NL8602337A - Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel. - Google Patents

Description

» \ ft·' * - - '·+ PHQ 86.019 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken / Hitachi Ltd.

"Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel".

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel voorzien van een kunststofbedèk king, waarbij op een glasvezel met tenminste een omhullende laag uit een kunstrubber een hardbare kunststofsamenstelling wordt aangebracht welke 5 een of meer oligomere verbindingen omvat waarvan de moleculen voorzien zijn van reactieve groepen en waarvan het molecuulgewicht kleiner is dan 5000, welke moleculen vloeibaar kristallijn gedrag vertonen, waarbij de moleculen van de hardbare kunststofsamenstelling worden georienteerd tijdens het aanbrengen op de glasvezel, waarna de hardbare kunststof 10 samenstelling tot uitharden wordt gebracht onder vorming van een kunst stof waarvan de moleculen hoofdzakelijk zijn georienteerd in de lengte richting van de optische vezel.

Glasvezels voor optische telecommunicatie worden in het algemeen bedekt met een bekleding uit kunststof om mechanische beschadi 15 gingen te voorkomen. Om optische transmissieverliezen als gevolg van microbuigingen te beperken wordt de voorkeur gegeven aan een bekleding welke uit verschillende lagen is opgebouwd. Daarbij wordt bijvoorbeeld de volgende werkwijze toegepast. Direct na de vorming van de glasvezel, bijvoorbeeld door trekken uit een voorvorm of met de dubbele-kroesmetho 20 de, wordt een eerste, zachte bufferlaag aangebracht uit een kunstrubber met een elasticiteitsmodulus van 1 tot 10 MPa. Om deze zachte bufferlaag te beschermen gedurende verdere bewerkingen van de optische vezel wordt een tweede, hardere toplaag aangebracht uit een kunststof met een elasti citeitsmodulus groter dan 100 MPa. Ook deze toplaag wordt direct na de 25 vorming van de glasvezel aangebracht, dat wil zeggen voordat de vezel over een katrol wordt geleid of wordt opgeslagen. De bufferlaag en de toplaag vormen samen de primaire kunststofbekleding van de glasvezel.

Om de optische vezel te beschermen tegen omgevingsinvloe den tijdens de verkabeling, tijdens het leggen van de kabels en geduren 30 de de levensduur van de kabels, wordt de optische vezel nog voorzien van een dikkere secundaire kunststofbekleding met een elasticiteitsmodulus groter dan 1 GPa. Deze secundaire kunststofbekleding wordt niet noodzake 8602337 Η η PHQ 86.019 2 lijkerwijs direct na de vorming van de glasvezel aangebracht.

Er worden twee uitvoeringsvormen van een dergelijke secun daire kunststofbekleding toegepast. In de ene uitvoeringsvorm ligt de optische vezel met de primaire kunststofbekleding vrij in de secundaire 5 kunststofbekleding, welke dus een buis vormt. De ruimte tussen de opti sche vezel en de buis wordt daarbij in het algemeen gevuld met een thixo trope vloeistof of gel, bijvoorbeeld een met silica gevulde silicon olie. In de andere uitvoeringsvorm is de secundaire kunststofbekleding hechtend verbonden met de primaire kunststofbekleding.

10 Het is bekend dat de microbuigingsverliezen van een opti sche vezel onder dwarsbelasting klein gemaakt kunnen worden zonder daar bij een grote temperatuurgevoeligheid te doen ontstaan, door de molecu len van een deel van de kunststofbekleding een voorkeursorientatie te geven in de lengterichting van de optische vezel. Daardoor wordt in de 15 lengterichting de elasticiteitsmodulus van de kunststof vergroot terwijl de thermische uitzettingscoefficient juist kleiner wordt. Bij voorkeur is de thermische uitzettingscoefficient van de glasvezel nagenoeg gelijk aan die van de kunststof.

In de Nederlandse octrooiaanvrage NL 8502402 wordt de ver 20 vaardiging beschreven van een dergelijke optische vezel waarbij de ge orienteerde kunststof is gevormd uit een hardbare kunststofsamenstel ling. De moleculen van de hardbare kunststofsamenstelling worden georien teerd tijdens het aanbrengen op de glasvezel, bij voorkeur door middel van een rekstroming. In het bijzonder wordt daarbij een kunststofsamen 25 stelling toegepast welke een of meer verbindingen omvat welke vloeibaar kristallijne eigenschappen vertonen.

