CN1221394A

CN1221394A - 增加已辐射固化内侧底涂层与玻璃光纤间粘结力的方法

Info

Publication number: CN1221394A
Application number: CN97195386.4A
Authority: CN
Inventors: J·R·佩蒂斯
Original assignee: DSM NV
Current assignee: Koninklijke DSM NV
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1999-06-30
Also published as: CA2251074A1; US5812725A; KR20000005437A; WO1997037951A1; EP0892766A1; JP2000508287A; AU2309197A; AU709457B2

Abstract

本发明涉及一种增加已辐射固化内侧底层玻璃光纤涂层在玻璃光纤上的粘结力的方法,所述的方法包括以下步骤:(1)使所述的玻璃光纤的至少一段暴露在强度足以引起其与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下;(2)将所述的可辐射固化玻璃光纤涂层组合物涂敷在所述的暴露于电子束下的玻璃光纤上,所述的涂层组合物包含至少一种单体或低聚物,这种单体或低聚物含有能在光化辐射条件下形成游离基的辐射固化官能团;和(3)使所述的带涂层玻璃光纤暴露在光化辐射下,以便由此固化所述的内侧底涂层。

Description

增加已辐射固化内侧底涂层与玻璃光纤间粘结力的方法

发明背景

1．发明领域

本发明涉及一种增加已辐射固化内侧底涂层在玻璃光纤上的粘结力的方法。本发明还涉及一种在带涂层的玻璃光纤上形成几段在内侧底涂层与每段玻璃光纤之间具有不同粘结强度的方法。本发明还涉及在内侧底涂层和玻璃光纤之间具有增强型粘结力的各种玻璃光纤，并涉及一种有着几段在内侧底涂层与其各段玻璃光纤之间具有不同粘结强度的玻璃光纤。本发明进一步涉及一种具有灵活性的玻璃光纤塔式拉丝机，它能连续地调整内侧底涂层对玻璃光纤的粘结力。

2．相关技术描述

许多种玻璃光纤经常都涂以二层或多层叠置的可辐射固化涂层，它们共同形成底涂层。与玻璃光纤接触的这层称为内侧涂层，而覆盖层则称为外侧底涂层。在其它参考文献中，内侧底涂层可称为主涂层，外侧底涂层则可称为次涂层。

内侧底涂层通常是一种具有抗微弯曲能力的软性涂层。微弯曲会导致带涂层玻璃光纤的信号传送能力衰弱，所以是不合乎要求的。外侧底涂层可以是最外露的涂覆表面，它一般是一种提供要求的抗处理力的较硬涂层，这种处理力为诸如当纤维被拧成电缆时会遇到的那些。

形成内侧底涂层的涂层组合物通常包括一种溶解或弥散于液态乙烯不饱和介质的聚乙烯不饱和单体或低聚物，和一种光引发剂。这内侧底涂层组合物一般以液态形式涂覆于玻璃光纤上，然后使其暴露于光化辐射下，以便内侧底涂层组合物固化和变硬。

湿气除了会引起玻璃光纤衰减外，还会引起内侧底涂层从玻璃光纤上脱落。内侧底涂层脱离玻璃光纤通常导致使玻璃光纤变弱，因为脱落的内侧底涂层会相对于玻璃光纤滑动，从而在玻璃光纤的表面上造成多处显微擦伤。这种显微擦伤可以是在玻璃光纤上在此形成裂纹的裂纹起始点，由此会削弱玻璃光纤。此外，如果内侧底涂层的脱落是周期性的，则可以导致高的传输损耗。

为了减少由湿气引起的内侧底涂层的脱落，已在内侧底涂层组合物中加入了增粘添加剂。由不含增粘剂的涂层组合物形成的内侧底涂层在暴露于高湿度下之后通常可能易于从玻璃光纤上除去。

包含以下结构的化合物已成功地用作内侧底涂层中的增粘剂：

在市场上可从Kay Fries公司买得

(MEMO^TM)HS-(CH₂)₃-Si(OCH₃)₃在市场上可从联合碳化物公司买得

(A-189)

一般认为三甲氧基甲硅烷基基团-Si(OCH₃)₃是通过与该玻璃上的各种硅烷醇基的以下反应而与玻璃光纤表面起作用的：

存在于增粘剂分子的“R”中的甲基丙烯酸酯基或巯基基团被认为是在游离基聚合作用过程中，在暴露于光化辐射下，通过形成游离基本体而与内侧底涂层起如下反应的：

类似地

基本上认为增粘剂分子在玻璃表面和已固化内侧底涂层之间起着“链合”作用：一端与玻璃表面起反应并形成共价键，而增粘剂的另一端起反应变成内侧底涂层低聚物网络。

以下二份美国专利公开了包含增粘剂的可辐射固化玻璃光纤涂层组合物的实例。U.S.4849462描述了一种包括含有约0.5～5.0wt％的巯基聚烷氧基硅烷的可紫外线固化聚氨酯聚丙烯酸酯的涂层组合物。U.S.5146531描述了一种含有以下组分的内侧底涂层，即基于烃类多元醇的丙烯酸化尿烷低聚物、几种活性稀释剂、有机官能增粘剂、以及光引发剂。

