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經濟部中央標準局β工消费合作社印製 五、發明説明（1 ) 發明部份 本發明傜有關光纖，包含一酸性塗層糸統，此提高光 纖之強度。 發明之背景 光纖已自其約十數年前作為通信媒髏之胚胎階段進展 至其作為可靠通信之世界级媒體之目前狀態。一般言之， 光纖包含一熔合之氧化矽部份，包含一纖心，及一護套及 一或更多層之塗層材料。塗層材料保護由預製物拉製而成 之光纖。 光纖塗層材料普通應為以丙烯酸酯為基礎之可由紫外 線固化之材料，此包含光引發劑。此等材料由所謂自由基 固化而發生固化，即自液體變換為固體。在自由基固化条 統中，於吸收光時，光引發劑組成份分裂，以形成一對自 由基。此對自由基先相互擴散，並與丙烯酸酯终接之組成 份反應，以引發一自由基鐽聚合過程。以丙烯酸^為基礎 之塗層糸統已知為化學中性，即設計上非酸性或胃性。 另一類塗層材料為可陽離子固化者。在陽離子固化中 ，一陽離子或質子為聚合成用機程中之引發及傳播P i者 --—. 。參閲美專利4 , 9 5 6 , 1 9 8及P C T申請書公報 W090/03988號。在後者中，可用於光纖塗層上 之陽離子固化之情形為，即使暴露於固化能量上已停止後 ,聚合作用仍繼續進行，而在自由基固化中，當暴露於固 化能量中停止時，聚合反應可能不完全，因為反應停止。 本紙張尺度边用中國Η家標準（CNS)甲4規格（210x297公及） (請先閲讀背面之注*卞項再填.；木疗) 3t. --線. -3 ~ Λ 6 116 213986 五、發明説明（2 ) 長久以來即欲使光纖之強度自其目前約50， ◦〇〇 P s i之證實測試值增加，並使該強度在一段光纖中整値 均勻一致。具有密封塗層之光_具有可能到逹 2〇0 , ◦ ◦ 0 p s i之證實測試值。然而，在密封塗層 之光纖之製造及著色中所遭遇之困難已阻礙其獲得廣泛之 接受。 已知熔化之氧化矽光纖在酸性環境中老化後，其強度 較之在中性或鈍態環境中老化後為高。例如，參閲昌登及 凱利斯所著之s'在各種P Η溶液中老化之光纖之強度及動 態疲勞〃，此文登於1 9 7 9年華盛頓之 ''光纖通信之主 題會議之記錄"第1 2 — 1 4頁。 在追求均勻之強度上，希望提供一種機程，使光纖強 度更高及更均勻。對光纖之一項長久感覺之需求為增加其 強度及應力破裂之抵抗力，此等性質可導致通信糸統更為 可靠。所製成之光纖可用於需要更高強度之應用上，諸如 在海底光缇或連結之車輛。本藝似乎對增加光纖強度之問 題尚未有解決辦法，此解決辦法不應防礙固化速度，且應 相當容易實施。 發明概要 先行技藝之以上問題已由申請專利範圍第1項所述之 塗層之光纖克服。 附圖簡述 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公及） (請先閱讀背面之注-卞項再填κ木抒) 裝· •ίΓ_ 經濟部中央樑準局EC工消費合作社印製 -4 _ 經濟灼中央樣準局爲工消费合作社印^ 21S986 五、發明説明（3 ) . 圖1為製造線之示意圖，玻璃光纖在其上由一預製物 拉製而成，然後設置一塗層条統； 圖2為光_之斷面端視圖，光纖包含一塗層条統； 圖3為光纖之斷面之端視圖，此包含一塗層条統，塗 層糸统含有一箸色材料； 圖4為一缓衝之光纖之斷面之端視圖，此包含一層著 色材料； 圖5為一光纖之斷面端視圖，此包含一層緩衝材料， 含有一著色材料；及 圖6為由基質材料保持成一列之多條光纖之斷面之端 視圖。 詳細說明 現參考圖1 ,其中顯示一裝置，整値以數字2 0標示 ，該裝置用以由特殊製備之圓柱形預製物22拉製成玻璃 光纖2 1 ,然後加塗層於該光纖上。