NO180027B - Fremgangsmåte for fjernbar fiksering av optiske fibrer på en avviklingsbærer samt optisk fiber belagt med adherende materiale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fjernbar fiksering av optiske fibrer på en avviklingsbærer i forbindelse med dannelsen av en kanister, og optisk fiber belagt med adherende materiale.

I US 4.746.080 beskrives en metode for å vikle en optisk fiber på en spole for å danne en kanister. Et adhesiv kan anvendes for å feste det første viklingslaget til spolen.

DE 1.596.478 beskriver en fremgangsmåte for å lage en pakke av lysledere, og et klebemiddel kan benyttes for å holde pakken sammen.

Optiske fibrer er tråder av glassfiber bearbeidet slik at lysstråler som overføres gjennom fibrene, utsettes for en total indre refleksjon. En stor del av intensiteten til det innfallende lys som dirigeres inn i fiberen, mottas ved den andre enden av fiberen, selv om fiberen kan være flere hundre meter lang. Optiske fibrer har vist seg å være meget lovende i kommunikasjonsanvendelser fordi en høy informasjonsdensitet kan føres langs fiberen, og fordi kvaliteten på signalet er mindre utsatt for utvendige forstyrrelser av forskjellige typer enn tilfelle er for elektriske signaler som føres i metalltråder. Glassfibrene er dessuten lette i vekt, og er fremstilt fra et meget rikelig stoff, silisiumdioksyd.

Glassfibrer blir typisk produsert ved fremstilling av et fiberemne av glasstyper med to forskjellige optiske brytningsindkser, en inne i den andre, eller en enkeltglass-sammensetning med et belegg som sikrer total indre refleksjon, og deretter bearbeidelse av fiberemnet til en fiber ved trekking, ekstrudering eller annen prosess. Den optiske fiberen blir deretter belagt med et polymerlag betegnet en buffer for å beskytte glasset fra riper eller annen skade. Som et eksempel på dimensjonene, så er diameteren på den optiske glassfiberen i en typisk konfigurasjon ca. 125 mikrometer, og diameteren på fiberen + polymerbufferen er ca. 250 mikrometer.

For slike meget fine fibrer så blir håndtering av den optiske fiberen for å unngå skade som kunne redusere dens lys-transmisjonsegenskaper en viktig faktor. Fibrene blir typisk viklet på en sylindrisk eller avsmalnende sylindrisk spole med mange vinninger tilstøtende hverandre på en side-om-side-måte. Etter at et lag er komplett, så legges et annet fiber-lag oppnå det første laget, osv. Den endelige sammen-setningen av spolen og de viklede fiberlagene betegnes en kanister. Ved et senere tidspunkt når den optiske fiberen skal benyttes, så blir fiberen vanligvis utlevert fra kanisteren i en oppviklingsoperasjon.

Det har erfaringsmessig blitt funnet at når fiberen skal utleveres eller avgis fra kanisteren på hurtig måte, så må vinningene av optisk fiber holdes på plass på kanisteren med et adhesiv. Adhesivet holder hver fibervinning på plass når tilstøtende vindinger og lag innledningsvis vikles på kanisteren, og også når tilstøtende vinninger og lag avgis. Uten bruk av et adhesiv kan utlevering av fibrene ikke bli jevn og regelmessig, hvilket leder til fiberfloker eller —uregel-messigheter hvilket skader fibrene eller forårsaker at de ryker idet de utleveres.

Adhsivet for optiske fibrer som benyttes i dag, er et neoprenadhesiv som påføres på vinningene av optisk fiber på en diskontinuerlig måte. Dvs. etter at et lag er viklet på kanisteren, så stoppes viklingsoperasjonen, og adhesivet sprayes på laget. Etter et kort opphold for å la adhesivet tørke, så blir det neste laget viklet slik at det ligger over det lag på hvilket adhesivet ble påført. Den diskon-tinuerlige viklingsoperasjonen gjør fremstillingen av kanistere med viklede, optiske fibrer langsom. Det er grunn til å anta at prosessen med påføring av neoprenadhesiv indu-serer overflateendringer hos den optiske fiberen som øker det optiske tapet fra fiberen under etterfølgende bruk. Det optiske tapet er en alvorlig ulempe ved neoprenadhesivet. Den relativt høye glassovergangstemperaturen til neoprenadhesivet forårsaker at det blir sprøtt ved avkjøling hvilket leder til mulig sprekking av adhesivet, og dette kan forårsake vanskeligheter under avgivelse av fibrer. Neoprenen kan oksydere ved eksponering for forhøyet temperatur, og dette leder også til sprøhet.

