm 이하의 케이블 컷오프 (cutoff) 파장을 가질 수 있다. 섬유는 1300 nm ≤ λ0 ≤ 1324 nm 범위의 영 분산 파장 (zero dispersion wavelength) λ0을 가질 수 있다.
추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명확해지거나, 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면에서 기술된 바와 같이 구체예를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단순히 예시적이고, 청구범위의 특성 및 특징을 이해시키려는 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부로 병합되며 그 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구체예를 예시하고, 발명의 설명과 함께 다양한 구체예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 코어, 내부 클래딩 영역, 외부 클래딩 영역, 제 1 코팅 및 제 2 코팅을 갖는 섬유의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2는 코어, 두 개의 내부 클래딩 영역, 외부 클래딩 영역, 제 1 코팅 및 제 2 코팅을 갖는 섬유의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 3b는 예시적인 굴절률 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 4는 직사각형 트렌치를 갖는 코어-클래딩 굴절률 프로파일을 도시한다.
도 5는 삼각형 트렌치를 갖는 코어-클래딩 굴절률 프로파일을 도시한다.
도 6은 삼각형 트렌치를 갖는 코어-클래딩 굴절률 프로파일을 도시한다.
본 개시는 작은 직경, 큰 모드 필드 직경, 및 낮은 마이크로굽힘 손실을 조합할 수 있는 코팅된 광 섬유에 관한 것이다. 여기서 사용된 선택된 용어의 간단한 설명은 이제 제시된다.
"굴절률 프로파일"은 굴절률 또는 상대 굴절률과 섬유 반경 간의 관계이다.
"상대 굴절률 퍼센트"는
Figure 112020134284301-pat00001
로 정의되고, 여기서 n(r)은 다르게 특정하지 않는 한 섬유의 중심선으로부터 반경 거리(r)에서의 굴절률이며, ns는 1550 nm의 파장에서의 순수 실리카의 굴절률이다. 여기서 사용되는 바와 같이, 상대 굴절률은 Δ (또는 "델타"), Δ% (또는 "델타%"), 또는 %로 나타내고, 이들 모두는 여기서 상호교환적으로 사용되며, 상대 굴절률의 값은 다르게 특정하지 않는 한 퍼센트 또는 % 단위로 주어진다. 상대 굴절률은 또한 Δ(r) 또는 Δ(r)%로 표현될 수 있다.
도파관 (waveguide) 섬유의, "분산"이라고도 언급될 수 있는, "색 분산 (Chromatic dispersion)"은 파장 λ에서 재료 분산 (material dispersion), 도파관 분산, 및 모드간 분산 (intermodal dispersion)의 합이다. 단일-모드 도파관 섬유의 경우, 모드간 분산은 영 (zero)이다. 2-모드 체제 상정 모드간 분산의 분산값은 영이다. 영 분산 파장 (λ0)은 분산이 영의 값을 갖는 곳에서의 파장이다. 분산 기울기는 파장에 대한 분산의 변화율이다.
용어 "α-프로파일"은 다음의 함수 형태를 갖는 상대 굴절률 프로파일 Δ(r)을 의미하고:
Figure 112020134284301-pat00002
여기서, ro는 Δ(r)이 최대가 되는 지점이며, r1은 Δ(r)가 영가 되는 지점이고, r은 ri ≤ r ≤ rf의 범위에 있으며, ri은 α-프로파일의 최초 지점이고, rf는 α-프로파일의 최종 지점이며, α는 실수이다.
모드 필드 직경 (mode field diameter, MFD)은 Petermann II 방법을 사용하여 측정되고, 다음으로부터 결정되었으며:
Figure 112020134284301-pat00003
여기서, f(r)은 도광 (guided light)의 횡방향 전기장 분산 (transverse electric field distribution)이고, r은 섬유에서 반경방향 (radial) 위치이다.
도파관 광 섬유의 굽힘 저항성 (bend resistance)은 규정된 테스트 조건 하에 유도된 감쇠에 의해 계측될 수 있다. 측 방향 하중 마이크로굽힘 테스트(lateral load microbend test), 핀 어레이 테스트 (pin array test), 및 맨드릴 랩 테스트 (mandrel wrap test)를 포함한 여러가지 테스트가 굽힘 손실을 평가하기 위해 사용된다.
측 방향 하중 테스트에서, 규정된 길이의 도파관 섬유는 2 개의 평평한 판들 사이에 놓여진다. #70 와이어 메시(wire mesh)는 판들 중 하나에 부착된다. 공지된 길이의 도파관 섬유는 상기 판들 사이에 샌드위치되고, 선택된 파장 (일반적으로 1200-1700 nm 범위 내에서, 예컨대, 1310 nm 또는 1550 nm 또는 1625 nm)에서 기준 감쇠는 판들이 서로 30 뉴톤의 힘으로 가압되는 동안 측정된다. 그 다음, 70 뉴톤의 힘은 판들에게 가해지고, 선택된 파장에서 감쇠의 증가는 dB/m으로 측정된다. 감쇠의 증가는 도파관의 측방향 하중 와이어 메쉬 (lateral load wire mesh, LLWM) 감쇠이다.
섬유의 매크로굽힘 저항성은 맨드릴 랩 테스트에서 유도된 감쇠 증가를 측정함으로써 계측될 수 있다. 맨드릴 랩 테스트에서, 섬유는 특정 직경을 갖는 원통형 맨드릴 둘레로 한번 이상의 횟수로 감겨지고, 굽힘 때문에 특정 파장에서 감쇠의 증가가 결정된다. 맨드릴 랩 테스트에서 감쇠는 dB/turn 단위로 표현되고, 여기서 1 turn은 맨드릴에 대하여 섬유의 1 회전을 의미한다.
"핀 어레이 (pin array)" 굽힘 테스트는 구부려질 시에 도파관 섬유의 상대적인 저항성을 비교하기 위해 사용된다. 이러한 테스트를 실행하기 위해, 선택된 파장에서 감쇠 손실은 본질적으로 굽힘 손실을 갖지 않은 구성에서 도파관 섬유에 대해 측정된다. 그 다음, 도파관 섬유는 핀 어레이에 대해서 직조되고, 선택된 파장에 (통상적으로 1200-1700 nm 범위 내에서, 예컨대, 1310 nm 또는 1550 nm 또는 1625 nm)서 감쇠는 다시 측정된다. 굽힘에 의해 유도된 손실은 2 개의 측정된 감쇠 간의 차이다. 핀 어레이는 단일 열(single row)로 배치된 10 개 원통형 핀들의 한 세트이고, 평평한 표면 상에 고정된 수직 방향 위치에서 유지된다. 핀 중심 간의 공간은 5 mm이다. 핀 직경은 0.67 mm이다. 테스트하는 동안, 도파관 섬유가 핀 표면의 일부에 일치하도록 충분한 장력이 가해진다.
섬유 컷오프는, 표준 2m 섬유 컷오프 테스트, FOTP-80 (EIA-TIA-455-80)에 의해 측정될 수 있어서 "2m 섬유 컷오프" 또는 "측정된 컷오프" 라고도 알려진 "섬유 컷오프 파장"을 만들어 낸다. FOTP-80 표준 테스트는 제어된 굽힘 양을 사용하여 고차 모드 (higher order modes)를 제거하거나(strip out), 섬유의 스펙트럼 응답을 멀티모드 섬유의 스펙트럼 응답에 정규화시키기 위해 실행된다. 케이블된 (cabled) 컷오프 파장, 또는 "케이블 컷오프" ("22-미터 컷오프"이라고도 알려짐)은 케이블 환경에서 더 높은 수준의 굽힘 및 기계적 압력 때문에 측정된 섬유 컷오프보다 통상적으로 더 낮다. 실제 케이블된 조건은, EIA-TIA Fiber Optics Standards (Electronics Industry Alliance--Telecommunications Industry Association Fiber Optics Standards, 좀더 통상적으로는 FOTP's라고 알려짐)의 일부인, EIA-445 Fiber Optic Test Procedures에 기재된 케이블된 컷오프 테스트와 가까울 수 있다. 케이블 컷오프 측정은 Transmitted Powe의 EIA-455-170 Cable Cutoff Wavelength of Single-mode Fiber, 또는 "FOTP-170"에 기재되어 있다. 여기서 다르게 언급되지 않는 한, 광 속성 (예를 들면, 분산, 분산 기울기 등)은 LP01 모드로 보고된다.
본 개시는 최소 손실로 표준 단일-모드 섬유에 접합 및 접속을 허용할 수 있는 모드 필드 직경 및 우수한 마이크로굽힘 및 매크로굽힘 성능을 갖는 작은-반경 코팅된 섬유를 제공한다. 본 개시의 코팅된 섬유는 작은-반경 섬유를 달성하기 위해 선행 기술에서 노력을 동반했던 굽힘 손실 및/또는 모드 필드 직경에서의 희생을 극복할 수 있다. 본 코팅된 섬유를 가지고, 작은 반경은 모드 필드 직경 또는 굽힘 성능을 희생시키지 않으면서 달성할 수 있다. 따라서 본 개시는 내부 설치를 위해 고밀도 구성으로 조립될 수 있고, 외부 단일-모드 섬유와 통합되는 경우 좋은 매칭 및 낮은 손실을 제공할 수 있는 컴팩트한 코팅된 섬유를 제공할 수 있다. 코팅의 두께가 작은 경우에도 좋은 섬유 마이크로굽힘 및 매크로굽힘 성능을 결과하는 다른 프로파일 설계들은 아래에서 윤곽이 보여진다. 낮은 마이크로굽힘 및 매크로굽힘 손실 및 좋은 파열 (puncture) 저항성을 만들 수 있는 감소된-두께의 제 1 및 제 2 코팅층의 기계적 성질, 조성물, 및 기하구조가 개시된다. 다르게 특정하지 않는 한, 모든 파장-의존된 결과는 1550 nm의 파장에 기초한다.
본 코팅된 섬유는 두 개의 영역을 갖는 클래딩 및 상기 두 개의 영역에서 다른 굴절률 프로파일을 포함할 수 있다. 클래딩의 굴절률 프로파일의 설계는 굽힘에 대하여 코팅된 섬유의 민감성을 줄일 수 있고, 선행 기술의 코팅된 섬유와 관련하여 감소된 두께를 갖는 제 1 코팅의 사용을 가능하게 할 수 있다. 더 박형의 제 1 코팅은 기존 섬유 기반시설에 용이하게 설치 및/또는 고밀도로 충진될 수 있는 컴팩트한 코팅된 섬유를 제공하도록 전체적인 코팅된 섬유 직경에서 감소를 생기게 할 수 있다. 제 1 코팅의 기계적 성질은 제 1 코팅의 두께가 감소된 경우에도 코팅된 섬유의 좋은 마이크로굽힘 성능이 달성되도록 선택될 수 있다.
본 개시의 코팅된 섬유는 코어, 클래딩, 제 1 코팅, 및 제 2 코팅을 포함할 수 있고, 여기서 클래딩은 굴절률 프로파일을 다르게 하면서 두 개 이상의 영역을 포함할 수 있다. 본 개시에 따른 많은 코팅된 섬유 중 첫 번째의 개략적인 단면도가 도 1에서 나타내어진다. 섬유 (10)는 코어 (20), 클래딩 (30), 제 1 코팅 (40), 및 제 2 코팅 (50)을 포함한다. 클래딩 (30)은 내부 클래딩 영역 (33) 및 외부 클래딩 영역 (37)을 포함한다. 본 개시에 따른 많은 코팅된 섬유 중 두 번째의 개략적인 단면도가 도 2에서 나타내어진다. 섬유 (60)은 코어 (70), 클래딩 (80), 제 1 코팅 (90) 및 제 2 코팅 (100)을 포함한다. 클래딩 (80)은 제 1 내부 클래딩 영역 (81), 제 2 내부 클래딩 영역 (83), 및 외부 클래딩 영역 (85)를 포함한다.
코어 및 클래딩은 실리카 또는 실리카계 유리일 수 있고, 업도판트 또는 다운도판트를 선택적으로 포함할 수 있다. 실리카계 유리는 알칼리 금속, 알칼리 토 금속, 또는 III족 원소 (예컨대, B, Al), 또는 V족 원소 (예컨대, P)에 의해 개질된 실리카 유리일 수 있다. 코어의 반경은 단일-모드 섬유의 경우 4-10 ㎛ 범위일 수 있다. 클래딩은 굴절률 프로파일이 다른 둘 이상의 영역을 포함할 수 있고, 적어도 50 ㎛, 또는 적어도 55 ㎛, 또는 적어도 60 ㎛, 또는 62.5 ㎛의 외부 반경까지 연장될 수 있다.
코어를 가로질러 굴절률은 일정하거나 또는 변할 수 있다. 코어 굴절률은 코어의 중심 또는 부근에서 최대일 수 있고, 외부 코어 경계의 방향으로 연속적으로 감소할 수 있다. 코어 굴절률 프로파일은 가우시안 (Gaussian) 프로파일, 슈퍼-가우시안 프로파일, α-프로파일, 또는 스텝(step) 프로파일일 수 있거나 또는 이와 가까울 수 있다.
