JP5739454B2 - ファイバー光ケーブルアセンブリの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アラミドなどの高靭性ファイバーを処理するための方法およびファイバー光ケーブルアセンブリにおいてのそれらの使用に関する。

パラアラミド糸は、光通信ケーブルの強化材としてのそれらの使用について公知である。光ケーブルおよび強化糸は他の部品と共にスリーブ内に密封される。水がスリーブ内に侵入するのを防ぎ、入れられた部品の劣化を生じさせないことが望ましい。水が光ケーブルシステムに侵入するのを防ぐ問題を解決することが継続的に必要とされている。

Ｗｉｌｌｅｍｓｅｎに対する米国特許第６，３１９，５５８号明細書には、少なくとも６０の膨潤度を有すると共に多量の水を吸収および保持することができる親水性の性質を有する高吸収材料を提供された糸の製造方法が記載されており、その方法は、水溶性の予備高吸収材料の水溶液を糸上に適用した後に、水溶性の予備高吸収材料を高吸収材料に架橋または重合させるために糸を乾燥および加熱する工程を有する。

Ｓｃｈｏｅｃｋらに対する米国特許第６，５００，５４１号明細書には、アルコールに可溶性であるナイロンバインダーによってフィラメント表面に付着された高吸収性ポリマー（ＳＡＰ）粒子を含有する合成ポリマーフィラメントが記載されている。このようなＳＡＰがコートされたフィラメントは次いで電気通信ケーブルにそれらの構成部品として組み込まれ、強化された防水機能を達成することができる。

Ｃｈａｎｇらに対する米国特許第６，４５４，００３号明細書には、約０．０５〜約１０ミクロンの未膨張体積の平均粒度直径を有する膨張性架橋ポリマー微小粒子、約９，０００〜約２００，０００ｐｐｍの不安定架橋剤および０〜約３００ｐｐｍの不安定でない架橋剤の架橋剤含有量を含む組成物が記載されている。

Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１７巻、３４号、３５７５ 〜３５８０ページのＬｏｎｇらによる記事は、インプリントリソグラフィに使用するための熱可逆性架橋ポリマー材料について記載している。

本発明は、
（ａ）不透水性の熱可逆性架橋ポリマーコーティングでコートされた１５０〜１２０００ｄｔｅｘの線密度、１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘの靭性、１５０〜２７００ｇ／ｄｔｅｘの弾性率、および１〜８パーセントの破断点伸びを有する第１の強化糸を、保護コーティングを結合切断によって水膨潤性高吸収性ポリマーに変換するために十分な時間の間４５〜２００℃の温度にかける工程と、
（ｂ）工程（ａ）からの第１の強化糸の１つまたは複数を１つまたは複数の光ガラスファイバー伝送媒体と組み合わせる工程と、
（ｃ）保護スリーブを工程（ｂ）の少なくとも１つのアセンブリの上に適用する工程とを含む、ファイバー光ケーブルアセンブリを形成するための方法に関する。

第１の強化糸
本明細書において使用するために用語「ファイバー」は、その長さに垂直なその断面積にわたって長さ対幅の高い比を有する比較的可撓性で、肉眼でみて均一体として定義される。ファイバーの横断面は任意の形状でありうるが、典型的に円形である。本明細書において、用語「フィラメント」は、用語「ファイバー」と交換可能に使用される。ファイバーは任意の長さでありうる。ファイバーは、典型的に１メートルまたはそれよりもっと長いフィラメントである連続フィラメントでありうる。フィラメントは、しばしば多フィラメント糸の一部として連続的な形態において紡糸されてスプール上に巻き付けられ、次に、所望の量がスプール上に置かれた後に切断される。

本発明のために適した第１の強化糸は、１５０〜１２０００ｄｔｅｘの線密度、１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘの靭性、１５０〜２７００ｇ／ｄｔｅｘの弾性率、および１〜８パーセントの破断点伸びを有する。第１の強化糸フィラメントのために適したポリマー材料には、ポリアミド、ポリアゾールおよびそれらの混合物が含まれる。

ポリマーがポリアミドであるとき、アラミドが好ましい。用語「アラミド」は、アミド（−ＣＯＮＨ−）結合の少なくとも８５％が２つの芳香族環に直接に結合しているポリアミドを意味する。適したアラミドファイバーは、Ｍａｎ−Ｍａｄｅ Ｆｉｂｒｅｓ−Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２巻、Ｆｉｂｒｅ−Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓと題された節の２９７ページ，Ｗ．Ｂｌａｃｋら著、Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９６８年に記載されている。