某些增粘剂对内侧底涂层组合物中可能存在的杂质和污染物特别敏感。例如，酸性杂质或其它诸如水或乙醇之类的杂质会和增粘剂起作用，从而使增粘剂变得与玻璃光纤表面不起反应。

此外，玻璃光纤表面和增粘剂之间的反应通常是相对缓慢的。例如玻璃光纤表面上的各种硅烷基和硅烷增粘剂上的各种三烷氧基基团之间的反应，一般可能需要约24小时才完成这种反应。

需要一种解决上述关于在辐射固化内侧底涂层组合物中使用增粘剂的不稳定和不可预见性问题的办法。此外，在有些应用场合，最理想的是希望能轻易地调整内侧底涂层和玻璃光纤之间的粘结强度，而不必采用不同的内侧底涂层组合物。在本发明之前，若希望内侧底涂层和玻璃光纤表面之间有不同的粘结强度，那么对于玻璃光纤的相应各段必需使用不同的内侧底涂层组合物，这在实践中是难以达到的，费时的和昂贵的。

在要求高强度的应用场合，例如用于深海下的玻璃光纤电缆段，内侧底涂层与玻璃光纤之间的粘结强度必须非常高。当从深海底回收玻璃光纤电缆时，会有非常大的物质力作用于电缆并相应地传递到电缆所含的各个玻璃光纤上。尤其是，在这些条件下，内侧底涂层和玻璃光纤之间的粘结力必须相对地十分高，并足以使一些内侧底涂层在这些应力作用下不会滑动脱离玻璃光纤。

另一方面，在各根电缆纤维的二端，希望内侧底涂层和玻璃光纤之间有低的粘结力。重要的是要使各根玻璃光纤的二端可以相对容易地使其获得具有内侧底涂层易于从这玻璃光纤上剥离的性能。

在这样一类应用场合，必须使用二种或更多种不同的玻璃光纤内侧底涂层组合物，以便在内侧底涂层和玻璃光纤之间具有不同的粘结强度。

在带状电缆应用场合，也希望在内侧底涂层和玻璃光纤之间具有低的粘结强度，以便使纤维的内、外底涂层和基质材料能同时都从纤维的端头上剥离下来。

当玻璃光纤是用于高湿度和热环境时，例如用于美国东南部时，内侧底涂层和玻璃光纤之间的粘结力仍应高于带状电缆应用场合通常所要求的水平，但低于深海电缆应用场合所要求的水平。

这样，需要一种廉价的、快速和方便的方法来实现改变内侧底涂层对玻璃光纤的相对粘结力，且这种方法要避免先前需要使用不同的内侧底涂层组合物。这样一种方法将是非常有利的，因为仅需用一种内侧底涂层组合物便能允许在整个玻璃光纤长度上调整出不同的粘结强度。

发明概述

本发明的一个目的是要提供一种解决与在可辐射固化内侧底涂层组合物中使用增粘剂有关的问题的办法。

本发明的另一个目的是要提供一种用于调整内侧底涂层和玻璃光纤之间的粘结键合强度的廉价、快速和方便的方法，且这种方法避免了需要使用不同的内侧底涂层组合物。

意想不到的是现已发现，通过将由坯料拉制成的玻璃纤维暴露于电子束辐射下，游离基便在玻璃光纤上明显地形成。当将内侧涂料涂覆于已经辐射的玻璃纤维上后，可辐射固化的低聚物涂层组合物的键合似已发生，彼此间的键合增强。在某些情况下，得到的粘结力可能足够强以致可以不要求使用增粘剂。

本发明提供了一种增加辐射固化了的内侧底层玻璃光纤涂层在玻璃光纤上的粘结力的方法。该方法包括以下步骤：

(1)使至少一段玻璃光纤暴露在强度足以引起其与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下(而明显的结果就是在玻璃光纤暴露表面上形成至少是瞬间的游离基)；

(2)将所述可辐射固化玻璃光纤涂层组合物涂敷在电子束下暴露过的玻璃光纤上，该涂层组合物包含至少一种含可辐射固化官能团的单体或低聚物，而这种单体或低聚物能在光化辐射条件下形成游离基；和

