NL8401981A

NL8401981A - Optische glasvezel voorzien van een kunststofbedekking en werkwijze voor de vervaardiging daarvan.

Info

Publication number: NL8401981A
Application number: NL8401981A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-06-22
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE3567851D1; JPH0556297B2; EP0167199A1; JPS6120008A; US4741596A; EP0167199B1

Description

J* PHN 11.068 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Optische glasvezel voorzien van een kunststofbedekking en merkwijze voor de vervaardiging daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een optische glasvezel voorzien van een kunststofbedekking, omvattende een glasvezel en een omhullende laag uit een kunstrubber, welke kunstrubber is gevornd uit een hardbare kunststofsamenstelling die een oligomeer urethaanacrylaat 5 en een laag-visceus mororeer acrylaat omvat.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een optische glasvezel voorzien van een kunststofbedekking, waarbij een glasvezel direkt na de vorming wordt omhuld net een laag van een hardbare kunststof samenstelling, welke vervolgens 10 tot uitharden wordt gebracht door bestraling net licht of elektronen.

Ben dergelijke optische glasvezel en werkwijze voor de vervaardiging daarvan zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nummer 4.324.575. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een hardbare kunst -stof samenstelling welke een oligamere hars omvat, welke oligomere hars 15 een condensatieprodukt is van polypropyleenglycol en twee eenheden van een O-hydraxyethylacrylaat-N-C-alifatisch urethaan. Het polypropyleenglycol bevat 12 tot 80 moncmere eenheden. De hardbare kunststof samenstelling omvat verder een polyalkylglycol-dimethacrylaat en kan 0 tot 15 gewichts % van een difunctioneel of trifunctioneel monomser acrylaat 20 bevatten, dat wil zeggen verbindingen met twee of drie acrylaatester-groepen per molecuul. De hardbare kunststof samenstelling bevat bovendien een foto-initiator en wordt door middel van bestraling met UV-licht tot uitharden gebracht, waarbij een kunstrubber wordt gevormd met een glas-overgangstemperatuur tussen -40 en +90°C. De hardbare kunststofsamen-25 stelling omvat geen oplosmiddelen.

Hardbare kunststofsanenstellingen zoals hier beschreven worden toegepast voor het aanbrengen van een eerste, zachte bedekking (elastici-teitsmodulus 1 tot 10 MPa) op een glasvezel voor optische transmissie.

In samenwerking met een tweede, harde bedekking (elasticiteitsmodulus 30 groter dan 100 MPa) wordt dan een glasvezel gevormd met een grote sterkte en een kleine microbuigingsgevoeligheid, dat wil zeggen dat de transmiss ie ver liezen, als gevolg van mechanische deformatie van de glasvezel, gering zijn.

ΡΑΠ* λ ‘", ï 5¾ U I 3 v ί PHN 11.068 2

De uitvinding beoogt nu een optische glasvezel te verschaffen met een kunststofbedekking met een zeer lage glasovergangstemperatuur, bijvoorbeeld -50°C of lager. Nu is het weliswaar bekend dat een lage glasovergangstemperatuur kan worden verkregen door toepassing van een 5 oligameer urethaanacrylaat met een hoog molecuulgewicht, maar als geen verdere maatregelen worden genomen, gaat dat gepaard met een ongewenst lage brekingsindex en een ongewenst hoge viscositeit van de hardbare kunststofsamenstelling. De kunststofbedekking moet een brekingsindex hebben die hoger is dan de brekingsindex van de buitenste laag van de 10 glasvezel. Het is voordelig. , dat de hardbare kunststof samenstelling een brekingsindex heeft, die zoveel groter is dan die van de glasvezel, dat een visuele controle mogelijk is van de centrale positie van de glasvezel in de kunststofbekleding. Bij het voldoen aan deze voorwaarden mag de viscositeit van de hardbare kunststofsamenstelling bij de aanbreng-15 temperatuur niet te groot zijn, omdat in het geval dat de viscositeit groot is, er geen gladde laag op de glasvezel kan worden gevormd bij de gewenste hoge bedeksnelheid.

De uitvinding beoogt verder een werkwijze te verschaffen waarbij een bedeksnelheid van de glasvezel wordt bereikt die groter is dan 20 5 m/s zonder dat de benodigde inrichting oneconomisch grote afmetingen heeft.