De uitvinding beoogt om een optische vezel en een werk wijze voor de vervaardiging daarvan te verschaffen waarbij op eenvoudige en effectieve wijze een verhoogde mate van oriëntatie in de bekleding 30 van de glasvezel wordt bewerkstelligd, om daardoor de mechanische sterk te van de optische vezel te vergroten.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze zoals in de aanhef is beschreven, welke werkwijze verder is gekenmerkt doordat de moleculen van de hardbare kunststofsamenstel 35 ling worden georienteerd door, voordat de hardbare kunststofsamenstel ling wordt aangebracht, in de lengterichting van de vezel te wrijven over het oppervlak waarop de hardbare kunststofsamenstelling zal worden 8602337 t it PHQ 86.019 3 aangebracht.

Uit het Britse octrooischrift GB 1416836 is het bekend om de ordening van laagmoleculaire vloeibaar kristallijne verbindingen in een vlakke weergeefinrichting te beïnvloeden door in een of meer gewen 5 ste richtingen over met kunststof beklede elektrodeoppervlakken te wrij ven, bijvoorbeeld met het doel om het vloeibaar kristallijne materiaal een schroefstructuur te verschaffen met een schroefas loodrecht op de elektrodeoppervlakken. De uitvinding beoogt daarentegen om de oligomere moleculen zoveel mogelijk evenwijdig aan elkaar en aan de lengterichting 10 van de optische vezel te richten door over een cylindrisch oppervlak te wrijven, en om de daardoor verkregen structuur vast te leggen door mid del van uitharding ter verkrijging van een mechanische sterke bekledings laag.

Het wrijven van het te bedekken oppervlak kan in de 15 plaats komen van de toepassing van een rekstroming ter oriëntatie van de moleculen van de hardbare kunststofsamenstelling. In een bijzonder doel matige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de moleculen van de hardbare kunststofsamenstelling tijdens het aanbrengen op de glasvezel aanvullend georienteerd door middel van een rekstroming.

20 Het te wrijven oppervlak kan desgewenst het oppervlak van de eerste omhullende laag uit een kunstrubber zijn. In een voorkeursuit voeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt tussen de om hullende laag uit kunstrubber en de georienteerde laag een beschermende laag uit een hardbare kunststofsamenstelling aangebracht, welke laag tot 25 uitharden wordt gebracht, waarna over het oppervlak van de beschermende laag wordt gewreven en vervolgens de te oriënteren hardbare kunststof samenstelling wordt aangebracht. De beschermende laag heeft een kleine re elasticiteit dan de kunstrubber, waardoor na het wrijven in verminder de mate relaxatieverschijnselen optreden in de laag met de orienterende 30 werking.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de hardbare kunststofsamenstelling tot uitharden gebracht door middel van actinische straling. Onder actinische straling wordt bijvoorbeeld verstaan bestraling met UV-licht, elektronen, 35 röntgenstralen, gammastralen of hoogenergetische deeltjes. Bij bestra ling met UV-licht zijn uithardingstijden korter dan 0.1 sec. verkregen.

Bijzonder korte uithardingstijden kunnen worden verkregen door uit te 8602337 ♦ PHQ 86.019 4 harden in een stikstofatmosfeer. Het is doelmatig om de bestralings inrichting op zo kort mogelijke afstand van de vezelbedekinrichting te plaatsen om verlies van oriëntatie van de gerichte moleculen te beper ken. Een op zich bekend voordeel van de toepassing van een door straling 5 hardbare kunststofsamenstelling is de afwezigheid van oplosmiddelen en andere stoffen die tijdens of als gevolg van de uitharding uit de gevorm de laag moeten worden afgevoerd. In de werkwijze volgens de uitvinding komt dit, naast een bescherming van de omgeving, ook de uithardingssnel heid en het bewaren van de oriëntatie van de moleculen ten goede.

10 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van uitvoe ringsvoorbeelden en een tekening, waarin

Figuren 1a en 1b doorsnedes zijn van twee alternatieve uitvoeringsvormen van een optische vezel, vervaardigd onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, 15 Figuur 2 een polyetherurethaanacrylaat weergeeft,

Figuur 3 een oligomeer esterurethaanacrylaat weergeeft,

Figuren 4 en 5 schematisch twee uitvoeringsvormen weerge ven van inrichtingen, geschikt voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, en waarin 20 Figuren 6 en 7 de structuurformules weergeven van verbin dingen welke geschikt zijn om te worden toegepast in een beschermende laag volgens de uitvinding.

Uitvoerinasvoorbeeld 1.

Een glasvezel wordt op bekende wijze gevormd door trekken 25 uit een voorvorm 10 in een oven 12, zie Figuur 4. Onder glasvezel wordt hier verstaan een vezel uit glas of kwartsglas. De vezel omvat een kern glas en een mantelglas met verschillende brekingsindices (niet in de Figuren 1a en 1b weergegeven). In plaats daarvan kan ook een vezel met een van binnen naar buiten geleidelijk verlopende brekingsindex worden 30 toegepast en in plaats van een uit een voorvorm getrokken vezel kan een. met de dubbele-kroesmethode vervaardigde vezel worden toegepast. De in Figuur 1 getoonde glasvezel 1 heeft een cirkelvormige doorsnede (diame ter 125 pm), maar de doorsnede kan ook een willekeurige andere vorm heb ben, bijvoorbeeld elliptisch.

