NL8403179A

NL8403179A - Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel voorzien van een kunststofbedekking en optische vezel met kunststofbedekking vervaardigd volgens de werkwijze.

Info

Publication number: NL8403179A
Application number: NL8403179A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1986-05-16
Also published as: CN85108254A; JPS6198305A; US4741597A; EP0178736B1; CN85108254B; EP0178736A1; DE3570236D1

Description

. * FHN 11.184 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel voorzien van een kunststofhedekking en optische vezel met kunststofhedekking vervaardigd volgens de werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking qp een werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel, voorzien van een kunststofhedekking welke uit ten minste twee lagen bestaat, volgens welke werkwijze de optische vezel direct na de vorming wordt omhuld met twee kunststof lagen, 5 waarbij de tweede kunststoflaag wordt gevormd uit een hardbare kunststof-samenstelling welke door bestraling met elektronen of met UV-licht tot uitharden wordt gebracht.

De uitvinding heeft verder betrekking op een optische vezel voorzien van een kunststofhedekking vervaardigd met zulk een werkwijze.

10 De optische vezel kan op bekende wijze worden gevormd, bij voorbeeld door trekken uit een voorvorm of net de dubbele kroesmethode. Met de uitdrukking "direct na de vorming" wordt aangeduid dat de optische vezel na de vorming niet wordt opgeslagen, op een rol gewikkeld, langs een geleiderwiel geleid of anderszins mechanisch wordt behandeld, 15 vóórdat de kunststofhedekking is aangebracht.

De uitvinding kan bijvoorbeeld worden tcegepast bij optische glasvezels voor telecommunicatiendoeleinden. Daarbij is het bekend cm een kunststofhedekking toe te passen die uit twee lagen bestaat. De eerste, verhoudingsgewijs zachte laag dient cm kleine buigingen van de 20 optische vezel te voorkomen die kunnen optreden als gevolg van temperatuurswisselingen of buigingen van de kabel waarin de optische vezel aanwezig is. De tweede, hardere laag dient cm beschadiging van de optische vezel te voorkomen.

Een dergelijke optische vezel en een werkwijze voor de ver-25 vaardiging daarvan zijn bijvoorbeeld beschreven in de Duitse openbaar gemaakte octrooiaanvrage DE 3106451. Daarbij bestaan zowel de eerste als de tweede kunststoflaag uit vloeibare, hardbare kunststof samenstellingen. De eerste kunststoflaag wordt tot uitharden getracht door middel van bestraling net UV-licht, waarna de tweede kunststoflaag wordt 30 aangetracht en cp zijn beurt wordt uitgehard. Cm beschadiging van de optische vezel te voorkomen mag er geen mechanisch contact zijn met de optische vezel voordat ten minste één omhullende laag qp de optische vezel is aangebracht. Ook mag er geen mechanisch contact zijn met de hardbare 840 317 « PHN U.184 2 a ** kunststof samenstelling op de optischs vezel, totdat de kunststof samenstelling in voldoende mate is uitgehard. Het uitharden onder invloed van bestraling is in veel gevallen de snelheidsbepalende stap bij de vervaardiging van optische vezels. De tijd die nodig is om een niet-5 plakkende laag te verkrijgen is in het algeiteen langer dan 0.5 seconde, en dikwijls langer dan 5 seconden. Anderzijds beoogt men bijvoorbeeld bij het trekken van een glasvezel uit een voorvorm een snelheid groter dan 5 m/s te bereiken. Als nu beide kunststof lagen uit hardbare kunststof-samenstellingen worden gevormd, is het noodzakelijk om een inrichting 10 voor de vervaardiging en het bedekken van een optische vezel toe te passen met oneconomische grote afmetingen.

