KR20040078874A

KR20040078874A - 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법 및 제조장치 및 클래드 파이프, 플라스틱 광섬유

Info

Publication number: KR20040078874A
Application number: KR1020030066136A
Authority: KR
Inventors: 게가사와다다히로; 다카세마사노리; 우에다다다시
Original assignee: 후지 샤신 필름 가부시기가이샤
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2004-09-13
Also published as: JP2004264758A

Abstract

본 발명은 내면에 요철이 발생하는 것을 억제한 클래드 파이프를 얻음을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위해, PVDF를 원료로서 압출 다이(12)에서 압출한 후에 사이징 다이(13)에서 성형하여, 클래드 파이프(27)를 제조한다. 진공 펌프(42)가 챔버(41)를 진공으로 한다. 챔버(41)에 마련된 흡인구멍(40a)으로부터 클래드 외주면(27a)를 흡인하여 성형면(40b)으로 면형상을 조정한다. 성형관(40)을 냉각기(44)로 냉각하여 외주면(27A)을 냉각한다. 클래드 파이프 내면(27B)은 배관(23)으로부터 15℃의 물을 분무하여 냉각한다. 외주면(27a)과 내면(27b)을 급속 냉각함으로써, PVDF가 결정화하기 전에 클래드 파이프(27)의 형상을 조정할 수 있기 때문에, 요철의 발생을 억제할 수 있다.

Description

플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법 및 제조 장치 및 클래드 파이프, 플라스틱 광섬유{METHOD OF PRODUCING A CLAD PIPE FOR PLASTIC OPTICAL FIBER AND DEVICE OF PRODUCING THEREOF AND CLAD PIPE, PLASTIC OPTICAL FIBER}

본 발명은 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법 및 제조 장치 및 클래드 파이프, 상기 클래드 파이프를 사용하여 제조한 플라스틱 광섬유에 관한 것이다.

플라스틱 광학 부재는 동일 구조를 갖는 석영계의 광학 부재와 비교하여, 제조 및 가공이 용이한 점, 및 저가격인 점 등의 이점이 있다. 따라서, 근년, 플라스틱 광섬유 및 광렌즈 등 각종 응용이 시도되고 있다. 특히, 플라스틱 광섬유는 소선(素線)이 전부 플라스틱으로 구성되어 있기 때문에, 전송 손실이 석영계와 비교하여, 약간 크다는 단점을 갖고 있으나, 양호한 가요성을 갖고, 경량이고, 가공성이 양호하고, 석영계 광섬유와 비교하여 구경이 큰 섬유로서 제조가 용이하고, 또한, 저비용으로 제조할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 전송 손실이 큰 것이 문제가 되지 않을 정도의 단거리용의 광통신 전송매체로서 다양하게 검토되고 있다.

플라스틱 광섬유는 플라스틱으로 되는 심(芯)(이하, 코어부 또는 코어라 함)과 코어부보다 저굴절률의 플라스틱으로 되는 외각(外殼)(이하, 클래드부, 클래드 또는 클래드 파이프라 함)으로 구성되어 있다. 플라스틱 광섬유의 제조 방법 중 하나로, 용융 압출법에 의해 클래드 파이프를 형성하고, 그 클래드 파이프 중에 코어부를 형성하여, 플라스틱 광성유 모재(이하, 프리폼이라 함)을 제조하고, 프리폼을 연신하여, 플라스틱 광섬유를 얻는 방법이 있다.(예를 들면, 일본 특개평8-201637호 공보(제5-9페이지) 참고)

그런데, 클래드 파이프를 용융압출법으로 제조하면, 클래드 파이프의 내면에 요철이 생겨버려, 그 클래드 파이프를 사용하여 플라스틱 광섬유를 제조하면, 코어부와 클래드부의 사이에 계면 부정(不整)이 생겨, 산란 손실의 원인으로 된다. 불소 수지(예를 들면, PVDF(폴리불화비닐리덴)등)은, 저굴절율이기 때문에, 코어부 재료의 선택폭이 넓어지는 동시에, 불소 원자를 함유하고 있기 때문에 발수(撥水)성이 풍부하고, 광섬유의 클래드 부재료로서 바람직한 성질을 갖는다. 그러나, 불소 수지를 용융압출하면, 압출 후의 중합체는 결정화하기 쉽고, 그들 결정이 클래드 파이프의 표면(내면 및 외주면)에 형성되면, 계면 부정의 원인으로 되는 문제가 생긴다.

또한, 클래드 파이프를 용융압출법에 의해 제조할 때는, 사이징 다이 및 그 후 공정에서 파이프 외주면측으로부터 냉각을 행하기 때문에, 특히 두꺼운 파이프의 경우, 긴 냉각 시간이 필요하게 되어, 인취 속도를 빨리 할 수 없어, 생산성 향상에 방해가 된다.