Aan de boven gestelde opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een optische vezel met een kunststofbedekking, gevormd uit een hardbare kunststofsamenstelling welke 50 tot 95 gew.% van een oligameer 25 urethaanacrylaat en 5 tot 50 gew.% van een of meer laag-visceuze moncmere acrylaten omvat, waarbij het oligcmere urethaanacrylaat een polyurethaan-acrylaat is met een aantal gemiddeld molecuulgewicht groter dan 3000 en met de volgende structuurf ormule: 30 CH„=CH-C-0-R_-C-NH-R_-NH-C-0-R, -C-NH-Rn-^lH-C-0-R--C-CH=CHn , 30 2 II 3 u 2 || 1 || 2 || 3 i| 2 0 0 0 0 0 0 waarin R^ gekozen is uit de groep gevormd door polyetherketens en polyesterketens met een aantal gemiddeld molecuulgewicht groter dan 2500, 35 waarin R2 een tweewaardige rest van een diisocyanaat is en waarin R^ een tweewaardige rest van een organische dialcohol voorstelt, waarbij de laag-visceuze moncmere acrylaten zijn gekozen uit verbindingen met één acrylaatestergroep per molecuul.

8401§81 PHN 11.068 3

Bij voorkeur is gekozen uit de groep gevormd door: -(CH2-CH2-0)- , -(CH2-CH-0)n- , -(CH2-CH2-€H2-CH2-0^- <k 5 en - η -CH2-CH2-0 — C- (CH2) 4-C-0-CH2-CH2-0- , "O O ' m 10 waarin n gemiddeld groter is dan 90 en waarin m gemiddeld groter is dan 30.

De kristallisatiegevoeligheid van de uitgeharde kunststofsamen-stelling is bijzonder gering als een polyisopropyletherketen is.

15 In een geschikte samenstelling van de hardbare kunststof- samenstelling is R2 gekozen uit de groep gevormd door:

20 W

h3c 'gh3

Een lage glasovergangstemperatuur en een hoge brekingsindex van de kunstrubber na het uitharden van de kunststofsamenstelling wordt be-25 reikt als is gekozen uit de groep gevontd door 30 ^3

In een voorkeurssamenstelling van de hardbare kunststofsamen-stelling is gekozen uit de groep gevormd door: 35 -«a^-CBj-OJp- en -(CH2-CH^)p- 84 0 1 S3 1 0¾ % PHN 11.068 4 waarin p ten minste 1 is.

Qm de hardbare kunststof samenstelling een geschikte viscositeit en een hoge uithardsnelheid te geven, worden een of meer laag- i visceuze moncmere acrylaten toegepast. Bij voorkeur zijn deze gekozen 5 uit de groep gevormd door 2-ethoxy-ethylacrylaat, 2' -ethoxy-2-ethoxy-ethylacrylaat, 3-methoxy-propylacrylaat, butylacrylaat, pentylacrylaat, hexylacrylaat, heptylacrylaat, octylacrylaat, nonylacrylaat, 2-ethyl-hexylacrylaat, 2-phenoxy-ethylacrylaat en 2' - (2-oxybenzophenon) -2ethoxy-ethylacrylaat.

10 De hardbare kunststofsamenstelling kan door bestraling met elektronen tot uitharden worden gebracht-, bijvoorbeeld door gebruik van een Electrocurtain installatie (produkt van Energy Sciences Ine., Woburn, Massachusetts). Het is echter ook mogelijk cm de hardbare kunststofsamenstelling tot uitharden te brengen onder invloed van UV-licht.

15 In dat geval is het gewenst dat de hardbare kunststofsamenstelling bovendien 0.1 tot 10 gew.% van een door licht activeerbare initiator cravat.

Bij voorkeur is de door licht activeerbare initiator gekozen uit de groep gevormd door 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenon, 2,2-diethoxy-acetophenon, 2,2-dimethyl-2-hydrqxy-acetophenon en 2'-(2-oxybenzophenon)-20 2-ethoxy-ethyl-acrylaat. De laatstgenoemde verbinding kan derhalve tegelijkertijd als verdunnend manoneer acrylaat en als lichtgevoelige initiator worden toegepast.

