SE465541B - Anvaendning av polyamid/polyamidelastomer-blandningar foer framstaellning av polymera skyddsskikt foer ljusvaagledare - Google Patents

Description

25 30 35 465 541 2 hos glasmaterialet, medan det därefter anbringande överdraget består av en termoplastisk hartsmassa, betecknad nedan som 'sekundärt skyddsskikt', och anbringas genom strängsprutning, som skyddar gentemot mekaniska påkänningar, fuktighet, ultra- violett strålning etc. En på detta sätt framställd "optisk fiber' med ett av tvâ skikt bestående hölje visas i fig. A på bifogade ritningar, innefattande glasfiberkärnan l, det primära överdraget 2 och det sekundära skyddsskiktet 4.

Redan enligt D. Gloge et al., 'Optical fiber packaging and its influence on fiber straightness and loss', BSTJ, 54, 1975. sid. 245-262, eller J. Geisler et al., 'Optical fibers', Appl.

Technical Ser. V/S 120 och följande. Pergamon Press. 1986, är det känt att överföringsegenskaperna hos 'optiska fibrer' upp- visar kraftiga variationer, vilka är följden av uppträdande av mikroböjningar. De bildade överföringsförlusterna anges van- ligtvis i dB/kl. Han har därför försökt att ytterligare för- bättra tvåskiktskonstruktionen för höljet för den 'optiska fibern' enligt fig. A. Ett typiskt exempel därpå visas 1 fig. B i bifogade ritningar, varvid ett buffertskikt 3 av ett material är anordnat mellan det primära och sekundära över- draget. vilket kan absorbera yttre spänningar eller påkänning- ar och t.ex. består av polyisobutener, vissa geler, skummade plastmaterial eller ett eten/vinylacetat-sampolymerisat, ett i handeln förekommande silikonharts eller ett gummiliknande material.

En ytterligare teknisk utföringsform består i att innerdiame- tern för det sekundära skyddsskiktet göres större än ytterdia- :etern för det primära överdraget för att bilda ett hålrum mellan de båda överdragen. En fiber av detta slag visas i fig. C i bifogade ritningar.

Vid ännu en teknisk utföringsform är den sekundära ommantligen utbildad som planband, varvid de optiska fibrerna är anordnade i parallella rader bredvid varandra (se fig. D).

Fördelen med denna konstruktion ligger i att ett högt antal 10 15 20 25 30 35 3 46sfs41 optiska ledare kommer att ligga bredvid varandra i ett band och flera sådana band kan anordnas över varandra och medge ett flexibelt konstruktionssätt.

De optiska fibrerna av de ovan beskrivna typerna A-D utmärkes av att fiberkärnan är mekaniskt isolerad genom det primära överdraget och eventuellt det sekundära skyddsskiktet både mot yttre mekaniska krafter och mot inre eller yttre spänningar, framkallade genom de olika värmeutvidgningskoefficienterna hos de olika materialen, av vilka den 'optiska fibern“ inkl. höl- jet består. Undersökningar har visat att i motsats till fibrer enligt fig. A och D iakttages vid fibrer enligt fig. B och C under inverkan av ett yttre tryck eller vid lägre temperaturer en mindre ökning av överföringsförlusterna. Pâ grund av hål- rummet mellan det primära och sekundära överdraget uppvisar dessutom fibern enligt fig. C en hög beständighet gentemot nikroböjningar, vilka uppträder till följd av en inverkande yttre kraft eller inre termiska spänningar.

Vid krynpning av det sekundära överdragsmaterialet i längd- riktningen kan det leda till serpentinformiga höjningar i den optiska fibern. utan att därvid överföringsförluster måste uppstå.

För framställning av det sekundära skyddsskiktet användes enligt teknikens ståndpunkt termoplastiska hartser, vilka kan smältsträngsprutas. För användning ifrâgakommer i synnerhet polyamider, polyestrar, polyolefiner och fluorpolymerer. då dessa material lätt kan strängsprutas, är mycket väderbestän- diga och uppvisar en hög mekanisk hâllfasthet. Särskilt för- delaktig är användningen av polyamider, som uppvisar förhål- landevis små värmeutvidgningskoefficienter och en ringa vattenupptagning och därför användes även för beläggning av elektriska trådar.

