DE4126860A1 - Herstellung von lichtleitbaendern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flachen Bandes aus mehreren Lichtleitfasern, in­ dem man Lichtleiter mit einem UV-härtbaren Harz über­ zieht, dieses Harz mit UV-Strahlen in Gegenwart definierter Mengen Sauerstoff härtet, so erhaltene Lichtleitfasern parallel anordnet, weiteres UV-härt­ bares Harz aufbringt und die Lichtleitfasern unter erneuter UV-Härtung zu einem Band verklebt.

Es gibt seit längerer Zeit Lichtleitfasern auf der Basis von Silikatglas, die sich durch eine sehr geringe Dämpfung auszeichnen.

In der letzten Zeit wurden Lichtleitfasern auf der Basis organischer Polymerer entwickelt, welche sich durch aus­ gezeichnete Flexibilität, niedriges Gewicht, relativ niedrige Herstellungskosten und einfache Ankopplung auszeichnen.

Lichtleitfasern werden im allgemeinen durch Aufschmelzen des Rohmaterials (Silikat oder Polymer) und Verformung hergestellt. Sie werden im allgemeinen mit einer Außen­ haut versehen, beispielsweise durch Beschichten mit einem UV-gehärteten Harz.

Die Herstellung von Lichtleitbändern aus solchen Lichtleitfasern ist an sich bekannt (vgl. DE-OS 37 33 124, DE-OS 27 24 536, DE-OS 38 29 428, DE-OS 39 13 674). Allgemein gesagt, werden die Lichtleitfasern mit einem UV-härtbaren Harz (Kleber) versehen, flach und parallel angeordnet und dann der Kleber durch UV-Be­ strahlung gehärtet.

Wenn die Lichtleitfasern bereits mit einem UV-gehärteten Harz überzogen sind, ist ihre Vereinigung zu Lichtleit­ bändern mit UV-härtbarem Kleber schwierig, weil der Kleber auf dem gehärteten Harz schlecht haftet und die Verklebung sich schon bei geringer mechanischer Belastung wieder löst.

Ein Lichtleitband muß Zug-, Druck- und Torsionsbe­ lastungen wiederstehen können, die bei der praktischen Anwendung auftreten, z. B. beim Verarbeiten mehrerer Lichtleitbänder zu Verseilgebinden, bei der Installation der Leiter oder beim Anschluß von Geräten.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man bei der Härtung (Polymerisation) des UV-härtbaren Überzuges auf der Lichtleitfaser nicht unter Inertgas, sondern in einer definierte Mengen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre arbeiten muß, um anschließend die überzogenen Lichtleitfasern mit einem UV-härtbaren Kleber zu einem Lichtleitband mit wesentlich besserer mechanischer Festigkeit zu verbinden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein verbessertes Ver­ fahren zur Herstellung eines Lichtleitbandes durch Um­ manteln von Lichtleitern mit UV-gehärteten Harzen und Verbinden mehrerer parallel angeordneter ummantelter Lichtleiter mit einem UV-härtbaren Kleber und Aushärten des Klebers, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man beim Ummanteln der Lichtleiter mit UV-gehärteten Harzen unter einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre arbeitet. Bevorzugt verbindet man 2-64, besonders bevorzugt 3-32 Lichtleiter in einem Band; die bevorzugte Form eines Bandes ist das Flachband.

UV-härtbare Harze werden im allgemeinen von Sauerstoff mehr oder weniger inhibiert (vgl. R. Holman, P. Olding "UV and EB, Curing Formulations for printing inks, coatings and paints", published by: SITA-Technology, 203 Gardiner House, Broomhill Road, London SW 18, Seiten 12 und 89), so daß grundsätzlich - insbesondere bei den zur Lichtleitfaserherstellung üblichen hohen Abzugs­ geschwindigkeiten -, unter Inertgas (z. B. Stickstoff, Helium, Argon) gehärtet werden muß. Es resultieren nur dann völlig ausgehärtete, glatte Oberflächen, auf denen weitere Überzüge allerdings schlecht haften.