(3)使带涂层的玻璃光纤暴露在光化辐射下，借以固化和粘结该内侧底涂层。

本发明还提供一种使带涂层的玻璃光纤的不同有关段，在所述辐射固化了的内侧底涂层和所述带涂层玻璃光纤有关段之间，显示出不同的粘结强度的方法。该方法包括以下步骤：

(1)使玻璃光纤的第一段暴露在具有第一电流强度水平的电子束辐射下(对在玻璃光纤第一外露段表面上形成第一数量的游离基是明显有效的)；

(2)使玻璃光纤的第二段暴露在具有不同于第一电流强度水平的第二电流强度水平的电子束辐射下(对在玻璃光纤第二外露段表面上形成第二数量的游离基是明显有效的)；

(3)将可辐射固化玻璃光纤涂层组合物涂敷在玻璃光纤的第一和第二外露段上，这种涂层组合物包含至少一种含可辐射固化官能团的单体或低聚物，这种单体或低聚物含有能在光化辐射条件下形成游离基；和

(4)将带涂层玻璃光纤暴露在光化辐射下，以固化涂层组合物并形成内侧底涂层，其中包复在第一外露段上的内侧底涂层段对玻璃光纤的粘结强度呈现出不同于包复在第二段上的内侧底涂层的粘结强度。

本发明进一步提供一种能抵制由湿气引起脱落的带涂层玻璃光纤，这种带涂层的玻璃光纤包括：

一种至少有一段是已经表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在强度足以引起其与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下(而明显的结果就是在玻璃光纤外露表面上形成至少是瞬间的游离基)；和

在已被涂覆的玻璃光纤上并已适当地固化在表面处理过的玻璃光纤上的一层辐射固化了的内侧底涂层。

本发明还提供一种带涂层玻璃光纤，它包括：

一种有着几段是已经表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在不同的电子束辐射强度下；和

由此，这几段带涂层玻璃光纤，在辐射固化了的内侧底涂层和每段带涂层的玻璃光纤之间，有着不同的粘结强度。

本发明还提供一种包含多根带涂层玻璃光纤和一层包复这多根玻璃光纤的护套的玻璃光纤电缆，这多根带涂层玻璃光纤中至少一根是上面所述的一种带涂层的经表面处理过的玻璃光纤。

本发明的另一实施方案提供一种电讯体系，它包括：

至少一根上面所述的带涂层的经表面处理过的玻璃光纤；

至少一台连接该玻璃光纤的发射机；和

至少一台连接该玻璃光纤的接收机。

本发明的再一个实施方案是一台用来制造涂有内侧底涂层的表面处理过的玻璃光纤的塔式拉丝机。这种塔式拉丝机能加以控制，以便连续地调整内侧底涂层对表面处理过的玻璃光纤的粘结力。这塔式拉丝机包括：

一台用于加热坯料和制作裸露的玻璃光纤的加热炉；

一台设置在能使裸露的玻璃光纤与电子束辐射相接触处的电子束发射源；

一台用于将内侧底涂层组合物涂敷到表面处理过的玻璃光纤上的内侧底涂层涂敷机；

一个用于固化内侧底涂层组合物的光化辐射源；和

一个用于卷绕带涂层玻璃光纤的卷丝盘。

附图简述

图1是可以用来实施本发明的玻璃光纤塔式拉丝机的示意说明图。

优选实施方案详述

虽然不希望被以下的说明所束缚，但一般认为按照本发明使玻璃光纤表面暴露在电子束辐射下，会引起玻璃基质化学键破裂并形成以下a)、b)和/或c)中所示的游离基：

当可辐射固化内侧底涂层组合物被涂敷到含有这些游离基的表面处理过的玻璃光纤的表面上并使其暴露于光化辐射下时，光化辐射能在内侧底涂层组合物中产生游离基，据信这些游离基将和存在于表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基起反应。这就排除了在内侧底涂层组合物中使用增粘剂的必要性，正如以下所作的更充分的论述。

另外，存在于表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基可以直接和存在于内侧底涂层组合物中的诸如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯端基之类的烯基不饱和官能团起反应。内侧底涂层组合物

本发明适用于包含可辐射固化官能团的可辐射固化内侧底层玻璃光纤涂层组合物(以下称内侧底层组合物)和将这些内侧底层组合物涂敷其上的玻璃光纤。

内侧底层组合物通常包含一种或更多种含有至少一种官能团的可辐射固化低聚物或单体，当使其暴露于光化辐射例如紫外灯下时，这种官能团能够通过游离基的聚合而聚合。适合的可辐射固化低聚物或单体现是众所周知的并属于本技术领域之内。