Det er et behov for forbedret adhesiv for bruk ved opp-viklings- og avviklingsoperasjoner for optiske fibrer. Et slikt adhesiv bør ha de nødvendige mekaniske egenskapene for å sikre et ensartet viklet kanister, bør ikke forårsake skade på lystransmisjonsegenskapene til den optiske fiberen, og bør fremme jevn avvikling eller utlevering av den optiske 'fiberen selv etter langvarig lagring ved ekstreme temperaturer. Foreliggende oppfinnelse oppfyller dette behov, og gir dessuten fordeler.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en påføringsprosess for bruk ved fjernbar fiksering av optiske fibrer på en lagringsbeholder samt en optisk fiber belagt med et adherende materiale. Adhesivet som benyttes er tilstrekkelig klebrig til å holde fibrene på plass, og minimaliserer oppviklings-defekter som ellers kan oppstå, særlig ved overgangen mellom lagene. Adhesivet viser tilstrekkelig smøreevne til å minimalisere behovet for mekanisk omordning av fibrene for oppnåelse av en glatt, viklet orden. Adhesivet tillater at fibrene lett kan avgis fra beholderen ved lave eller høye hastigheter. Adhesivet taper ikke sine nyttige egenskaper i løpet av langvarig aldring, selv under ekstreme temperaturer, slik at utleveringsegenskapene bibeholdes over lengre perioder med lagring av den viklede beholderen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for fjernbar fiksering av optiske fibrer på en avviklingsbærer, omfattende trinnene:

- påføring av en optisk fiber på en avviklingsbærer; og

- avsetning på den optiske fiberen av et adherende materiale bestående av et adhesiv båret i et væskebærer

medium,

og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det som adhesiv anvendes en blanding av en fluorsilikon og en polydimetylsiloksan, og ved at f luorsilikonen anvendes; i en mengde på ca. 25 vekt-# av blandingen.

Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en optisk fiber belagt med et adherende materiale, hvor det adherende materialet består av et adhesiv båret i et væskebærermedium, kjennetegnet ved at at adhesivet er en blanding av en fluorsilikon og en polydimetylsiloksan, og ved at fluorsilikonen utgjør ca. 25 vekt-# av blandingen.

Nevnte blanding kan således bestå vesentlig av ca. 5 vekt-# av et adhesiv med ca. 25 vekt-# 3,3,3-trifluorpropylmetyl-siloksan og ca. 75 vekt-# polydimetylsiloksan, og ca. 95$ beregnet på vekt/volum av en bærer valgt fra 1,1,2-triklor-1,2,2-trifluoretan, 1,1,1-trikloretan, og blandinger derav. Avsetningstrinnet utføres fortrinnsvis samtidig med påførings- eller påviklingstrinnet.