光纖2 1之製造先局 部並對稱加熱該預製物2 2至約2 0 ◦◦ °C之溫度。當預 製物22受饋送通過一爐23時，由熔化之材料拉製成光 纖2 1。 如在圖1中可見，拉製糸統包含爐23,預製物22 在其中拉製至光纖大小，其後，光纖2 1拉出加熱區。光 纖2 1之直徑（此在爐23之下方處由一装置24量度） 成為一控制糸統之輸入資料。在控制糸統内所，所量得之 直徑與所需之值比較，並産生一輸出信號，用以調整拉製 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公及） (請先閱讀背面之：^-事項再^巧木打) 裝- 3 ?^ 6 8 9 66 ΛΠ 經濟部中央#準局β工消f合作社印製 五、發明説明（4 ) 速度，俥光纖直徑接近所需之值。 光纖2 1之直徑經量度後，由一裝置25施敷一保護 性塗層糸統，以提供一塗層之光纖3 0。施敷雙層塗層材 料於移動之光纖上之一種方法發表於美專利4 , 4 7 4， 8 3 0。用以施敷雙塗層於拉製之光纖上之另一種糸統發 表於美專利4 , 8 5 1，1 6 5。 然後，於經塗層之光纖3 ◦通過一同心規2 6 ,用以 處理塗層材料而使其固化之一紫外光（UV)裝置27, 及用以量度塗層之光纖之外直徑之一裝置28後，該光纖 移動通過一绞盤2 9，並收捲於捲軸上，供測試及貯存， 俾以後使用或出售。在其编成帶，包以護套，裝以接頭， 及製成光纜之期間中，及其使用壽命之期間中，光纖之固 有高強度之保存甚為重要。 一塗層条統3 1 (閲圖2 ,此在光纖由預製物拉製成 後施敷於其上）宜包含由輻射線固化之二層聚合物材料。 一内層3 2 (此在玻璃塗層介面3 3處接觸玻璃纖維 2 1 )稱為第一塗層材料，及一外層3 4稱為第二塗層材 料。一般言之，第一及第二塗層各具有厚度约30wm。 塗層之光纖3 0必需符合所需之性能待性。例如，塗 層之光纖需具有優良之傳輸特性。該光纖雖接受搬動及環 境亦需保持完好，需能連接於其他之塗層光纖或裝置，且 需能接受測試。 更明確言之，第一塗層材料及玻璃光纖間之介面必需 具有適當強度，以防止脱離，且塗層糸統必需能剝離光纖 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS) f 4規格（210x297公及） (請先閲讀背面之注*卞項孙填，?;木疗) 訂 線 -6 - Λ 6 Η 6 «13986 五、發明説明（5 ) 而無頑固之殘留物留於光纖表面上。另一方面，第二塗層 材料之表面應使光纖之相鄰圏間不會發生黏附，導致自一 製程捲軸放出時發生抖動。而且，第二塗層之外表面必需 可施加一較厚之擠製之外覆層，此可稱為缓衝及/或著色 材料，用於多纖單位中之識別上。重要者，塗層之光纖需 具有適當之動態及靜態疲勞抵抗力，此為至少之工業檫準 〇 本發明之較宜實施例之光纖包含一固化之第一塗層材 料，此維持具有P Η低於7之一 P Η之周圍環境於光纖周 圍。第一塗層材料含有一組成份，此组成份在固化時産生 一充分酸性之環境，以增加塗層光纖之強度。當然，第二 塗層材料可包含能産生此環境之一組成份。 經濟部中夫楳準局κχ工消#合作社印製 如前此所述，目前塗層之光纖之製造中所用之大部份 光纖塗層為U V可固化之丙烯酸酯基礎之材料，此材料由 自由基聚合作用機程自液體變換為固髏。例如，丙烯酸酯 终接之聚氨基甲酸乙酯為基礎之可紫外線固化之塗層為所 熟知。此等在自由基聚合催化劑之存在下由紫外光引發固 化。如前此所述，丙烯酸酯為基礎之塗層糸統已知為化學 中性。 