通常，所使用的可辐射固化官能度是烯键不饱和状态，通过游离基的聚合而能聚合。适合的烯不饱和状态的具体实例是包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚、乙烯酯、N-取代丙烯酰胺、N-乙烯酰胺、马来酸酯类、和富马酸酯类的各种基团。优选地，烯不饱和状态由包含丙烯酸盐、甲基丙烯酸酯、或苯乙烯官能度的基团形成。

另一类通常使用的辐射固化官能度是由诸如硫醇烯(thiol-ene)或胺烯(amine-ene)体系提供。硫醇烯和胺烯体系通常通过游离基的聚合而聚合。例如，在硫醇烯和胺烯体系中，聚合作用能在包含烯丙基不饱和基团和包含叔胺或硫醇的基团之间发生。

相信是在表面处理过的玻璃光纤表面上产生的游离基也许能直接和内侧底层组合物中的可辐射固化官能度起反应，而无需是内侧底层组合物中首次生成的游离基。可是，优选地使涂层组合物暴露于光化辐射下，以便在其中产生游离基。在涂层组合物中产生的游离基相信能和在表面处理过的玻璃光纤表面上产生的游离基起反应。

内侧底层组合物也可包含能用来调整内侧底层组合物粘度的活性稀释剂。这种活性稀释剂可以是含有至少一种当使其暴露于光化辐射下时能够聚合的官能团的低粘度单体。这种官能团的特性可以和可辐射固化单体或低聚物中所使用的官能团相同。优选地，使存在于活性稀释剂中的官能团能够和存在于可辐射固化单体或低聚物中的可辐射固化官能团共聚合。更优选地，使可辐射固化官能团在固化过程中形成游离基，以便能和在表面处理过的玻璃光纤表面上产生的游离基起反应。

例如，反应性稀释剂可以是含有丙烯酸酯或乙烯基醚官能度的单体和含有C₄-C₂₀烷基或聚醚部分的单体或单体的混合物。优选的反应性稀释剂的特定实例包括：

丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂酰酯、2-乙氧基乙氧基-乙基丙烯酸酯、月桂基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、N-乙烯基甲酰胺、丙烯酸异癸酯、丙烯酸异辛酯、乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮等。

另一类能使用的活性稀释剂是含有芳基的化合物。含有芳基的反应性稀释剂的具体实例包括：

乙二醇苯醚丙烯酸酯、聚乙二醇苯醚丙烯酸酯、聚丙二醇苯醚丙烯酸酯和上述单体的烷基取代的苯基衍生物，如聚乙二醇壬基苯基醚丙烯酸酯和聚丙二醇壬基苯基醚丙烯酸酯。

反应性稀释剂也可包括含有二种或更多种能够聚合的官能团的稀释剂。这类单体的特定实例包括：

C₂-C₁₈烃基二醇二丙烯酸酯、C₄-C₁₈烃基二乙烯基醚、C₃-C₁₈烃基三丙烯酸酯及其聚醚类似物等，例如1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、己二醇二乙烯基醚、三甘醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯。

如果可辐射固化单体或低聚物的辐射固化官能团含有胺烯或硫醇烯体系，那么，可以使用的含有烯丙基不饱和状态的活性稀释剂的实例包括：

对苯二甲酸二烯丙酯、三苯六甲酸三烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯和异对苯二甲酸二烯丙酯。对于胺烯体系，可使用的胺类官能稀释剂包括，诸如：

三羟甲基丙烷、异佛尔酮二异氰酸酯和二(甲)乙基乙醇胺的加合物，己二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二丙基乙醇胺的加合物以及三羟甲基丙烷、三甲基六亚甲基二异氰酸酯和二(甲)乙基乙醇胺的加合物。

内侧底涂层组合物通常还包含具有各种玻璃键合基的增粘剂，在对特定应用于玻璃光纤的内侧底层组合物的固化条件下，这些玻璃键合基能够键合到玻璃光纤上。含有增粘剂的这类内侧底层组合物能用于本发明，但使用增粘剂可能是不必要的。本发明能在固化的内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间提供一种键或“链”。所以，在固化的内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间，无需再要诸如先前那种只能靠增粘剂提供的那些“链”了。这样，所用的内侧底涂层组合物优选基本是无增粘剂的，这就避免了与使用增粘剂有关的许多问题。

可用于内侧底层组合物的其它添加剂，包括但不限于感光的和吸光的化合物、光引发剂、催化剂、润滑剂、润湿剂、抗氧剂和稳定剂。这类添加剂的选择和使用是属于本技术领域内的。