Ved det tidspunktet den optiske fiberen fremstilles, eller på et senere tidspunkt, blir den viklet på en sylindrisk eller avsmalnende sylindrisk bærer, hvorfra den senere avgis under bruk. Adhesivet påføres over den optiske fiberen på bæreren, fortrinnsvis ved trykkfri dysepåføring av adhesivet i en flytende bærer, samtidig med viklingsoperasjonen. Påfc5ringen av adhesivet kan eventuelt oppnås ved spraying, påstryking eller annen egnet teknikk, og kan utsettes til slutten av viklingen av hvert lag, foregående metode, men det er ikke nødvendig som i foregående metode. Adhesivet tillater påføring ved samme tid som viklingsoperasjonen, hvilket gjør viklingsoperasjonen hurtig. Etter at adhsivet og bæreren har blitt påført, viser blandingen en nyttig kombinasjon av smøreevne og klebrighet. Idet fibrene vikles på bæreren, så kan det normalt bli små feil innretninger slik at hver vinning ikke avsettes helt jevnt tilstøtende den forutgående vinning, og hvert lag blir ikke på perfekt måte anbragt over det forutgående lag. Smøreevnen til adhesivet tillater at viklingene og lagene kan gli over hverandre i en liten utstrekning for dermed å justere pakken av fibrer til en jevn oppstilling. Et trinn betegnet "massasje" ble tidligere benyttet for å oppnå dette resultat, hvor massasjen var en manuell manipulasjon av lagene med et verktøy for å bevirke at fibrene pakket seg jevnt sammen. Adhesivet gjør at massasjetrinnet kan reduseres betydelig ettersom adhesivets smøreevne hjelper fibrene i å justere seg til sine korrekte posisjoner i fiberpakken.

Adhesivet er noe klebrig ved berøring, hvilket hjelper oppnåelse av en jevn utlevering eller " avvikling og en glatt, stabil overgang mellom lagene. Adhesivet blir ikke sprøtt under normal eksponering og aldring ved lav eller høy temperatur, slik at utlevering er jevn selv etter langvarig lagring av kanisteren. Med det tidligere kjente neoprenadhesivet var det en forøket tilbøyelight til at vinningene ved slutten av hvert lag ble litt oppviklet i overgangs-eller tilbaketrinnsområdet, hvilket kunne forårsake uregel-messigheter og floker da fiberen ble avgitt. Metyletylketon-oppløsningsmiddelet som ble benyttet for neoprenadhesiver, har også blitt funnet å nedbryte polymerbelegget som befinner seg som et beskyttende lag på de optiske fibrene, hvilket leder til mulig reduksjon i lystransmisjon.

Adhesiv/oppløsningsmiddel-systemet er valgt for å gi kombinasjonen smørbarhet og klebrighet som omtalt ovenfor. Oppløsningsmiddelet fordamper ettter at blandingen er påført. Fiberrekker belagt med foreliggende silikonbaserte adhesiv viser mindre optisk tap enn de som benytter det tidligere kjente neoprenadhesivet, hvilket er en meget betydelig nyttevirkning. Adhesivet blir ikke sprøtt, og sprekker ikke etter lagring av kanisteren, slik at avgivning av den optiske fiberen skjer uten vanskelighet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor et viktig fremskritt innen teknikken som angår praktisk utnyttelse av fiberoptiske systemer. I mange anvendelser blir den optiske fiberen viklet på en bærer, og foreliggende løsning gir vesentlig bedre ytelsesevne enn det som hittil har' vært tilgjengelig for slikt oppviklet fiberoptisk materiale. Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå fra følgende mer detaljerte beskrivelse av den foretrukne ut-førelse, tatt i sammenheng med de medfølgende tegninger som ved hjelp av eksempel illustrerer oppfinnelsens prinsipper.

Fig. 1 er et skjematisk perspektivriss av et apparat for oppvikling av en optisk fiber på en spole for dannelse av en kanister, ved bruk av foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 er et sideriss av en detalj av kanisteren på fig. 1, som illustrerer et stabilt tilbaketrinn mellom lag; og

fig. 3 er et forstørret perspektivriss av en kanister hvor fiberen delvis er viklet av.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelse

Et vikleapparat 10 for vikling av en optisk fiber 12: på en spole 14 er illustrert på fig. 1. Spolen 14 kan være sylindrisk, eller kan være en konus som har en svak konisitet fra en ende til den andre, slik som en konisitet på ca. 2 grader, idet spolen 14 i hvert tilfelle har en sylinderakse 16. Solen 14 er typisk fremstilt av aluminium med en på-viklet ståltråd overliggende aluminiumet for å virke som en føring for nedleggingen av den optiske fiberen 12. Spolen 14 er montert på et spoleapparat 18 som roterer spolen 12 om-kring aksen 16 på en regulerbar måte. Videre dirigerer spoleapparatet spolen 14 i retningen som er parallell med aksen 16, slik at den optiske fiberen 12 kan bevege seg langs en konstant bevegelseslinje etter hvert som den vikles på spolen 14. Apparatet er giret slik at fremføringen i hver retning er tilpasset omdriningshastigheten slik at fiberen gis anledning til å avsettes jevnt, først på ståltråden og deretter på de forutgående lag av glassfiber.