好ましいアラミドはパラアラミドである。好ましいパラアラミドは、ＰＰＤ−Ｔと呼ばれるポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である。ＰＰＤ−Ｔとは、ｐ−フェニレンジアミンとテレフタロイルクロリドとのモル対モル重合により生じるホモポリマーならびに、また、ｐ−フェニレンジアミンと共に少量の他のジアミンのおよびテレフタロイルクロリドと共に少量の他の二酸塩化物の組み入れにより生じるコポリマーを意味する。原則として、他のジアミンおよび二酸塩化物が重合反応を妨げる反応性基を全く持たないことのみを条件として、他のジアミンおよび他の二酸塩化物を、ｐ−フェニレンジアミンまたはテレフタロイルクロリドの最大約１０モルパーセント程度まで、またはおそらくはわずかにより多い量使用することができる。また、ＰＰＤ−Ｔは、例えば、２，６−ナフタロイルクロリドまたはクロロ−もしくはジクロロテレフタロイルクロリドまたは３，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどの他の芳香族ジアミンおよび他の芳香族二酸塩化物の組み入れにより生じるコポリマーを意味する。

添加剤をアラミドと共に用いることができ、他のポリマー材料を最大１０重量パーセント以上もアラミドとブレンドすることができることが見出された。アラミドのジアミンの代わりに用いられた他のジアミンを１０パーセント以上、または二酸塩化物またはアラミドの代わりに用いられた他の二酸塩化物を１０パーセント以上有するコポリマーを使用することができる。

ポリアゾールもまた、本発明の第１の強化糸のための適したポリマーである。いくつかの好ましい実施形態においてポリアゾールはポリベンザゾールおよびポリピリダゾールなどのポリアレナゾールである。適したポリアゾールはホモポリマー、およびコポリマーも含む。添加剤をポリアゾールと共に使用することができ、他のポリマー材料を最大１０重量パーセントまでポリアゾールとブレンドすることができる。また、ポリアゾールのモノマーの代わりに用いられた他のモノマーを１０パーセント以上有するコポリマーを使用することができる。適したポリアゾールホモポリマーおよびコポリマーを公知の手順によって製造することができる。

好ましいポリベンザゾールは、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、およびポリベンゾオキサゾールであり、より好ましくは、３０ｇｐｄ以上の第１の強化糸の靭性を有するファイバーを形成しうるポリマーである。ポリベンザゾールがポリベンゾチオアゾールである場合、好ましくはそれはポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスチアゾール）である。ポリベンザゾールがポリベンゾオキサゾールである場合、好ましくはそれはポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）、より好ましくは、ＰＢＯと呼ばれるポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）である。

好ましいポリピリダゾールはポリピリジイミダゾール、ポリピリドチアゾール、およびポリピリドキサゾールであり、より好ましくは、３０ｇｐｄ以上の第１の強化糸の靭性を有するファイバーを形成しうるポリマーである。いくつかの実施形態において、好ましいポリピリダゾールはポリピリドビスアゾールである。好ましいポリ（ピリドビスオザゾール）は、ＰＩＰＤと呼ばれるポリ（１，４−（２，５−ジヒドロキシ）フェニレン−２，６−ピリド［２，３−ｄ：５，６−ｄ’］ビスイミダゾールである。ポリピリドビスアゾールなどの適したポリピリダゾールを公知の手順によって製造することができる。

また、ポリアミドとポリアゾールフィラメントとの混合物を含む第１の強化糸が本発明において利用されてもよい。

第１の強化糸のためのコーティング
コーティングは架橋されたポリマーである。ここで用いられるとき、第１の強化糸に適用されたコーティングは２つの機能を果たす。まず最初に、コーティングは、第１の強化糸の摩耗をその製造、保管および光ケーブル部品との最初の組み立ての間、防ぐための取り扱い補助の働きをする。第２の機能は、コーティングが、ケーブルスリーブの内部の湿気に暴露されたときに膨張して防湿層となる膨潤性ポリマーコーティングの先駆物質として働くことである。また、このような材料は、高吸収材料として公知である。この第２の機能は、コートされた第１の強化糸を光ケーブルと組み合わせる前に、コートされた第１の強化糸を糸上の架橋されたポリマーコーティングの熱的切断を引き起こすために十分な温度にかけることによって達成される。