De uitvinding beoogt nu een werkwijze en een optische vezel te verschaffen, waarbij de werkwijze een grote bedeksnelheid van de ' optische vezel mogelijk maakt, en waarbij de optische vezel de goede 15 eigenschappen van een uit tree lagen bestaande kunststofbedekking verkrijgt. De uitvinding beoogt bovendien een optische vezel te verschaffen die geschikt is on verder te worden verwerkt onder verhoging van de temperatuur.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door 20 een werkwijze zoals in de aanhef beschreven, waarbij de eerste kunststof-laag wordt gevormd uit een gesmolten kunststof welke ten minste twee acrylaatestergroepen per molecuul bevat, waarbij de tweede kunststof laag wordt aangebracht nadat de eerste kunststoflaag door afkoeling vast is geworden en waarbij de eerste kunststoflaag tezamen met de tweede kunst-25 stoflaag tot uitharden wordt gebracht door middel van bestraling. Bij voorkeur wordt als gesmolten kunststof een polyurethaanacrylaatverbinding toegepast.

De grote bedeksnelheid die bij toepassing van een gesmolten kunststof wordt bereikt is mogelijk omdat men uitgaat van een gereed 30 polymeer materiaal. Er dient slechts voor gezorgd te worden dat de temperatuur van de eerste kunststoflaag lager is dan de sirelttemperatuur van de toegepaste kunststof, vóórdat er een mechanisch contact met de optische vezel is en vóórdat de tweede kunststoflaag wordt aangebracht.

Bij toepassing van een vloeibare, hardbare kunststof samenstelling moet 35 een dergelijk contact vermeden worden en kan een tweede laag eerst aangebracht worden nadat de polymerisatiereactie die door de bestraling wordt geïnitieerd in voldoende mate is verlopen. Dit leidt tot een grote afstand tussen het eerste en het treede bedekpunt. Cmdat het 840 3 1 7 δ ΓΗΝ 11.184 3 verder uitharden van de eerste kunststoflaag gelijktijdig net het uitharden van de tweede kunststoflaag plaatsvindt, is daarvoor geen extra ruimte nodig.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft als bijkomend voordeel 5 dat door het wegvallen van een bestralingsstap een efficiënter gebruik wordt gemaakt van, bijvoorbeeld, de üV-lichtbron of de elektronenbe-stralingsinrichting.

Verder vertoont een gesmolten kunststof bij uitharden weinig polymerisatiekrimp omdat de gesmolten kunststof al een hoog moleculair 10 gewicht heeft vóór het uitharden. Dit voorkcrat het ontstaan van mechanische spanningen in de eerste kunststoflaag.

Het eenmalig bestralen met UV-licht nadat deze twee lagen zijn aangebracht biedt additionele voordelen als een optische vezel wordt toegepast welke hoofdzakelijk uit kwarts of kwartsglas bestaat, ondat 15 nu de kans cp chemische afbraak van het kwarts of kwartsglas onder invloed van de UV-straling verminderd wordt.

Ben ander bijkomend voordeel is dat bij gelijktijdig uitharden van beide kunststof lagen een verknoping van de polymeermoleculen van beide lagen kan optreden, waardoor de onderlinge hechting van de kunst-20 stoflagen toeneemt, met als gevolg een grotere sterkte van de gehele optische vezel.

Uit het .Amerikaanse octrooischrift üS 4147407 is weliswaar een werkwijze bekend cm een optische vezel te voorzien van een bekleding, waarbij de optische vezel door een gesmolten kunststof wordt geleid, 25 waarna de kunststof vast wordt door afkoeling. Daarbij wordt de optische vezel echter niet voorzien van een tweede kunststoflaag. Ook wordt de gesmolten kunststof na afkoeling niet verder uitgehard door middel van bestraling. Bij verdere verwerking en opslag van de optische vezel kan het nodig zijn dat de kunststofbekleding bestand is tegen teirperatuurs-33 verhogingen, bijvoorbeeld als de optische vezel nog voorzien dient te werden van een mantel uit een thermoplastische kunststof. Een verbetering wordt bereikt als de optische vezel direct na de vorming wordt omhuld met een laag uit een gesmolten kunststof welke ten minste twee acrylaat-estergroepen per molecuul bevat, waarna de laag door afkoeling vast 35 wordt gemaakt en vervolgens door middel van bestraling verder wordt uitgehard. In het algemeen wordt echter om de hierboven al aangeduide redenen de voorkeur gegeven aan een kunststofbedekking welke uit ten minste twee lagen met verschillende mechanische eigenschappen bestaat.