Den optiske fiberen 12 blir til å begynne med tilført fra en forrådsspole 20. Etter hvert som fiberen 12 vikles av fra spolen 20, så passerer den gjennom en føring 22 og deretter over et sett valser 24. Valsene 24 innretter fiberen 12. Videre er minst en valsene en strammevalse 26 som er fjaer-belastet. Strammevalsen 26 samvirker med apparatet 18 for å gi en riktig spenning til fiberen 12 idet den vikles på spolen 14.

Etter at den passerer over valsene 24, men før den når spolen 14, passerer glassfiberen 12 gjennom en trykkfri dyse-applikator 28, hvori et lag av adhesivet i bæreren påføres jevnt på fiberen 12. I applikatoren 28 passerer fiberen gjennom et bad av adhesivet og bæreren, hvis sammensetning er omtalt i det ov.enstående, slik at laget av flytende blanding avsettes på overflaten av fiberen 12.

Ved fullføring av viklingen av hvert lag blir bevegelsesret-ningen for spolen 14 i retningen parallell med sylinderaksen 16 reversert, slik at det neste laget av fiber 12 kan avsettes overliggende det på forhånd avsatte lag. Fig. 2 illustrerer det som skjer ved endene av lagene. På tegningen vises et første lag 30 som vikles fra venstre mot høyre. Ved fullføring av det første laget 30 blir det andre laget 32 viklet fra høyre mot venstre overliggende det første laget 30. Vinningen 34 helt til høyre i det andre laget 32 begynner ikke nøyaktig ved den helt ytterste høyre ende av det første laget 30, men blir isteden stilt tilbake flere vinninger. En slik tilbakestilling av vinninger reduserer sannsynligheten for at floker skal oppstå når fiberen 12 senere vikles av fra spolen 14. Den optiske fiberen 12 må derfor foreta en overgang 36 fra den ytterste høyre enden av det første laget 30 til den ytterste høyre vinningen 34 i det andre laget 32.

Evnen til å foreta denne overgang er avhengig av adhesivet som er benyttet på fibrene 12. Dersom adhesivet er for svakt eller blir svekket og sprøtt under lagring, kan overgangs-delen 36 løsne slik at flere vinninger trekkes løs eller slik at overgangen "går rundt" diameteren på fiberpakken og dermed bevirker at suksessive vinninger av fibrer 12 løsner på spolen 14. Hvert av disse resultatene kan forårsake at den optiske fiberen 12 blir flokete ved utlevering.

Utleveringsmåten for noen anvendelser er illustrert på fig. 3. Selv om kanisteren er viklet på den måten som er vist på fig. 1, kan utleveringen være generelt parallell med sylinderaksen 16. Bruken av en noe konusformet konfigurasjon hjelper utleveringen. Som illustrert ved henvisningstallet 38 blir adhesivet under utlevering kontinuerlig delt mellom suksessive vinninger av fiber 12 og mellom overliggende lag. Dersom adhesivet er for svakt, kan flere vinninger utleveres på en gang, hvilket forårsaker floker og mulig brudd på fiberen 12. Dersom ahesivet ved henvisningstall 38 blir sprøtt eller på annen måte endrer sine adhesive egenskaper i betydelig grad under lagring, eller foreligger på ujevn måte mellom fibrene, så blir utleveringen av fiberen 12 avbrutt. Resultatet kan være en skadet eller brutt fiber.

