JP6152702B2 - 光ファイバ被覆用樹脂組成物、光ファイバケーブル及び建築物 - Google Patents
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Description
光ファイバケーブルの導体にプラスチック光ファイバを用いる場合、プラスチック光ファイバは、ポリメチルメタクリレート等の易燃性のプラスチックが用いられることが多く、それ自体が燃焼しやすい。そのため、優れた難燃性を有する樹脂組成物をプラスチック光ファイバに被覆することで、一定の難燃性の効果を付与することができる。
また、特許文献2には、プラスチック光ファイバを、水酸化マグネシウムを含むオレフィン系樹脂で被覆し、更にフッ素系樹脂で被覆した光ファイバケーブルが提案されている。
更に、特許文献3には、プラスチック光ファイバを、オレフィン系樹脂で被覆し、更に酸化亜鉛等の顔料を含むフッ素系樹脂で被覆した光ファイバケーブルが提案されている。
更に、本発明は、前記光ファイバケーブルを含む建築物に関する。
また、本発明の光ファイバケーブルは、難燃性、長期耐熱性に優れ、その結果、長期間に亘る光学特性の維持を可能とする。
更に、本発明の建築物は、難燃性、長期耐熱性に優れる光ファイバケーブルを含むので、火災が生じた際の炎の伝播を抑制し、建築物全体の燃焼を遅延させることを可能とすることが期待される。
本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物は、フッ素系樹脂80〜99.5質量%及び受酸剤0.5〜20質量%含む。
フッ素系樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン(VDF)単独重合体、VDF/トリフルオロエチレン共重合体、VDF/テトラフルオロエチレン(TFE)共重合体、VDF/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、VDF/TFE/HFP共重合体、VDF/クロロトリフルオロエチレン共重合体、VDF/TFE/HFP/(パーフルオロ)アルキルビニルエーテル共重合体、VDF/ヘキサフルオロアセトン共重合体、VDF/HFP共重合体、VDF/TFE/ヘキサフルオロアセトン共重合体、エチレン/VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/TFE/HFP共重合体、VDF/トリフルオロエチレン共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート/アルキル(メタ)アクリレート共重合体等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらのフッ素系樹脂は、分子鎖中に他の単量体単位を含んだ共重合体であってもよく、側鎖に他の単量体単位をグラフトさせた共重合体であってもよい。
これらのフッ素系樹脂の中でも、樹脂が溶融しやすく光ファイバの被覆が容易にでき、プラスチック光ファイバに用いられるオレフィン系樹脂やアクリル系樹脂との密着性に優れることから、フッ化ビニリデン単位を含む重合体が好ましく、光ファイバ被覆用樹脂組成物の溶融粘度が低く加工性に優れることから、VDF/HFP共重合体、VDF/TFE/HFP共重合体、VDF/クロロトリフルオロエチレン共重合体がより好ましい。
受酸剤は、フッ素系樹脂中に残存する不純物(例えば、重合時に用いる酸性乳化剤、触媒等)やフッ素系樹脂から発生する酸性熱分解生成物が、光ファイバの光学特性の低下を抑制する。具体的には、受酸剤は、残存する酸性乳化剤等の不純物や発生するフッ素系樹脂の酸性熱分解生成物を捕捉し、これらの不純物や酸性熱分解生成物を安定な構造とし、不純物や酸性熱分解生成物の光ファイバへの移行を抑制するため、光ファイバケーブルの長期耐熱性を可能とする。
これらの受酸剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの受酸剤の中でも、長期耐熱性に優れることから、炭酸塩類、ハイドロタルサイト類が好ましく、2価又は3価の金属の炭酸塩類、2価又は3価の金属のハイドロタルサイト類がより好ましい。
光ファイバ被覆用樹脂組成物には、識別性、意匠性等を高める目的で、光ファイバ被覆用樹脂組成物の特性を損なわない範囲で、他の成分を含んでもよい。
他の成分としては、例えば、潤滑剤、顔料等が挙げられる。
潤滑剤を用いる場合、光ファイバ被覆用樹脂組成物中の潤滑剤の含有率は、0.1〜5質量%が好ましく、0.3〜3質量%がより好ましく、0.5〜2質量%が更に好ましい。光ファイバ被覆用樹脂組成物中の潤滑剤の含有率が0.1質量%以上であると、光ファイバ被覆用樹脂組成物と光ファイバケーブル被覆装置との摩擦力が低減し、光ファイバケーブルの生産性に優れる。また、光ファイバ被覆用樹脂組成物中の潤滑剤の含有率が5質量%以下であると、光ファイバ被覆用樹脂組成物の特性を損なうことを抑制することができ、湿熱環境下での潤滑剤のブリードアウトを抑制することができる。