840 31 7 3 f « i\ PHN 11.184 4

Om de bevochtiging van de optischs vezel door de gesmolten kunststof verder te verbeteren is het doelmatig dat de gesmolten kunststof 0.1 tot 2 gewichts % aluminiums tear aat omvat.

Beide kunststof lagen kunnen tot uitharden worden gebracht door 5 mideel van bestraling met elektronen. In dat geval is het niet noodzakelijk dat de gesmolten kunststof of de hardbare kunststof samenstelling een initiator omvat. De kunststof lagen kunnen bijvoorbeeld tot uitharden warden gebracht door bestraling met elektronen met een energie van 100 tot 500 keV. Daartoe is bijvoorbeeld een Electrocurtain installatie 10 geschikt (produkt van Energy Sciences Inc., Woburn, Massachusetts).

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de gesmolten kunststof een lichtgevoelige initiator en worden beide kunststoflagen tot uitharden getracht door middel van bestraling met UV-licht. In een geschikte uitvoeringsvorm van deze werk-15 wijze omvat de gesmolten kunststof 1 tot 5 gewichts % van de lichtgevoelige initiator, velke is gekozen uit de groep gevormd door 2.2- dimethoxy-2-phenyl-acetophenon, 2,2-diethoxy-acetophenon en 2.2- dirtethyl-2-hydroxy-acetophenon. Voor de UV-bestraling is bijvoorbeeld een hoge druk kwikdamp geschikt, die licht met golflengtes tussen 200 en 20 400 nm produceert met een intensiteit, gemeten qp de kunststoflagen, 2 van 0.6 W/cm .

De werkwijze volgens de uitvinding kan met bijzonder voordeel worden toegepast voor het vervaardigen- van een optische vezel die bestand dient te zijn tegen verdere verwerking, bijvoorbeeld verkabeling. Zo 25 kan bijvoorbeeld door middel van extrusie een mantel uit een thermoplastische kunststof, bijvoorbeeld polyamide, cm de optische vezel worden aangebracht, welke mantel in direct contact is met de optische vezel of deze als een buis omhult.

Uitvoeringsvoorbeelden van de werkwijze en van de optische 30 vezel volgens de uitvinding zullen nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin

Figuur 1 schematisch een inrichting weergeeft, geschikt voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, 35 Figuur 2 een polyurethaanacrylaatverbinding voorstelt, welke in vaste vorm is bij kamertempeatuur,

Figuur 3 een polyurethaanacrylaatverbinding voor stelt, welke in vloeibare vorm is bij kamertemperatuur,

840317S

9 s. 5 PHN 11.184 5

Figuur 4a 2,2-dimetlXKY-2-phenyl-acetQpherion voorstelt,

Figuur 4b 2,2-diethoxy-acetopbenon voorstelt/

Figuur 4c 2,2-dinethyl-2-hydroxy-acetophenon voorstelt, en vaar in 5 Figuur 5 een doorsnede toont van een mogelijke uitvoerings vorm volgens de uitvinding van een optische vezel voorzien van een kunststofbedekking en een mantel uit een thermoplastische kunststof.

Uitvoeringsvoorbeeld van de merkwijze volgens de uitvinding.