본 발명은, 용융압출 성형에 의해 얻어지는 클래드 파이프 내면의 요철을 억제함과 동시에 인취 속도를 빠르게 하여 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법 및 제조 장치 및 클래드 파이프 및 상기 클래드 파이프를 사용하여 전송 손실의 증가를 억제한 플라스틱 광섬유를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 클래드 파이프의 제조 방법에 사용되는 제조 설비의 개략도.

도 2는 도 1의 제조 라인에 구비된 압출 다이의 요부 단면도.

도 3은 도 1의 제조 라인에 구비된 사이징 다이의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 클래드 파이프의 제조 방법에 사용되는 제조 설비의 다른 실시 형태의 요부 단면도.

[부호의 설명]

12 압출 다이

13 사이징 다이

17 냉각 매체 공급기

23 배관

27 클래드 파이프

40 성형관

본 발명의 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법은, 용융 압출기로 압출 중의 파이프 내면을, 압출 수지의 융점 이하의 온도로 상기 수지의 결정화 전에 냉각한다. 상기 압출 수지가 불소 수지임이 바람직하다. 상기 불소 수지가 적어도 폴리불화비닐리덴을 포함함이 바람직하다.

기체 및/또는 액체를 상기 압출 중의 파이프 내면에 공급하여, 상기 냉각을 행함이 바람직하다. 상기 기체 및/또는 액체의 온도가 50℃ 이하인 것을 사용함이 바람직하고, 20℃이하인 것을 사용함이 보다 바람직하다.

본 발명에는, 상기 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법에 의해 제조된 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프 및 상기 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프를 사용하는 플라스틱 광섬유도 포함된다.

본 발명의 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 장치는, 용융 압출기로부터 수지를 파이프 모양으로 압출하여 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프를 제조하는 제조 장치에서, 상기 용융 압출기로부터 압출된 파이프 모양의 수지를 성형하는 사이징 다이와, 이 사이징 다이내에서, 상기 파이프 모양의 수지 내면에 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 구비한다.

[발명의 실시 형태]

이하, 본 발명의 실시의 형태를 나타내지만, 이 실시 형태는 어디까지나 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 하등 제한하는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법 및 제조 장치 및그 클래드 파이프를 사용한 플라스틱 광섬유에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

(클래드 파이프 원료)

클래드부는 코어부를 전송하는 광이 그들의 계면에서 전(全)반사하기 때문에, 코어부의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖고, 코어부와의 밀착성이 양호하고, 내구성, 내열성이 우수한 것이 바람직하게 사용된다. 또한, 클래드부는, 용융압출법에 의해 형성하기 때문에, 열가소성 수지가 사용된다. 예를 들면, 클래드부의 원료인 모노머로는, 메틸메타크릴레이트(MMA), 스티렌, 중수소화 메틸메타크릴레이트, 함불소 화합물(예를 들면, 불화비닐리덴, 트리플루오로에틸 메타크릴레이트, 헥사플루오로 이소프로필-2-플루오로 아크릴레이트 등) 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들 각 모노머로부터 단독중합체를 중합하여 클래드 파이프의 원료로서 사용한다.

상기 중합체에는, 원료인 모노머를 2종 이상 사용한, 공중합체(코폴리머), 또는, 2종 이상의 중합체의 혼합물(혼합 중합체)을 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 중합체(플라스틱)로는, 내약품성이 뛰어나고, 융점이 낮고(156℃∼185℃) 또한 열분해 온도가 높은(약 250℃ 이상) 것을 사용한다. 상기 조건을 만족하는 용융압출이 용이하고, 굴절율이 낮은 PVDF(굴절율 약 1.42)을 사용함이 바람직하다. 또한, PVDF는, 공지의 중합 방법에 의해 얻어지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 클래드부는 광의 전송 손실의 개선, 섬유의 흡습 방지, 굴곡 손실의 개선, 역학적 강도의 향상 등의 특성 개량을 위해서 2층 이상으로 행할 수도 있다. 예를 들면, 클래드부의 내측을 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로 하고, 외측을 PVDF 등으로 할 수도 있다.

(코어부 원료)

코어부의 원료로는, 그 중합체가 전송되는 광에 대해서 광투과성이고, 클래드 파이프의 굴절율보다 높은 굴절율이면, 특별한 제약은 없지만, 전송되는 광신호의 전송 손실이 적은 재료를 사용함이 바람직하다. 원료의 모노머로는, 메틸메타크릴레이트(MMA), 중수소화 메틸메타크릴레이트, 함불소 화합물(예를 들면, 트리플루오로에틸 메타크릴레이트, 헥사플루오로이소프로필-2-플루오로 아크릴레이트 등) 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 경우에 따라서는 이들 모노머로부터 올리고머를 제조한 뒤에, 중합체를 제조하는 방법을 사용할 수도 있다. 이들 각 모노머로부터 단독 중합체를 중합하여 코어부로 사용한다. 또한, 공중합체, 혼합 중합체를 사용할 수도 있다.