顔料を用いる場合、光ファイバ被覆用樹脂組成物中の顔料の含有率は、0.5〜10質量%が好ましく、1〜8質量%がより好ましく、2〜6質量%が更に好ましい。光ファイバ被覆用樹脂組成物中の顔料の含有率が0.5質量%以上であると、光ファイバケーブルを所望の色とすることができ、光ファイバケーブルの識別性、意匠性を高めることができる。光ファイバ被覆用樹脂組成物中の顔料の含有率が10質量%以下であると、光ファイバ被覆用樹脂組成物の特性を損なうことを抑制することができ、顔料の光ファイバへの移行による光ファイバの光学特性の低下を抑制することができる。
本発明の光ファイバケーブルは、光ファイバと、光ファイバの外周に本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる被覆層とを有する。
本発明の光ファイバケーブルとしては、例えば、図1(a)に示すような光ファイバ10の外周に1層の被覆層20を有する光ファイバケーブル、図1(b)に示すような光ファイバ10の外周に2層以上の被覆層20a・20bを有する光ファイバケーブル等が挙げられる。
光ファイバは、光ファイバとしての機能を有するものであれば特に限定されず、公知の光ファイバを用いることができる。
光ファイバの種類としては、例えば、中心から外周に向かって連続的に芯の屈折率が低下するグレーデッドインデックス型光ファイバ、中心から外周に向かって芯の屈折率が段階的に低下する多層光ファイバ、複数の芯を鞘で取り囲んで一纏めにしたマルチコア光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバの種類の中でも、より長距離の通信を可能とすることから、多層光ファイバが好ましい。
多層光ファイバとしては、例えば、図2(a)に示すような芯と芯の外周に1層の鞘を有する多層光ファイバ、図2(b)に示すような芯と芯の外周に2層以上の鞘12a・12bを有する多層光ファイバ等が挙げられる。
芯の材料(芯材)は、透明性の高い材料であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
透明性の高い材料としては、例えば、ガラス;アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、カーボネート系樹脂等の樹脂が挙げられる。これらの透明性の高い材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの透明性の高い材料の中でも、難燃性や長期耐熱性に劣り、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物により被覆する必要性が高いことから、樹脂が好ましく、伝送損失を低減させることができることから、アクリル系樹脂が好ましい。
尚、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートをいう。
鞘は、芯の外周に形成される。鞘は、図2(a)に示すように1層でもよく、図2(b)に示すように2層以上でもよい。
鞘の材料(鞘材)は、芯材より屈折率の低い材料であれば特に限定されず、芯材の組成や使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯材としてアクリル系樹脂を用いる場合、伝送損失を低減させることができることから、鞘材としてフッ素系樹脂を用いることが好ましい。特に、芯材としてメチルメタクリレート単独重合体やメチルメタクリレート単位を50質量%以上含む共重合体を用いる場合、伝送損失を低減させることができることから、鞘材としてフッ素系樹脂を用いることが好ましい。
これらのフッ素系樹脂の中でも、柔軟性、耐衝撃性、透明性、耐薬品性に優れ、低価格であることから、VDF/TFE共重合体、VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/TFE/HFP共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート/アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましい。特に、鞘が1層の場合、VDF/TFE共重合体、VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/TFE/HFP共重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート/アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、耐溶剤性に優れることから、VDF/TFE共重合体、VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/TFE/HFP共重合体がより好ましく、鞘が2層の場合、1層目(内側の層、図2(b)でいう12a)はフルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレート/アルキル(メタ)アクリレート共重合体が好ましく、2層目(外側の層、図2(b)でいう12b)はVDF/TFE共重合体、VDF/TFE/HFP共重合体、エチレン/TFE/HFP共重合体が好ましい。