클래딩은 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함할 수 있고, 여기서 내부 클래딩 영역은 외부 클래딩 영역보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 내부 클래딩 영역의 굴절률은 일정하거나 또는 연속적으로 변할 수 있다. 내부 클래딩 영역은 내부 클래딩 영역의 내부 경계로부터 내부 클래딩 영역의 외부 경계로 연속적으로 감소하는 굴절률을 가질 수 있다. 연속적인 감소는 선형적 감소일 수 있다. 내부 클래딩 영역의 굴절률은 코팅된 섬유의 굴절률 프로파일에서 트렌치 (trench)를 형성할 수 있다. 트렌치는 감소된 굴절률 영역이고, 직사각형 또는 삼각형일 수 있다. 외부 클래딩 영역은 일정하거나 또는 연속적으로 변하는 굴절률을 가질 수 있다. 내부 코어 영역의 최소 굴절률은 외부 클래딩 영역의 최대 굴절률보다 더 작을 수 있다.
클래딩은 코어에 인접한 제 1 내부 클래딩 영역, 및 제 1 내부 클래딩 영역과 외부 클래딩 영역의 사이에 배치된 제 2 내부 클래딩 영역을 포함할 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 최소 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역의 최대 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 외부 클래딩 영역의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 최소 굴절률은 외부 클래딩 영역의 최대 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 최소 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역의 최대 굴절률보다 더 낮을 수 있다.
제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 일정하거나 또는 변할 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역은 제 2 내부 클래딩 영역의 내부 경계로부터 제 2 내부 클래딩 영역의 외부 경계로 연속적으로 감소하는 굴절률을 가질 수 있다. 연속적인 감소는 선형적 감소일 수 있다. 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 코팅된 섬유의 굴절률 프로파일에서 트렌치를 형성할 수 있다. 트렌치는 감소된 굴절률 영역이고, 직사각형이나 또는 삼각형일 수 있다. 감소된 굴절률 영역은 %㎛2 단위로 다음과 같은 프로파일 모트 (moat) 부피, V3에 의해 특징될 수 있다:
Figure 112020134284301-pat00004
모트 부피의 크기 |V3|는 적어도 30 %㎛2, 또는 적어도 50 %㎛2, 또는 적어도 65 %㎛2일 수 있다. 모트 부피의 크기 |V3|는 또한 80 %㎛2 미만, 또는 75 %㎛2 미만, 또는 30 %㎛2 내지 80 %㎛2일 수 있다. 용어 "모트" 및 "트렌치"는 여기서 상호교환적으로 사용된다.
코어 및 클래딩에 대한 대표적인 굴절률 프로파일은 도 3a 및 3b에서 제시된다. 도 3a는 외부 반경 r1 및 굴절률 Δ1 을 갖는 코어 (1), 반경 방향 위치 r1으로부터 반경 방향 위치 r2까지 연장하고 굴절률 Δ2을 갖는 제 1 내부 클래딩 영역 (2), 반경 방향 위치 r2으로부터 반경 방향 위치 r3까지 연장하고 굴절률 Δ3을 갖는 제 2 내부 클래딩 영역 (3), 및 반경 방향 위치 r3으로부터 반경 방향 위치 r4까지 연장하고 굴절률 Δ4을 갖는 외부 클래딩 영역 (4)을 갖는 섬유 (101)에 대한 직사각형 트렌치 프로파일을 나타낸다. 도 3a의 프로파일에서, 제 2 내부 클래딩 영역 (3)은 직사각형 트렌치로서 여기서 참조될 수 있고, 제 1 내부 클래딩 영역 (2) 및 외부 클래딩 영역 (4)의 굴절률보다 미만인 일정한 굴절률을 가질 수 있다. 코어 (1)는 프로파일에서 가장 높은 굴절률을 가질 수 있다. 코어 (1)는 중심선에서 또는 중심선 부근에서 더 낮은 굴절률 영역을 포함할 수 있다 (당해 분야에서는 "중심선 딥 (centerline dip)"으로서 알려짐). 제 1 내부 클래딩 영역 (2)은 선택적이고 제거될 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 3b는 반경 r1 및 최대 Δ1MAX를 갖는 굴절률 Δ1 을 갖는 코어 (1), 반경 방향 위치 r1으로부터 반경 방향 위치 r2까지 연장하고 굴절률 Δ2을 갖는 제 1 내부 클래딩 영역 (2), 반경 방향 위치 r2으로부터 반경 방향 위치 r3까지 연장하고 최소 Δ3MIN를 갖는 굴절률 Δ3을 갖는 제 2 내부 클래딩 영역 (3), 및 반경 방향 위치 r3으로부터 반경 방향 위치 r4까지 연장하고 굴절률 Δ4을 갖는 외부 클래딩 영역 (4)을 갖는 섬유 (101)에 대한 삼각형 트렌치 프로파일을 나타낸다. 도 3b의 프로파일에서, 제 2 내부 클래딩 영역 (3)은 삼각형 트렌치로서 여기서 참조될 수 있고, 반경 방향 위치 r2 내지 r3에서 연속적으로 감소하는 굴절률을 가질 수 있고, 여기서 삼각형 트렌치의 평균 및 최소 굴절률은 제 1 내부 클래딩 영역 (2) 및 외부 클래딩 영역 (4)의 굴절률보다 미만일 수 있다. 코어 (1)는 프로파일에서 가장 높은 굴절률을 가질 수 있다. 코어 (1)는 Δ1MAX보다 미만의 굴절률을 갖는 중심선에서 또는 중심선 부근에서 더 낮은 굴절률 영역을 포함할 수 있다. 제 1 내부 클래딩 영역 (2)은 선택적이고 제거될 수 있다는 것을 알아야 한다.
코어 및 클래딩의 굴절률 프로파일은 실리카 또는 실리카계 유리에서 도판트 도는 개질제의 공간적 분포의 조절을 통해 달성될 수 있다. 업도판트 (예컨대, GeO2, Al2O3, P2O5, TiO2, Cl, Br)는 증가된 굴절률의 영역을 생성시키도록 사용될 수 있고, 다운도판트 (예컨대, F, B2O3, 비-주기성 보이드)는 감소된 굴절률의 영역을 생성시키도록 사용될 수 있다. 일정한 굴절률의 영역은 도핑을 하지 않거나 또는 균일한 농도로 도핑함으로써 형성될 수 있다. 가변적인 굴절률의 영역은 도판트의 비-균일 공간적 분포를 통해 형성될 수 있다. 도 3b에서 나타난 삼각형 트렌치는, 예를 들면, 다운도판트로서 F를 비-균일 공간적 농도 프로파일과 병합함으로써 설정될 수 있다. 반경방향 위치 r2에서의 F의 농도는 반경방향 위치 r3에서의 F의 농도보다 미만일 수 있다.
코팅된 섬유는 코어 및 제 1 내부 클래딩 영역의 사이에서, 또는 제 1 내부 클래딩 영역 및 제 2 내부 클래딩 영역의 사이에서, 또는 제 2 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역의 사이에서, 또는 외부 클래딩 영역 및 제 1 코팅의 사이에서, 또는 제 1 코팅 및 제 2 코팅의 사이에서 중첩된 (interposed) 영역을 포함할 수 있다. 섬유는, 외부 반경 r1 및 최대값 Δ1MAX 및 최소값 Δ1MIN 을 갖는 굴절률 Δ1을 갖는 코어, 외부 반경 r2을 갖고 최대값 Δ2MAX 및 최소값 Δ2MIN을 갖는 굴절률 Δ2을 갖는 제 1 내부 클래딩 영역, 외부 반경 r3을 갖고 최대값 Δ3MAX 및 최소값 Δ3MIN을 갖는 굴절률 Δ3을 갖는 제 2 내부 클래딩 영역, 외부 반경 r4을 갖고 최대값 Δ4MAX 및 최소값 Δ4MIN을 갖는 굴절률 Δ4을 갖는 외부 클래딩 영역, 외부 반경 r5를 갖는 제 1 코팅, 및 외부 반경 r6을 갖는 제 2 코팅을 가질 수 있고, 여기서 r6> r5> r4> r3> r2> r1이다.
본 코팅된 섬유의 코어 및 클래딩은 당해 기술 분야에서 알려진 방법에 의해 단일-단계 작동 또는 다중-단계 작동으로 생산될 수 있다. 적절한 방법은, 이중 도가니 방법, 로드-인-튜브 (rod-in-tube) 절차, 및 도핑되고 침착된 (deposited) 실리카 공정, 또한 보통 지칭되는 화학 기상 침착 ("CVD") 또는 증기 상 산화 (vapor phase oxidation)를 포함한다. 다양한 CVD 공정은 알려져 있고, 여기서 예시적인 구체예의 코팅된 광 섬유에서 사용된 코어 및 클래딩 층을 생산하는데 적절하다. CVD 공정은 외부 CVD 공정, 축 기상 침착 (axial vapor deposition) 공정, 변형 CVD (MCVD), 내부 기상 침착 (inside vapor deposition), 및 플라즈마-강화 CVD (PECVD)를 포함한다.
코팅된 섬유의 유리 부분은 실리카 유리에 대하여 예를 들면 약 2000 ℃의 유리를 연화시키기에 충분한 온도까지 국부적으로 및 대칭적으로 가열된 특별히 준비된, 원통형 프리폼 (preform)으로부터 인발 (drawn)될 수 있다. 프리폼이, 예를 들면, 가열로 안으로 및 통하여 프리폼을 투입함으로써 가열되면서, 유리 섬유는 용융 물질로부터 인발된다. 예를 들면, 미국 특허 제7,565,820호; 제5,410,567호; 제7,832,675호; 및 제6,027,062호를 참조하고, 이들의 개시는 섬유 제조 공정에 관한 추가적인 상세한 내용을 위해 참조로서 여기에 병합된다.
제 1 코팅은 제 2 코팅보다 더 낮은 모듈러스를 가질 수 있다. 제 1 코팅은 경화성 (curable) 올리고머를 포함하는 제 1 조성물로부터 형성될 수 있다. 경화성 제 1 조성물은 모노머, 중합 개시제, 및 하나 이상의 첨가제를 또한 포함할 수 있다. 여기서 다르게 특정하거나 시사하지 않는 한, 경화성 제 1 조성물에서 특정 성분의 중량 퍼센트 (wt%)는 첨가제-없는 기준에서 경화성 제 1 조성물에서 존재하는 성분의 양을 의미한다. 일반적으로, 모노머, 올리고머, 및 개시제의 중량 퍼센트의 합은 100%이다. 존재하는 경우, 첨가제의 양은 모노머, 올리고머, 및 개시제의 조합된 양에 대하여 백분의 일 (parts per hundred, pph) 단위로 여기서 보고된다. 1 pph 수준으로 존재하는 첨가제는, 예를 들면, 모노머, 올리고머, 및 개시제의 조합된 매 100 g에 대하여 1 g의 양으로 존재한다.
경화성 제 1 조성물의 올리고머는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 또는 하나 이상의 우레탄 그룹을 포함하는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 또는 하나 이상의 지방족 (aliphatic) 우레탄 그룹을 포함하는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 또는 단일 우레탄 그룹을 포함하는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 또는 단일 지방족 우레탄 그룹을 포함하는 우레탄 아크릴레이트 올리고머일 수 있다. 우레탄 그룹은 이소시아네이트 그룹 및 알코올 그룹 간의 반응으로부터 형성될 수 있다.
올리고머는 아크릴레이트-말단화된 올리고머일 수 있다. 제 1 경화성 조성물에서 사용을 위한 바람직한 아크릴레이트-말단화된 올리고머는 다음을 포함한다: BR3731, BR3741, BR582 및 KWS4131, Dymax Oligomers & Coatings. 공급; 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 올리고머 (예를 들면, CN986, Sartomer Company 공급); 폴리에스테르 우레탄 아크릴레이트 올리고머 (예를 들면, CN966 및 CN973, Sartomer Company 공급, 및 BR7432, Dymax Oligomers & Coatings 공급); 폴리에테르 아크릴레이트 올리고머 (예를 들며, GENOMER 3456, Rahn AG 공급); 및 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 (예를 들며, EBECRYL 80, 584 및 657, Cytec Industries Inc. 공급). 다른 올리고머는 미국 특허 제4,609,718호; 제4,629,287호; 및 제4,798,852호 기재되고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
제 1 경화성 조성물의 올리고머는 약 4000 g/mol 이상의 수평균분자량 (M n )을 갖는 소프트 블록을 포함할 수 있다. 그런 올리고머의 예는 미국 특허 출원 제09/916,536호에 기재되고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다. 올리고머는 유연성 뼈대, 낮은 다분산성 9polydispersities)을 가질 수 있고, 및/또는 낮은 가교 밀도의 경화 코팅을 제공할 수 있다.
올리고머는 코팅 성질을 조절하기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 제 1 경화성 조성물의 전체 올리고머 함량은 약 5 wt% 내지 약 95 wt%, 또는 약 25 wt% 내지 약 65 wt%, 또는 약 35 wt% 내지 약 55 wt%일 수 있다.