본 발명에서는, 플라스틱인 클래드 파이프 중에서 코어부의 원료 모노머를 중합하여 중합체로 하기 위해, 괴상 중합이 용이한 MMA를 선택하고, 스트레이트 중합체(단독 중합체)인 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로 코어부를 형성함이 바람직하다. 또한, 상술한 모노머가 갖는 수소 원자를 중수소 원자(D) 또는 할로겐 원자(X), 특히 불소(F)로 치환한 모노머를 사용하여 중합한, 단독 중합체, 공중합체, 혼합 중합체 등을 사용할 수도 있다. 특정의 파장 영역에서, C-H 결합에 기인하는 광전송 손실이 생기지만, H를 D 또는 X로 치환함에 의해, 이 전송 손실을 일으키는 파장 영역을 장파장화 할 수 있고, 전송 신호광의 손실을 경감할 수 있게 된다. 또한, 후술하는 굴절율 조정제를 첨가하여 중합을 행함으로써, 굴절율 분포를 갖는 그레이디드 인덱스(GI)형 플라스틱 광섬유를 얻을 수 있다.

(첨가제)

상술한 모노머로부터 중합체를 중합할 때에, 중합 상태나 중합 속도를 제어하거나, 열연신 공정에 적합한 분자량으로 제어함을 목적으로 하여, 중합 개시제 및 중합 조정제(연쇄 이동제)인, 예를 들면, n-부틸머캅탄(CH₃-(CH₂)₃-SH), n-라우릴머캅탄(CH₃-(CH₂)₁₁-SH) 등의 머캅토계 화합물 등을 첨가할 수 있다.

중합 개시제로는, 중합의 형태나, 사용하는 모노머에 따라 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 열중합에서의 중합 개시제로는, 과산화벤조일(BPO), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사네이트(PBO), 디-t-부틸퍼옥시드(PBD), t-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트(PBI), n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)파라레이트(PHV) 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 중합 개시제는 2종류 이상 병용하여 사용해도 좋다.

중합 조정제(연쇄 이동제)는 주로 중합체의 분자량을 조정하기 위해 사용되고, 모노머의 종류나 중합체의 중합도에 따라서 적당히 선택한다. 예를 들면, 모노머로서 메틸메타크릴레이트계 화합물을 사용한 경우에는, 중합 조정제로는, 예를 들면 WO93/08488호 공보에 기재되어 있는, 알킬머캅탄류(예를 들면, n-부틸머캅탄, n-펜틸머캅탄, n-옥틸머캅탄, n-라우릴머캅탄, t-도데실머캅탄 등), 티오페놀류(예를 들면, 티오페놀, m-브로모티오페놀, p-브로모티오페놀, m-톨루엔티올, p-톨루엔티올 등) 등이 바람직하고, 그 중에서, n-옥틸머캅탄, n-라우릴머캅탄, t-도데실머캅탄 등의 알킬머캅탄을 사용함이 바람직하다. 또한, C-H 결합의 수소 원자를 중수소 원자(D)로 치환한 중합 조정제를 사용할 수도 있다. 또한, 상술한 중합 조정제를 2종류 이상 병용해도 좋다. 또한, 본 발명에 사용되는 중합 조정제(연쇄 이동제)는 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.

코어부가, 중심에서 외측을 향해 굴절율의 분포를 가지고 있는 굴절율 분포형 코어부(GI형)이면, 높은 전송 용량을 갖는 케이블을 얻을 수 있으므로 바람직하다. GI형은 굴절율 조정제를 사용함에 의하여 형성할 수 있다. 굴절율 조정제는, 코어부의 원료로 되는 모노머에 첨가한 뒤에, 그 모노머를 중합함으로써, 코어부에 함유시킬 수 있다. 굴절률 조정제는, 이것을 함유하는 중합체가 무첨가의 중합체와 비교하여, 굴절율이 높아지는 성질을 갖고 있다. 이 성질을 가져, 중합체와 안정하게 공존할 수 있고, 상술한 원료인 모노머의 중합 조건(가열 및 가압 등의 중합 조건) 하에서 안정한 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 벤조산벤질(BEN), 황화디페닐(DPS), 인산트리페닐(TPP), 프탈산벤질-n-부틸(BBP), 프탈산디페닐(DPP), 비페닐(DP), 디페닐메탄(DPM), 인산트리크레실(TCP), 디페닐설폭시드(DPSO) 등을 들 수 있고, 그 중에서 BEN, DPS, TPP, DPSO가 바람직하다. 또한, 본 발명에서 사용되는 굴절율 조정제는 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.