適したコーティング材料は、ブロックトイソシアネート、ディールス・アルダー反応生成物、アゾ基含有分子またはそれらの混合物である。好ましいディールス・アルダー反応生成物は、置換されたフランとマレイミドとの間の反応生成物である。ディールス・アルダー生成物の例は、フルフラールアルコールと、アクリレートまたはメタクリレート側基でさらに官能化されたヒドロキシエチル官能化マレイミドとの間の反応から形成され、架橋された構造体を提供する生成物である。

１つの実施形態において、熱可逆性コーティングの熱可逆性架橋剤は、第１の強化糸とコーティングとの総重量に基づいて０．００１重量％〜１．５重量％の量で存在する。架橋剤は、０．０１％〜１．０％の量または０．１％〜０．５％の量でも存在しうる。熱可逆性架橋コーティングは、第１の強化糸とコーティングとの総重量に基づいて０．１重量％〜２０重量％の量で存在する。コーティングは、１％〜１５％または２％〜８％の量でも存在しうる。熱可逆性架橋剤とは、加熱下で結合切断しうる共有結合を含有する化合物を意味する。

コーティングは、第１の強化糸をモノマーの槽中に浸漬し、その後に、加熱環境内でモノマーの重合を行うことによって第１の強化糸に適用されてもよい。代替方法において、コーティングを予備重合してもよく、水性または油性媒体中に重合されたコーティングを含有する分散体またはスラリーを調製してもよい。好ましくは、水性媒体を使用する。スラリーは、約４０％の固形分を含有する。第１の強化糸をポリマー分散体に浸漬し、次に、乾燥装置を通過させて揮発物を所望のレベルに低減させる。乾燥後の揮発分は１０％以下、または７％未満または５％未満でさえある。乾燥装置内の温度は、少なくとも１０℃またはさらに少なくとも１５℃など、架橋されたコーティングポリマーの結合切断温度未満であるのがよい。

光ガラスファイバー伝送媒体
これは導波管としても公知である。任意の市販の導波管が本発明において用いられてもよい。

第２の強化糸および外側スリーブ
いくつかの実施形態において、第２の強化糸が第１の強化糸およびガラスファイバー伝送媒体と組み合わせられる。第２の強化糸のための一般的な材料は、ＥガラスまたはＳガラスなどのガラスファイバーである。これらの材料の両方とも、糸またはロービングの形態で入手可能である。Ｅガラスは市販の低アルカリガラスである。１つの典型的なＥガラス組成物は、５４重量％のＳｉＯ₂、１４重量％のＡｌ₂Ｏ₃、２２重量％のＣａＯ／ＭｇＯ、１０重量％のＢ₂Ｏ₃および２重量％未満のＮａ₂Ｏ／Ｋ₂Ｏからなる。また、いくつかの他の材料が不純物レベルにおいて存在してもよい。Ｓガラスは、市販のマグネシアアルミナシリケートガラスである。１つの典型的なＳガラス組成物は、６５重量％のＳｉＯ₂、２５重量％のＡｌ₂Ｏ₃および１０重量％のＭｇＯからなる。また、いくつかの他の材料が不純物レベルにおいて存在してもよい。この組成物は、Ｅガラスよりも剛性が高く、強く、そして高価である。

外側スリーブはポリマーである。ポリエチレンがスリーブのための好ましい材料である。

方法
防水能力を有するファイバー光ケーブルアセンブリが、
（ａ）不透水性の熱可逆性架橋ポリマーコーティングでコートされた第１の強化糸を、保護コーティングを結合切断によって水膨潤性高吸収性ポリマーに変換するために十分な時間の間４５〜２００℃の温度にかける工程と、
（ｂ）工程（ａ）からの第１の強化糸の１つまたは複数を１つまたは複数の光ガラスファイバー伝送媒体と組み合わせる工程と、
（ｃ）保護スリーブを工程（ｂ）の少なくとも１つのアセンブリの上に適用する工程とによって作製される。

工程（ａ）において、架橋された結合の好ましくは少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも７５％および最も好ましくは少なくとも９０％が切断される。工程（ａ）の温度停止時間は、異なったコーティング材料に対しておよび第１の強化糸上の相対的なコーティング量に対して変化する。