Olika undersökningar har visat att polyamid-12-typer med framgång kan användas för framställning av det sekundära skyddsskiktet för optiska fibrer. Sådana fibrer är i huvudsak 465 541 4 10 15 20 25 30 35 fria från variationer i överföringsförlusterna, vilka uppträ- der till följd av mikroböjningar, dvs. fria från variationer i överföringsförluster till följd av anbringande av det sekun- dära skyddsskiktet genom strängsprutning och till följd av yttre spänningar. som uppträder under ommantlingen och in- stallationen eller kabelutläggningen. Enligt DE-A-2 512 312, 2 723 587. 2 724 155 och 3 144 182. DE-C-2 914 555 och JP-14 82 10/78 är 'optiska fibrer' kända, vilka uppvisar ett överdrag av polyamid-12 och sampolyamider, vars elasticitets- moduler vid rumstemperatur ligger mellan 200 och 2200 N/mmz.

Förutom beständighet gentemot mikroböjning mäste 'optiska fibrer' dock även uppvisa stabila överföringsegenskaper vid temperaturer från -30°C till +60°C och de måste även bibehålla sina egenskaper då den 'optiska fibern' användes t.ex. som undervattenskabel, varvid höga vattentryck kan uppträda.

Denna skadliga inverkan kan minskas då ett ommantlingsmaterial med hög höj-E-modul väljes, som garanterar en tillräckligt hög tvärtryckhâllfasthet. Ofta uppvisar dock de lämpliga materia- len högre viskositeter, så att framställningen av det sekundä- ra skyddsskiktet icke kan genomföras med tillfredsställande hastighet med strängsprutning. För kostnadsgynnsam och tek- niskt enkel produktion önskas därför material, vilka uppvisar en hög egenskapsnivå och samtidigt höga bearbetningshastig- heter.a Den till grund för uppfinningen liggande uppgiften är därför att undanröja de ovanstående nackdelarna hos sådana 'optiska fiberkablar' med sekundära plastmaterialskikt, i synnerhet den viskositetsbetingade ojämna tjockleken hos det anbringade plastöverdraget, otillfredsställande tryck- och knyckhâllfast- het och alltför hög vattenupptagning, den minskade resistensen gentemot mikrosprickor vid snäva böjningsradler (varvid man med den minsta böjningsradien avser radien för en ögla av fiberkabeln, där icke någon skada uppträder, t.ex. genom knâckning eller mikrosprickor, som skulle leda till över- föringsförluster). en bristande dimensionsstabilitet på grund 10 15 20 25 30 35 465 541 av efterkristallisation hos polymererna och en otillfredsstäl- lande mekanisk hållfasthet, som samtliga ökar överföringsför- lusten, varvid även på grund av alltför låg strängsprutnlngs- hastighet de kända materialen kan göra produktionen oekonomisk.

Denna uppgift löses genom användningen av termoplastiskt bear- betningsbara blandningar av I) 0-95 viktprocent polyamid-12 II) 50-5 viktprocent polyamidelastomerer och III) 0-95 viktprocent ytterligare polyamider och/eller sam- polyamider för framställning av polymera skyddsskikt för ljusvågledare. Därvid alstras de enligt uppfinningen använda polynera skyddsskikten företrädesvis genom strängsprutning och förbindes på godtyckligt sätt med ljusvâgledarna och eventu- ellt ytterligare av polymerer eller andra material bestående skikt till ljusvågledarkablar. Företrädesvis användes bland- ningar av komponenterna I, II och III för framställning av s.k. sekundära skyddsskikt för ljusvâgledare.

Hed polyamid-12 (I) avses alla material som enligt kända metoder erhålles genom polymerisation av laurinlaktam eller genom polykondensation av o-amino-laurinsyra. Polyamid-12 kan dessutom innehålla förhållandevis små viktandelar (van- ligtvis ca 0,1-5 viktprocent) av sådana molekylrester, som härstammar från s.k. kedjelängdreglerande medel, dvs. substan- ser som begränsar molekylvikten till vissa värden. Som kedje- längdreglerande medel fungerar t.ex. dikarbonsyror eller dianiner.