Cm de uithardsnelheid van de door het uitharden gevormde kunstrubber te vergroten is het doelmatig dat de hardbare kunststof-25 samenstelling 0 tot 20 gew.% van een of meer monamere meervoudige acrylaatverbindingen omvat. Bij voorkeur worden deze mononere meervoudige acrylaatverbindingen gekozen uit de groep gevormd door hexaan-dioldiacrylaat, trimethylolpropaan-triacrylaat en tripropyleenglycol-diacrylaat.

30 Aan de opgave cm een verbeterde werkwijze te verschaffen wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze waarbij een hardbare kunststofsamenstelling zoals hierboven beschreven op de glasvezel wordt aangebracht, welke kunststofsamenstelling vervolgens tot uitharden wordt gebracht door middel van een bestraling gedurende minder 35 dan 0,5 seconde.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden volgens de uitvinding, voorbeelden ter vergelijking en aan de hand van een tekening, waarin: 8401981 * RHN 11.068 5

Figuur 1 een dwarsdoorsnede toont van een mogelijke uitvoeringsvorm van een glasvezel met kunststofbedekking volgens de uitvinding,

Figuur 2 en

Figuur 3 verschillende uitvoeringsvormen tonen van polyether-5 urethaanacrylaten voor gebruik in een hardbare kunststofsamenstelling voor het vervaardigen van een kunststofbedekking op een optische glasvezel volgens de uitvinding, en waarin

Figuur 4 2'- (2-oxybenzophenan)-2-ethpxy - ethylacrylaat toont. üitvoeringsvoorbeelden en vergeliikingsvoorbeelden: 10 Een glasvezel wordt qp bekende wijze gevormd door trekken uit een voorvorm. Figuur 1 toont een dwarsdoorsnede van een glasvezel omvattende een kemglas 1 en een mantelglas 2 met verschillende brekingsindices. De kunststofbedekking en de werkwijze volgens de uitvinding kunnen ook worden toegepast op glasvezels die zijn gevormd met de dubbele 15 kroes methode en in plaats van een getrapt hrekings indexverloop kan er ook een geleidelijk verlopende brekingsindex zijn. De in figuur 1 getoonde glasvezel heeft een cirkelvomige doorsnede, maar de doorsnede kan ook een willekeurige andere vorm hebben, bijvoorbeeld elliptisch of vierkant. Direct na het vormen van de glasvezel wordt daarop een laag 20 aangebracht van een hardbare kunststofsamenstelling, welke vervolgens wordt uitgehard onder vorming van een laag uit een 'kunstrubber 3 .

Een aantal hardbare kunststofsamenstellingen werd bereid zoals aangegeven in tabel 1. De samenstellingen 1 tot en met 6 zijn samenstellingen volgens de uitvinding, de samenstellingen vil en VIII zijn ver-25 gelijkingssamenstellingen, niet volgens de uitvinding.

Kcmponent A is een polyetherurethaanacrylaat zoals boven beschreven, waarin een polyiscpropylethergroep is, waarin n gemiddeld 96 is, waarin de volgende tweewaardige rest is: Οί3 30 CH9__

Y

Hf CH3 35 en waarin de groep -(CH2-CH2-0)- is, zie figuur 2.

Kcmponent B is een polyetherurethaanacrylaat zoals boven beschreven, waarin R^ een polyiscpropylethergroep is, waarin n gemiddeld 120 is, waarin R2 de volgende tweewaardige rest is: 8401981 HU 10.068 6 c -Q- S CH3 waarin de aanduiding van de methylgroep betekent dat deze op een willekeurige plaats met de phenylring is verbonden, en waarin de groep -(CH^-CH^-O)- is, zie figuur 3.

10 De aanduiding EEEA in tabel 1 staat voor 2' -ethoxy-2-ethoxy- ethyl-acrylaat, PEA staat voor 2-phenoxy-ethylacrylaat en TFGDA staat voor tripropyleenglycoldiacrylaat. De toegepaste lichtgevoelige initiator is 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenon. De aanbrengtenperatuur is zodanig gekozen dat de viscositeit van de hardbare kunststofsamenstelling 15 bij die temperatuur ligt tussen 2 en 3 Pa.s. De aanbrengtenperatuur is bij voorkeur lager dan 6Q°C cm voortijdig uitharden van de hardbare kunststofsamenstelling te voorkomen.