第１の強化糸と導波管ケーブルは、それらを並んで配置することにより、または強化糸が導波管の周りに螺旋状に巻き付けられることにより工程（ｂ）において組み合わせられる。２つ以上の導波管がアセンブリにおいて使用されてもよい。任意選択的に特徴として、複数の導波管または強化糸がそれら自体、螺旋構造に形成されてもよい。

１つのアセンブリにおいて組み合わせられた第１の強化糸と導波管との数は、特定の設計の必要性に応じて変化してもよい。例えば、いくつかの第１の強化糸が１つの導波管を囲むことができ、他の場合においていくつかの導波管が１つの第１の強化糸を囲んでもよい。同様に、２つ以上の第２の強化糸がアセンブリ内に存在してもよい。

第２の強化糸が組み込まれるとき、第２の強化糸を心材として使用して、第１の強化糸と導波管とを第２の強化糸の周りに螺旋状に巻き付けることが一般的である。

外側スリーブが工程（ｂ）の１つまたは複数のアセンブリの上に置かれてもよい。いくつかの設計において多数のスリーブで覆われたアセンブリがより大きなアセンブリに組み合わせられ、次にそれがまた、スリーブによって囲まれる。

以下の実施例において用いるために不透水性の熱可逆性架橋ポリマーを製造する。Ｋｉｎｅｍａｔｉｃａ，Ｉｎｃ．（Ｂｏｈｅｍｉａ，ＮＹ）から入手可能なＭｅｇａｔｒｏｎ（登録商標）ＭＴ５０００反応器は、固体および液体を導入するための装置を取り付けられており、反応器は、１６０００ＲＰＭで回転する高強度マイクロナイザーセル、不活性ガスでパージするためのシステム、一連の温度プローブの他、熱媒液が目標温度において循環されるジャケットからなる加熱および冷却装置を有する。マイクロナイザーが１６０００ＲＰＭの回転速度に設定され、ヒドロキノン安定化アクリル酸を約８０重量％で含有する脱酸素水溶液４００ｇが２０％水酸化ナトリウム溶液で定量的に中和される。これは、マイクロナイザーの温度が３５℃を超えないように行われる。メチレンビスアクリルアミドの脱酸素１％溶液５ｇと、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．，２００７年、１７、３５７５〜３５８０ページに記載されているように合成されたフルフリルアルコールとヒドロキシエチル（ｈｙｒｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ）官能化マレイミドとのメチアクリレート変性ディールス・アルダー反応生成物３２ｇとが添加される。重合は重亜硫酸ナトリウム／臭素酸ナトリウムレドックス対で開始され、重合温度は、６０℃を超えないように調節される。約３０分後、反応器は２時間の間６０℃に加熱される。不透水性の熱可逆性架橋ポリマーが限外ろ過によって細粉として得られる。

以下の実施例において用いるために、上に記載されたような不透水性の熱可逆性架橋ポリマーを含むコーティングでコートされた糸が製造される。プロペラ形ブレードを有する標準実験室用攪拌機を用いて米国特許第５，２７０，１１３号明細書に開示されているように３５重量パーセントの不透水性の熱可逆性架橋ポリマーの分散体を仕上油中で調製する。Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ（Ｖｅｒｎｏｎ Ｈｉｌｌｓ，ＩＬ）から入手可能なＭａｓｔｅｒｆｌｅｘ ７５２３−７０精密ポンプおよびＬｅｅｓｏｎａ（Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＮＣ）から入手可能なＬｅｅｓｏｎ Ｍｏｄｅｌ ８６１糸巻取り機を用いて、分散体をＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）（ＤｕＰｏｎｔ）から入手可能なパラアラミドファイバーの仕上げなし１１０ｄｔｅｘ ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）タイプ２９糸上に適用する。コーティングプロセスは、コートされていない糸の乾燥重量に基づいて３％の不透水性の熱可逆性架橋ポリマーおよび５％の仕上油のコーティングをもたらす。

実施例１
この実施例は、上述のようなコートされた糸を含有する構内光ファイバーケーブルの製造に関する。構内ケーブルは、ポリマージャケット内に含有された複数のタイトバッファ付き光ファイバーおよび複数の緩いアラミドおよび／またはガラスファイバーを含むケーブルである。Ｔｅｎｓｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｈｉｃｋｏｒｙ，ＮＣ）によって設計された構内光ファイバー製造ラインは糸の巻取り後に管状炉を備えている。この設備を用いて、３つのコートされたＫＥＶＬＡＲ（登録商標）糸が１２０℃の温度の管状炉を通過させられ、連続的な窒素パージを受ける。熱暴露時間は約１分である。管状炉を通過した後、３つの糸を導波管と組み合わせて、ポリエチレンコーティングを糸−導波管アセンブリの上に適用してタイトバッファ付き構内光ファイバーケーブルを形成する。