Erfindungsgemäß setzt man dem Inertgas 0,1 bis 22 Volumen-%, bevorzugt 0,3 bis 10 Volumen-% und besonders bevorzugt 1 bis 8 Volumen-% Sauerstoff zu. Dann bleibt die Oberfläche des gehärteten Überzuges mikroskopisch klebrig und verbindet sich einfach und fest mit Kleb­ stoffen. Die so hergestellten Lichtleitfasern können nach bekannten Verfahren beispielsweise den oben er­ wähnten zu Lichtleitbändern verklebt werden.

Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtleitbänder zeigt die Fig. 1. Es bedeuten (1) den Lichtleiter, (2) seine UV-gehärtete Beschichtung, (3) den Kleber. Zur Herstellung dieser Art der Lichtleit­ bänder werden Lichtleitfasern vollständig mit Kleber überzogen, dann so parallel angeordnet, daß sich nur ihre Außenflächen berühren und anschließend der Kleber mit UV-Strahlen ausgehärtet.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Lichtleitbänder ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist der Kleber zwischen den Lichtleitfasern in Form eines Zwickels positioniert. Zur Herstellung dieser Art von Lichtleitbändern werden die Lichtleiterfasern parallel ausgerichtet und an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite mit Kleber beschichtet, dann durch Drehen jeder Faser um 90° miteinander vereinigt und der Kleber mit UV-Licht ausgehärtet.

Man kann auch die Lichtleitfasern quasi in den Kleber einbetten, wie in Fig. 3 gezeigt. UV-härtbare Überzüge für Lichtleitfasern und UV-härtbare Kleber sind an sich bekannt und stellen vorzugsweise Acrylate, wie Urethan­ acrylate, Polyesteracrylate, Polyetheracrylate, Silikon­ acrylate, dar. Besonders geeignete Kleber sind in R. Hofman, P. Olding, UV und EB Curing Formulations for printing inks (a.a.O), beschrieben und in DE-OS 38 01 576. Alle anderen radikalisch UV-härtenden Harze sind ebenfalls prinzipiell geeignet. Als Überzug und als Kleber können die gleichen oder verschiedenen Harze benutzt werden. Vorzugsweise sind Überzug und Kleber aus gleichem oder aus ähnlichem Material.

Ausführungsbeispiele

Eine Lichtleitfaser wurde gemäß DE-OS 38 01 576, Beispiel 6, wie folgt hergestellt:

Eine Polycarbonatfaser (Durchmesser: 0,5 mm) wurde senkrecht von oben nach unten zentrisch durch ein Gefäß gezogen, welches an seinem Boden eine Düse (Durch­ messer: 0,6 mm) besaß. Das Gefäß wurde mit dem nach­ stehend beschriebenen Beschichtungsgemisch 1 gefüllt. Durch den zwischen Faden und Düsen verbleibenden Ring­ spalt erfolgte die gleichmäßige Beschichtung der Faser mit dem Gemisch.

Unterhalb des Beschichtungsgefäßes befand sich parallel zum Faden eine 20 cm lange Quecksilbermitteldrucklampe (Leistung: 120 W/cm), deren Brennlinie mittels Parabol­ spiegel auf dem Faden fokussiert war, um eine möglichst hohe Lichtausbeute für die UV-Polymerisation der Be­ schichtungsgemische zu erhalten.

Nach Passieren einer Umlenkrolle wurde der beschichtete Faden auf eine große Trommel gewickelt, die mittels eines Motorantriebs für das Durchziehen des Fadens durch die Anlage sorgte, wobei die Geschwindigkeit konstant 30 m/min betrug.

Die Dicke der auf den Polycarbonatfaden aufgebrachten Beschichtung betrug 15 µm.