光引发剂可用于内侧底涂层组合物中。可是，由于相信是在玻璃光纤表面上产生的游离基可以与存在于内侧底层组合物中的可辐射固化官能团起反应，故光引发剂的使用可减至最少或省去。光引发剂可以减少到小于2％wt或更优选小于1％wt，也可完全不需要。电子束的使用

本发明提供了一种非常灵活的方法，用来方便和快速地调整内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的粘结强度。由于带涂层的表面处理过的玻璃光纤在塔式拉丝机上生产出来的，这种粘结力甚至可以连续地调整，以便在内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间有不同的粘结强度。

内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的粘结强度据信主要取决于下列因素：

(1)照射玻璃光纤表面的电子束辐射的电流强度水平；和

(2)存在于内侧底涂层组合物中的单体和低聚物的结构。

一般而言，照射玻璃光纤表面的电子束辐射的电流强度水平越高，则内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间产生的粘结力越大。据认为照射玻璃光纤表面的电子束辐射的电流强度水平越高，则产生在表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基数量越多。还认为在内侧底涂层固化过程中，表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基数量，取决于玻璃光纤表面暴露于电子束辐射下时其表面上产生的游离基数量，扣除在固化内侧底涂层之前被游离基清除剂清除掉的游离基数量，再扣除在表面处理过的玻璃光纤的表面上破裂后的键又重新形成键的游离基的数量。

照射玻璃光纤的电子束辐射的电流强度水平能很容易地加以调整，调整方法包括以下的办法，但不限于此：

(1)改变玻璃光纤表面暴露于电子束辐射下的时间长短；和

(2)改变照射玻璃光纤表面的电子束辐射的能量密度。

玻璃光纤的表面暴露于电子束辐射下的时间长短，可以采用改变玻璃光纤通过电子束的速度的办法方便地加以调整。一般而言，玻璃光纤的速度越快，照射玻璃光纤表面的电子束辐射的电流强度水平越低，在表面处理过的玻璃光纤和内侧底涂层之间产生的粘结力越小(显然产生在表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基也越少)。

电子束的电流强度水平可通过诸如调整电子束的聚集点，采用电子学方法调整电子束的电流强度输出，或通过使用滤波器的方法，便能容易地加以调整。

优选地，照射玻璃光纤的电子束辐射的电流强度水平应选择为能在内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间产生要求的粘结强度提供所需的表面处理量最少，以减小损坏玻璃光纤的可能性。如果照射玻璃光纤的电子束的电流强度水平太高，可能会在表面处理过的玻璃光纤的中心部分内形成永久的变色区，以致能导致通过表面处理过的玻璃光纤的信号传输衰减，或其它不希望有的影响。

玻璃光纤具有许多会受到电子束辐射影响的不同的添加剂。因此，合适的电子束辐射的电流强度水平通常将取决于所选定的特定的光学玻璃。本领域的任何一个技术人员通过将所选的玻璃光纤暴露在不同的电子束辐射功率水平下，就能容易地检验，以便确定哪个电流强度水平适用于所选定的玻璃光纤，无需作过分的实验。

在内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的粘结强度，还可取决于内侧底层组合物的组成。内侧底涂层通常具有低的平衡模量。一般而言，低的平衡模量通常是通过选择每体积单位含有较少辐射固化官能团的单体来实现的。低的平衡模量还可通过减小存在于内侧底层组合物中的可辐射固化官能团的浓度来实现。据信，含有较低浓度的可辐射固化官能团的内侧底层组合物具有能与表面处理过的玻璃光纤，和/或显然地与存在于表面处理过的玻璃光纤表面上的任何游离基形成“链”的基团较少。一般认为内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的“链”越少，则内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的粘结强度越小。

此外，不同种类的可辐射固化官能团在光化辐射情况下在固化过程中其反应不同。一般而论，在光化辐射情况下与游离基反应性较强的那些可辐射固化官能团，将导致内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间较强的粘结力。

根据此处公开的内容，本领域的任何一位技术人员都将能容易地检验所选定的内侧底涂层和所选定的玻璃光纤之间的粘结力，以便确定为获得要求的粘结力所需的电子束辐射的最佳电流强度水平，而无需过分的实验。

为了使表面处理的效应(并显然是在内侧底涂层固化期间，使存在于表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基的数量)最大，使玻璃光纤表面暴露于电子束辐射下的工序及将内侧底层组合物涂敷到表面处理过的玻璃光纤上的工序，优选在基本上无游离基清除剂和氧的气氛中进行。适合的气氛环境的实例包括惰性气体，例如氮气、氖气、或氩气。