為在拉製之光纖周圍提供一酸性環境，一酸性终接之 丙烯酸酯可混合於光纖塗層之配方中，以獲得較低之ρ Η 。不幸，使用此方法時，固化速度會下降，此為不可接受 之结果。而且，不能僅加進一酸，作為可固化複合物之一 構成份。 本紙張尺度边用中國國家«準（CNS)>fM規格（210x297公龙） -7 一 Λ 6 i? 6 213986 五、發明説明（6 ) (請先閲讀背面之注*.节項再填寫木3) 本發明之較宜實施例之塗層之光纖8 ◦塗以一種糸統 ，此包含乙烯醚终接之齊聚物，尤其是聚氨基甲酸乙酯齊 聚物。與以丙烯酸酯為基礎之塗層不同者，乙烯_由陽離 子聚合作用機程變換液體為固體。 乙烯_终接之聚氨基甲酸乙酯說明於美專利 4，472, 〇19 及4，751, 273 號。在此等先 行文件中，乙烯醚终接之聚氨基甲酸乙酯由脂族單羥乙烯 醚二異氰酸酯反應製成。 '線_ 經濟部中央捣準局工消费合作社印¾ 使用本發明之陽離子固化之塗層条統，以提供與拉製 之光纖接觸之一環境，該環境具充分酸性，以增加塗層之 光纖之動態及靜態之疲勞抵抗力。二基本之化學物可用作 此塗層糸統之實例，對光纖提供此酸性環境。此等為乙烯 醚配方或環氧樹脂终接之材料。使用此二種，與自由基固 化条統不同。本發明之陽離子固化之配方包含一光引發劑 ，此在吸收光時産生一強酸。當其固化時，該光引發劑（ 非乙烯醚或環氣樹脂）吸收光並進行反應，以産生該酸。 其後，光産生之酸與乙烯醚或環氣樹脂终接之組成份反應 ，以産生一陽離子，該陽離子與中性之環氣樹脂或乙烯_ 組成份反應，以進一步傳播聚合反應。經照射後，潛在之 酸出現，並繼續存在相當長之時間。反之，在自由基固化 糸統中，可能有一些自由基出現，其潛在延續相當短之時 間。 陽離子固化為一機程，塗層材料於暴光時由此變換液 體為固體。陽離子固化可受紫外線或可見光或熱裝置影響 本紙張尺度边用中國《家標準（CNS)T4規格（210x297公仗） -8 - Λ G Η 6 21S986 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背而之注意节項再填艿木奸) 。陽離子固化與自由基固化之不同為，在陽離子固化中， —陽離子R +或質子為聚合成用機程中之引發及傳播 族。R +為一陽離子化學族，缺少一電子。光引發劑吸收 光，並産生R +或。在自由基固化中，該族包含一自 由基，此為一反應性之化學族，具有一未配對之電子。陽 離子為一強電子接受體，且故此，能接受來自可陽離子固 化之终端原子團，從而引發或傳播聚合作用。 更明確言之，可陽離子聚合化之塗層配方藉以變換液 體為固體之一機程以下列方程式顯示。在方程式（a )中 ，二芳基鍥光引發劑A r 2 I * X -於由吸收光h v及其後 與一質子施與體SΗ反應而引起光分解後，産生一強布朗 斯酸 ΗΧ,諸如 HBF4 , HAsF5 ，HPF6。 h v A r 2 Κ X - + S Η ——> ArI+Ar-+S-+HX (a) 經濟部中央櫺準局员工消费合作社印製 並産生另外産物Ar I , Ar ♦及S ♦,但此等並不 參與陽離子聚合作用。方程式（a )中之光引發劑例解一 光引發劑類，此類於光分解後産生一布朗斯酸，此酸充分 強，足以影響光纖之玻璃部份郜近之環境之p Η ,並提高 塗層之光纖之強度。例如，三芳基銃酯於吸收光時，亦産 生強布朗斯酸。 一可U V固化之複合物普通包含一光引發劑，一齊聚 物樹脂，一或更多之稀釋劑及添加劑。齊聚物樹脂組成份 本紙張尺度逍用中《 8家標準（CNS)甲4規格（210x297公及） 218986 Λ 6 Η 6 五、發明説明（8 ) 為多官能者，因其含有一個以上之终端原子圍，此可與光 産生之布朗斯酸反應，以産生一陽離子族。同樣，稀釋劑 組成份亦可與光産生之布朗斯酸反應，以産生陽離子族。 此顯示於方程式（b )中，其中，族（i )為一齊聚物樹 脂組成份或二官能稀釋劑组成份。如顯示於方程式（b ) ，布朗斯酸與塗層材料之一可陽離子聚合化之組成份（i )，例如一齊聚物或一稀釋劑反腠，以引發聚合作用。