Herstellung Beschichtungsgemisch 1

Beschichtungsgemisch 1 bestand aus einem Gemisch aus 50 Gew.-Teilen Umsetzungsprodukt 1 und 50 Gew.-Teilen 2-(N-butylcarbamoyl)-ethylacrylat und 3 Gew.-Teilen 2- Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-on als Photoinitiator.

Herstellung Umsetzungsprodukt 1

In einem mit Rührer, Thermometer und Gaseinleitungsrohr versehenen 2 l-Kolben wurden 500 g eines linearen Poly­ ethers (mittleres Molekulargewicht: ∼1000; Umsetzungs­ produkt von Propandiol-1,2 mit Propylenoxid), 167 g 2- Hydroxyethylacrylat, 0,5 g Desmorapid SO und 0,3 g p- Methoxyphenol vorgelegt. Bei 60 bis 65°C und unter Durchleiten von trockener Luft wurde anschließend 265 g Isophorondiisocyanat zugetropft. Die Reaktionsmischung wurde anschließend solange bei 60 bis 65°C gerührt, bis die NCO-Zahl unter 0,1% gesunken war.

Die Härtung des Beschichtungsgemisches 1 erfolgte in N₂- Atmosphäre und dann in einer durch Zudosierung sukzessiv erhöhter Sauerstoffanteile angereicherten Mischatmo­ sphäre aus N₂ und O₂.

Die Herstellung des Lichtleitbandes erfolgte durch Ziehen der Polycarbonatfaser senkrecht von oben nach unten zentrisch durch ein Gefäß, welches an seinem Boden eine Düse (Durchmesser: 0,6 mm) besaß. Das Gefäß war mit dem Kleber gefüllt.

Durch den zwischen Faden und Düse verbleibenden Ringspalt erfolgte dis gleichmäßige Beschichtung der Faser mit dem Kleber 1. Drei auf diese Weise be­ schichtete Fasern wurden nebeneinander gelegt und mittels einer UV-Bestrahlungsanlage der Firma IST, Typ 200-11-1-Tr., gehärtet.

Erhalten wurde ein Lichtleitband mit 3 Lichtleitfasern entsprechend der Fig. 1.

Herstellung Kleber 1

Kleber 1 bestand aus einem Gemisch aus 50 Gew.-Teilen Umsetzungsprodukt 2 und 50 Gew.-Teilen 2-(N-butyl-carb­ amoyl)-ethylacrylat und 3 Gew.-Teilen 2-Hydroxy-2- methyl-1-phenyl-propan-1-on als Photoinitiator.

Herstellung Umsetzungsprodukt 2

In einem mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Wasserabscheider versehenen 1 l-Kolben wurden 500 g eines hydroxylgruppenhaltigen linearen Polyesters (mitt­ leres Molekulargewicht: 1000; OH-Zahl 112; Umsetzungs­ produkt aus Adipinsäure und Neopentylglykol), 40 g Acrylsäure, 2 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p-Methoxyphe­ nol, 0,3 g Di-tert.-butyl-hydrochinon und 190 g Toluol vorgelegt und unter Durchleiten von Luft auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach Abspaltung der theore­ tischen Wassermenge wurde das Toluol im Vakuum abdestilliert.

Die Prüfung der Güte der Verklebung erfolgte durch Aus­ einanderziehen des 3-adrigen Bandes gemäß Fig. 1 mit der Hand, indem jeweils Faser 1 und Faser 3 zwischen Daumen und Zeigefinger genommen und senkrecht zu Faser 2 auseinandergezogen wurde. Als Maß für die Güte der Verklebung dient der zum Auseinanderziehen erforderliche Kraftaufwand.

Claims (1)

1. Verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Licht­ leitbandes durch Ummanteln von Lichtleitfasern mit UV- gehärteten Harzen und Verbinden mehrerer parallel ange­ ordneter ummantelter Lichtleitfasern mit einem UV-härt­ baren Kleber und Aushärten des Klebers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man beim Ummanteln der Lichtleitfasern mit UV-gehärteten Harzen unter einem Sauerstoff enthaltenden Gas arbeitet.