(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Xは、水素原子又はフッ素原子であり、mは、1又は2であり、nは、5〜13の整数である。)
(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Xは、水素原子又はフッ素原子であり、nは、1〜4の整数である。)
(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Xは、水素原子又はフッ素原子であり、mは、1又は2であり、nは、5〜13の整数である。)
(式中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Xは、水素原子又はフッ素原子であり、nは、1〜4の整数である。)
溶融紡糸法による多層光ファイバの成形方法は、例えば、芯材及び鞘材をそれぞれ溶融し、複合紡糸を行う方法が挙げられる。
光ファイバケーブルを温度差の大きい環境で用いる場合、ピストニングを抑制するため、光ファイバをアニール処理することが好ましい。アニール処理は、光ファイバの材料によって処理条件を適宜設定すればよく、連続でもよく、バッチでもよい。
鞘を2層とする場合、1層目と2層目の厚さの比は、伝送損失を低減させることができることから、1:0.5〜5が好ましく、1:1〜4がより好ましく、1:1.2〜3が更に好ましい。
被覆層は、光ファイバの外周を被覆し、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる。
被覆層は、図1(a)に示すように1層でもよく、図1(b)に示すように2層以上でもよい。但し、被覆層を2層以上とする場合、本発明の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる被覆層は、光ファイバケーブルの最外層とする。
燃焼試験は、温度、湿度、室内圧が制御された試験室内に設置されたスタイナートンネル試験装置(全長約8mの試験炉内に、長さ約7m、幅約0.3mのケーブルトレイが設置)に、全長に亘って光ファイバケーブルを敷き詰めた状態で行い、延焼性及び発煙性を評価するものである。本発明の光ファイバケーブルの形態によればスタイナートンネル燃焼試験に合格することが可能となる。
図3に示すような光ファイバケーブルの製造方法は、例えば、2芯用のダイス・ニップルを備えたクロスヘッドに光ファイバを通して被覆層を被覆する方法が挙げられる。
通常、光ファイバケーブルを通信用途で用いる場合、光ファイバケーブルの一端を光源システムに接続し、光ファイバケーブルの他端を受光システムに接続する必要がある。その際、双方向で通信を行う場合、図3に示すような2本の光ファイバを有する光ファイバケーブルを用いるとよい。
実施例及び比較例で得られた光ファイバケーブルを、NFPA(National Fire Protection Association)規格262のスタイナートンネル燃焼試験に準拠して、以下のように燃焼試験を行った。
温度、湿度、室内圧が制御された試験室内に設置されたスタイナートンネル試験装置(試験炉全長約8m、ケーブルトレイ長さ約7m、ケーブルトレイ幅約0.3m)に、全長に亘って光ファイバケーブルを必要本数分(光ファイバケーブルの直径が1.5mmのものは約203本、光ファイバケーブルの直径が2.2mmのものは約138本)敷き詰め、メタンガスバーナ(バーナ出力88kw)により20分間燃焼させて行った。
ガスバーナの炎の先端からの炎の拡がった距離を測定し、その距離の最大値を最大炎(ft)とした。また、光の透過光量から光密度を算出し、その最大値を最大光密度、その平均値を平均光密度とした。
NFPA規格262に準拠し、最大炎5ft以下、最大光密度0.5以下、平均光密度0.15以下をすべて満足するものを合格とした。
実施例及び比較例で得られた光ファイバケーブルについて、以下の条件A〜Cの前後での伝送損失(dB/km)を、波長650nm、入射光のNA(開口数)0.1の光を用い、25m−1mのカットバック法により測定した。
条件A:温度100℃で3000時間曝露
条件B:温度105℃で3000時間曝露
条件C:温度85℃、相対湿度95%で3000時間曝露
フッ素系樹脂A:フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロエチレン共重合体(商品名「Kynar Flex 2500−20」、アルケマ社製、フッ化ビニリデン単位/ヘキサフルオロエチレン単位=80/20(モル%)、フッ素原子の含有率63質量%)