表面处理过的玻璃光纤的表面处理有效性可能会随着时间的流逝而变小。这可能是由于表面处理过的玻璃光纤表面上的游离基的数量因在该表面处理过的玻璃光纤表面上破裂的键重新组成而减少。因此，优选地，在玻璃光纤表面暴露于电子束辐射下后，尽快地将内侧底涂层涂敷在表面处理过的玻璃光纤上并尽快地使其固化。

因为内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的粘结力取决于电子束辐射的电流强度水平，所以，粘结力可被连续地改变。例如，在玻璃光纤的拉制过程中，使运动着的未涂覆的玻璃光纤暴露在变化的电子束辐射电流强度水平下，便能在玻璃光纤上形成不同水平的表面处理。一般而言，已暴露在较高电流强度水平的电子束辐射下的那些表面处理过的玻璃光纤段，将导致内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间的粘结力大于已暴露在较低电流强度水平的电子束辐射下的那些表面处理过的玻璃光纤段的粘结力。照这样的方式，不同的粘结强度能很容易地形成，无需中断纤维的拉丝工序和改变内侧底涂层组合物。例如，能容易地使那些海底玻璃光纤上用于深海下的玻璃光纤段和内侧底涂层之间具备较大的粘结力，而使二头末端部分的玻璃光纤和内侧底涂层之间的粘结力较小，以便易于形成连接。

另一个使带涂层玻璃光纤的某些段，在玻璃光纤和内侧底涂层之间具有不同粘结强度的实例是，使二头末端部分的玻璃光纤不进行处理，并在可辐射固化内侧底层组合物中加入足够数量的增粘剂，以保证辐射固化内侧底涂层具有可剥性和足以防止脱落的粘结力。然而，该玻璃光纤的中间段可以是按照本发明已作处理的表面，以保证在内侧底涂层和玻璃光纤之间的粘结强度增强。

按照本发明制成的带涂层的表面处理过的玻璃光纤可用于电讯体系。这类电讯体系典型地包括含有玻璃光纤的电缆、发射机、接收机、和转换器。包含这玻璃光纤的电缆是电讯体系的基本连接元件。

按照本发明制成的带涂层的表面处理过的玻璃光纤适宜于包围在电缆型结构中。这电缆型结构可埋入地下或水下用作诸如城市之间的长距离连接。另一方面，带涂层的表面处理过的玻璃光纤可适宜在局域网络中使用，例如用于连接高层建筑内的各办公室，居室等等。此外，带涂层的表面处理过的玻璃光纤可适宜在带状电缆应用场合中使用。本领域的技术人员将能够容易地使这带涂层的表面处理过的玻璃光纤适合于所需要的应用场合。例如，上述人员知道，针对不同要求的应用场合，在内侧底涂层和玻璃光纤之间需要什么样的粘结强度。根据此处公开的内容，上述人员将能容易地提供所需的粘结强度。

本发明还涉及一种新型的塔式拉丝机，这种拉丝机能灵活地在内侧底涂层和表面处理过的玻璃光纤之间提供不同的粘结强度，同时避免不希望的中断纤维拉制过程和改变内侧底涂层组合物的必要性。

图1表明能用来实施本申请专利的本发明的塔式拉丝装置的示意说明图。在图1中，以1表示的坯料被置于以2表示的加热炉中加热，以制造未涂覆的玻璃光纤3。接着使未涂覆的玻璃光纤3通过以4表示的电子束产生装置，以便对裸露的玻璃光纤3作表面处理。电子束产生装置4优选包括用来控制电子束的电流强度水平的控制器(未标出)。然后，利用以5表示的涂料涂覆机，将内侧底层组合物涂敷到表面处理过的裸露的玻璃光纤上。内侧底涂层通过使其暴露于光化辐射下的方法进行固化，这光化辐射源以6表示。接着利用以7表示的涂料涂敷机将外侧底层组合物涂敷到已固化的内侧底涂层。外侧底层组合物通过使其暴露于以8表示的光化辐射下的方法进行固化。然后利用以9所示的卷丝盘，将这样涂覆的玻璃光纤卷绕起来。以4表示的电子束的电流强度水平优选是可控制的，以便保证照射玻璃光纤的电子束具有要求的电流强度水平。各种电子束发生源已被本领域的那些技术人员用来固化涂覆到玻璃光纤上的涂层组合物。因此，本领域的任一技术人员均熟悉这类电子束发生源的使用。这些上述的电子束发生源能被用来实施申请专利的本发明。例如，能够使用高能量、低电压的电子束发生源，诸如Min-EBTM，在市场上可从加利福尼亚州的托伦斯的美国国际技术公司买得。电子束现在被用于对裸露的玻璃光纤表面进行处理，而不是用它来固化辐射固化涂层。因此，根据此处公开的内容，本领域的任一位技术人员将能轻易地改进已知的玻璃光纤塔式拉丝机，并使电子束发生源从辐射固化涂层组合物涂覆机的下游移到使电子束辐射能照射裸露的玻璃光纤的地方，如图1所示。上述人员还将能根据此处提供的公开内容轻易地选择用于电子束的适合的功率水平。