제 1 경화성 조성물의 모노머 성분은 올리고머와 양립가능하고, 낮은 점도 제제 (formulation)를 제공하고, 및/또는 제 1 코팅의 굴절률을 증가시키도록 선택될 수 있다. 모노머는 또한 감소된 겔 시간 및 낮은 모듈러스를 갖는 경화성 조성물을 제공하도록 선택될 수 있다. 제 1 경화성 조성물은 단일 모노머 또는 모노머의 조합을 포함할 수 있다. 모노머는 에틸렌성(ethylenically)-불포화 화합물, 에톡시레이티드 (ethoxylated) 아크릴레이트, 에톡시레이티드 알킬페놀모노아크릴레이트, 프로필렌 옥사이드 아크릴레이트, n-프로필렌 옥사이드 아크릴레이트, 이소프로필렌 옥사이드 아크릴레이트, 단일작용기 (monofunctional) 아크릴레이트, 단일작용기 지방족 에폭시 아크릴레이트, 다중 작용기성 아크릴레이트, 다중 작용기성 지방족 에폭시 아크릴레이트, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 모노머 성분은 R1 및 R2는 지방족, 방향족, 또는 양쪽의 혼합물이고, n=1 내지 10인일반식 R2-R1-O-(CH2CH3CH-O)n-COCH=CH2, 또는 R1은 지방족 또는 방향족이고, n=1 내지 10인 일반식 R1-O-(CH2CH3CH-O)n-COCH=CH2을 포함할 수 있다. 대표적인 예는 다음과 같은 에틸렌성 불포화 모노머를 포함한다: 라우릴 아크릴레이트 (예를 들면, SR335, Sartomer Company, Inc. 공급, AGEFLEX FA12, BASF 공급, 및 PHOTOMER 4812, IGM Resins 공급), 에톡시레이티드 노닐페놀 아크릴레이트 (예를 들면, SR504, Sartomer Company, Inc. 공급 및 PHOTOMER 4066, IGM Resins 공급), 카프로락톤 아크릴레이트 (예를 들면, SR495, Sartomer Company, Inc. 공급, 및 TONE M-100, Dow Chemical 공급), 페녹시에틸 (phenoxyethyl) 아크릴레이트 (예를 들면, SR339, Sartomer Company, Inc. 공급, AGEFLEX PEA, BASF 공급, 및 PHOTOMER 4035, IGM Resins 공급), 이소옥틸 아크릴레이트 (예를 들면, SR440, Sartomer Company, Inc. 공급 및 AGEFLEX FA8, BASF 공급), 트리데실 아크릴레이트 (예를 들면, SR489, Sartomer Company, Inc. 공급), 이소보르닐 (isobornyl) 아크릴레이트 (예를 들면, SR506, Sartomer Company, Inc. 공급 및 AGEFLEX IBOA CPS Chemical Co. 공급), 테트라히드로푸르푸릴 (tetrahydrofurfuryl) 아크릴레이트 (예를 들면, SR285, Sartomer Company, Inc. 공급), 스테아릴 아크릴레이트 (예, SR257, Sartomer Company, Inc. 공급), 이소데실 아크릴레이트 (예를 들면, SR395, Sartomer Company, Inc. 공급 및 AGEFLEX FA10, BASF 공급), 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트 (예를 들면, SR256, Sartomer Company, Inc. 공급), 에폭시 아크릴레이트 (예를 들면, CN120, Sartomer Company 공급, 및 EBECRYL 3201 및 3604, Cytec Industries Inc. 공급), 라우릴옥시글리시딜 아크릴레이트 (예를 들면, CN130, Sartomer Company 공급) 및 페녹시글리시딜 아크릴레이트 (예를 들면, CN131, Sartomer Company 공급) 및 이들의 조합.
제 1 경화성 조성물의 모노머 성분은 또한 다중 작용기성 (메트)아크릴레이트를 포함할 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 용어 "(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다. 다중 작용기성 (메트)아크릴레이트는 분자 당 두 개 이상의 중합가능한 (메트)아크릴레이트 모이에티 (moieties)를 갖는 (메트)아크릴레이트이다. 다중 작용기성 (메트)아크릴레이트는 분자 당 세 개 이상의 중합가능한 (메트)아크릴레이트 모이에티를 가질 수 있다. 다중 작용기성 (메트)아크릴레이트의 예는 다음을 포함한다: 디펜타에리쓰리톨 모노히드록시 펜타아크릴레이트 (예를 들면, PHOTOMER 4399, IGM Resins 공급); 트리메틸롤프로판 (trimethylolpropane) 트리아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판 테트라아크릴레이트와 같은 알콕시레이션을 갖는 및 갖지 않은 메틸롤프로판 폴리아크릴레이트 (예를 들면, PHOTOMER 4355, IGM Resins 공급); 알콕시레이티드 글리세릴 트리아크릴레이트, 예를 들면, 3 이상인 프로폭시레이션 (propoxylation)을 갖는 프로폭시레이티드 글리세릴 트리아크릴레이트 (예를 들면, PHOTOMER 4096, IGM Resins 공급); 및 알콕시레이션을 갖는 및 갖지 않는 에리쓰리톨 폴리아크릴레이트, 예를 들면, 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트 (예를 들면, SR295, Sartomer Company, Inc. 공급 (Westchester, Pa.)), 에톡시레이티드 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트 (예를 들면, SR494, Sartomer Company, Inc. 공급), 디펜타에리쓰리톨 펜타아크릴레이트 (예를 들면, PHOTOMER 4399, IGM Resins 공급, 및 SR399, Sartomer Company, Inc. 공급), 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 프로폭시레이티드 헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 테트라프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 펜타프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트. 다중 작용기성 (메트)아크릴레이트는 제 1 경화성 조성물에 0.05 - 15 wt%, 또는 0.1 - 10 wt%의 농도로 존재할 수 있다.
제 1 경화성 조성물의 모노머 성분은 N-비닐 락탐, 또는 N-비닐 피르롤리디논, 또는 N-비닐 카프로락탐과 같은 N-비닐 아마이드를 포함할 수 있다. N-비닐 아마이드 모노머는 제 1 경화성 조성물에 0.1 - 40　wt%, 또는 2 - 10 wt%의 농도로 존재할 수 있다.
경화성 제 1 코팅 조성물은 하나 이상의 단일작용기 (메트)아크릴레이트 모노머를 5 - 95 wt%, 또는 30 - 75 wt%, 또는 40 - 65 wt%로 포함할 수 있다. 경화성 제 1 코팅 조성물은 하나 이상의 단일작용기 지방족 에폭시 아크릴레이트 모노머를 5 - 40 wt%, 또는 10 - 30 wt%로 포함할 수 있다.
제 1 경화성 조성물의 모노머 성분은 히드록시작용기 모노머를 포함할 수 있다. 히드록시작용기 모노머는 (메트)아크릴레이트와 같은 다른 반응성 작용성 (functionality)에 더하여 펜단트 (pendant) 히드록시 모이에티를 갖는 모노머이다. 펜단트 히드록실 그룹을 포함하는 히드록시작용기 모노머의 예는 다음을 포함한다: 카프로락톤 아크릴레이트 (Dow Chemical이 TONE M-100로서 공급); 폴리(알킬렌 글리콜) 모노(메트)아크릴레이트, 예를 들면, 폴리(에틸렌 글리콜) 모노아크릴레이트, 폴리(프로필렌 글리콜) 모노아크릴레이트, 및 폴리(테트라메틸렌 글리콜) 모노아크릴레이트 (Monomer, Polymer & Dajac Labs 공급); 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 3-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 및 4-히드록시부틸 (메트)아크릴레이트 (Aldrich 공급).
히드록시작용기 모노머는 광 섬유에 제 1 코팅의 접착을 개선시키기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 히드록시작용기 모노머는 제 1 경화성 조성물에 약 0.1 wt% 내지 약 25 wt%, 또는 약 5　wt% 내지 약 8 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 히드록시작용기 모노머의 사용은 광 섬유에 제 1 코팅의 적절한 접착을 위해 필요한 접착 촉진제의 양을 감소시킬 수 있다. 히드록시작용기 모노머의 사용은 또한 제 1 코팅의 친수성을 증가시키는 경향이 있을 수 있다. 히드록시작용기 모노머는 미국 특허 제6,563,996호에 좀더 상세하게 기재되고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
제 1 경화성 조성물의 전체 모노머 함량은 약 5 wt% 내지 약 95 wt%, 또는 약 30 wt% 내지 약 75 wt%, 또는 약 40 wt% 내지 약 65 wt%일 수 있다.
제 1 경화성 조성물에 존재하는 모노머는 0.1 내지 40　wt% 또는 2 내지 10 wt%의 농도의 N-비닐 아마이드 모노머를, 5 내지 95 wt%, 또는 25 내지 65 wt%, 또는 35 내지 55 wt%의 하나 이상의 2작용기 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 조합하여 포함할 수 있다.
제 1 코팅 조성물은 약 5 내지 95 중량%의 하나 이상의 단일작용기 (메트)아크릴레이트 모노머; 약 0.1 내지 40 중량%의 N-비닐 아마이드 모노머; 및 이소시아네이트와 반응하여 우레탄을 형성하는 폴리올을 포함하고, 약 5 내지 95 wt%로 존재하는 하나 이상의 2 작용기 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함할 수 있다. 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜일 수 있고, 이소시아네이트는 지방족 디이소시아네이트일 수 있다.
제 1 코팅 조성물은 약 40 내지 65 중량%의 하나 이상의 단일 작용기 (메트)아크릴레이트 모노머; 약 2 내지 10 중량%의 N-비닐 아마이드 모노머; 및 약 35 내지 60 중량%의 하나 이상의 폴리프로필렌 글리콜계 2 작용기 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함할 수 있다.
제 1 코팅의 유리 전이 온도는 낮은 온도에서 섬유의 마이크로굽힘 성능에 영향을 줄 수 있다. 제 1 코팅은 코팅된 광 섬유의 가장 낮은 계획된 사용 온도보다 미만의 유리 전이 온도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 제 1 코팅의 유리 전이 온도는 -15 ℃ 이하, 또는 -25 ℃ 이하, 또는 -30 ℃ 이하, 또는 -40 ℃ 이하일 수 있다. 제 1 코팅의 유리 전이 온도는 -60 ℃ 초과, 또는 -50 ℃ 초과, 또는 -40 ℃ 초과일 수 있다. 제 1 코팅의 유리 전이 온도는 -60 ℃ 내지 -15 ℃, 또는 -60 ℃ 내지 -30 ℃, 또는 -60 ℃ 내지 -40 ℃, 또는 -50 ℃ 내지 -15 ℃, 또는 -50 ℃ 내지 -30 ℃, 또는 -50 ℃ 내지 -40 ℃일 수 있다.
제 1 코팅은 제 2 코팅보다 더 낮은 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 낮은 모듈러스는 섬유의 외부가 굽혀지거나 또는 외부 힘에 적용되는 경우 발생하는 내부 응력을 효율적으로 소산 (dissipating) 시킴으로써 제 1 코팅이 코어 및 클래팅을 보호하는 것을 허용할 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 제 1 코팅의 인 시츄 (in situ) 모듈러스는 이제 기재되는 기술에 의해 측정된 모듈러스이다.
6-인치 섬유 샘플은 제 1 코팅의 인 시츄 모듈러스의 측정을 위해 사용된다. 6-인치 샘플의 중심으로부터 1-인치 섹션 (section)은 윈도우 스트립되고 (window-stripped), 이소프로필 알코올 (isopropyl alcohol)로 닦아낸다. 상기 샘플은, 샘플이 접착되는 10 x 5 mm 알루미늄 탭들이 갖춰진 샘플 홀더/얼라이먼트 스테이지 (alignment stage) 상에 장착된다. 2 개의 탭들은 10mm 길이가 수평으로 놓여 2 개의 탭들 사이에 5mm 갭을 갖도록 설정된다. 섬유는 탭들을 가로질러 샘플 홀더 상에 수평으로 놓인다. 섬유의 코팅된 말단은 탭들 간에서 5mm 공간 중간으로 뻗어가되, 하나의 탭 상에 위치하여 뻗어가고, 스트립된 유리는 5mm 갭의 나머지 절반에 걸쳐 위치하되, 다른 탭 상에 위치한다. 샘플은 줄세워지고 (lined up), 그 다음 밖으로 비켜져, 접착제의 작은 점 (small dot)이 5 mm에 가장 가까운 각각의 탭의 절반에 적용될 수 있다. 그 다음, 섬유는 다시 가져와 탭들에 걸치고, 중앙에 두게 된다. 그 다음, 얼라이먼트 스테이지는 접착제가 섬유에 딱 접촉할 때까지 상승된다. 그 다음, 코팅된 말단은 접착제를 통하여 당겨지고, 그 결과, 탭들 사이의 5mm 갭의 대부분은 스트립된 유리이다. 코팅된 말단의 맨 끝 (very tip)은 탭 상의 접착제를 넘어 뻗어진 채 남겨지고, 이로써, 측정될 영역은 노출되어 남는다. 샘플은 건조된다. 탭들에 고정된 섬유의 길이는 5mm까지 다듬어진다. 접착제에 박힌 코팅된 길이, (탭들 사이에서) 박히지 않은 길이, 및 말단-면 (end-face) 제 1 직경은 측정된다.