フッ素系樹脂B:フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン/へキサフルオロエチレン共重合体(商品名「ダイニオンTHV220G」、住友スリーエム(株)製、フッ化ビニリデン単位/テトラフルオロエチレン単位/へキサフルオロエチレン単位=60/35/5(モル%)、フッ素原子の含有率70質量%)
フッ素系樹脂C:フッ化ビニリデン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(商品名「セフラルソフトG150」、セントラル硝子(株)製、フッ化ビニリデン単位/クロロトリフルオロエチレン単位=80/20(モル%)、フッ素原子の含有率57質量%)
フッ素系樹脂D:ポリフッ化ビニリデン(商品名「Kynar 710」、アルケマ社製、フッ素原子の含有率59質量%)70質量%及びポリメチルメタクリレート(商品名「アクリペット TF8」、三菱レイヨン(株)製、フッ素原子の含有率0質量%)30質量%を、230℃で二軸押出機(機種名「BT−40」、(株)プラスチック工学研究所製)で溶融混練して得られた樹脂(フッ素原子の含有率42質量%)
受酸剤A:マグネシウム/亜鉛/アルミニウムのハイドロタルサイト(商品名「STABIACE HT−7」、堺化学工業(株)製)
受酸剤B:炭酸カルシウム(商品名「白艶華CCR−B」、白石カルシウム(株)製)
芯材をポリメチルメタクリレート(屈折率1.492)、1層目(内側の層)の鞘材を2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート/2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート/メチルメタクリレート/メタクリル酸共重合体(2−(パーフルオロオクチル)エチルメタクリレート単位/2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート単位/メチルメタクリレート単位/メタクリル酸単位=31/51/17/1(質量%)、屈折率1.402)、2層目(外側の層)の鞘材をフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン/へキサフルオロエチレン共重合体(フッ化ビニリデン単位/テトラフルオロエチレン単位/へキサフルオロエチレン単位=48/43/9(質量%)、屈折率1.374)とし、3層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、1層目の鞘の厚さが5μm、2層目の鞘の厚さが10μmの直径1.0mmの光ファイバを得た。
フッ素系樹脂A95質量%及び受酸剤A5質量%を230℃で二軸押出機(機種名「BT−40」、(株)プラスチック工学研究所製)で溶融混練して得られた光ファイバ被覆用樹脂組成物を、樹脂被覆用クロスヘッド型40mmケーブル被覆装置((株)聖製作所製)に供給し、得られた光ファイバの外周にフッ素系樹脂A95質量%及び受酸剤A5質量%からなる光ファイバ被覆用樹脂組成物を被覆し、直径1.5mmの光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表1に示す。
光ファイバ被覆用樹脂組成物の組成及び光ファイバケーブルの直径を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの評価結果を表1に示す。
11 芯
12 鞘
12a 鞘(1層目)
12b 鞘(2層目)
20 被覆層
20a 被覆層(1層目)
20b 被覆層(2層目)
Claims (6)
- フッ素系樹脂80〜99.5質量%及び受酸剤0.5〜20質量%含み、前記受酸剤が、炭酸塩類及びハイドロタルサイト類の少なくとも1種である光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- フッ素系樹脂が、フッ化ビニリデン/トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン/クロロトリフルオロエチレン共重合体又はフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体の少なくとも1種である、請求項1に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- フッ素系樹脂中のフッ素原子の含有率が、50質量%以上である、請求項1又は2に記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物。
- 光ファイバと、光ファイバの外周に請求項1〜3のいずれかに記載の光ファイバ被覆用樹脂組成物からなる被覆層とを有する、光ファイバケーブル。
- NFPA規格262のスタイナートンネル燃焼試験において、最大炎5ft以下、最大光密度0.5以下、平均光密度0.15以下をすべて満足する、請求項4に記載の光ファイバケーブル。
- 請求項4又は5に記載の光ファイバケーブルを含む建築物。
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