굴절율 조정제의 코어부에서의 농도 및 분포를 조정함에 의해, 플라스틱 광섬유의 굴절율을 원하는 값으로 변화시킬 수 있다. 그 첨가량은, 용도 및 조합하는 코어부의 원료 등에 따라 적당히 선택할 수 있다.

코어부 및 클래드부에는, 광전송 성능을 저하시키지 않는 범위로, 기타의 첨가제를 첨가할 수 있다. 예를 들면, 클래드부 및 코어부의 내후성이나 내구성 등을 향상시킬 목적으로 안정제를 첨가할 수 있다. 또한, 광전송 성능의 향상을 목적으로 하여, 광신호 증폭용의 유도 방출 기능 화합물을 첨가할 수도 있다. 그들 화합물을 첨가함에 의해, 감쇠한 신호광을 여기광에 의해 증폭할 수 있게 되어, 전송 거리가 향상하므로, 광전송 링크의 일부에 섬유 증폭기로 사용할 수 있다. 또한, 이들 첨가제도 상기 원료에 첨가한 뒤, 성형함에 의해, 코어부 및 클래드부에 함유시킬 수 있다.

(클래드 파이프의 제조 방법 및 제조 장치)

도 1에 본 발명에 의한 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 설비를 나타낸다. 제조 설비는, 압출기 본체(11) 및 압출 다이(12)로 되는 압출 장치(9)와 사이징 다이(13)와 냉각기(14)와 인취 롤러(15)와 절단기(16)를 갖는다. 또한, 클래드 파이프의 원료로는 PVDF를 사용하는 예로 설명한다.

압출기 본체(11)로, PVDF를 190℃∼230℃에서 용융압출하여, 압출다이(12)에 보낸다. 압출기 본체(11)는 밴드 부착 1축 스크류 압출기(도시하지 않음)를 사용하여, 압출 다이(12)로부터 PVDF를 사이징 다이(13)로 압출한다. 또한, 압출 다이(12)도 PVDF가 고화하지 않도록 200℃∼230℃로 온도 조절되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이 압출 다이(12)는 수지 분배부(20a)와 립부(20b)를 구비하고 있다. 수지 분배부(20a)는 외관(21)에 내관(22)이 끼워넣어져 구성되어 있고, 내관(22)의 외주면에는, 용융 중합체의 유로(流路)(22a)로 되는 나선 홈이 형성되어 있다. 또한, 내관(22)에는, 냉각 매체를 공급하는 배관(23)이 삽입되어 있다.중합체 유로(22a)는, 도시예에서는 도면을 알기 쉽게 하기 위해 2조 유로 다이를 나타내고 있으나, 스파이더(spider) 다이 등도 사용할 수 있다. 압출 다이(12)로부터, 파이프 두께가 균일하게 되도록 PVDF가 압출된다.

수지 분배부(20a)로부터 압출한 PVDF는, 립부(20b)에 보내진다. 립부(20b)는, 내부(inner) 다이스(24)와 외부(outer) 다이스(25)를 구비하고, 이들의 틈에 의해 중합체 유로(26)가 형성되어 있다. PVDF는 중합체 유로(26)을 통해, 중공 형상의 파이프(27)로서 사이징 다이(13)로 압출된다. 또한, 내부 다이스(24)내에는, 배관(23)이 삽입되어 있다. 또한, 파이프(27)의 압출 속도는, 특별히 한정되지 않지만 0.1m/분∼1.Om/분의 범위가 바람직하다. 또한, 이 속도는, 후술하는 인취 롤러의 롤러 속도와 맞추어 조절함으로써, 두께가 균일한 클래드 파이프(27)를 얻을 수 있다.

파이프(27)는 슬롯트(28)를 가진 사이징 다이(13)로 이송된다. 또한, 파이프의 제조 초기 단계에서는, 도입부재(도시하지 않음)를 사용하여 파이프(27)를 사이징 다이(13)로 보낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이 사이징 다이(13)에는, 성형관(40)이 구비되어 있고, 성형관(40)에는 다수의 흡인구멍(40a)이 마련되어 있다. 성형관(40)의 외측에는, 진공 챔버(41)가 마련되고, 진공 펌프(42)로 감압으로 한다. 이것에 의해, 파이프 외주면(27a)이 흡인구멍(40a)에 의해 흡인되고, 성형관(40)의 성형면(40b)에 파이프 외주면(27a)이 밀착하여 형상이 조정되어, 파이프(27)의 외경(D1) 및 내경(D2)이 일정해진다. 또한, 진공 챔버(41)내의 압력은 대기압보다 -0.05MPa∼-0.10MPa의 범위로 감압으로 함이 바람직하지만, 이 범위로한정되는 것은 아니다.