35 Direkt na de vorming van de glasvezel 1 wordt daarop met behulp van een vezelbedekinrichting 14 een laag aangebracht uit een hard bare kunststofsamenstelling, welke vervolgens wordt uitgehard onder vor 8602337 τ PHQ 86.019 5 ming van een bufferlaag 2 uit een kunstrubber met een dikte van 30 pm.

De hardbare kunststofsamenstelling bevat als hoofdbestanddeel (76 gew.%) een polyetherurethaanacrylaat zoals beschreven in de Europese octrooiaanvrage EP 167199 en weergegeven in Figuur 2. De hardbare kunst 5 stofsamenstelling omvat verder de reactieve monomeren 2-phenoxy-ethyl acrylaat (14 gew.%) en hexaandioldiacrylaat (2 gew.%), en de lichtgevoe lige initiatioren 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenon (2 gew.%), 2,2-di methyl-2-hydroxy-acetophenon (2 gew.%) en 2-oxybenzophenon-2-ethoxy-ethylacetophenon (2 gew.%). Tenslotte bevat de hardbare kunststofsamen 10 stelling 2 gew.% van een mengsel van mono- en di-2-acryloxyethylfosfaat met een mol-verhouding van 1:1. Ook andere hardbare kunststofsamenstel lingen, zoals bijvoorbeeld polysiloxanen, zijn geschikt om voor de buf ferlaag van de kunststofbekleding van de glasvezel volgens de uitvinding te worden toegepast. De hardbare kunststofsamenstelling wordt tot uithar 15 den gebracht door middel van bestraling met een hogedrukkwiklamp 16, die UV-licht produceert met golflengtes van 200 tot 400 nm met een intensi teit van 0.27 W/cm2, gemeten op de kunststoflaag, gedurende maximaal 0.5 sec. Het is ook mogelijk om de hardbare kunststofsamenstelling op andere wijze uit te harden, bijvoorbeeld door bestraling met elektronen, 20 in welk geval de hardbare kunststofsamenstelling geen lichtgevoelige initiator behoeft te omvatten.

Na het uitharden van de eerste bufferlaag wordt het opper vlak van de optische vezel gewreven, bijvoorbeeld door de vezel langs een niet-pluizende fluwelen doek 18 te voeren, welke om de vezel is ge 25 wikkeld. In de plaats van fluweel kunnen ook andere materialen, zoals een gaas uit papier of katoen worden toegepast.

Vervolgens wordt met behulp van een vezelbedekinrichting 20 een tweede laag van een kunststof 3 op de vezel aangebracht (zie Fig. 1a) met een dikte van 30 pra. Daartoe wordt een hardbare kunststof 30 samenstelling toegepast die 98 gew.% van een vloeibaar kristallijn oligo meer acrylaat omvat zoals weergegeven in Figuur 3 en die verder 2 gew.% van de lichtgevoelige initiator a-hydroxy-a-methyl-ethylphenylketon omvat. Andere geschikte vloeibaar kristallijne kunststofsamenstellingen zijn die, welke zijn beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage NL 35 8502402. Deze kunststofsamenstelling wordt op de glasvezel met de buffer laag aangebracht en uitgehard door bestraling met een elektrodeloze kwik . . . . 9 lamp 22 van Fusion Systems Inc. met een intensiteit van 0.27 W/cm , 8602337 PHQ 86.019 6 gemeten op de kunststofsamenstelling. De uitharding vindt plaats in het temperatuurgebied waarin de kunststofsamenstelling vloeibaar kristal lijne gedrag vertoont. Voor de verbinding welke is weergegeven in Figuur 3 ligt dat temperatuurgebied tussen 72 en 157°C. Volgens dit uitvoe 5 ringsvoorbeeld wordt bij 85°C uitgehard. Het aanbrengen van de vloei baar kristallijne verbinding op de vezel kan desgewenst ook bij een hogere temperatuur plaatsvinden, vanwege de geringere viscositeit. Door uit te harden in een stikstofatmosfeer is de uithardtijd minder dan 0.03 sec. Tenslotte wordt de optische vezel via een katrol 24 geleid om bij 10 voorbeeld op een niet in de Figuur getoonde rol te worden gewikkeld.

De oriëntatie in de zo verkregen kunststoflaag 3 kan zichtbaar worden gemaakt met behulp van een polarisatiemicroscoop. Het anisotrope (georienteerde) materiaal kenmerkt zich door een lage axiale uitzettingscoefficient (lineaire thermische uitzettingscoefficient) en 15 een hoge axiale elasticiteitsmodulus en breuksterkte.