측정은 Rheometrics DMTA IV과 같은 장치 상에서 9e-6 (1/s)의 일정한 변형으로 실온 (~21 ℃)에서 45 분 동안 실행 수행될 수 있다. 계측 길이는 15mm이다. 힘 및 길이의 변화는 기록되고, 제 1 모듈러스의 계산을 위해 사용된다. 샘플들은 섬유와의 접촉이 없는 것을 보장하여 샘플이 클램프들에 정면으로 확보되도록 15mm의 클램핑 길이(clamping length)와 간섭을 하려는 탭들로부터 어떤 에폭시를 제거함으로써 준비된다. 장치 힘이 0이 되면, 비-코팅된 말단은 하부 클램프 (측정 프로브)에 설치된다. 섬유의 코팅된 말단을 포함하는 탭은 상부 (고정) 클램프에 설치된다. 그 다음, 테스트는 실행되고, 샘플은 분석이 완료되면 제거된다.
제 1 코팅의 인 시츄 모듈러스는 1 MPa 이하, 또는 0.50 MPa 이하, 또는 0.25 MPa 이하, 또는 0.20 MPa 이하, 또는 0.19 MPa 이하, 또는 0.18 MPa 이하, 또는 0.17 MPa 이하, 또는 0.16 MPa 이하, 또는 0.15 MPa 이하, 또는 0.01 MPa 내지 1.0 MPa, 또는 0.01 MPa 내지 0.50 MPa, 또는 0.01 MPa 내지 0.20 MPa일 수 있다.
제 1 경화성 조성물은 또한 중합 개시제, 항산화제, 및 당업자에게 잘 알려진 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
중합 개시제는 제 1 코팅을 형성하기 위해 제 1 조성물의 경화 (curing)와 연관된 중합 공정의 개시를 용이하게 할 수 있다. 중합 개시제는 열 개시제, 화학 개시제, 전자 빔 개시제, 및 광개시제를 포함할 수 있다. 많은 (메트)아크릴레이트계 코팅 제제의 경우, 케토닉 광개시성 첨가제 및/또는 포스핀 옥사이드 첨가제와 같은 광개시제가 사용될 수 있다. 본 개시의 제 1 코팅의 광제제 (photoformation)에서 사용되는 경우, 광개시제는 빠른 자외선 경화를 제공하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다.
적절한 광개시제는 다음을 포함할 수 있다: 1-히드록시시크로헥실페닐 케톤 (예를 들면, IRGACURE 184, BASF 공급); 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸포스핀 옥사이드 (예를 들면, 상업적 블렌드로 IRGACURE 1800, 1850, 및 1700, BASF 공급); 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 (예를 들면, IRGACURE 651, BASF 공급); 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 (IRGACURE 819); (2,4,6-트리메틸벤조일)디페닐포스핀 옥사이드 (LUCIRIN TPO, BASF 공급 (뮌헨, 독일)); 에톡시(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 (LUCIRIN TPO-L, BASF 공급); 및 이들의 조합.
제 1 경화성 조성물의 광개시제 성분은 단일 광개시제 또는 두 개 이상의 광개시제의 조합으로 이루어질 수 있다. 제 1 경화성 조성물의 전체 광개시제 함량은 약 10 wt%까지, 또는 약 0.5 wt% 내지 약 6 wt%일 수 있다.
모노머, 올리고머, 및 중합 개시제에 더하여, 제 1 경화성 조성물은 다른 첨가제, 예를 들면, 접착 촉진제, 강도 첨가제, 반응성 희석제, 항산화제, 촉매, 안정제, 광학 증백제, 성질-강화 첨가제, 아민 공력제 (synergist), 왁스, 윤활제, 및/또는 슬립제 (slip agent)를 포함할 수 있다. 몇몇 첨가제는 중합 공정을 조절하도록 작동할 수 있고, 그럼으로써, 제 1 경화성 조성물로부터 형성된 중합 생산물의 물리적 성질 (예를 들면, 모듈러스, 유리 전이 온도)에 영향을 준다. 다른 첨가제는 제 1 경화성 조성물의 중합 생산물의 무결성 (integrity)에 영향을 줄 수 있다 (예를 들면, 해중합 (de-polymerization) 또는 산화성 분해에 대한 보호). 예를 들면, 제 1 경화성 조성물은 미국 특허 제6,326,416호 및 제6,539,152호에 기재된 바와 같이 운반체 (carrier)를 포함할 수 있고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
제 1 경화성 조성물에 접착 촉진제를 포함하는 것은 바람직할 수 있다. 접착 촉진제는 클래딩에 제 1 코팅 및/또는 제 1 조성물의 접착을 용이하게 할 수 있는 화합물이다. 적절한 접착 촉진제는 알콕시실란, 오르가노티타네이트, 및 지르코네이트를 포함한다. 대표적인 접착 촉진제는 하기를 포함하고: 3-머캡토프로필-트리알콕시실란 (예를 들면, 3-MPTMS, Gelest 공급 (Tullytown, Pa.)); 비스(트리알콕시실릴-에틸)벤젠; 아크릴옥시프로필트리알콕시실란 (예를 들면, (3-아크릴옥시프로필)-트리메톡시실란, Gelest 공급), 메타크릴옥시프로필트리알콕시실란, 비닐트리알콕시실란, 비스(트리알콕시실릴에틸)헥산, 알릴트리알콕시실란, 스티릴에틸트리알콕시실란, 및 비스(트리메톡시실릴에틸)벤젠 (United Chemical Technologies 공급 (Bristol, Pa.)); 미국 특허 제6,316,516호를 참조하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
접착 촉진제는 제 1 조성물에 약 0.02 pph 내지 약 10 pph, 또는 약 0.05 pph 내지 4 pph, 또는 약 0.1 pph 내지 약 2 pph, 또는 약 0.1 pph 약 1 pph의 양으로 존재할 수 있다.
*제 1 코팅 조성물은 또한 강도 첨가제 (strength additive)를 미국 공개 특허 제 20030077059호에 기재된 바와 같이 포함할 수 있고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다. 대표적인 강도 첨가제는 머캡토-작용기 (mercapto-functional) 화합물, 예를 들면, N-(터트-부톡시카르보닐)-L-시스테인 메틸 에스테르, 펜타에리쓰리톨테트라키스(3-머캡토프로피오네이트), (3-머캡토프로필)-트리메톡시실란; (3-머캡토프로필)트리메톡시실란, 및 도데실 머캡탄을 포함한다. 강도 첨가제는 제 1 경화성 조성물에 약 1 pph 미만, 또는 약 0.5 pph 미만, 또는 약 0.01 pph 내지 약 0.1 pph의 양으로 존재할 수 있다.
대표적인 항산화제는 티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디-터트-부틸)-4-히드록시-페닐) 프로피오네이트] (예를 들면, IRGANOX 1035, BASF 공급)이다.
제 1 경화성 조성물에 광학 증백제 (optical brightener)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 대표적인 광학 증백제는 TINOPAL OB (BASF 공급); Blankophor KLA (Bayer 공급); 비스벤족사졸 (bisbenzoxazole) 화합물; 페닐쿠마린 (phenylcoumarin) 화합물; 및 비스(스티릴)비페닐 화합물을 포함한다. 광학 증백제는 제 1 경화성 조성물에 0.005pph-0.3 pph의 농도로 존재할 수 있다.
또한, 제 1 경화성 조성물에 아민 공력제 (amine synergist)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 대표적인 아민 공력제는 트리에탄올아민; 1,4-디아자비시클로 (diazabicyclo)[2.2.2]옥탄 (DABCO), 트리에틸아민, 및 메틸디에탄올아민을 포함한다. 아민 공력제는 0.02 pph-0.5 pph의 농도로 존재할 수 있다.
제 2 코팅은 섬유를 기계적 손상 및 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 제 2 코팅은 하나 이상의 모노머를 포함한 경화성 제 2 조성물로부터 형성될 수 있다. 모노머는 에틸렌성 (ethylenically) 불포화 화합물을 포함할 수 있다. 경화성 제 2 조성물은 또한 하나 이상의 올리고머, 하나 이상의 중합 개시제, 및 하나 이상의 첨가제를 여기서 상세히 기재된 바와 같이 포함할 수 있다.
여기서 다르게 특정하거나 시사하지 않는 한, 경화성 제 2 조성물에서 특정 성분의 중량 퍼센트 (wt%)는 첨가제-없는 기준에서 경화성 제 2 조성물에서 존재하는 성분의 양을 의미한다. 일반적으로, 모노머, 올리고머, 및 개시제의 중량 퍼센트의 합은 100%이다. 존재하는 경우, 첨가제의 양은 모노머, 올리고머, 및 개시제의 조합된 양에 대하여 백분의 일 (parts per hundred, pph) 단위로 여기서 보고된다. 1 pph 수준으로 존재하는 첨가제는, 예를 들면, 모노머, 올리고머, 및 개시제의 조합된 매 100 g에 대하여 1 g의 양으로 존재한다.
비용을 절감하기 위하여, 제 2 조성물의 올리고머 함량 우레탄 올리고머 함량, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 함량은 최소화될 수 있다. 당해 분야에 알려진 일반적인 제 2 조성물에 비하여, 본 제 2 조성물의 올리고머 함량, 우레탄 올리고머 함량, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 함량은 특히 낮다. 올리고머, 우레탄 올리고머, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 본 개시의 제 2 조성물에서 소수 (minority) 성분으로서 존재하거나 또는 완전히 없을 수 있다. 올리고머, 우레탄 올리고머, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 제 2 조성물에 약 3 wt% 이하, 또는 약 2 wt% 이하, 또는 약 1 wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 제 2 조성물은 또한 올리고머, 우레탄 올리고머, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 없을 수 있다.
경화성 제 2 조성물의 모노머 성분은 하나 이상의 모노머를 포함할 수 있다. 하나 이상의 모노머는 제 2 조성물에 50 wt% 이상, 또는 약 75 wt% 내지 약 99 wt%, 또는 약 80 wt% 내지 99 wt%, 또는 약 85 wt% 내지 약 98 wt%의 양으로 존재할 수 있다.
경화성 제 2 조성물의 모노머 성분은 에틸렌성 불포화 화합물을 포함할 수 있다. 에틸렌성 불포화 모노머는 단일 작용기성이거나 또는 다 (poly) 작용기성일 수 있다. 작용기는 중합가능한 그룹 및/또는 가교를 용이하게 하거나 또는 가능하게 하는 그룹일 수 있다. 두 개 이상의 모노머의 조합에서, 구성 모노머는 단일작용기성, 다작용기성, 또는 단일작용기성 및 다작용기성 화합물의 조합일 수 있다. 에틸렌성 불포화 모노머에 대한 적절한 작용기는, 제한 없이, (메트)아크릴레이트, 아크릴아마이드, N-비닐 아마이드, 스티렌, 비닐 에테르, 비닐 에스테르, 산 에스테르, 및 이들의 조합을 포함한다.
예시적인 단일 작용기성 에틸렌성 불포화 모노머는 제한 없이 하기를 포함한다: 히드록시알킬 아크릴레이트, 예를 들면, 2-히드록시에틸-아크릴레이트, 2-히드록시프로필-아크릴레이트, 및 2-히드록시부틸-아크릴레이트; 긴- 및 짧은-사슬 알킬 아크릴레이트, 예를 들면, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 아밀 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 펜틸 아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헵틸 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 운데실 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 옥타데실 아크릴레이트, 및 스테아릴 아크릴레이트; 아미노알킬 아크릴레이트, 예를 들면, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 및 7-아미노-3,7-디메틸옥틸 아크릴레이트; 알콕시알킬 아크릴레이트, 예를 들면, 부톡시에틸 아크릴레이트, 페녹시에틸 (phenoxyethyl) 아크릴레이트 (예를 들면, SR339, Sartomer Company, Inc. 공급), 및 에톡시에톡시에틸 아크릴레이트; 단일 및 다중-고리 시클릭 방향족 또는 비-방향족 아크릴레이트, 예를 들면, 시클로헥실 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 디시클로펜타디엔 아크릴레이트, 디시클로펜타닐 아크릴레이트, 트리시클로데카닐 아크릴레이트, 보밀 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트 (예를 들면, SR423, Sartomer Company, Inc. 공급), 테트라히드로피우르푸릴(tetrahydrofiurfuryl) 아크릴레이트 (예를 들면, SR285, Sartomer Company, Inc. 공급), 카프로락톤 아크릴레이트 (예를 들면, SR495, Sartomer Company, Inc. 공급), 및 아크릴로일모르폴린; 알코올계 아크릴레이트, 예를 들면, 폴리에틸렌 글리콜 모노아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노아크릴레이트, 메톡시에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 에톡시디에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 및 여러가지 알콕시레이티드 알킬페놀 아크릴레이트, 예를 들면, 에톡시레이티드(4) 노닐페놀 아크릴레이트 (예를 들면, Photomer 4066, IGM Resins 공급); 아크릴아마이드, 예를 들면, 디아세톤 아크릴아마이드, 이소부톡시메틸 아크릴아마이드, N,N'-디메틸-아미노프로필 아크릴아마이드, N,N-디메틸 아크릴아마이드, N,N 디에틸 아크릴아마이드, 및 t-옥틸 아크릴아마이드; 비닐릭 화합물, 예를 들면, N-비닐피르롤리돈 및 N-비닐카프로락탐; 및 산 에스테르, 예를 들면, 말레익산 에스테르 및 푸마릭산 에스테르. 위에서 열거된 긴 및 짧은 사슬 알킬 아크릴레이트에 대하여, 짧은 사슬 알킬 아크릴레이트는 6 이하 탄소수를 갖는 알킬 그룹이고, 긴 사슬 알킬 아크릴레이트는 7 이상 탄소수를 갖는 알킬 그룹이다.