.〇、 CH, - CH

R (b) (請先閲-背面之注意事^#^艿木3)

HOCHjCH R ii .0. - CH - CH2 + X' 裝· 訂 經濟部中央描準局β工消费合作社印51 此引發反應産生一陽離子族（i i )及對應之布朗斯酸之 -------- 共軛鹼X-。陽離子族（丨丨）為光産生之布朗斯酸與齊 聚物組成份，或光産生之布朗斯酸與稀釋劑組成份之反應 産物。陽離子族（i i )其後可與一單官能組成份（ ____， i丨i )反應，如顯示於方程式（c ),或與二官能組成 份（v )反應，如顯示於方程式（d ),以傳播陽離子聚 —·· 合反應，如分別顯示於方程式（c )及（d )。 本紙張尺度边用中HH家標準（CNS)T4規格（210x297公發） 一 10 — 213986 Λ 6 I? 6 五、發明説明（9

+ HOCH2 CH R ,〇、 CH - CH. + R' CH - CH, (〇) HOCHjCH - 0 CH2 CH - R1

R I CH - CHj '0* !V r\j (請先閲讀背而之注-卞項再代-::木玎)

H〇CH2 CH CH - CH,

,〇、 CH, - CH -.R， CH - CH? ——► +

HOCH?CH - OCHj CH .0, CH · CH, (d) 經濟部中央標準局β工消费合作社印製 CH - CH: ·〇 注意方程式（d )所示之傳播反應産生二官能組成份（ i i )及（v )間之一交聯，産生一中間交聯族（v i ) 。其後，該中間交聯族（v丨）再與諸如（丨i丨）之一 單官能式組成份或諸如（V )之一二官能組成份反應，以 繼續或傳播陽離子聚合鏈反應，及産生交聯於此等組成份 之間。此等交聯主要負責形成固化之塗層材料之最後機械 本紙張尺度逍用中S國家榣準（CNS)甲4規格（210x297公世） -1 1 _ 11 Λ t； I? 6 213986 五、發明説明（10) 及物理性質。 引發反應（b )及傳播反應（c )及（d )之结果為 塗層材料變換液體為固髏，此變換亦稱為固化。 以上方程式中所示之環氧樹脂终接之族僅為可陽離子 聚合化之組成份之一例。其他複合物亦可發生陽離子聚合 作用，例如包括環乙酿，内醋，乙纟希酿，或本乙纟希類。陽 離子聚合作用之一般説明顯示於1 9 8 ◦年技術市場公司 出版之彼得本之''科學及技術〃，第2 3 — 7 6頁。克利 維洛著之在U V固化中之 ''光引發之陽離子聚合作用〃。 如上述，光引發劑在光分解時産生一強布朗斯P。閲 方程式（a )。此光産生之酸僅一部份與可陽離子聚合之 塗層構成份，諸如齊聚物樹脂或一或更多之稀釋劑發生不 可逆之反應。结果，可陽離子聚合之構成份之消耗産生一 固化之塗層配方，具有布朗斯酸糾結於交聯之塗層材料中 。其後，與玻璃光纖密切接觸之塗層材料提供一酸性環境 ，包圍並接镯光纖玻璃表面。糾結於與玻璃介面隔開之交 聯之塗層材料部份中之布朗斯酸亦可擴散通過而至光纖與 塗層材料之介面，産生一充分酸性之環境於光纖玻璃表面 周圍，以提高塗層之光纖之強度。 由陽離子固化而使經固化之塗層具有最適宜之P Η之 化學反應由適當選擇光引發劑或光引發劑之嬝度，或由操 縱塗層配方之乙烯酸及環氣樹脂终端原子圃之濃度而逹成 。