10 Figuur 1 toont schematisch een inrichting welke geschikt is voor toepassing van de werkwijze. Ben glasvezel 1 wordt qp bekende wijze gevormd door trekken uit een voorvorm 2 in een oven 3. Direct na het vormen van de glasvezel wordt daarop een laag aangebracht van een gesmolten kunststof. Daartoe worden op zich bekende middelen toegepast zoals de bedek-15 inrichting 4, voorzien van een verwarmingsinrichting 5. Een geschikte gesmolten kunststof is bijvoorbeeld de polyurethaanacrylaatverbinding welke is weergegeven in figuur 2, waarin de gemiddelde waarde van m tussen 2 en 3 ligt. Ben geschikte in de handel verkrijgbare kunststof van deze soort is Uvithane 782 van Thiokol Specialty Chemicals Division met een aantal 20 gemiddeld molecuulgewicht van 4760. Het smeltpunt van deze kunststof is 35 C, de glasovergangstemperatuur, gene ten met een torsieslingerinrichting, is -35° C. De kunststof wordt op de glasvezel aangebracht bij een tenperatuur van 80° C, de viscositeit van de gesmolten kunststof is daarbij 12 Pa.s. Aan de gesmolten kunststof is verder 4 gewichts % 2,2-dimethCKy-25 2-phenyl-acetophenon (zie figuur 4a) en 1 gewichts % aluminiumstearaat toegevoegd. Ook de andere lichtgevoelige initiatoren, zoals bijvoorbeeld 2,2-diethaxy-acetophenon (figuur 4b) en 2,2nJimethyl-2-hydroxy-acetopbenon (figuur 4c) zijn geschikt. Na het aanbrengen van de gesmolten kunststof op de optische vezel wordt deze afgekoeld waardoor de kunststof vast 30 wordt.

Ook andere gesmolten kunststoffen zijn geschikt cm in de werkwijze volgens de uitvinding te worden toegepast, mits deze geschikt zijn cm verder te worden uitgehard door middel van bestraling. Bij voorkeur wordt een kunststof gekozen met een smeltpunt dat slechts weinig boven 35 kamertemperatuur ligt zodat de aanbrengtemperatuur laag is en de afkcel-tijd kort. Bovendien wordt thermische polymerisatie vermeden. Bij werkwijzen volgens de stand van de techniek, waarbij een gesmolten kunststof op een optische vezel wordt aangebracht, is het smeltpunt in het algemeen 840 3 1 7 9 PHN 11.184 6 . f fc hoger, cm een goede houdbaarheid van de optische vezel net kunststofbe-dekking te. verzekeren. Omdat volgens de uitvinding de kunststof later verder wordt uitgehard, is deze laatste eis van minder belang geworden.

Vervolgens wordt op de optische vezel met de eerste kunststof-5 laag een laag aangebracht uit een hardbare kunststof samenstelling, net behulp van de bedekinrichting 6. De hardbare kunststof samenstelling wordt vervolgens uitgehard onder vorming van de tweede kunststof laag.

Een geschikte hardbare kunststof samenstelling wordt gevormd door de poly-urethaanacrylaatverbinding welke is weergegeven in figuur 3 (70 gewichts 10 %) waarin n gemiddeld 20 is, waaraan 15 gewichts % trimethylolpropaan-triacrylaat, 10 gewichts % tripoplyleenglycoldiacrylaat, 4 gewichts % 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenon (figuur 4a) en 1 gewichts % triethanolamine (als versneller) zijn toegevoegd. Ook andere kunststof samenstellingen zijn geschikt, zoals bijvoorbeeld polyepoxyacrylaatverbindingen, 15 polyesteracrylaatverbindingen en polyetheracrylaatverbindingen, waaraan bijvoorbeeld hexaandioldiacrylaat is toegevoegd. Ook in de handel verkrijgbare kunststofsamenstellingen zoals DeSolite 950x042 of DeSolite 950x078 van DeSoto, Ine. zijn geschikt om in de merkwijze volgens de uitvinding te worden toegepast. Dit zijn UV hardbare kunststofsamen-20 stellingen op basis van polyurethaanacrylaatverbindingen.

De hardbare kunststof samenstelling woedt tezamen met de eerste kunststoflaag tot uitharden gebracht door middel van bestraling met een hoge-druk kwiklamp 7, die UV-licht produceert met golflengtes 2 van 200 tot 400 nm met een intensiteit van 0.6 W/cm , gemeten cp de 25 kunststof lagen, gedurende 0.5 seconde. Na het uitharden van de kunststofbe-dekking kan de optische vezel op een rol 8 worden gewikkeld.