성형관(40)에는 다수의 통로(43)가 더 마련되어 있고, 냉각기(44)에 의해 통로(43)에 냉각 매체를 공급하여 성형관(40)을 냉각한다. 이에 의해 파이프 외주면(27a)의 면형상을 조정하면서 고화시켜, 균일한 외주면(27a)을 형성할 수 있게 된다. 통로(43)에 공급하는 냉각 매체는, 특별히 한정되지 않지만, 물, 에틸렌글리콜 등을 사용함이 바람직하고, 또한, 온도 범위는 5℃∼20℃의 범위임이 바람직하다.

클래드 파이프 내면(27b)내에는, 배관(23)이 삽입되어 있다. 냉각 매체를 공급하기 위해, 압출 다이(12) 상류측에 냉각 매체 공급기(17)를 구비하고, 배관(23)은 압출 다이(12)에 삽입되어, 그 선단(23a)은 사이징 다이(13)내에 배치되어 있다. 선단(23a)으로부터 냉각 매체를 클래드 파이프 내면(27b)에 분무 또는 분사 또는 토출하여, 공급한다. 급냉함에 의해 PVDF가 결정화하기 전에 클래드 파이프 내면(27b)의 형상을 조정하면서 고화시켜, 형상이 조정된 면형상을 유지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 배관(23)에 노즐(50)을 부착하여, (b)에 나타내는 바와 같은 다수의 구멍(50a)으로부터 냉각 매체를 공급해도 좋고, 그 형태는 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 배관(23)의 재질, 지름 등의 형태는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 직경 4mm의 동(銅)파이프를 사용하는 예를 들 수 있다.

냉각 매체는, 특별히 한정되지 않고, 액체, 기체 중 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 액체로는 물, 에틸렌글리콜 등, 기체로는 공기, 불활성가스(특히 질소 가스 등) 등을 사용할 수도 있다. 또한, 그 온도도 파이프 원료인 중합체의 융점 이하의 것이면, 상기 효과를 얻을 수 있지만, 바람직하게는 50℃이하이고, 더 바람직하게는 20℃이하이다. 또한, 냉각 매체의 온도는, 공급할 때의 온도가, 상기 바람직한 온도로 되도록 냉각 매체 공급기(17)로 조절하여 공급한다. 또한, 냉각 매체는 압출 다이(12)내를 통과하기 때문에, 압출 다이(12)에 의한 가온의 영향을 저감시키기 위해서, 공급 속도는 빠른 편이 냉각 매체의 온도가 일정하게 되므로 바람직하다.

파이프(27)는 압출 다이의 출구(12a)로부터 송출되어 자연 냉각이 시작된다. 압출 다이 출구(12a)로부터 사이징 다이 입구(13a)까지의 길이를 L1으로 하고, 사이징 다이 입구(13a)로부터 배관 선단(23a)까지의 길이를 L2로 한다. 사이징 다이(13)내에서는, 성형관(40)에 의해 외주면(27a)의 강제 냉각이 진행한다. 불소 수지인 PVDF는, 냉각과 동시에 결정화도 진행하고, 그 결정이 파이프 내면(27b)에 형성되면 상술한 바와 같이 계면 부정의 원인으로 된다. 그런데, 배관 선단(23a)은 사이징 다이 입구(13a)로부터 가까운 위치에 배치함이 바람직하다. 본 발명에서는, 길이(L1, L2)는 파이프 원료의 결정화가 진행하기 전에 면형상 조정 및 그 면형상을 유지할 수 있으면, 특별히 한정되지 않지만, L1은 30mm∼70mm, L2는 50mm∼20Omm의 범위임이 바람직하다. 또한, 슬로우트(28)에는, 파이프 이동 방향의 길이가 약 20mm의 것을 사용함이 바람직하지만, 그것에 한정되는 것은 아니다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 사이징 다이(13)에 의해 형상이 조정된 파이프(27)는 냉각기(14)로 냉각한 뒤에, 인취 롤러(15)에 의해 인취되고, 그 후에절단기(16)에 의해 원하는 길이(예를 들면, 1m)로 절단되어 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프로 된다. 사이징 다이(13)내에서 냉각 매체로 액체를 사용했을 때에는 이 때에 회수된다. 또한, 본 발명에서, 플라스틱으로 불소 수지를 사용한 경우에는, 그 발수성에 의해 물과 친화하기 어려워, 클래드 파이프(27)로서 사용하기 위한 건조를 용이하게 행할 수 있다. 또한, 인취 롤러(15)에 의한 파이프(27)의 인취 속도는, 특별히 한정되지 않지만, O.1m/분∼1.Om/분의 범위인 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 사이징 다이(13)에서도 파이프(27)를 냉각하기 때문에 종래법보다도 뽑아내는 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한, 파이프(27)의 인취 속도를 상기 압출 장치(9)에 의한 압출 속도보다도, 조금 빠르게 함으로써, 파이프에 적당한 장력을 부여하면서 반송할 수 있고, 고화전의 중합체의 진무름 등에 의한 면형상의 악화를 억제할 수 있다.