U.S.4324575，U.S.4962992和Re.33677公开了能根据本发明加以改进的适合的玻璃光纤塔式拉丝机。这三份专利的公开内容引入此处供参考。

Claims

1．一种增加辐射固化了的内侧底层玻璃光纤涂层在玻璃光纤上的粘结力的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使至少一段所述的玻璃光纤，暴露在强度足以引起其与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下；

(2)将所述可辐射固化玻璃光纤涂层组合物，涂敷在所述的暴露于电子束下的玻璃光纤上，所述涂层组合物包含至少一种单体或低聚物，而这种单体或低聚物含有能在光化辐射条件下形成游离基的辐射固化官能团；和

(3)使所述的带涂层玻璃光纤暴露在光化辐射下，据此固化所述内侧底涂层。

2．按照权利要求1的方法，其中实施步骤1的方式是给所述的玻璃光纤表面上提供游离基，而实施步骤(3)的方式是为了在所述的涂层组合物中形成游离基，其中在所述的涂层组合物中的所述游离基将与存在于所述的玻璃光纤上的所述游离基起反应。

3．一种按照权利要求1～2的任一项的方法，其中所述可辐射固化内侧底涂层组合物包含一种含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能度的单体或低聚物。

4．一种按照权利要求1-3的任一项的方法，它进一步包括从坯料拉制所述玻璃光纤的步骤和接着在连续过程中进行所述的步骤(1)至(3)。

5．一种按照权利要求1～4的任一项的方法，其中步骤(1)中所述的电子束辐射的功率水平高到足以引起所述玻璃光纤和所述内侧底涂层组合物之间键合，又低到足以防止在所述玻璃光纤中形成引起信号传输衰减的变色区。

6．一种按照权利要求1～5的任一项的方法，其中所述步骤(1)至(3)是在基本上无游离基清除剂或氧的气氛中进行的。

7．一种按照权利要求1～6的任一项的方法，其中所述可辐射固化内侧底涂层组合物是基本上没有硅烷玻璃偶合剂的。

8．一种给带涂层的玻璃光纤的不同段上，在辐射固化内侧底涂层和每段的所述带涂层玻璃光纤之间，提供不同粘结强度的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使所述玻璃光纤的第一段暴露在足以引起与辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的具有第一电流强度水平的电子束辐射下；

(2)将所述可辐射固化玻璃光纤涂层组合物，涂敷在所述玻璃光纤的所述第一段上，所述涂层组合物包含至少一种单体或低聚物，这种单体或低聚物含有能在光化辐射条件下形成游离基的可辐射固化官能团；和

(3)使所述玻璃光纤的所述第一段暴露在光化辐射下，以固化所述涂层组合物并形成内侧底涂层；

(4)使所述玻璃光纤的第二段暴露在足以引起与所述辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的具有第二电流强度水平的电子束辐射下，所述第二电流强度水平不同于所述第一电流强度水平；

(5)将所述可辐射固化玻璃光纤涂层组合物涂敷在所述玻璃光纤的所述第二段上，所述涂层组合物包含至少一种单体或低聚物，这种单体或低聚物含有能在光化辐射条件下形成游离基的可辐射固化官能团；和

(6)使所述玻璃光纤的所述第二段暴露在光化辐射下以固化所述涂层组合物，并形成内侧底涂层，

其中，包复着所述第一段的所述内侧底涂层段，对所述玻璃光纤的粘结强度，与包复着所述第二段的所述内侧底涂层段的粘结强度不同。

9．一种具有抵制由湿气引起涂层脱落能力的带涂层玻璃光纤，所述带涂层的玻璃光纤包括：

一种至少有一段是已表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在强度足以引起其与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下；和

一层在所述玻璃光纤上的可辐射固化内侧底涂层，所述可辐射固化内侧底涂层是由所述可辐射固化玻璃光纤涂层组合物形成的。

10．一种带涂层玻璃光纤，它包括：

一种有着几段已经表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在不同电流强度水平的电子束辐射下；和

在所述玻璃光纤上的经适当固化了的一层已辐射固化的内侧底涂层，

由此，所述带涂层玻璃光纤的所述的不同段在所述辐射固化内侧底涂层和每段的所述带涂层玻璃光纤之间，有着不同的粘结强度。

11．一种玻璃光纤电缆，它包括：

(1)多根带涂层的玻璃光纤，其中至少包含一种这样的带涂层玻璃光纤，它包括：

(ⅰ)一种其至少一段是已经表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在其强度足以引起与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下；和