Cm de optische vezel kan verder nog een mantel uit een thermoplastische kunststof warden aangebracht, bijvoorbeeld uit nylon, polyvinylideenfluoride of polybutyleentereftalaat. Zo'n mantel kan 30 de optische vezel met kunststofbedekking in direct contact omhullen.

De mantel kan anderzijds ook een buis vormen, waarin de optische vezel zich vrij kan bewegen.

Uitvoeringsvoorbeeld van een optische vezel volgens de uitviidinq.

Figuur 5 toont een doorsnede van een optische glasvezel 11 35 met een kunststofbedekking, bestaande uit twee lagen 12 en 13, en een mantel 14 uit een thermoplastische kunststof welke de optische vezel als een buis omhult. Laag 12 is gevormd uit een gesmolten kunststof, laag 13 uit een hardbare kunststof samenstelling. Geschikte afmetingen zijn 3403179 ' i i 9 EHN 11.184 7 bijvoorbeeld : een glasvezel net een diameter van 125 pm, lagen 12 en 13 met elk een laagiikte van 30 ^rni en een mantel met een diameter van 1 irm en een wanddikte van 150 jm.

De glasvezel 11 kan bestaan uit een kern en een bekleding (niet 5 getoond in figuur 5) met een verschillende brekingsindex, tnaar de glasvezel kan ook van het type zijn waarin de brekingsindex geleidelijk verandert als functie van de afstand tot de as van de vezel. De in figuur 5 getoonde vezel heeft een cirkelvormige doorsnede, maar deze doorsnede kan een willekeurige andere vorm hebben, zoals bijvoorbeeld elliptisch.

10 De werkwijze volgens de uitvinding en de daarmee vervaardigde optische vezel zijn niet beperkt tot de hier beschreven voorbeelden. Zo zal de tweede kunststof laag in het algemeen gevormd worden uit een vloeibare hardbare kunststof samenstelling, maar het is binnen het kader van de uitvinding ook raogelijk cm een hardbare gesmolten kunststof 15 daarvoor toe te passen, van een vergelijkbare soort als voor de eerste kunststoflaag wordt toegepast, maar met de gewenste grotere stijfheid en hardheid na het uitharden.

20 25 30 35 3403179

Claims

7 c * PHN 11.184 8 CONCLUSIES :

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een optische vezel, voorzien van een kunststofhedekking welke uit ten minste twee lagen bestaat, volgens welke werkwijze de optische vezel direct na de vorming wordt omhuld met twee kunststof lagen, waarbij de tweede kunststof laag wordt 5 gevormd uit een hardbare. kunststofsamenstelling welke door bestraling met elektronen of met UV-licht tot uitharden wordt gebracht, met het kenmerk, dat de eerste kunststof laag wordt gevormd uit een gesmolten kunststof welke ten minste twee acrylaatestergroepen per molecuul bevat, waarbij de tweede kunststof laag wordt aangebracht nadat de eerste 10 kunststoflaag door afkoeling vast is geworden en waarbij de eerste kunststoflaag tezamen met de tweede kunststoflaag tot uitharden wordt gebracht door middel van bestraling.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als gesmolten kunststof een polyurethaanacrylaatverbinding wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de gesmolten kunststof 0.1 tot 2 gewichts % alurainiumstearaat omvat.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat beide kunststof lagen tot uitharden worden gebracht door middel van bestraling met elektronen.

5. Werkwijze volgens een der conclusie 1 tot en net 3, met het kenmerk, dat de gesmolten kunststof een lichtgevoelige initiator omvat en dat beide kunststoflagen tot uitharden worden gebracht door middel van bestraling net UV-licht.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de gesmol-25 ten kunststof 1 tot 5 gewichts % van de lichtgevoelige initiator omvat, welke is gekozen uit de groep gevormd door 2,2-dinethaxy-2-phenyl-acetophenon, 2,2-diethoxy-acetophenon en 2,2-dinethyl-2-hydroxy-acetopbenon.

7. Optische vezel voorzien van een kunststofhedekking vervaardigd 30 met de werkwijze volgens een der conclusie 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de optische vezel bovendien is voorzien van een mantel uit een thermoplastische kunststof. 35 840317a