이상에서, 본 발명에 의한 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법에 대해서 도면을 참조하면서 설명하였다. 다음에, 상기 클래드 파이프에 코어부를 제조한 프리폼 및 그 프리폼을 연신하여 얻어지는 플라스틱 광섬유에 대해서 설명한다.

클래드 파이프(27)는 코어부의 원료로 되는 모노머를 주입할 수 있도록, 저부를 가지고 있는 것이 바람직하다. 저부는 상기 클래드 파이프를 구성하고 있는 중합체와 밀착성 및 접착성이 풍부한 질을 사용함이 바람직하다. 또한, 저부를 클래드 파이프와 동일한 중합체로 구성할 수도 있다. 중합체로 되는 저부는, 예를 들면, 클래드 파이프를 수직으로 정치하여 파이프의 하단을 용기에 넣고, 그 용기내에 소량의 모노머를 주입하여, 중합함에 의해서 형성할 수 있다.

클래드 파이프의 중공부에 코어부의 원료인 모노머 및 중합개시제, 중합조정제 등을 주입하여, 그 모노머를 중합하여, 중합체로서 코어부를 제조한다. 첨가량은 사용하는 모노머의 종류 등에 따라서 바람직한 범위를 적당히 결정할 수 있다. 중합 개시제는, 일반적으로는 모노머에 대해서, 0.005질량%∼0.050질량% 첨가하는 것이 바람직하고, 0.010질량%∼0.020질량%를 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 중합 조정제는, 일반적으로는 모노머에 대해서, 0.10질량%∼0.40질량%를 첨가하는 것이 바람직하고, 0.15질량%∼0 30질량%를 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 굴절율 조정제를 사용하지 않아도, 모노머를 2종 이상 사용하여 계면겔 공중합법을 행함으로써, 코어부를 제조할 수도 있다.

코어부의 제조 공정에서, 굴절률 분포를 형성하는 경우, 소망에 따라 굴절률 조정제가 첨가되고, 모노머의 중합은 클래드 파이프의 내면으로부터 중심으로 향하여 진행한다. 2종 이상의 모노머를 사용한 경우는, 클래드 파이프를 구성하고 있는 중합체에 대해서 친화성이 높은 모노머가 클래드 파이프의 표면에 편재하여 주로 중합하고, 그 모노머의 비율이 높은 중합체가 형성된다. 중심으로 향함에 따라서, 형성된 중합체 중의 상기 친화성이 높은 모노머의 비율은 저하하고, 다른 모노머 비율이 증가한다. 이와 같이 하여, 코어부로 되는 영역내에 모노머 조성의 분포가 생기고, 그 결과, 굴절률의 분포가 도입된다. 또한, 모노머에 굴절률 조정제를 첨가하여 중합하면, WO93/08488호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 코어부를 형성하기 위한 원료액(코어액)이 클래드 파이프의 내벽을 용해하여 클래드를 구성하고 있는 중합체가 팽윤하여 겔을 형성하면서, 중합이 진행한다. 이 때, 클래드 파이프를 구성하고 있는 중합체에 대해서 친화성이 높은 모노머가 클래드 파이프의 내주면에 편재하여 중합하고, 외측에는 굴절률 조정제 농도가 낮은 중합체가 형성된다. 중심으로 향함에 따라서, 형성된 중합체 중의 그 굴절률 조정제의 비율은 증가한다. 이와 같이 하여, 코어부로 되는 영역내에 굴절율 조정제의 농도 분포가 생기고, 그 결과, 굴절률의 분포가 도입되는 계면 겔 중합법에 의해 코어부를 제조할 수도 있다.

상기 모노머로 메틸메타크릴레이트(MMA)를 사용한 경우, 중합 개시제로는 PBD 및 PHV를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 모노머로서 MMA를 사용하고, 중합 개시제로서 PBD를 사용한 경우는, 초기 중합 온도를 1 00℃∼110℃로 48시간∼72시간 유지하고, 그 후, 120℃∼140℃까지 온도상승시켜 24시간∼48시간 중합하는 것이 바람직하다. 중합 개시제로서 PHV를 사용한 경우는, 초기 중합 온도를 1OO℃∼110℃로 4시간∼24시간 유지하고, 120℃∼140℃까지 온도상승시켜 24시간∼48시간 중합하는 것이 바람직하다. 또한, 온도상승은 단계적으로 행해도, 연속적으로 행해도 좋지만, 온도상승 에 걸리는 시간은 짧을수록 좋다. 또한, 상기 코어부의 제조 공정에서는, 일본 특개평9-269424호 공보 기재와 같이 코어액을 가압, 또는 WO93/08488호 공보에 기재되고 있는 바와 같이 코어액을 감압하여 중합해도 좋다. 이상에서 예시하는 방법에 의해 프리폼을 제조할 수있다. 또한, 프리폼의 제조 방법은 다른 공지 기술을 사용하여 제조해도 좋다.