Den relativa viskositeten för den son blandning med komponen- terna II och III enligt uppfinningen använda polyamid-12, son utgör ett nått för dess aolekylvikt, ligger, nätt i n-kresol under de i DIN 53727 beskrivna betingelserna. mellan 1,4 och 2.1. företrädesvis mellan 1,5 och 1.8.

Polyanidelastomeren (II). som utgör en väsentlig beståndsdel 1 de enligt uppfinningen använda blandningarna, kan härröra antingen från klassen av polyeteramider. som beskrives t.ex. i 10 15 20 25 30 465 541 DE-A-3 006 961 eller i CH-A-656135. eller av sådana polyeter- esteramider enligt t.ex. DE-A-2 936 977 eller DE-A-3 428 404.

Polyeteramiderna kan framställas enligt kända metoder av (a) m-aminokarbonsyra eller laktamer med mer än 10 kolatomer, (b) a,m-dimaminopolyalkylenoxider med molekylvikter mellan 230 och 2500, vars alkylenrester är linjära eller förgrenade och innehåller minst 3 kolatomer. och 'a c) till komponent b) ekvimolära mängder av díkarbonsyror med 6-365 kolatomer. Dessa polyeteramider kan dessutom även inne- hålla ringa mängder av mono- eller trikarbonsyror eller från mono- eller triaminer härrörande molekylrester. Andelen av de från komponent b) härrörande polyalkylenoxidenheterna (poly- eterblock) i polyeteramiden uppgår till 5-60, företrädesvis 10-45 viktprocent, räknat på totalvikten av polyeteramiden.

Den relativa viskositeten för polyeteramiden ligger mellan 1,4 och 2,1. företrädesvis mellan 1,5 och 1,9, under betingelserna vid de för polyamid-12 angivna mätföreskrifterna.

Polyeteresteramiderna, vilka likaså användes som polyamid- elastomerer (II) enligt uppfinningen, kan framställas från (a) u-aminokarbonsyror eller laktamer med mer än 10 kol- atomer, (b) a,w-dihydroxipolytetrahydrofuraner med molekylvikter mellan 160 och 3000, och (c) till komponent b) ekvimolära mängder av dikarbonsyror.

Andelen av de från b) härrörande polytetrahydrofuranenheterna i polyeteresteramiden uppgår till 5-50 viktprocent, företrä- desvis 10-45 viktprocent, räknat på totalvikten av polyeter- esteramiden. För den relativa viskositeten hos polyeterester- amiden gäller detsamma som för den relativa viskositeten hos den ovan beskrivna polyeteramiden.

De förutom komponenterna I och II använda ytterligare poly- Q amiderna och/eller sampolyamiderna III erhålles genom poly- kondensation resp. polymerisation av m-aminokarbonsyror (som t.ex. m-aminokapronsyra, o-aminoundekansyra och, för fallet av sampolyamider, även w-aminolaurinsyra) resp. 10 15 20 25 30 35 465 541 laktamer (som t.ex. kaprolaktam och vid sampolyamider även laurinlaktam) eller genom omsättning av med varandra reage- rande monomerer. som exempelvis en diamin och en dikarbonsyra eller av blandningar av de ovan nämnda föreningarna. Som sär- skilda utföringsformer av blandningen (av teoretiskt tre komponenter) enligt patentkravet l kan i vartdera fallet I eller III (ej båda samtidigt) vara O %.

Som diaminer kan t.ex. användas hexametylendiamin, nona- metylendiamin. dekametylendiamin. dodekametylendiamin. 2.2.4- och 2,4,4-trimetylhexametylendiamin, isoforondiamin, bis-(aminocyklohexyl)-alkaner och deras alkylderivat samt xylylendiaminer.

Som dikarbonsyror kan t.ex. användas adipinsyra, korksyra. azelainsyra, sebazinsyra. dodekandisyra, brassylsyra, di- meriserade fettsyror, tereftalsyra. substituerad och osub- stituerad isoftalsyra och cyklohexandikarbonsyra.

Den relativa viskositeten för de på detta sätt tillgängliga polyamiderna och sampolyamiderna (III) ligger mellan l,4 och 2,1, företrädesvis mellan 1,5 och 1,8, mätt i m-kresol under de ovan angivna betingelserna.