糸のコーティングの吸水能力を以下に記載されたように評価した。熱処理された糸１０（１０．０）ｇを長さ約１６ｃｍの撚られていないファイバーに切断した。ファイバーを１０００ｍｌのビーカー内の５００ｍｌの蒸留水に浸漬した。得られたスラリーを手作業で１分間攪拌し、その後に、毎分手作業で攪拌しながら９分間浸漬した。１０分後に、ビーカーの内容物を２０メッシュの篩に流し込み、保持されたファイバーを１分間排液させた。ファイバー試料を２分間２０００ｒｐｍで遠心分離機にかけ、非結合水を除去し、次に０．０１ｇの精度まで秤量した。これはファイバー重量Ａである。次に、ファイバー試料を１０５℃の換気炉内で一定重量まで乾燥させ、乾燥されたファイバー試料の重量を０．０１ｇの精度まで定量した。これはファイバー重量Ｂである。糸の自由膨潤度を以下の式から計算した。

各々の定量を３回実施し、結果を平均した。糸は、３００の平均自由膨潤度を示した。

比較例Ａ
コートされた糸が管状炉を通過されないことを除いて、この実施例を実施例１に従って調製する。糸のコーティングの吸水能力を上述のように評価した。糸は、３５の平均膨潤度を示した。

比較例Ａと比較したとき、実施例１の膨潤度がほとんど１０倍増加したことは、権利請求された方法の有効性を示す。
以下、本発明の態様を示す。
１．（ａ）不透水性の熱可逆性架橋ポリマーコーティングでコートされた１５０〜１２０００ｄｔｅｘの線密度、１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘの靭性、１５０〜２７００ｇ／ｄｔｅｘの弾性率、および１〜８パーセントの破断点伸びを有する第１の強化糸を、保護コーティングを結合切断によって水膨潤性高吸収性ポリマーに変換するために十分な時間の間４５〜２００℃の温度にかける工程と、
（ｂ）工程（ａ）からの前記第１の強化糸の１つまたは複数を１つまたは複数の光ガラスファイバー伝送媒体と組み合わせる工程と、
（ｃ）保護スリーブを工程（ｂ）の少なくとも１つのアセンブリの上に適用する工程とを含む、ファイバー光ケーブルアセンブリを形成するための方法。
２．少なくとも１つの第２の強化糸が工程（ｂ）において前記第１の強化糸およびガラスファイバー伝送媒体と組み合わせられていてもよい、上記１に記載の方法。
３．前記第１の強化糸の前記ポリマーが、ｐ−アラミド、ポリベンザゾール、ポリピリダゾールまたはそれらの混合物からなる群から選択される、上記１に記載の方法。
４．前記熱可逆性コーティングの熱可逆性架橋剤が、第１の強化糸とコーティングとの総重量に基づいて０．００１重量％〜０．５重量％の量で存在する、上記１に記載の方法。
５．前記熱可逆性架橋コーティングが、前記第１の強化糸とコーティングとの総重量に基づいて０．１重量％〜１０重量％の量で存在する、上記１に記載の方法。
６．前記ｐ−アラミドがポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）である、上記３に記載の方法。
７．上記１に記載の方法によって製造されたファイバー光ケーブル。

Claims (1)

1. （ａ）不透水性の熱可逆性架橋ポリマーコーティングでコートされた１５０〜１２０００ｄｔｅｘの線密度、１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘの靭性、１５０〜２７００ｇ／ｄｔｅｘの弾性率、および１〜８パーセントの破断点伸びを有する第１の強化糸を、前記不透水性の熱可逆性架橋ポリマーコーティングを結合切断によって水膨潤性高吸収性ポリマーに変換するために十分な時間の間４５〜２００℃の温度にかける工程と、
   （ｂ）工程（ａ）からの前記第１の強化糸の１つまたは複数を１つまたは複数の光ガラスファイバー伝送媒体と組み合わせる工程と、
   （ｃ）保護スリーブを工程（ｂ）の少なくとも１つのアセンブリの上に適用する工程とを含む、ファイバー光ケーブルアセンブリを形成するための方法。