(플라스틱 광섬유)

프리폼으로부터 플라스틱 광섬유를 제조할 때에는, 프리폼을 가열하여 연신시킨다. 이 때의 가열 온도는 프리폼의 재질 등에 따라서, 적당히 결정할 수 있지만, 일반적으로는, 180℃∼250℃가 바람직하다. 연신 조건(연신 온도 등)은 얻어진 프리폼의 지름, 소망한 플라스틱 광섬유의 지름 및 사용한 재료 등을 고려하여, 적당히 결정할 수 있다. 예를 들면, 선(線)인장력에 대해서는, 일본 특개평7-234322호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 용융한 플라스틱을 배향시키기 위해서 10g 이상으로 하거나, 일본 특개평7-234324호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 용융 연신 후에 변형을 남기지 않도록 하기 위해서 10Og 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 일본 특개평8-106015호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 연신 시에 예비 가열을 마련하는 방법 등을 취할 수도 있다. 이상의 방법에 의해서 얻어지는 플라스틱 광섬유(이하, 섬유소선이라도 함)에 대해서는, 얻어지는 소선의 파단 신율이나 경도에 대해서 일본 특개평7-244220호 공보에 기재되어 있는 방법에 의해 규정함으로써, 섬유소선의 굴곡이나 측압(側壓) 특성을 개선할 수 있다.

상술한 방법으로 제조한 플라스틱 광섬유는, 그대로의 형태로 각종 용도에 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에서는, 클래드부에 불소 수지를 사용하고 있는 경우에는, 불연성으로 내후성도 양호하고, 비점착성이기 때문에 섬유소선의 형태로 광섬유로서 사용할 수 있다. 또한, 보호나 보강을 목적으로 하여, 클래드부의 외측에 피복층을 갖는 형태, 섬유층을 갖는 형태, 및/또는 복수의 섬유소선을 묶은 상태로, 여러 가지의 용도에 제공할 수 있다.

[실시예]

이하에 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 배합, 조작 등의 태양이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

(플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조)

φ50mm 지름 스크류 압출기(플라스틱 공학 연구소제)(11)로 PVDF(폴리불화비닐리덴, 오우(吳羽)화학공업제 KF 폴리머 #850, 융점 177℃)을 압출 온도 190℃에서 파이프으로 압출하였다. 진공 사이징 다이(플라스틱 공학연구소제)(13)로 클래드 파이프(27)를 외경(D1)이 25mm, 내경(D2)이 20mm로 성형하였다. 내면 냉각 매체 송액용 배관(23)에는, 직경 4.0mm의 동파이프(23)를 사용하였다. 압출 다이 출구(12a)와 사이징 다이 입구(13a)의 길이(L1)를 70mm로 하고, 배관 선단(23a)의 삽입 길이(L2)를 150mm로 하였다. 클래드 파이프 내면(27b)에, 1L/분의 유량으로 15℃의 물을 분무하였다. 또한, 성형관(40)을 냉각기(44)를 사용하여 5℃의 물로 냉각하였다. 인취롤러(15)로 0.3m/분의 속도로 인취하고, 절단기(16)로 1m마다 절단하여 클래드 파이프(27)을 얻었다.

클래드 파이프(27)을 쪼개어서, 그 내면(27b)을 키엔스사 제 디지털 HF 현미경 VH-8000으로 2000배로 관찰하였다. 내면 거칠음의 평가는 디지털 현미경의 화상에서 요철 사이즈의 크기로, 육안으로 평가를 행하였다. 요철의 크기, 요철의 계면의 폭에 따라,

◎··요철이 전혀 보이지 않음,

○··요철이 보였지만 미세함,

△··요철이 보였지만 섬유의 클래드부로는 사용가능한 레벨임,

×··요철이 크고 다수 보임

의 4단계 평가로 하였다.