많은 적절한 모노머는 상업적으로 구할 수 있거나, 또는 당해 기술 분야에서 알려진 반응 계획을 사용하여 용이하게 합성된다. 예를 들면, 위에서 열거된 단일 작용기성 모노머의 대부분은 적당한 알코올 또는 아마이드를 아크릴산 또는 아크릴로일 클로라이드와 반응시켜 합성될 수 있다.
대표적인 다작용기성 에틸렌성 불포화 모노머는, 제한 없이, 2 이상의 알콕시레이션 정도 (degree of alkoxylation)를 갖는 에톡시레이티드 비스페놀 A와 같은 알콕시레이티드 비스페놀 A를 포함한다. 제 2 조성물의 모노머는 하기를 포함할 수 있다 : 에톡시레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트, 이것은 에톡시레이션 정도를 2 내지 약 30으로 가짐 (예를 들면, SR349 및 SR601, Sartomer Company, Inc. 공급, West Chester, Pa. 소재, 및 Photomer 4025 및 Photomer 4028, IGM Resins 공급), 또는 프로폭시레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트, 이것은 프로폭시레이션 정도를 2 이상, 예를 들면 2 내지 약 30으로 가짐; 알콕시레이션을 갖는 및 갖지 않은 메틸롤(methylol)프로판폴리아크릴레이트, 예를 들면, 에톡시레이티드 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 이것은 에톡시레이션 정도를 3 이상, 예를 들면 3 내지 30으로 가짐 (예를 들면, Photomer 4149, IGM Resins 공급, 및 SR499, Sartomer Company, Inc. 공급); 프로폭시레이티드-트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 이것은 프로폭시레이션 정도를 3 이상, 예를 들면, 3 내지 30으로 가짐 (예를 들면, Photomer 4072, IGM Resins 공급 및 SR492, Sartomer 공급); 디트리메틸롤프로판테트라아크릴레이트 (예를 들면, Photomer 4355, IGM Resins 공급); 알콕시레이티드 글리세릴트리아크릴레이트, 예를 들면, 프로폭시레이티드 글릴세릴트리아크릴레이트, 이것은 프로폭시레이션 정도를 3 이상으로 가짐(예를 들면, Photomer 4096, IGM Resins 공급 및 SR9020, Sartomer 공급); 알콕시레이션을 갖는 및 갖지 않는 에리쓰리톨폴리아크릴레이트, 예를 들면 펜타에리쓰리톨테트라아크릴레이트 (예를 들면, SR295, Sartomer Company, Inc. 공급 (West Chester, Pa.)), 에톡시레이티드 펜타에리쓰리톨테트라아크릴레이트 (예를 들면, SR494, Sartomer Company, Inc. 공급), 및 디펜타에리쓰리톨펜타아크릴레이트 (예를 들면, Photomer 4399, IGM Resins 공급, 및 SR399, Sartomer Company, Inc. 공급); 적절한 작용기성 이소시아누레이트 (isocyanurate)를 아클릴산 또는 아크릴로일 클로라이드와 반응시켜 형성된 이소시아누레이트폴리아크릴레이트, 예를 들면 트리스-(2-히드록시에틸) 이소시아누레이트트리아 (예를 들면, SR368, Sartomer Company, Inc. 공급) 및 트리스-(2-히드록시에틸) 이소시아누레이트 디아크릴레이트; 알콕시레이션을 갖는 및 갖지 않는 알코올, 예를 들면, 트리시클로데칸디메탄올 디아크릴레이트 (예를 들면, CD406, Sartomer Company, Inc. 공급) 및 에톡시레이티드 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 이것은 에톡시레이션 정도를 2 이상, 예를 들면 2 내지 30으로 가짐; 아크릴레이트를 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등에 첨가하여 형성된 에폭시 아크릴레이트 (예를 들면, Photomer 3016, IGM Resins 공급); 및 단일 및 여러-고리 시클릭 방향족 또는 비-방향족 폴리아크릴레이트, 예를 들면, 디시클로펜타디엔 디아크릴레이트 및 디시클로펜탄 디아크릴레이트.
중합가능한 모이에티로서의 작용기성에 더하여, 단일 작용기성 모노머는 또한 다른 목적으로 경화성 제 2 조성물에 포함될 수 있다. 단일 작용기성 모노머 성분은, 예를 들면, 경화물 (cured product)이 물을 흡수하고, 다른 코팅 물질에 접착하고, 또는 응력 하에서 행동하는 정도에 영향을 줄 수 있다.
제 2 조성물은 올리고머성 성분을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 위에서 나타낸 바와 같이, 만약 존재한다면, 올리고머는 제 2 조성물에 적은 구성으로서 존재할 수 있다. 하나 이상의 올리고머는 제 2 조성물에 존재할 수 있다. 제 2 조성물에 포함될 수 있는 올리고머의 하나의 부류는 에틸렌성 불포화 올리고머이다. 사용되는 경우, 적절한 올리고머는 단일 작용기성 올리고머, 다 작용기성 올리고머, 또는 단일 작용기성 올리고머 및 다 작용기성 올리고머의 조합일 수 있다. 만약 존재하는 경우, 제 2 조성물의 올리고머 성분은 지방족 및 방향족 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머, 우레아 (메트)아크릴레이트 올리고머, 폴리에스테르 및 폴리에테르 (메트)아크릴레이트 올리고머, 아크릴레이티드 아크릴릭 올리고머, 폴리부타디엔 (메트)아크릴레이트 올리고머, 폴리카보네이트 (메트)아크릴레이트 올리고머, 및 멜라민 (메트)아크릴레이트 올리고머 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제 2 조성물은 우레탄 그룹, 우레탄 아크릴레이트 화합물, 우레탄 올리고머, 또는 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 없을 수 있다.
제 2 조성물에서 올리고머성 성분은 2작용기성 올리고머를 포함할 수 있다. 2작용기성 올리고머는 하기 식 (I)에 따른 구조를 가지고,
F1-R1-[우레탄-R2-우레탄]m-R1-F1 (I),
여기서, F1은 독립적으로 반응성 작용기일 수 있고, 예를 들면, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아마이드, N-비닐 아마이드, 스티렌, 비닐 에테르, 비닐 에스테르, 또는 당해 기술 분야에 알려진 다른 작용기; R1 은, 독립적으로, -C2-12O-, -(C2-4-O)n-, -C2-12 O-(C2-4 O)n-, -C2-12 O-(CO-C2-5 O)n-, 또는 -C2-12 O-(CO-C2-5 NH)n-를 포함하며, 여기서 n은, 예를 들면 1 내지 10을 포함한, 1 내지 30의 전체 숫자이고; R2는 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리우레탄, 폴리우레아, 또는 이들의 조합일 수 있으며; 그리고 m은, 예를 들면 1 내지 5를 포함한, 1 내지 10의 전체 숫자이다. 식 (I)의 구조에서, 우레탄 모이에티는 R2 및/또는 R1과 디이소시아네이트의 반응으로부터 형성된 잔류물일 수 있다. 용어 "독립적으로"는 각각의 F1가 다른 F1와 다를 수 있다는 것을 나타내기 위해 여기서 사용되고, 이는 각각의 R1에 대해서도 같다.
경화성 제 2 조성물의 올리고머 성분은 다기능성 올리고머를 포함할 수 있다. 다기능성 올리고머는 하기 식 (II), 식 (III), 또는 식 (IV)에 따른 구조를 가질 수 있고,
다중우레탄-(F2-R1-F2)x (II)
폴리올-[(우레탄-R2-우레탄)m-R1-F2]x (III)
다중우레탄-(R1-F2)x (IV)
여기서, F2는 1 내지 3의 작용기를 독립적으로 나타낼 수 있고, 예를 들면, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아마이드, N-비닐 아마이드, 스티렌, 비닐 에테르, 비닐 에스테르, 또는 당해 기술 분야에 알려진 다른 작용기; R1은 -C2-12 O-, -(C2-4 -O)n-, -C2-12 O-(C2-4 -O)n-, -C2-12 O-(CO-C2-5 O)n-, 또는 -C2-12 O-(CO-C2-5 NH)n-를 포함할 수 있고, 여기서 n은, 예를 들면 1 내지 5를 포함한, 1 내지 10의 전체 숫자이고; R2는 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리우레탄, 폴리우레아, 또는 이들의 조합일 수 있으며; x는, 예를 들면 2 내지 5를 포함한, 1 내지 10의 전체 숫자이고; 그리고 m은, 예를 들면 1 내지 5를 포함한, 1 내지 10의 전체 숫자이다. 식 (II)의 구조에서, 다중 우레탄 그룹은 R2와 다중 이소시아네이트의 반응으로부터 형성된 잔류물일 수 있다. 비슷하게, 식 (III)의 구조에서 우레탄 그룹은 R2 및/또는 R1에 디이소시아네이트의 결합을 따라 형성된 반응 생산물일 수 있다.
우레탄 올리고머는 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트를 디히드릭 (dihydric) 폴리에테르 또는 폴리에스테르와, 가장 전형적으로는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리옥시알킬렌 글리콜과 반응시켜 준비될 수 있다. 우세하게 포화된 및 우세하게 비극성 지방족 디올을 선호하여 극성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 글리콜은 피해야 한다는 것을 제외하고는, 수분-저항성 올리고머는 유사한 방식으로 합성될 수 있다. 이들 디올은 에테르 또는 에세테르 그룹이 실질적으로 없을 수 있는 약 2-250 탄소 원자의 알칸 또는 알킬렌을 포함할 수 있다.
폴리우레아 요소 (elements)는 이들 방법에 의해 준비된 올리고머에, 예를 들면, 합성 과정 중 디올 또는 폴리올을 디아민 또는 폴리아민으로 치환함으로써, 병합될 수 있다. 합성에서 사용된 디아민 또는 폴리아민이 충분히 비극성이고 포화라서 시스템의 수분 저항성을 위태롭게 하는 것을 방지한다면, 제 2 코팅 조성물 내의 폴리우레아의 적은 비율의 존재는 코팅 성능에 유해하다고 고려되지 않는다.
유리 섬유 또는 제 1 또는 다른 층으로 이전에 코팅된 유리 섬유에, 중합 개시제의 적용 이후, 제 2 조성물의 중합 (경화)를 용이하게 하기 위해, 제 2 코팅 조성물은 중합 개시제를 또한 함유할 수 있다. 예시적인 구체예의 조성물에서 사용하기에 적절한 중합 개시제는 열 개시제, 화학적-방사 개시제, 전자 빔 개시제, 마이크로웨이브 개시제, 화학선-방사선 (actinic-radiation) 개시제, 광개시제를 포함할 수 있다. 많은 아크릴레이트계 코팅 제제 (formulations)에 대하여, 공지의 케토닉 광개시성 및/또는 포스핀 산화물 첨가제와 같은 광개시제가 사용될 수 있다. 조성물에 사용되는 경우, 광개시제는 급속 자외선 경화를 제공하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 광개시제는 약 0.5 wt% 내지 약 10 wt%, 또는 약 1.5 wt% 내지 약 7.5 wt%, 또는 약 3 wt%의 양으로 존재할 수 있다.
광개시제의 양은 코팅 조성물의 조기 겔화를 발생시키는 않으면서 타당한 경화 속도를 제공하기 위해 방사선 경화 (radiation cure)를 촉진하도록 조정될 수 있다. 바람직한 경화 속도는 90% 초과, 또는 95% 초과의 코팅 조성물의 경화를 일으키기에 충분한 속도일 수 있다. 주입 (dose) 대 모듈러스 곡선에서 측정된 바와 같이, 약 75 ㎛의 코팅 두께를 위한 경화 속도는, 예를 들면, 1.0 J/㎠ 미만, 또는 0.5 J/㎠ 미만일 수 있다.
적절한 광개시제는, 제한 없이, 다음을 포함할 수 있다: 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐 포스핀 옥사이드 (예를 들면, Lucirin TPO); 1-히드록시시클로헥실페닐 케톤 (예를 들면, Irgacure 184, BASF 공급); (2,6-디에톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드 (예를 들면, 상업적 혼합으로 Irgacure 1800, 1850, 및 1700, BASF 공급); 2,2-디메톡실-2-페닐 아세토페논 (예를 들면, Irgacure,651, BASF 공급); 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐 포스핀 옥사이드 (예를 들면, Irgacure 819, BASF 공급); (2,4,6-트리에틸벤조일)디페닐 포스핀 옥사이드 (예를 들면, 상업적 블렌드로 Darocur 4265, BASF 공급); 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(one) (예를 들면, 상업적 블렌드로 Darocur 4265, BASF 공급) 및 이들의 조합.