Det er tydelig at typen av adhesiv og dets evne til å bi-beholde ønskede, adhesive egenskaper under langvarige lagringsperioder etter påføring, er kritisk for den vel-lykkede oppnåelse og retensjon av en ensartet fiberpakke, og evnen til å avvikle fiberen fra kanisteren uten skade eller brudd på fiberen. Det tidligere kjente neoprenadhesivet har en relativt høy glassovergangstemperatur slik at det hlir sprøtt under lagring. Neoprenadhesiv kan oksydere ved moderat forhøyede temperaturer på 50-60°C, hvilket også leder til forsprødning. Videre, metyletylketon-oppløsningsmiddelet som benyttes med neoprenadhesiv, fordamper meget hurtig uten å tillate tid for justering av fiberen i fiberpakken, og antas å forårsake redusert optisk transmisjon i den optiske f iberen.

Det foretrukne adhesivet ifølge foreliggende oppfinnelse dannes ved sammenblanding av ca. 25 vekt-# 3,3,3-trifluor-propylmetylsiloksan, en fluorsilikon, og ca. 75 vekt-# av en polydimetylsiloksan med den generelle formel:

og endegrupper X av en hvilken som helst akseptabel type, slik som f.eks. Si(CH3)3 eller Si(0H)3. Verdien for n kan variere, men er normalt større enn 10.

Fluorsilikonforbindelsen er kommersielt tilgjengelig fra Dow Corning som Type 94-003, som har ca. 55 vekt-# faste stoffer. Polydimetylsiloksanen er tilgjengelig kommersielt fra General Electric som Type GE6573PSA, som også har ca. 55 vekt-# faste stoffer. Selv om disse materialene, og baerermediet, er kommersielt tilgjengelige, så har det ikke vært noen erkjennelse av egenskapene og nyttevirkningene som er tilgjengelige ved bruk av den spesielle kombinasjonen i fiberoptiske kanister-systemer.

Økning av den relative andel av fluorsilikonen øker adhesivets smøreevne, og minsking av den relative andel av fluorsilikonen øker klebrigheten. Det har blitt funnet bruk av 25$ av fluorsilikonen gir den beste blanding av disse to egenskapene. Forskjellige mengdeandeler er imidlertid også

opererbare, og kan finne anvendelse i forskjellige kanister-konfigurasjoner. Tester av adhesiver varierende fra fullstendig fluorsilikon til fullstendig polydimetylsiloksan har blitt utført på vellykket måte, og adhesiver over dette om-rådet forventes å ha nyttevirkning i andre utleverings-anvendelser med optiske fibrer.

Fluorsilikonen og polydimetylsiloksanen blandes sammen og oppløses deretter i et passende bærermedium. Mediet kan virke delvis som et oppløsningsmiddel eller som et middel for å bevege en dispersjon, men tjener i hvert tilfelle til å tilveiebringe adhesivet i en fortynnet form som lett kan av-leveres til fibrene. De foretrukne bærere er 1,1,2-diklor-1,2,2-trifluoretan, tilgjengelig kommersielt som Freon TF, 1,1,1-trikloretan, kjent i industrien som TCA, eller en blanding av de to. Blandinger av Freon TF og TCA varierende fra fullstendig Freon TF til fullstendig TCA, har blitt testet og funnet brukbare ved utførelse av oppfinnelsen. Disse bærerne fordamper ikke umiddelbart, men bibeholder sin flytende form i en tid etter påføring. Denne smøreevne tillater at fiberpakken kan justere seg selv for derved å fjerne små viklingsufullkommenheter før adhesivet herder fullstendig. Noe manuell massasje av fiberpakken er nød-vendig for å kompaktere fiberpakken ved anvendelse av foreliggende adhesiv, mens omfattende massasje var nødvendig ved bruk av det tidligere kjente neoprenadhesivet.

Forholdet for adhesivet til bæreren justeres for å gi utlevering av en opererbar mengde av adhesivet ved hjelp av den trykkfrie dyseteknikken som er omtalt ovenfor, og en 5 vekt-/volum-# (fortynnet etter behov) konsentrasjon av adhesivet i bæreren har blitt funnet å være effektiv for dette formål.

Adhesivet som anvendes i foreliggende oppfinnelse har en glassovergangstemperatur som er tilstrekkelig lav til å tillate lagring av den viklede kanisteren ved temperaturer ned til ca. —50°C uten tap av adhesive egenskaper. Adhesivet forsprødes ikke ved moderat forhøyede temperaturer eller under termisk cykling mellom lave og høye temperaturer.