제조한 클래드 파이프에 MMA 모노머를 충전하고, 중합 개시제로서 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸이소프로피오네이트)를, 중합 조정제(연쇄 이동제)로서 도데실머캅탄을 사용하여, 6시간, 70℃에서 열중합을 행한 다음, 120℃에서 12시간 가열 처리를 행하여 프리폼을 제조하였다. 이 프리폼을 연신기로 200℃에서 용융 연신하여, 직경 500㎛의 플라스틱 광섬유를 제조하였다. 손실 측정은 1km당의 전송 손실(dB)을 비교하였다. 650nm의 파장 에서의 전송 손실이 20OdB/km이하이면 실용상 문제없는 레벨로, 평가하였다. 또한, 결과에 대해서는 뒤에 표 1에 정리하여 나타낸다.

[실시예 2 및 실시예 3]

실시예 2에서는, 실시예 1에서 사용한 냉각 매체(15℃의 물, 1L/분)를 바꾸어, 20℃의 공기를 30L/분으로 분출한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실험을 행하여 평가하였다. 실시예 3에서는, 60℃의 공기를 30L/분으로 분출한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 실험을 행하여 평가하였다.

[비교예 1 및 비교예 2]

비교예 1에서는, 200℃의 공기를 30L/분으로 분출한 것 외에는, 실시예 2와 동일한 조건으로 실험을 행하여 평가하였다. 비교예 2에서는, 내면(27b)의 냉각은행하지 않았다.

[표 1]

	냉각 방법	클래드 내면관찰결과	전송 손실(dB/km)
실시예 1	물 (15℃)	◎	140
실시예 2	공기(20℃)	○	160
실시예 3	공기(60℃)	△	190
비교예 1	공기(200℃)	×	측정 불가
비교예 2	없음	×	300

표 1에서, 15℃의 물(실시예 1) 및 20℃의 공기(실시예 2)로 클래드 파이프 내면(27b)을 냉각하면, PVDF 결정의 생성이 억제되어, 매끄러운 면형상이 얻어지고, 특히, 15℃의 물을 사용한 실시예 1에서는, 그 효과가 현저하게 나타남도 알았다. 또한, 60℃의 공기를 사용한 실시예 3에서는, 작은 결정이 관찰되었지만, 계면의 요철은 그다지 크지 않았다. 비교예 1에서는, 클래드 파이프의 내경 진원도가 낮고, 육안으로 원형이 허무러진 상태여서, 클래드 파이프로서 사용할 수 없었다. 비교예 2에서는, 내주면 관찰에서 큰 PVDF의 결정이 보이며, 계면의 요철이 컸다. 또한, 이 클래드 파이프를 사용하여 코어부를 제조할 때에 기포의 발생이 보이고, 연신할 때에도 기포의 발생이 보였다.

이상, 본 발명에 의하면, 용융 압출기에 의해 압출 중의 파이프내면을, 압출 수지의 융점 이하의 온도로 상기 수지의 결정화전에 냉각하므로, 클래드 파이프의 내면의 요철의 발생이 억제된다. 또한, 그 클래드 파이프를 사용하여 제조한 프리폼의 중합, 연신 시에 발포가 없고, 전송 손실 이 작은 플라스틱 광섬유를 제조할수 있다. 또한, 클래드 파이프 내면을 강제 냉각함으로써 냉각 속도를 올릴 수 있어, 결정화를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 클래드 파이프 내면의 결정화에 기인하는 표면 평활성 열화를 적게 할 수 있게 된다. 특히 두꺼운 파이프를 제조하는 경우, 본 발명의 효과는 현저하다.

또한, 클래드 파이프 내면의 평활성이 뒤떨어지기 때문에 생기는, 연신시의 발포의 문제, 섬유화 했을 때의 전송 손실 악화의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 클래드 파이프의 냉각을 사이징 다이에 의한 성형 시에도 행함에 의해, 인취 속도를 올려도 평활한 내주면의 클래드 파이프를 성형할 수 있기 때문에, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

용융압출기에 의해 압출 중의 파이프 내면을, 압출 수지의 융점 이하의 온도로 상기 수지의 결정화전에 냉각함을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 압출 수지가 불소 수지임을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 불소 수지가 적어도 폴리불화비닐리덴을 함유하는 것임을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

기체 및/또는 액체를 상기 압출 중의 파이프 내면에 공급하여, 상기 냉각을 행함을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 기체 및/또는 액체의 온도가 50℃ 이하인 것을 사용함을 특징으로 하는플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 기체 및/또는 액체의 온도가 20℃ 이하인 것을 사용함을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 기재의 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 방법에 의해 제조함을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프.
제7항 기재의 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프를 사용함을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유.
용융 압출기로부터 수지를 파이프 상으로 압출하여 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프를 제조하는 제조 장치에 있어서,

상기 용융 압출기로부터 압출한 파이프상의 수지를 성형하는 사이징 다이와,

이 사이징 다이내에서, 상기 파이프 상의 수지 내면에 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 구비함을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 클래드 파이프의 제조 장치.