위에서 기재된 성분에 더하여, 제 2 코팅 조성물은 첨가제 또는 첨가제들의 조합을 선택적으로 포함할 수 있다. 대표적인 첨가제는, 제한 없이, 항산화제, 촉매, 윤활제, 낮은 분자량의 비-가교성 수지, 접착 촉진제, 및 안정제를 포함한다. 첨가제는 중합 공정을 조절하도록 작동할 수 있고, 그럼으로써, 조성물로부터 형성된 중합 생산물의 물리적 성질 (예를 들면, 모듈러스, 유리 전이 온도)에 영향을 준다. 첨가제는 조성물의 중합 생산물의 무결성 (integrity)에 영향을 줄 수 있다 (예를 들면, 해중합 (de-polymerization) 또는 산화성 분해에 대한 보호).
제 2 조성물은 티오디에틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸)-4-히드록시히드로시나메이트 (예를 들면, Irganox 1035, BASF 공급)을 항산화제로서 포함할 수 있다. 제 2 조성물은 아크릴레이티드 산 접착 촉진제 (예를 들면, Ebecryl 170, UCB Radcure (Smyrna Ga.) 공급)를 포함할 수 있다. 이들 물질의 선택과 관련된 고려뿐만 아니라, 제 2 코팅 물질에 사용을 위한 다른 적절한 물질은 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있고, 미국 특허 제4,962,992호 및 제5,104,433호에 기재되어 있으며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.
낮은 올리고머 함량을 갖고도, 본 제 2 조성물은 높은 인장 강도 및 높은 탄성 모듈러스 (영률)를 갖는 제 2 코팅 물질을 결과할 수 있다. 제 2 코팅은 제 1 코팅보다 더 높은 탄성 모듈러스 및 더 높은 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 제 2 코팅의 인 시츄 모듈러스는 이제 기재되는 기술에 의해 측정된 모듈러스이다.
제 2 인 시츄 모듈러스
제 2 인 시츄 모듈러스는 섬유 튜브-오프 (tube-off) 샘플을 사용하여 측정된다. 섬유 튜브-오프 샘플을 얻기 위해, 0.0055 인치 밀러 스트리퍼 (Miller stripper)는 코팅된 섬유의 말단으로부터 약 1 인치 아래에 첫 번째로 물린다. 스트리퍼로부터 연장한 섬유의 1-인치 영역을 액체 질소 스트림 안으로 담그고, 3 초간 유지한다. 그 다음, 섬유는 액체 질소의 스트림으로부터 꺼내지고, 재빨리 스트립 (strip)된다. 스트립된 섬유의 말단은 코팅이 제거되었는지 보증하기 위해 검사된다. 만약 코팅이 유리에 남아 있으면, 샘플은 다시 준비된다. 결과는 제 1 및 제 2 코팅의 중공 (hollow) 튜브이다. 유리, 제 1 코팅 및 제 2 코팅의 직경은 스트립되지 않은 섬유의 말단-면으로부터 측정된다.
제 2 인 시츄 모듈러스를 측정하기 위해, 섬유 튜브-오프 샘플은 Rheometrics DMTA IV 계기와 같은 계기를 가지고, 샘플 게이지 길이 11 mm에서 작동될 수 있다. 샘플의 너비, 두께, 및 길이는 결정되고, 계기의 작동 소프트웨어에 대한 입력으로서 제공된다. 샘플은 설치되고, 다음의 파라미터를 사용하여 주위 온도 (21℃)에서 타임 스윕 프로그램 (time sweep program)을 사용하여 실행된다:
진동수 : 1 Rad/sec
스트레인 (strain) : 0.3%
전체 시간 = 120 초
측정 당 시간 = 1 초
최초 정적 힘 = 15.0 [g]
정적 > 동적 힘 = 10.0 [%] 간격
완료되면, 마지막 다섯 E' (저장 모듈러스) 데이타 점들은 평균된다. 각각의 샘플은 전체 15 개 데이타 점들을 위해 3 번 실행된다 (각각의 실행에 대하여 새로운 샘플). 세 개 실행의 평균값은 제 2 인 시츄 모듈러스로서 보고된다.
본 개시의 제 2 조성물의 중합 생산물의 인장 강도는, 경화된 막대 (rod)의 형태로 준비되는 경우, 적어도 50 MPa일 수 있다. 상온 (~21 ℃)에서 경화된 코팅 막대에 대해 측정된 경우, 제 2 조성물의 경화된 생산물의 탄성 모듈러스는 약 1400 MPa 내지 약 2200 MPa, 또는 약 1700 MPa 내지 약 2100 MPa, 또는 약 1600 MPa 내지 약 3000 MPa일 수 있다. 제 2 코팅의 인 시츄 탄성 모듈러스는 1200 MPa 이상, 또는 1500 MPa 이상, 또는 1800 MPa 이상, 또는 2100 MPa 이상, 또는 2400 MPa 이상, 또는 2700 MPa 이상일 수 있다.
영률, 인장 강도 및 % 파단 신율
코팅 조성물은 인장 테스트를 위해 막대 샘플 형태로 준비된다. 막대는 경화성 조성물을 약 0.025"의 내부 직경을 갖는 Teflon® 튜브 안으로 주입시켜 준비된다. 막대 샘플은 약 2.4 J/㎠의 투여로 Fusion D 벌브 (bulb)를 사용하여 경화된다 (International Light의 Light Bug 모델 IL390에 의해 225-424 nm의 파장 범위에 걸쳐 측정됨). 경화 이후, Teflon® 튜브는 코팅 조성물의 막대 샘플을 제공하기 위해 벗겨진다. 경화된 막대는 50% 상대 습도 및 23 ℃에서 밤새 유지되도록 한다. 영률, 인장 강도, 및 % 파단 신율과 같은 성질들은 인장 테스트 계기 (예를 들면, Sintech MTS Tensile Tester, 또는 Instron Universal Material Test System)를 사용하여 결함-없는 막대 샘플에 대하여 51 mm의 게이지 길이 및 250 mm/min의 테스트 속도로 측정된다. 상기 성질들은 적어도 다섯 샘플의 평균으로서 결정되고, 결함있는 샘플은 평균에서 제외된다.
높은 모듈러스의 제 2 코팅은 기계적 손상에 대하여 섬유의 더 좋은 보호 및 더 좋은 마이크로굽힘 성능을 제공할 수 있다. 그러나, 섬유 성능을 궁극적으로 위태롭게 하는 제 2 코팅에서 윈드 유도 점 결함 (wind induced point defects, WIPD) 및 편평 점 (flat spots)과 같은 결함을 발생시키는 인발 공정의 증가된 경향 때문에, 인발 타워에서 높은 모듈러스 제 2 코팅의 빠른 속도 공정은 도전일 수 있다.
올리고머-없는 코팅, 우레탄-올리고머-없는 코팅, 및 우레탄-아크릴레이트-올리고머-없는 코팅의 개발 동안, 다른 성분들을 개질시키지 않고, 제제 (formulation)로부터 올리고머의 제거는, 2000 MPa를 초과하는 모듈러스를 갖는 제 2 코팅을 결과할 수 있다는 것이 발견되었다. 그런 제 2 코팅은 인발 타워에서 빠른 속도로 가공하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 작용기 사이에 길고 유연한 (flexible) (예를 들면, 에톡시레이티드) 사슬을 갖는 모노머를 포함하도록 제 2 조성물을 제형 (formulating)함으로써 올리고머를 제거한 효과를 보상하는 것이 바람직할 수 있다. 길고 유연한 사슬은 가교 간의 거리를 증가시킬 수 있고, 가교 밀도를 감소시킬 수 있으며, 경화된 제 2 코팅의 모듈러스를 궁극적으로 낮출 수 있다. 그런 모노머의 잠재적 문제점은 상기 모노머가 더 낮은 유리 전이 온도 (Tg)를 가질 수 있고, 경화된 제 2 코팅의 Tg를 감소시키는 경향이 있을 수 있다는 것이다. 낮은 Tg는 적용할 때에 너무 연성인 물질을 결과할 수 있고, 빠른 속도로 가공하는 동안 결함을 초래할 수 있기 때문에, 낮은 Tg를 갖는 제 2 코팅은 바람직하지 않을 수 있다. 더 높은 Tg의 제 2 코팅은 상온에서 더 경성일 수 있고, 광 섬유에 더 좋은 기계적 보호를 제공할 수 있다. 그러나, 만약 Tg가 너무 높으면, 코팅은 충분히 강성 (stiff)이 될 수 있어, 가공 동안 섬유가 결함을 더욱 갖기 쉽도록 만들 수 있다.
본 개시의 제 2 코팅은 섬유가 빠른 속도 인발 타워에서 결함-없이 가공되는 것을 계속해서 허용하면서도, 광 섬유에 적절한 기계적 보호 및 굽힘 둔감성을 주는 적정한 Tg를 갖는 제 2 코팅을 달성하도록 설계될 수 있다. Tg는 이제 기재되는 기술을 사용하여 측정될 수 있다.
유리 전이 온도는 코팅 조성물로부터 형성된 경화 필름 (제 1 코팅) 또는 막대 (제 2 코팅)의 형태로 샘플을 사용하여 측정된다. 유리 전이 온도는 장력에서 Rheometrics DMTA IV와 같은 계기로부터 얻은 tanδ 곡선의 피크를 결정하여 측정된다. 샘플의 너비, 두깨, 및 길이는 프로그램의 "Sample Geometry" 섹션에 입력된다. 샘플은 설치되고, 그 다음, 약 -85℃로 냉각된다. 안정되면, 온도 램프 (ramp)는 다음의 파라미터를 사용하여 실행된다:
주파수 : 1Hz
스트레인 (Strain) : 0.3%
가열 속도 : 2℃/min.
최종 온도 : 150℃
최초 정적 힘 = 20.0 [g]
정적 > 동적 힘 = 10.0 [%] 간격
Tg는 tanδ 피크의 최대값으로서 정의되고, 여기서 tanδ는 다음과 같이 정의 되며;
tanδ = E''/E'
여기서 E''는 변형 (deformation)의 싸이클에서 열 에너지의 손실에 비례하는 손실 모듈러스이고, E'는 변형의 싸이클에서 저장된 에너지에 비례하는 저장 또는 탄성 모듈러스이다.
제 2 코팅 조성물의 경화 생산물로부터 준비된 경화 막대의 Tg는 적어도 약 50 ℃일 수 있다. 제 2 코팅의 유리 전이 온도는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 55 ℃, 또는 적어도 60 ℃, 또는 55 ℃ 내지 65 ℃일 수 있다.
제 2 조성물은 올리고머성 성분, 우레탄 올리고머성 성분, 또는 우레탄-아크릴레이트 올리고머성 성분이 없을 수 있고, 모노머성 성분은 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 에톡시레이티드(30) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 및 에폭시 디아크릴레이트 모노머를 포함할 수 있다. 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 50 wt% 내지 약 90 wt%, 또는 약 60 wt% 내지 약 80 wt%, 또는 약 70 wt% 내지 약 75 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에톡시레이티드(30) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 5 wt% 내지 약 20 wt%, 또는 약 7 wt% 내지 약 15 wt%, 또는 약 8 wt% 내지 약 12 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에폭시 디아크릴레이트 모노머는 약 5 wt% 내지 약 25 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 약 20 wt%, 또는 약 12 wt% 내지 약 18 wt%의 양으로 존재할 수 있다.
제 2 조성물은 올리고머성 성분, 우레탄 올리고머성 성분, 또는 우레탄-아크릴레이트 올리고머성 성분이 없을 수 있고, 모노머성 성분은 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 에톡시레이티드(10) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 및 에폭시 디아크릴레이트 모노머를 포함할 수 있다. 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 30 wt% 내지 약 80 wt%, 또는 약 40 wt% 내지 약 70 wt%, 또는 약 50 wt% 내지 약 60 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에톡시레이티드(10) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 10 wt% 내지 약 50 wt%, 또는 약 20 wt% 내지 약 40 wt%, 또는 약 25 wt% 내지 약 35 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에폭시 디아크릴레이트 모노머는 약 5 wt% 내지 약 25 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 약 20 wt%, 또는 약 12 wt% 내지 약 18 wt%의 양으로 존재할 수 있다.
제 2 조성물은 올리고머성 성분, 우레탄 올리고머성 성분, 또는 우레탄-아크릴레이트 올리고머성 성분이 없을 수 있고, 모노머성 성분은 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 에톡시레이티드(10) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 에톡시레이티드(30) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 및 에폭시 디아크릴레이트 모노머를 포함할 수 있다. 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 40 wt% 내지 약 80 wt%, 또는 약 60 wt% 내지 약 70 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에톡시레이티드(10) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 1 wt% 내지 약 30 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 10 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에톡시레이티드(30) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 5 wt% 내지 약 20 wt%, 또는 약 10 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에폭시 디아크릴레이트 모노머는 약 5 wt% 내지 약 25 wt%, 또는 약 15 wt%의 양으로 존재할 수 있다.