如需要不同量之酸，可由改變例如光引發劑及/或乙烯 醚或環氣樹脂终端原子團之量來産生。 本紙張尺度逍用中H a家標準（CNS) Τ4規格（210x297公及） (請先閲請背面之注*卞項再項芎木玎) 裝 經濟部中央櫺準局0:工消费合作社印製 12 - Λ 6 15 6 213986 五、發明説明（11) 建議用於陽離子聚合作用上之陽離子光引發割之普通 比例在1%至4%,通常3%至4%重量範圍。經發現使 用較小重量百分率之陽離子光引發劑可獲定非常快速之固 化，産生較優之固化性質。 在本發明之塗層之光纖30中，已産生之酸在處理後 持續一些時間。所産生之酸之壽命較之由相當之光引發劑 所産生之自由基之壽命遠長。此為一優點，因為光纖強度 增加，而固化率則無任何減少。在拉製塔上開始暴露於固 化之光後，光纖塗層繼續良好固化。優點為長壽命之潛在 之酸性組成份在陽離子固化之材料中，此會影鎏玻璃基體 周圍之低pH環境，並導致提高塗層之光纖之強度持性。 因為光纖之靜態疲勞抵抗力視p Η而定，ρ Η愈低，靜態 疲勞抵抗力愈大，故提高玻璃強度。而且，相信陽離子固 化之光纖塗層之毒性較之以丙烯酸酯為基礎之材料溫和。 而且，其固化速度在一些情形大於以丙烯酸酯為基礎之材 料，，因其固化不受氣氣抑制。 顯然，陽離子固化塗層材料之增加光纖強度之利益尚 未為工業界所考慮。雖最宜之pH值已在文件中提出，由 浸光纖於不同Ρ Η溶液中來顯示，但先行技藝中似乎並無 提出一塗層，使光纖暴露於具有充分酸性之一 ρ Η值中， 以提高塗層之光纖之強度。目前，似乎並未考慮到由構製 具有較低Ρ Η值之一塗層來達成局部環境對塗層之光纖之 強度影響。 本發明之較宜實施例之光纖包含一層塗層材料，此鄰 本紙張尺度边用中Η國家樣準（CNS)肀4規格（210x297公徒） (請先閲讀背面之注*.卞哨#填艿木疗) 裝· 訂 經濟部中央標準局员工消费合作社印褽 13 — 五、發明説明（12) (請先閱讀背面之注-节項#珥"木疗) 接拉製之玻璃，此塗層材料包含：樹脂，此终接以可陽離 子固化之终端原子圃，諸如乙烯醚或環氧樹脂，一稀釋劑 ，此终接以可陽離子固化之终端原子圍；一光引發劑；添 加劑；及可能著色構成份。添加劑為穩定劑，其加進在提 高穩定性，諸如光纖塗層之氣化，水解，或架貯壽命。光 引發劑吸收光並産生酸，且由於陽離子固化之結果，一潛 在之酸族存在於聚合物中，此降低其在玻璃塗層介面處之 p Η 〇 在使用多塗層之情形，塗層材料之陽離子固化之層應 為鄰接於光纖之玻璃部份上之一層。然而，如果此一塗層 材料需為與玻璃纖維由第一塗層隔開之一第二塗層，則可 有殘留之酸擴散通過第一塗層而至玻璃部份。 應明瞭該塗層糸統（包含對光纖之玻璃部份提供酸性 環境之材料）可為迄此所述以外者。例如，光纖之塗層糸 統可包含用以保護光纖之玻璃部份之一或更多層之塗層材 料，及例如一層著色材料4 0 (閲圖3 )。著色材料（諸 經濟部中央梂準局β工消費合作社印製 如油墨）可例如為可陽離子固化者，俾提供一酸性組成份 擴散通過塗層材料，對玻璃一塗層介面提供一適當之酸性 環境。此種箸色材料可稱為強度提高之著色材料。 其他之實施例顯示於圖4及5。在圖4中，一塗層之 光纖3 0具有一層4 2之缓衝材料，諸如聚氮化乙烯（ P C V )。在缓衝材料層4 2之上可置一著色材料層4 4 。層42或層44可對玻璃一塗層介面提供一充分酸性之 環境，以提高塗層之光纖之強度。在圖5中，一塗層之光 本紙張尺度逍用中國a家標準（CNS)甲4規格（210x297公 14 Λ G I? 6 03986 五、發明説明（13) 纖3 0設有一層4 6之缓衝材料，此可包含一替色材料 且此可對玻璃-塗層介面提供一適當之酸性環境。 