20 25 30 8401981 35 2HN TT-068 7 Γ ; ; en m o O co

(S i-i . Lil o) 'ï 'J

1 s 1 1 1 * s s = f - - 15 5 . cn1^ ----- ή c •ï § ί> ^ 3 ? n in cm co „ ml u . t- cm in

Ir. 73 □ io . , , »a< co co · tn ·

•H3 j> 1 1 I 1 n CO O I r- CM

C__'____________________________ ___________

r- o CO

• CO <T> «3* LD

Ό. '^Jl^iSdl’r; 10 __ 00 o co

Γ" in CM «ei* CO

in i cn I 1¾1 · co · cp · · ul 1 r- P- 1 1 CO in O I τ- <- i l a\

15 01 m tn o o Pf ^ O

5 ^ 1 1 m’ oi 'ï ffi ·ί O l‘ «- τ- jz rf co o» d . o cm n« co ^ CO Γ" . I I ffl Ί1 O ω · 1{1 Φ ' I 1 1 Γ- τ- O I r- r- Ό on . cn ·_____ ^ m 10 ίτι o co H1 co in co ^ ^ o cn o* | , σ> I ' * co · en ' ' σι 03 co co r- co in t— r** i σι I i'cf · · φ · * 25 m co o l *- cn «—» - —— *- f ‘ i oT o

t * <C

(S ij rr> ê, ! ~ °— o° 30 JJ , w —. /—* O M ^£3 3

dPdP in o · 03 rH

— CM 3 &t Q 3

M 0(5 ti s 3 V

S’Sdi ·η iö ^ $ Q

• 5> S> 3; Τί fci -2- m m § S’' " §>Λ I 8> | | 3 ! * m *. £ ~ £ I S § c ffl 3 aJ4JS5SM0)4J-Hpi-H-y Φ - ccSS&O-Ptn+JMW·^ 35 : a ί 8 S w ~ < -s o i S B % s

j M | i§ i><DÖ«H

8401981 J -< PHN 11.068 8

Tabel 1 laat zien dat de glasovergargstarperatuur en de brekingsindex nauwelijks worden beïnvloed door de aanwezigheid van laag-visceuze moncmere acrylaten, maar dat de viscositeit daar wél sterk van afhankelijk is. De samenstellingen VII en VIII kunnen alleen 5 bij een temperatuur boven 60°C worden aangebracht op een glasvezel, hetgeen ongewenst is. De brekingsindex is afhankelijk van het gekozen moncmere acrylaat. De glasovergangstemperatuur is vooraf' afhankelijk van de samenstelling en het molecuulgewicht van het polyetherurethaan-acrylaat.

10 Een bijzonder snel uithardende hardbare kunststof samenstelling wordt verkregen met de volgende formulering: 86 gew.% van kanp'On&nt;a (fig. 2), 10 gew.% EEEA, 2 gew.% 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetqphenon en 2 gew.% 21-(2-oxybenzophenon)-2-ethoxy-ethylacrylaat (fig. 4). De viscositeit van deze formulering bij 25°C is 10 Pa.s, bij 45°C is deze 15 3.1 Pa.s. De hardbare samenstelling wordt bij 45°C op een glasvezel aangebracht. Een geschikte laagdikte op een glasvezel met een diameter van 125 ^um, is bijvoorbeeld 30 ^um. De hardbare kunststof samenstelling wordt uitgehard door bestraling gedurende 0.06 sec. met een middelbare druk kwiklarap op een afstand van 20 cm. De glasovergangstemperatuur 20 van de gevormde kunstrubber is -5Q°C.