Blandningen av komponenterna I, II och III kan användas i form av en granulatblandning (torrblandning) eller i form av en polymerlegering för framställning av polymera skyddsskikt för ljusvågledare genom strängsprutning.

De enligt uppfinningen använda blandningarna kan naturligtvis även innehålla tillsatser i ringa mängder såsom t.ex. anti- oxidanter, UV-stabilisatorer. färgämnen. pigment och glid- medel. Vid användningen enligt uppfinnignen av de beskrivna blandningarna av I, II och III för framställning av sekundära polymera skyddsskikt för ljusvågledare uppnås en kombination av fördelar. vilka utmärker dessa produkter som särskilt lämp- liga LWL-skyddsmaterial, ty l) på grund av den låga viskositeten hos de enligt uppfinning- en använda blandningarna kan mycket höga strängsprutningshas- 10 15 20 25 30 35 465 541 tigheter av t.ex. 250 m/minut och mera uppnås. vilket vid jämförelseprodukter, som t.ex. polyamid-12, är möjligt endast under tydlig försämring av den allmänna egenskapsnivån. 2) med tilltagande strängsprutningshastighet ökar ljusöver- föringsförlusten (dämpningen) endast i ringa grad, och näm- ligen i mycket mindre utsträckning än vid jänförelseprodukter, såsom polyamid-12 (detta faktun är för LWL-olnantling av av- görande betydelse), 3) på grund av det ringa beroendet av Biege-E-nodulen själv av språngvis växande temperaturer erhålles en mycket hög konstans och temperaturoberoende hos tvärtryck- och böjhàllfastheten. 4) genom ökning av strängsprutningshastigheten ninskar kraf- tigt kristallisationsbenägenheten hos laterialet och sålunda uppnås en förbättring av dimensionsstabiliteten (däremot ut- löses genom polynerer, son efterkristalliserar, såsom poly- amid-l2, spänningar i LHL-kablar. som ökar dânpningen), S) med tilltagande strängsprutningshastighet vid kvarblivande dämpningsvärden i jämförelse ned produkter. såsom polyamid-12, fastställes en väsentligt nindre tryckkänslighet hos LWL-om- mantlingen, 6) på grund av andelarna av polyanidelastomerer uppnås en högre flexibilitet och en bättre återställningsförnåga (dessa egenskaper är av fördel för vissa ljusvågledarkablar) och 7) på grund av andelen av polyanidelastomerer uppnås en med 20-25 2 minskad vattengenolsläpplighet i jämförelse ned poly- anid-l2-produkter av liknande viskositet.

Nedanstående exempel belyser användningarna enligt uppfinning- en av blandningar för franställning av polynera skyddsskikt för ljusvågledare. De aktuella blandningarna kan dock även utnyttjas för andra användningar. t.ex. för framställning av andra skyddsskikt och fornstycken, 1 synnerhet sådana ned nycket snå väggtjocklekar med hjälp av sedvanliga bearbet- ningsnetoder. son t.ex. strängsprutning och fornsprutning.

Exenpel l Genon detta exempel åskådliggöres de kvarstående dimensionerna hos ett rör ned ringa tvärsnitt. son franstâllts genom sträng- sprutning med låga upp till mycket höga avdragningshastigheter under användning enligt uppfinningen av en 83:17-blandning av 10 15 20 25 30 35 465 541 polyamid-12 (I) och en polyamidelastomer (II). Den därvid an- vända polyamid-l2 (I) erhölls enligt ett känt förfarande genom polymerisation av 99,4 viktdelar laurinlaktam och 0,6 vikt- delar adipinsyra och uppvisade en relativt hög viskositet av 1,6.