제 2 조성물은 올리고머성 성분, 우레탄 올리고머성 성분, 또는 우레탄-아크릴레이트 올리고머성 성분이 없을 수 있고, 모노머성 성분은 에톡시레이티드(10) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 모노머, 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머, 및 에폭시 디아크릴레이트 모노머를 포함할 수 있다. 에톡시레이티드(10) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 10 wt% 내지 약 50 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 모노머는 약 5 wt% 내지 약 40 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에톡시레이티드(4) 비스페놀-A 디아크릴레이트 모노머는 약 10 wt% 내지 약 55 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 에폭시 디아크릴레이트 모노머는 약 15 wt%까지의 양으로 존재할 수 있다.
제 2 조성물은 약 40 wt% 내지 80 wt%의 에톡시레이티드 (4) 비스페놀 A 모노머, 약 0 wt% 내지 약 30%의 에톡시레이티드 (10) 비스페놀 A 모노머, 약 0 wt% 내지 약 25% wt%의 에톡시레이티드 (30) 비스페놀 A 모노머, 약 5 wt% 내지 18 wt%의 에폭시 아크릴레이트, 약 0 wt% 내지 10 wt%의 트리시클로데칸 디메탄올디아크릴레이트 모노머, 약 0.1 wt% 내지 40%의 하나 이상의 광개시제, 약 0 중량pph 내지 5 중량 pph의 슬립 (slip) 첨가제; 및 0 중량pph 내지 약 5 중량pph의 항산화제를 포함할 수 있다. 제 2 조성물은 3 % 이하의 올리고머, 또는 1% 이하의 올리고머를 더욱 포함할 수 있거나, 또는 올리고머가 없을 수 있다. 에폭시 아크릴레이트는 에폭시 아크릴레이트 모노머일 수 있다. 에폭시 아크릴레이트는 비스페놀 A 에폭시 디아크릴레이트일 수 있다. 에폭시 아크릴레이트는 개질되지 않은 에폭시 아크릴레이트일 수 있고, 예를 들면, 지방산, 아민, 산, 또는 방향족 작용기성으로 개질되지 않은 에폭시 아크릴레이트일 수 있다. 그런 조성물은 45 ℃에서 적어도 약 3 Poise의 점도를 가질 수 있고, 경화된 경우, 약 1400 MPa 내지 약 2100 MPa의 영률을 나타낼 수 있다. 조성물은 적어도 약 55 ℃의 유리 전이 온도를 나타낼 수 있다. 모노머성 성분은 적어도 10 알콕시 그룹을 갖는 알콕시레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머를 포함할 수 있다.
코팅된 광 섬유가 프리폼으로부터 인발된 후에, 제 1 및 제 2 경화성 조성물은 코팅된 광 섬유의 유리 부분에 적용될 수 있다. 제 1 및 제 2 조성물은 냉각 이후 곧바로 적용될 수 있다. 그 다음, 경화성 조성물은 경화되어 코팅된 광 섬유를 생산할 수 있다. 경화 방법은, 코팅 조성물의 속성에 따라, 열적, 화학적, 또는 적용된 경화성 조성물을 유리 섬유 상에서 자외선에 노출시킴에 의하는 것과 같은 방사선 유도된 화학선 방사선, 마이크로웨이브 방사선, 또는 전자 빔일 수 있고, 중합 개시제가 사용된다. 인발 공정을 따라 제 1 경화성 조성물 및 제 2 경화성 조성물 모두를 순차적으로 적용하는 것이 유리할 수 있다. 이동성 유리 섬유에 경화성 조성물의 이중층을 적용하는 방법은 미국 특허 제4,474,830호 및 제4,585,165호에 기재되고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다. 제 2 경화성 조성물을 적용시키고 경화시켜 제 2 코팅을 형성시키기 전에, 제 1 경화성 조성물은 교호적으로 적용 및 경화되어 제 1 코팅 물질을 형성시킬 수 있다.
실시예
본 개시에 따른 다양한 예시적인 코팅된 섬유는 여기서 개시된 하나 이상의 유리한 특징을 예시하기 위해 이제 기재되고 모델링된다.
이들 실시예들을 위해 모델링된 코팅된 섬유는 125 ㎛의 직경을 갖는 유리 섬유를 포함한다. 유리 섬유의 코어는 4 내지 10 ㎛의 반경을 가지며, 클래딩에 비해 코어의 굴절률을 증가시키기 위해 GeO2로 실리카를 개질시켜 만들어질 수 있다. 클래딩은 코어를 둘러싸고, 62.5 ㎛의 반경으로 연장하며, 내부 클래딩 영역 및 외부 클래딩 영역을 포함하고, 여기서 내부 클래딩 영역은 외부 클래딩보다 더 낮은 굴절률을 갖는다. 외부 클래딩에 비해 내부 클래딩 영역의 더 낮은 굴절률은 내부 클래딩을 다운도판트 플루오린으로 도핑하여 달성될 수 있다. 대안적으로, 내부 클래딩 영역에 비해 외부 클래딩 영역의 더 높은 굴절률은 외부 클래딩을 클로린, 게르마니아, 알루미나, 티타니아, 실리콘 옥시나이트라이드, 포스포러스 등과 같은 업도판트로 도핑함으로써 달성될 수 있다. 예시적인 굴절률 프로파일은 아래에서 좀더 상세하게 논의될 것이다.
제 1 코팅을 위한 대표적인 경화성 조성물 A-H가 표 1에 나타내어진다.
성분 A B C D E F G H
Photomer4066(wt%) 41.5 0 61.5 41.5 46.5 46.5 45.5 47
Photomer 4960 (wt%) 0 41.5 0 0 0 0 0 0
BR3741 (wt%) 55 55 35 55 50 50 50 50
N-비닐 카프로락탐 (wt%) 2 2 2 2 2 2 2 1.5
TPO (wt%) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.5 1.5
(3-아크릴옥시프로필)
트리메톡시실란 (pph)		 1 1 1 1 1 0.8 0.8 0.8
Irganox 1035 (pph) 1 1 1 1 1 1 1 1
펜타에리쓰리톨머캡토프로피오네이트 (pph) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
Uvitex OB (pph) 0.05 0 0 0 0 0 0 0
예시적인 제 1 코팅 조성물 Photomer 4066은 IGM Resins으로부터 구할 수 있는 에톡시레이티드 노닐 페놀 아크릴레이트이다. Photomer 4960은 IGM Resins으로부터 구할 수 있는 프로폭시레이티드 노닐 페놀 아크릴레이트이다. BR3741은 Dymax Oligomers and Coatings으로부터 구할 수 있는 지방족 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다. N-비닐 카프로락탐은 ISP Technologies, Inc로부터 구할 수 있다. TPO ((2,4,6-트리메틸벤조일)디페닐 포스핀 옥사이드)는 BASF로부터 구할 수 있는 광개시제이다. (3-아크릴옥시프로필) 트리메톡시실란은 Gelest로부터 구할 수 있는 접착 촉진제이다. IRGANOX 1035 ((티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디-터트-부틸)-4-히드록시페닐) 프로피오네이트])는 BASF로부터 구할 수 있는 항산화제이다. 펜타에리쓰리톨 머캡토프로피오네이트는 Aldrich로부터 구할 수 있는 접착 촉진제 안정제이다. UVITEX OB (C26H26N2O2S, CAS No. 7128-64-5)는 BASF로부터 구할 수 있는 광학 증백제이다.
제 1 조성물을 준비하기위하여, 올리고머 및 모노머는 적어도 10 분 동안 60 ℃에서 함께 혼합될 수 있다. 그 다음에, 광개시제 및 첨가제는 첨가될 수 있고, 혼합은 1 시간 동안 계속될 수 있다. 마지막으로, 접착 촉진제가 첨가될 수 있고, 혼합은 30 분 동안 계속될 수 있다. 그 다음, 결과적인 용액은 섬유의 유리 부분에 적용될 수 있고, UV-경화되어 제 1 코팅을 형성할 수 있다.
제 2 코팅을 위한 대표적인 경화성 조성물 J-L은 표 2에 나타내어진다.
성분 J K L
SR601/Photomer4028 (wt%) 72 52 72
CD9038 (wt%) 10 0 10
Photomer3016 (wt%) 15 15 15
SR602 (wt%) 30 wt% 0 30 0
Irgacure 184 (wt%) 1.5 1.5 1.5
TPO (wt%) 1.5 1.5 1.5
DC190 유체 슬립 첨가제 (pph) 0 0 1
Irganox 1035 (pph) 0.5 1 1
예시적인 제 2 코팅 조성물SR601/Photomer 4028은 Sartomer 또는 IGM Resins으로부터 구할 수 있는 에톡시레이티드 (4)비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이다. CD9038은 Sartomer으로부터 구할 수 있는 에톡시레이티드 (30)비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이다. Photomer 3016은 IGM Resins으로부터 구할 수 있는 에폭시 디아크릴레이트 모노머이다. SR602는 Sartomer으로부터 구할 수 있는 에톡시레이티드 (10)비스페놀 A 디아크릴레이트 모노머이다. IRGACURE 184 (1-히드록시시클로헥실페닐 케톤)은 BASF으로부터 구할 수 있는 광개시제이다. TPO ((2,4,6-트리메틸벤조일)-디페닐 포스핀 옥사이드)는 BASF로부터 구할 수 있는 광개시제이다. DC190은 Dow Corning으로부터 구할 수 있는 유체 슬립 첨가제이다. IRGANOX 1035 (티오디에틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸)-4-히드록시히드로시나메이트(hydroxyhydrocinnamate))는 BASF으로부터 구할 수 있는 항산화제이다.
제 2 조성물은 상업적 혼합 장비를 사용하여 열거된 성분을 가지고 준비될 수 있다. 모노머 성분은 칭량되고, 가열된 주전자 (kettle) 안으로 도입되며, 약 50 ℃ 내지 65 ℃ 범위 내의 온도에서 함께 혼합될 수 있다. 그 다음, 혼합은 균일한 혼합물이 얻어질 때까지 계속될 수 있다. 다음으로, 광개시제는 칭량되고, 혼합하는 동안에 균일한 용액 안으로 도입될 수 있다. 마지막으로, 남아있는 성분은 칭량되고, 혼합하는 동안에 용액 안으로 도입될 수 있다. 혼합은 균일한 용액이 다시 얻어질 때까지 계속될 수 있다. 그 다음, 균일한 용액은 섬유의 제 1 조성물 또는 제 1 코팅에 적용되고, UV 방사선으로 경화되어 제 2 코팅을 형성시킬 수 있다.
표 1 및 2에 열거된 제 1 및 제 2 조성물을 경화하여 달성할 수 있는 코팅과 일치하는 성질을 갖는 제 1 및 제 2 코팅 및 125 ㎛-직경 코어-클래딩 유리 영역을 갖는 코팅된 섬유가 모델링된다. 모델들이 기초되었던 코팅된 섬유 특성은 다섯 예시적인 코팅된 섬유에 대해 이제 기재된다. 예시적인 코팅된 섬유들은 샘플 번호 1, 2, 3, 4, 및 5로 지칭될 것이다.
예시적인 코팅된 섬유 1에 대하여, 순수 실리카 유리에 관하여 Δ%로 표현된, 굴절률 프로파일은 도 4에서 나타내어진다. 코팅된 섬유 1은 6 ㎛의 외부 반경 r1을 갖는 코어 및 0.41%의 최대 코어 굴절률 Δ1MAX을 갖고, α = 2를 갖는 α-프로파일에 기초한 굴절률 프로파일 Δ1을 포함한다. 실리카의 내부 클래딩은 코어를 둘러싸고, 30 ㎛의 외부 반경 r3까지 연장된다. 외부 클래딩은 내부 클래딩을 둘러싸고, 62.5 ㎛의 반경 r4까지 연장되며, 약 0.05%의 굴절률 Δ4를 갖는다.
예시적인 코팅된 섬유 2에 대하여, 순수 실리카 유리에 관하여 Δ%로 표현된, 굴절률 프로파일은 도 5에서 나타내어진다. 코팅된 섬유 2는 5.73 ㎛의 외부 반경 r1을 갖는 코어 및 0.385%의 최대 코어 굴절률 Δ1MAX을 갖고, α = 2를 갖는 α-프로파일에 기초한 굴절률 프로파일 Δ1을 포함한다. 실리카의 제 1 내부 클래딩은 코어를 둘러싸고, 6.88 ㎛의 외부 반경 r2까지 연장된다. 제 2 내부 클래딩은 제 1 내부 클래딩을 둘러싸고, 17.2 ㎛의 외부 반경 r3까지 연장된다. 제 2 내부 클래딩은 굴절률에 있어서 반경 r2에서의 Δ3 = 0%로부터 반경 r3에서의 Δ3 = -0.2%까지 선형적인 감소를 제공하는 플루오린-도핑된 삼각형 트렌치 영역을 포함한다. 실리카의 외부 클래딩은 제 2 내부 클래딩을 둘러싸고, 62.5 ㎛의 반경 r4까지 연장된다.