(ⅱ)在所述玻璃光纤上的一层已辐射固化内侧底涂层，所述已辐射固化内侧底涂层是由所述可辐射固化玻璃光纤涂层组合物经适当地固化形成的；和

(2)一层包复着所述多根玻璃光纤的护套。

12．一种玻璃光纤电缆，它包括：

(1)多根带涂层的玻璃光纤，其中至少包含一根这样的带涂层玻璃光纤，它包括：

(ⅰ)一种其几段是已经表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在不同电流强度水平的电子束辐射下；和

(ⅱ)在所述玻璃光纤上的一层已适当地被固化的已辐射固化内侧底涂层，

其中所述的带涂层玻璃光纤的所述的不同段，在所述已辐射固化内侧底涂层和每段的所述带涂层玻璃光纤之间，有着不同的粘结强度；和

(2)一层包复着所述的多根玻璃光纤的护套。

13．一种电讯体系，它包括：

至少一根是具有抵制由湿气引起涂层脱落能力的带涂层玻璃光纤，所述的带涂层玻璃光纤包括：

一种至少有一段是已作表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在强度足以引起其与可辐射固化玻璃光纤涂层组合物键合的电子束辐射下；和

一层在所述玻璃光纤上的，已由所述的可辐射固化玻璃光纤涂层组合物形成的已辐射固化内侧底涂层；

至少有一台连接所述的至少一根玻璃光纤的发射机；和

至少有一台连接所述的至少一根玻璃光纤的接收机。

14．一种电讯体系，它包括

至少一根带涂层玻璃光纤，它包括：

一种有几段是已作表面处理过的玻璃光纤，表面处理的方法是使其暴露在不同电流强度水平的电子束辐射下；和

一层在所述的玻璃光纤上的、已适当地被固化的辐射固化内侧底涂层；

其中所述的带涂层玻璃光纤的不同段，在所述的已辐射固化内侧底涂层和每段的所述带涂层玻璃光纤之间有着不同的粘结强度；

至少一台连接所述的至少一根玻璃光纤的发射机；和

至少一台连接所述的至少一根玻璃光纤的接收机。

15．一种用来制造涂有内侧底涂层的表面处理过的玻璃光纤的塔式拉丝机，所述的塔式拉丝机能加以控制，以便连续地调整所述内侧底涂层对所述的表面处理过的玻璃光纤的粘结力，所述塔式拉丝机包括：

用来加热坯料和制作未包覆的玻璃光纤的装置；

用来产生用于照射所述未涂覆玻璃光纤的电子束的装置，其辐射强度足以在所述的玻璃光纤和辐射固化玻璃光纤涂层组合物之间导致发生键合；

用来将未固化的可辐射固化内侧底涂层组合物涂覆在所述的表面处理过的玻璃光纤上的装置；

用来使光化辐射作用于涂覆在所述玻璃光纤上的所述的内侧底涂层组合物以使其产生固化的装置；和

用来卷绕所述的带涂层玻璃光纤的卷丝装置。

16．一种按照权利要求15的塔式拉丝机，它还包括用来控制所述电子束的电流强度的控制器装置。

17．一种玻璃光纤的拉制装置，它包括：

用来加热坯料和制作未包覆的玻璃光纤的装置；

用来使光化辐射施加于涂覆在所述玻璃光纤上的所述的内侧底涂层组合物，以使其产生固化的装置；和

用来卷绕所述的带涂层玻璃光纤的卷丝装置；

改进措施基本上由以下部分组成，包括用来产生用于照射所述的未涂覆玻璃光纤的电子束的另一装置，其辐射强度足以在所述玻璃光纤和可辐射固化玻璃光纤涂层组合物之间导致发生键合；和其中所述已改进的玻璃光纤塔式拉丝机是可控制的，以便连续地调整所述的内侧底涂层对所述的表面处理过的玻璃光纤的粘结力。

18．一种具有抵抗由湿气引起涂层脱落能力的带涂层玻璃制品，所述的带涂层玻璃制品包括：

一种至少有一段是已作表面处理过的玻璃制品，表面处理的方法是使其暴露在强度足以引起其与辐射固化玻璃涂层组合物键合的电子束辐射下；和

一层涂覆在所述玻璃制品上的已辐射固化涂层，所述的辐射固化内侧涂层是由所述的可辐射固化玻璃涂层组合物形成的。