Den använda polyamidelastomeren (II) framställdes på liknande sätt av 65,6 viktdelar laurinlaktam, 19,5 viktdelar dimerise- rad fettsyra (Pripol 1014 från firma Unichema, Emerich), 14,35 viktdelar polyoxipropylendiamin med en molekylvikt av 420 ('Jeffamin D 400' frân firma Texaco), 0,3 viktdelar polyoxi- propylentrlamin med en molekylvikt av 450 ('Jeffamin T 403' från firma Texaco) i närvaro av 0,25 viktdelar av en i handeln förekommande steriskt blockerad fenol som antioxidant ('Irganox 1098' från firma Ciba-Gelgy. Basel) och uppvisade en relativt viskositet av 1,65. De i smältan i angivet viktför- hållande förblandade komponenterna I och II bearbetades i en enkelskruvextruder (tillverkare: firma Schwabenthan, Berlin) led en skruvdiameter av 45 mm och ett L/D-förhållande = 25 vid 220-245°C snâlttelperatur till ett rör med 2.5 mm ytter- och 2,2 nn innerdiameter. Avdragningshastigheten kunde ökas från 50 n/minut upp till 270 m/minut utan att vid någon hastighet inga son helst dimensionsförändringar hos röret uppträdde.

Dinensionerna för röret var likaså oberoende av avdragnings- hastigheten.

Jämförelseexempel l På samma extruder som i exempel l framställdes under jämför- bara strängsprutningsbetingelser ett rör av 100 % av polyamid- -12 enligt exempel l. Dimensionerna för detta rör lnställdes likaså till 2,5 mm ytterdiameter och 2,2 mm innerdiameter.

Invändningsfria rör kunde därvid dock erhållas endast upp till en avdragningshastighet av 160 m/minut. Vid högre strängsprut- ningshastighet uppträdde problem, dvs. diametern för röret varierade och det föll ofta samman. Framställningen av ett rör av polyamid-12 ned en relativ viskositet av 1,65 (handels- produkt led icke exakt känd sammansättning) gav liknande ogynnsanna resultat. 465 541 10 10 15 20 25 30 Exempel 2, jämförelseexempel 2a och 2b I den nedan beskrivna försöksanläggningen försågs en primärt, med ett silikonharts av okänd sammansättning belagd glasfiber under användning enligt uppfinningen av 83:l7-polyamid- -12/po]yamidelastomer-blandningen enligt exempel 1 med ett sekundärt polymert skyddsskikt (ommantling). Diametern för glasfibern uppgick till 125 um och tjockleken för det pri- mära skyddsskiktet var 140 um.

Som jämförelse ommantlades samma glasfiber även med polyamid- -12-typerna i jämförelseexempel 1. Jämförelseexempel 2a avser polyamid-12 av laurinlaktam och adipinsyra med den relativa viskositeten = 1,6 och jämförelseexempel 2b den i handeln förekommande polyamid-12 av okänd sammansättning med den relativa viskositeten = 1,65.

Försöksanläggningen var uppbyggd av en spänningsreglerande anordning. en enkelskruvextruder från firma Maillefer med tvärsprutmunstycke (skruvdiameter = 45 mm och L/D-förhâl- lande = 24), en apparat för reglering av dimensionerna för tvärsnittet för den sekundärt ommantlade glasfibern, en kylsträcka med tvâ vattenbad med 40 resp. l5°C, en fläkt för avlägsnande av vidhäftat vatten, en avdragningsanordning och upprullningsaggregat med spole för glasfíberkabeln (= ljusvâg- ledarkabel).

Ommantlingen av glasfibern med den ovannämnda polymerbland- ningen eller jänförelsematerialen skedde vid olika inmat- nings- resp. avdragningshastigheter för glasfibern resp. glasfiberkabeln.

Följande egenskaper för den färdiga glasfiberkabeln mättes: 1) Ljusöverföringsförlust (= dämpning) vid -30°C 1 dB/km för 1300 mm våglängd. efter att ljusvâgledarkabeln två gånger utsatts för följande temperaturcykelz l timme vid 20°C. 1 timme vid -30°C och 1 timme vid 60°C. 2) Yttre belastning, som förorsakar en dämpning av 0,01 dB/km, 1 beroende av strângsprutningshastigheten. 3) Dälpning i beroende av böjradien vid 20°C. 'i n. 10 15 20 25 465 541 11 Därvid erhölls följande resultat: Tabell 1. Ljusöverföringsförlustens beroende vid -30°C av strängsprutningshastigheten enligt ovannämnda temperaturcykel.