25 « 30 84 0 1 8 8 1 35

Claims

1. Optische glasvezel voorzien van een kunststofbedeWcing, anvattende een glasvezel en een onhullende laag uit een kunstrubber, welke kunstrubber is gevormd uit een hardbare kunststofsamenstelling die een oligcmeer urethaanacrylaat en een laag-visceus noneneer 5 acrylaat anvat, met liet kenmerk, dat de hardbare kunststofsamenstelling 50 tot 95 gew.% van een oligcmeer urethaanacrylaat en 5 tot 50 gew.% van een of meer laag-visceuaemonanere acrylaten cravat, waarbij het oliganere urethaanacrylaat een polyurethaanacrylaat is net een aantal gemiddeld molecuulgewicht groter dan 3000 en met de volgende 10 structuurformule: CT2<H-C-0-R3-C-4JH-R2-NH-<jj-0-R1 , OO 0 0 O 15 waarin gekozen is uit de groep gevormd door polyetherketens en polyesterketens met een aantal gemiddeld molecuulgewicht groter dan 2500, waarin een tweewaardige rest van een diisocyanaat is en waarin een tweewaardige rest van een organische dialcohol voorstelt, waarbij de laag-visceuze menemere acrylaten zijn gekozen uit verbindin-20 gen met één acrylaatestergroep per molecuul.

2. Ti 2 4 ii 2 2 j

30. O “ waarin n gemiddeld groter is dan 90 en waarin m gemiddeld groter is dan 30.

2. Optische glasvezel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat R.j is gekozen uit de groep gevormd door: -(CH2-a^O)n- , -(CH2-CH-0)- , -(CH2-CH2-CH2-CH2-0)n-

25 CH^ en -CH--CHo-0 -i-C-(CH0) .-C-0-CH--CH.-0-t

3. Optische glasvezel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, 35 dat R2 is gekozen uit de groep gevormd door: 8401981 PHN 11.068 10 Λ Hf 0¾

4. Optische glasvezel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat R2 is gekozen uit de groep gevormd door: —/ ^Οϊ2en _/"7V_ CH 15 -3

5. Optische glasvezel volgens een der conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat is gekozen uit de groep gevormd door: ~ (CEL-CH„-0) ~ en -(CBL-CB-0) - , 2. p 2 | 'p ' 20 waarin p ten minste 1 is.

6. Optische glasvezel volgens een der conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat de laag-visceuze moncmere acrylaten zijn gekozen uit de groep gevormd door 2-ethoxy-ethylacrylaat, 2'ethoxy-2-ethoxy- ethylacrylaat, 3-Tnethoxy-propylacrylaat, butylacrylaat, pentylacry- laat,hexylacrylaat, heptylacrylaat, o-ctylacrylaat, nonylacrylaat, 2- ethyl-hexylacrylaat, 2-phenoxy-ethylacrylaat en 2'-(2-oxybenzo- phenon)- 2-ethyoxy-ethylacrylaat. 30

7. Optische glasvezel volgens een der conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de hardbare kunststof samenstelling bovendien 0.1 tot 10 gew.% van een door licht activeerbare initiator cmvat.

8. Optische glasvezel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de door licht activeerbare initiator is gekozen uit de groep ge-35 vormd door 2,2-dimethozy-2-phenyl-acetophenon, 2,2-diethoxy-acetophenon, 2,2-dimethyl-2-hydroxy-acetcphenon en 2*-(2-oxybenzophenon)-2-ethoxy-ethylacrylaat. 7 y\ . Λ i*u 4 ; PHN 11.068 . 11

9. Optische glasvezel volgens een der conclusies 1 tot en met 8, roet het kenmerk, dat de hardbare kunststof samenstelling 0 tot 20 gew.% van een of meer monomere meervoudige acxylaatverbindingen canvat.

10. Optische glasvezel volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat 5 de mcncmere meervoudige acrylaatverbindingen zijn gekozen uit de groep gevormd door hexaandioldiacrylaat, trimethylolpropaantriacrylaat en triprqpyleenglycoldiacrylaat.

11. Werkwijze voor de vervaardiging van een optische glasvezel voorzien van een kunststofbedekking, waarbij een glasvezel direct 10 na de vorming wordt arihuld met een laag van een hardbare kunststofsa-menstelling, welke vervolgens tot uitharden wordt gebracht door bestraling met licht of elektronen, met het kenmerk, dat een hardbare kunststofsamenstelling volgens een der conclusies 1 tot en mst 10 op de glasvezel wordt aangebracht, welke hardbare kunststofsamenstel-15 ling vervolgens tot uitharden wordt gebracht door middel van een bestraling gedurende minder dan 0.5 sec. 20 25 30 35 8401981