Ter verdere bescherming kan de optische vezel nog met een volgende laag uit een thermoplastische kunststof omhuld worden, bijvoor beeld uit polybutyleentereftalaat of nylon, in de vorm van een buis 4 waarin de vezel zich vrij kan bewegen. Hierdoor wordt een bijzonder tem 20 peratuurongevoelige optische vezel verkregen.

De in Figuur 4 getoonde inrichting kan op gebruikelijke wijze zijn voorzien van middelen om de voortgang van de werkwijze te controleren, zoals apparatuur 26 voor het meten van de diameter van de vezel, apparatuur 28 voor het meten van de concentriciteit van de glas 25 vezel in de kunststofbekleding en een vezelspanningsmeter 30. Uitvoerinqsvoorbeeld 2.

Een glasvezel 1 wordt vervaardigd en bedekt met een buf ferlaag 2 uit een kunstrubber met een dikte van 30 pra op de in het uitvoeringsvoorbeeld 1 aangegeven wijze.

30 Vervolgens wordt een beschermende laag 5 aangebracht, zie

Fig. 1b, met een dikte van 5 pm. Deze laag wordt vervaardigd door met be hulp van een vezelbedekinrichting 32 (zie Fig. 5) een hardbare kunststof samenstelling op de vezel aan te brengen en deze uit te harden door mid ' del van een hogedrukkwiklamp 34. De overige elementen van de inrichting 35 volgens Figuur 5 zijn gelijk aan die in Figuur 4, zoals beschreven in uitvoeringsvoorbeeld 1.

De hardbare kunststofsamenstelling waaruit de beschermen 8602337 » PHQ 86.019 7 de laag 5 wordt vervaardigd, omvat bijvoorbeeld 52 gew.% van een gè ethoxyleerd bisphenol A diacrylaat volgens Figuur 6, 40 gew.% van een epoxyacrylaat volgens Figuur 7, en de volgende lichtgevoelige initiato ren: 4 gew.% 2,2-dimethyl-2-hydroxy-acetophenon en 4 gew.% 2-oxybenzo 5 phenon-2-ethoxy-ethylacrylaat.

De beschermende laag heeft een grotere afschuifbestendig heid dan de eerste, zachte bufferlaag. Door de geringere elasticiteit is er een betere orienterende werking op de volgende laag. Anderzijds is de lineaire thermische uitzettingscoefficient weliswaar hoger dan gebruike 10 lijk, maar door de geringe dikte van de laag heeft dat geen nadelige invloed op de lage-temperatuurbestendigheid van de optische vezel.

Het oppervlak van de beschermende laag wordt gewreven op de in uitvoeringsvoorbeeld 1 aangegeven wijze, waarna een georienteerde laag 3 met een dikte van 25 pm wordt aangebracht, eveneens op de in uit 15 voeringsvoorbeeld 1 aangegeven wijze.

De aldus verkregen optische vezel heeft een grote mechani sche sterkte en een geringe temperatuurgevoeligheid.

8602337

Claims (4)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel voorzien van een kunststofbedekking, waarbij op een glasvezel met ten minste een omhullende laag uit een kunstrubber een hardbare kunststof samenstelling wordt aangebracht welke een of meer oligomere verbindingen 5 omvat waarvan de moleculen voorzien zijn van reactieve groepen en waar van het molecuulgewicht kleiner is dan 5000, welke moleculen vloeibaar kristallijn gedrag vertonen, waarbij de moleculen van de hardbare kunst stofsamenstelling worden georienteerd tijdens het aanbrengen op de glas vezel, waarna de hardbare kunststofsamenstelling tot uitharden wordt 10 gebracht onder vorming van een kunststof waarvan de moleculen hoofdzake lijk zijn georienteerd in de lengterichting van de optische vezel, met het kenmerk, dat de moleculen van de hardbare kunststofsamenstelling worden georienteerd door, voordat de hardbare kunststofsamenstelling wordt aangebracht, in de lengterichting van de vezel te wrijven over het 15 oppervlak waarop de hardbare kunststofsamenstelling zal worden aangebracht.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de moleculen van de hardbare kunststofsamenstelling tijdens het aanbrengen op de glasvezel aanvullend worden georienteerd door middel van een rek 20 stroming.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat tussen de omhullende laag uit kunstrubber en de georienteerde laag een beschermende laag uit een hardbare kunststofsamenstelling wordt aange bracht, welke laag tot uitharden wordt gebracht, waarna over het opper 25 vlak van de beschermende laag wordt gewreven en vervolgens de te oriente ren hardbare kunststofsamenstelling wordt aangebracht.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat de hardbare kunststofsamenstelling tot uitharden wordt gebracht door middel van actinische straling. 8602337