모델링에서, 예시적인 코팅된 섬유 1 및 2는, 165 ㎛의 외부 직경 및 0.50 MPa 미만의 인 시츄 모듈러스를 갖는 제 1 코팅, 및 200 ㎛의 외부 직경 및 1600 MPa 초과의 인 시츄 모듈러스를 갖는 제 2 코팅을 갖는 것으로, 각각 처리된다. 표 1 및 2에 열거된 제 1 및 제 2 코팅 조성물은 이들 특성을 갖는 경화된 제 1 및 제 2 코팅을 산출할 것으로 예측된다.
예시적인 코팅된 섬유 1 및 2의 모델링된 특성은 표 3에서 주어진다. 모델링된 성능 데이타는 컷오프 파장 (LP11 모드 및 케이블), 모드 필드 직경 (1310 nm 및 1550 nm에서), 영 분산 파장 (zero dispersion wavelength), 1310 nm 및 1550 nm에서의 분산 및 분산 기울기, 1550 nm에서 매크로굽힘 손실 (10 mm, 20 mm, 및 30 mm의 직경을 갖는 맨드릴을 사용한 맨드릴 랩 테스트에 기초), 및 1550 nm에서 마이크로굽힘 손실 (핀 어레이 및 측 방향 하중 테스트에 기초)를 포함한다. 모델링 데이타는 예시적인 코팅된 섬유 1 및 2가 (1) 표준 단일-모드 섬유에 효율적인 접합 및 접속과 양립할 수 있는 모드 필드 직경 및 (2) 작은 굽힘 손실을 보이는 작은-직경 섬유라는 것을 나타낸다.
파라미터 코팅된 섬유 1 코팅된 섬유 2
1310 nm MFD (㎛) 9.2 9.2
1550 nm MFD (㎛) 10.51 10.43
영 분산 파장 (nm) 1319 1320
1310 nm에서 분산 (ps/nm/km) -0.801 -0.909
1310 nm에서 분산 기울기 (ps/nm2/km) 0.089 0.0909
1550 nm에서 분산 (ps/nm/km) 17.27 17.65
1550 nm에서 분산 기울기 (ps/nm2/km) 0.06 0.0626
케이블 컷오프 (22-meter) (nm) 1209 1229
1550 nm에서 굽힘 손실 - 10 mm 직경 맨드릴 (dB/turn) 1.13 1.52
1550 nm에서 굽힘 손실 - 15 mm 직경 맨드릴 (dB/turn) 0.279 0.337
1550 nm에서 굽힘 손실 - 20 mm 직경 맨드릴 (dB/turn) 0.068 0.074
1550 nm에서 굽힘 손실 - 30 mm 직경 맨드릴 (dB/turn) 0.006 0.003
1550 nm에서 굽힘 손실 - 핀 어레이 (dB) 21.73 9.89
1550 nm에서 굽힘 손실 - 측 방향 하중 (dB) 0.229 0.223
섬유 성능 데이타예시적인 코팅된 섬유 3에 대하여, 순수 실리카 유리에 관하여 Δ%로 표현된, 굴절률 프로파일은 도 6에서 나타내어진다. 각각의 코팅된 섬유 3, 4, 및 5의 굴절률 프로파일은 프로파이 형상에서 비슷하고, 프로파일은 표 4에서 기재된다. 각각의 예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5는 약 4.5 ㎛의 외부 반경 r1까지 연장하는 높은 굴절률 코어, 반경 r1 및 약 7 ㎛의 외부 반경 r2 사이에서 연장하는 제 1 내부 클래딩 영역, 반경 r2 및 약 18 ㎛의 외부 반경 r3 사이에서 연장하는 제 2 내부 클래딩 영역, 및 반경 r3 및 62.5 ㎛의 외부 반경 r4 사이에서 연장하는 외부 클래딩 영역을 포함한다. 예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5의 굴절률 프로파일에서 삼각형 트렌치를 형성하는 것으로 나타난 바와 같이, 제 2 내부 클래딩 영역의 굴절률은 반경 방향 위치가 증가하면서 연속적으로 감소한다.
모델링에서, 예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5는, 165 ㎛의 외부 직경 및 0.50 MPa 미만의 인 시츄 모듈러스를 갖는 제 1 코팅, 및 200 ㎛의 외부 직경 및 1600 MPa 초과의 인 시츄 모듈러스를 갖는 제 2 코팅을 갖는 것으로, 각각 처리된다. 표 1 및 2에 열거된 제 1 및 제 2 코팅 조성물은 이들 특성을 갖는 경화된 제 1 및 제 2 코팅을 산출할 것으로 예측된다.
예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5의 모델링된 특성은 표 4에서 주어진다. 표 4는 굴절률의 수치 및 코어 영역 (영역 1), 제 1 내부 클래딩 영역 (영역 2), 제 2 내부 클래딩 영역 (영역 3), 및 외부 클래딩 영역 (영역 4)의 반경 방향 위치를 열거한다. 모델링된 성능 데이타는 컷오프 파장 (코어 및 케이블), 모드 필드 직경 (1310 nm에서 코어 및 섬유 모두에 대하여), 영 분산 파장, 코어 MAC 번호 (1310 nm에서 모드 필드 직경 대 케이블 컷오프 파장의 비), 및 1550 nm에서 매크로굽힘 손실 (10 mm, 20 mm, 및 30 mm의 직경을 가진 맨드릴을 사용한 맨드릴 랩 테스트에 기초)를 포함한다.
모델은 각각의 예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5가 1310 nm에서 9 ㎛ 초과의 MFD, 1550 nm의 파장에서, 10 mm 직경 맨드릴에 대하여 0.35 dB/turn 미만, 15 mm 직경 맨드릴에 대하여 0.09 dB/turn 미만, 20 mm 직경 맨드릴에 대하여 0.025 dB/turn 미만, 및 30 mm 직경 맨드릴에 대하여 0.004 dB/turn 미만의 매크로굽힘 손실을 보인다는 것을 나타낸다. 각각의 예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5는 1260 nm 미만의 케이블 컷오프 및 1.3 ㎛ 내지 1.324 ㎛의 영 분산 파장을 보인다. 모델링 결과는 예시적인 코팅된 섬유 3, 4, 및 5가 (1) 표준 단일-모드 섬유에 효율적인 접합 및 접속과 양립할 수 있는 모드 필드 직경 및 (2) 작은 굽힘 손실을 보이는 작은-직경 섬유라는 것을 나타낸다.
파라미터 코팅된 섬유 3 코팅된 섬유 4 코팅된 섬유 5
Δ1,max (%) 0.345 0.34 0.335
r1 (㎛) 4.55 4.58 4.6
Δ2 (%) 0 0 0
r2 (㎛) 7.17 7.2 7.25
Δ3,min (%) -0.435 -0.435 -0.435
r3 (㎛) 17.7 17.8 17.9
Δ4 (%) 0 0 0
모트 부피 (%㎛2) 62.93 63.65 64.36
1310 nm에서 MFD (㎛) 9.12 9.18 9.24
영 분산 파장 (㎛) 1.321 1.321 1.32
케이블 컷오프 (22-미터) (nm) 1226 1226 1226
1550 nm에서 굽힘 손실 -
10 mm 직경 맨드릴 (dB/turn)		 0.27 0.276 0.31
1550 nm에서 굽힘 손실 -
15 mm 직경 맨드릴 (dB/turn)		 0.07 0.074 0.08
1550 nm에서 굽힘 손실 -
20 mm 직경 맨드릴 (dB/turn)		 0.017 0.019 0.02
1550 nm에서 굽힘 손실 -
30 mm 직경 맨드릴 (dB/turn)		 0.003 0.003 0.0037
섬유 성능 데이타특별히 다르게 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 모든 방법들은 그 단계들이 특정 순서대로 수행되어야만 하는 것은 아니다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들에 의해 따라야 하는 순서를 실제로 기재하지 않거나, 아니면 단계들이 특정 순서로 한정된다고 청구항이나 발명의 설명에 특별히 기재되지 않은 경우에는, 어떤 특별한 순서가 추론된다고 결코 의도되어서는 안된다.
다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 대해 만들어질 수 있음은 당업자에게 명확할 것이다. 본 발명의 사상 및 물질을 혼입하는 개시된 구현 예의 변형, 조합, 서브-조합 및 변경은 기술분야에서 당업자에게 발생할 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범주 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10, 60, 101 : 섬유 1, 20, 70 : 코어
30, 80 : 클래딩 33 : 내부 클래딩 영역
37 : 외부 클래딩 영역 40, 90 : 제 1 코팅
50, 100 : 제 2 코팅 2, 81 : 제 1 내부 클래딩 영역
3, 83 : 제 2 내부 클래딩 영역 4, 85 : 외부 클래딩 영역

Claims (10)

  1. 광 섬유로서,
    외부 반경 r1을 갖는 코어;
    상기 코어를 둘러싸고, 적어도 60㎛의 외부 반경 r4을 갖는 클래딩 (cladding);
    상기 클래딩을 둘러싸고, 외부 반경 r5를 가지며, 0.50 MPa 이하의 인 시츄 모듈러스를 갖고, -15℃ 미만 및 -40 ℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는 제 1 코팅; 및
    상기 제 1 코팅을 둘러싸고, 외부 반경 r6을 가지며, 1500 MPa 이상의 인 시츄 모듈러스를 갖는 제 2 코팅을 포함하고,
    여기서, 상기 외부 반경 r6은 110 ㎛ 이하이며, 상기 섬유는 1310 nm에서 9.0 ㎛ 이상의 모드 필드 직경 (mode field diameter)을 갖고, 및 15 mm의 직경을 갖는 맨드릴 (mandrel)에 대하여 권취될 때, 1550 nm의 파장에서 0.5 dB/turn 미만의 굽힘 손실 (bend loss)을 나타내며,
    여기서 상기 클래딩은 외부 반경 r3을 갖는 내부 클래딩 영역 및 상기 내부 클래딩 영역을 둘러싸며 상기 외부 반경 r4을 갖는 외부 클래딩 영역을 포함하고, 상기 내부 클래딩 영역은 최소값 Δ3MIN을 갖는 굴절률 Δ3을 가지며, 상기 외부 클래딩 영역은 Δ4MIN > Δ3MIN인 최소값 Δ4MIN을 갖는 굴절률 Δ4을 가지며, 및
    상기 내부 클래딩 영역은 상기 코어에 직접적으로 인접하며, 상기 굴절률 Δ3는 상기 외부 반경 r1과 외부 반경 r3 사이에서 연속적으로 감소하는 광 섬유.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 굴절률 Δ3는 상기 외부 반경 r1과 외부 반경 r3 사이에서 선형적으로 감소하는 광 섬유.
  3. 광 섬유로서,
    외부 반경 r1을 갖는 코어;
    상기 코어를 둘러싸고, 적어도 60㎛의 외부 반경 r4을 갖는 클래딩 (cladding);
    상기 클래딩을 둘러싸고, 외부 반경 r5를 가지며, 0.50 MPa 이하의 인 시츄 모듈러스를 갖고, -15℃ 미만 및 -40 ℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는 제 1 코팅; 및
    상기 제 1 코팅을 둘러싸고, 외부 반경 r6을 가지며, 1500 MPa 이상의 인 시츄 모듈러스를 갖는 제 2 코팅을 포함하고,
    여기서, 상기 외부 반경 r6은 110 ㎛ 이하이며, 상기 섬유는 1310 nm에서 9.0 ㎛ 이상의 모드 필드 직경 (mode field diameter)을 갖고, 및 15 mm의 직경을 갖는 맨드릴 (mandrel)에 대하여 권취될 때, 1550 nm의 파장에서 0.5 dB/turn 미만의 굽힘 손실 (bend loss)을 나타내며,
    여기서 상기 클래딩은 외부 반경 r2을 갖는 제 1 내부 클래딩 영역, 상기 제 1 내부 클래딩 영역을 둘러싸며 외부 반경 r3을 갖는 제 2 내부 클래딩 영역, 및 상기 제 2 내부 클래딩 영역을 둘러싸며 외부 반경 r4을 갖는 외부 클래딩 영역을 포함하고, 상기 제 1 내부 클래딩 영역은 최소값 Δ2MIN을 갖는 굴절률 Δ2을 가지며, 상기 제 2 내부 클래딩 영역은 Δ3MIN < Δ2MIN인 최소값 Δ3MIN을 갖는 굴절률 Δ3을 가지며, 상기 외부 클래딩 영역은 Δ4MIN > Δ3MIN인 최소값 Δ4MIN을 갖는 굴절률 Δ4을 가지며, 및
    여기서 제2 내부 클래딩 영역은 상기 제1 내부 클래딩 영역에 직접적으로 인접하며, 상기 굴절률 Δ3는 상기 외부 반경 r2와 외부 반경 r3 사이에서 연속적으로 감소하는 광 섬유.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 굴절률 Δ3는 상기 외부 반경 r2와 외부 반경 r3 사이에서 선형적으로 감소하는 광 섬유.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 반경 r5는 85 ㎛ 이하인 광 섬유.

  6. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 반경 r6는 100 ㎛ 이하인 광 섬유.
  7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코팅은 50 ℃ 내지 65 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 광 섬유.
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