Bruken av det silikonbaserte adhesivet har fullstendig uventet nyttevirkning m.h.t. å redusere tapet av lysenergi langs lengden av den optiske fiberen i noen tilfeller sammenlignet med bruken av det tidligere neoprenadhesivet. For noen typer av optiske fibrer var svekkelsen av lys så stor med neoprenadhesivet at intet lys i det hele tatt kunne ledes gjennom en 11 km lang fiber ved bruk av konvensjonelt neoprenadhesiv, men transmisjon var mulig ved bruk av foreliggende silikonbaserte adhesiv. Tre forskjellige typer av optiske fibrer ble kvantitativt sammenlignet med henblikk på lystransmisjon ved bruk av konvensjonelt neoprenadhesiv og foreliggende adhesiv. For en type fiber var det en 10 gangers økning i lystransmisjon ved bruk av foreliggende adhesiv. For en annen type fiber var det en 33$ økning i lystransmisjon ved bruk av foreliggende adhesiv. For en tredje type fiber var lystransmisjonen vesentlig den samme for begge typer adheiv. For to av de tre typene av bedømte fibere var det således en betydelig forbedring i lystransmisjon ved bruk av det definerte adhesivet sammenlignet med det tidligere neoprenadhesivet.

Den forbedrede, optiske ytelsesevne hos fibrene som oppnås ved bruk av det definerte adhesivet, skyldes i det minste delvis de oppløsningsmidler som benyttes for de to adhe-sivene. Neoprenadhesivet er oppløst i en hovedfraksjon metyletylketon (MEK) for påføring. Det antas at MEK kan nedbryte polymerbuffermateriale som er avsatt på fibrene for beskyttelse, hvilket reduserer beskyttelsen for fibrene og øker sannsynligheten for feil som kompromitterer fiberens egenskaper.

Foreliggende oppfinnelses løsning tilveiebringer således et betydelig fremskritt i den praktiske utnyttelse av optiske fibrer som understøttes som kanistere på spoler, og avgis før eller under bruk. Ikke bare er de mekaniske egenskapene bedre, men det benyttede adhesivet resulterer også i forbedrede optiske egenskaper.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for fjernbar fiksering av optiske fibrer på en avviklingssbaerer , omfattende trinnene: påføring av en optisk fiber på en avviklingsbærer, og avsetning på den optiske fiberen av et adherende materiale bestående av et adhesiv båret i et væskebærermedium, karakterisert ved at det som adhesiv anvendes en blanding av en fluorsilikon og en polydimetylsiloksan, og at fluorsilikonen anvendes i en mengde på ca. 25 vekt-# av blandingen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en avviklingsbærer som har form av en avsmalnende sylinder og at den optiske fiberen påføres derpå ved vikling.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som fluorsilikon anvendes 3,3,3-trifluorpropylmetylsiloksan.

4 . Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes et vektforhold for adhesiv til bærermedium som er 5 deler adhesiv til 95 deler bærermedium.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes et bærermedium valgt fra 1,1,2-triklor-l,2,2-trifluoretan og 1,1,1-trikloretan.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at avsetningstrinnet utføres samtidig med påføringstrinnet.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at avsetningstrinnet oppnås ved trykkfri dysepåføring av adhesivet på fiberen.

8. Optisk fiber belagt med adherende materiale, hvor det adherende materialet består av et adhesiv båret i et bærervæskemedium, karakterisert ved at adhesivet er en blanding av en fluorsilikon og en polydimetylsiloksan, og at fluorsilikonen utgjør ca. 25 vekt-# av blandingen.

9. Optisk fiber ifølge krav 8, karakterisert ved at fluorsilikonen er 3,3,3-trifluorpropylmetyl-siloksan.

10. Optisk fiber ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at ca. 5 vekt-# av adhesivet er til stede i bærermediet.

11. Optisk fiber ifølge krav 8, 9 eller 10, karakterisert ved at bærermediet er valgt fra 1,1,2-triklor-1,2,2-trifluoretan, 1,1,1-trikloretan, og blandinger derav.