Sträng- Dämpning (dB/km) sprutnings- hastighet Exempel 2 Jämförelse- Jämförelse- (m/minut) exempel 2a exempel 2b 50 0.02-0,17 0,11-0,98 0,1-0,,4 100 0-0,08 0,08-0,32 0,08-0,18 150 0-0.06 0,08-0.28 0,08-0.15 200 0-0,05 0,08-0.20 0.08-0,1 De angivna värdena utgör minimi- och maximivârden för vardera 10 mätningar.

Av dessa värden framgår att med ökande strängsprutningshastig- het sjunker i samtliga fall överföringsförlusten, vid använd- ning av polymerblandningen av polyamid-12 och polyamidelasto- meren uppnås dock speciellt låga värden. Denna polymerbland- ning kunde bearbetas med ännu högre strängsprutningshastighe- ter än de angivna (t.ex. 250 och 300 m/minut), vilket var omöjligt vid användning av jämförelseprodukterna. 465 541 12 Tabell 2. Yttre last, som förorsakar en dämpning av 0,01 dB/km, 1 beroende av strängsprutningshastigheten.

Sträng- Dänpning Yttre last per glasfiberkabellängd sprutnings- (kp/mm) hastighet Exempel 2 Jämförelse- Jämförelse- (m/min) (dB/km) exempel 2a exempel 2b 50 0,01 1,5 1,2 , 100 0,01 1,4 1,1 , 150 0,01 1,3 1,0 0,9 200 0,01 1,3 0,9 , Av tabell 2 framgår att samma dämpningsvärde vid den under användning av po]yanid-12/polyamidelastomer-blandningen fram- ställda ljusvågledarkabeln uppnås under högre yttre belastning än vad som är fallet vid jämförelsematerialen. Vidare sjunker med ökande strângsprutningshastighet belastningsförnågan hos ljusvågledarkabeln i allmänhet, men vid kabeln med polymer- blandningen som sekundärt skyddsskikt och i avsevärt mindre utsträckning.

Tabell 3. Böjradie, som förorsakar en dämpning av 0,01 dB/km. 1 beroende av strängsprutnings- hastigheten.

Sträng- Dämpning ggölradie Lmm) sprutnings- hastighet Exempel 2 Jämförelse- Jämförelse- (m/minut) (dB/mm) exempel 2a exempel 2b 50 0,01 15 30 30 100 0.01 20 25 30 150 0.01 20 25 30 200 0.01 20 25 25 465 541 FS Tabell 3 visar att ljusvâgledaren enligt exempel 2 tillåter den minsta böjradien. Detta underlättar installationen för sådana ljusvâgledarkablar, som framställts under användning av polyamid-12/polyamidelastomer-blandning som sekundärt skydds- skikt.

Claims (4)

1. 30 465 541 14 Patentkrav l. Användning av termoplastiskt bearbetningsbara blandningar av I) 0-95 viktprocent polyamid-12 II) 50-5 viktprocent polyamidelastomerer och III) 0-95 viktprocent ytterligare polyanider och/eller sam- polyamider för framställning av polymera skyddsskikt för ljusvàgledare,

2. Användning av termoplastiskt bearbetningsbara blandningar enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att som polyanid~ elastomerer (II) användes polyeteranider. vilka framställts av a) m-aminokarbonsyror eller laktaner ned ner än 10 kolatoner, b) a.Q-diaminopolyalkylenoxider ned molekylvikter mellan 230 och 2500, vars alkylenrester är linjära eller förgrenade och innehåller minst 3 kolatoner. och c) till komponent b) ekvinolära nängder dikarbonsyror med 6-26 kolatoner.

3. Användning av termoplastiskt bearbetningsbara blandningar enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att son polyamid- elastomerer (II) användes polyeteresteranider, vilka-fram- ställts av a) n-aminokarbonsyror eller laktaner ned ler än 10 kolatoner, b) a,o-dihydroxipolytetrahydrofuraner ned nolekylvikter mellan 160 och 3000, och c) till komponent b) ekvinolära längder dikarbonsyror.

4. Användning av ternoplastiskt bearbetningsbara blandningar enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att en polyeter- anid, som i huvudsak består av laurinlaktan. a,u-dianino- polypropylenoxid och dineriserad fettsyra. användes.