而且，塗層之光纖可包含一基質材料5 0 (閲圖6) ，其若干構形發表於美專利4，9 0 0, 1 2 6。該塗層 糸統不獨含有用以保護光纖之塗層材料層，並含有用以維 持各光纖成一列之基質材料5 〇。在本實施例中，基質材 料5 ◦可為可陽離子固化者，以對玻璃一塗層介面提供充 分之酸性環境。 (請先閲請背面之注-节項再塡"木疗) 裝- 訂_ 線- 經濟部中央梂準局β工消費合作社印製 边 度 尺 張 紙 本 準 家 格

Claims (1)

1. 313986 - C7 ____D7_ 六、申請專利範圍 第81105898號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國8 2年5月修正 1 ·具有提高之强度之一種塗層之光纖，該塗層之光 繊包含： 一光玻璃部份，此包含一纖心及一護套；及 一塗層系統，此置於周圍，並具有其一部份與該護套 接合，該塗層之光纖之特徵爲 該塗層系統包含至少一層，該層包含一材料，該材料 使光玻璃部份接觸充分酸性之環境，以提高塗層之光纖之 强度，其中該塗層系統之至少一部份爲陽離子固化者。 2 ·如申請專利範園第1項所述之塗層之光纖，其中 ，該塗層系統由紫外線及由可見光固化。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之塗層之光纖，其中 ，該塗層系統之該至少一層包含一複合物，該複合物包含 :—樹脂，該樹脂終接以陽離子固化之終端原子團；一稀 釋劑，此終接以陽離子固化之終端原子團：及一光引發劑 Ο 經濟部中央標準肩员工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 4 ·如申請專利範圍第3項所述之塗層之光纖，其中 ，該樹脂係選自乙烯醚及環氧樹脂構成份所組之群中。 5 ·如申請專利範圍第3項所述之塗層之光纖，其中 ，該光引發劑構成份範圍自約百分之1至5之重量，該樹 脂範圍自約百分之60至9 0之重量，及該稀釋劑自約百 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） A7 B7 C7 D7 六、申請專利範圍 分之5至3 9之重量之該複合物。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之塗層之光纖，其中 ，該至少一塗靥鄰接該光玻璃部份。 7 ·如申請專利範園第1項所述之塗層之光纖，此包 含具有一塗層系統之一光纖，該塗層系統包含至少一層塗 層材料置於光玻璃部份周圍，及一層著色材料置於該至少 一層周圍，並能提供充分酸性環境於光玻璃部份周圍。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之塗層之光纖，此並 包含一層緩衝材料置於該層著色材料及該至少一層塗層材 料之間，該層緩衝材料並能提供充分之酸性環境於光玻璃 部份周困。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之塗層之光纖，此包 含具有一塗層系統之光纖，該塗層系統包含至少一層塗層 材料置於光玻璃部份周圍，及一層著色材料置於該至少一 層塗層材料周圍，及一層緩衝材料置於該至少一層塗層材 料及該層著色材料之間，該層緩衝材料能提供充分之酸性 環境於光玻璃部份周圍。 (請先閲讀背面之注意事項再堉寫本頁) --° Γ % 經濟部中央標準局β：工消費合作社印蟹 本纸張尺度適用中國國家櫺準（CNS)甲4说格（210 X 297公釐）- -