專利名稱：塑料包層光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料包層光纖，該塑料包層光纖在由石英玻璃形成的芯層的外周 設(shè)置有通過將固化性樹脂組合物固化而形成的包層。
背景技術(shù)：
有一種被稱為塑料包層光纖的光纖。該塑料包層光纖具有由(例如)純二氧化硅 等石英系玻璃形成的芯層以及以該芯玻璃為中心在其外周上設(shè)置的由塑料形成的包層。這 種結(jié)構(gòu)的塑料包層光纖通常是這樣形成的在用拔絲機將石英系玻璃母材熔融拔絲而形成 光纖的芯層之后，利用涂布模等在該芯層的外周涂布作為包層的固化性樹脂，并使該固化 性樹脂固化。塑料包層光纖這樣形成為層狀，因此，如果包層與芯層的界面發(fā)生剝離，則該部分 的強度下降，會導(dǎo)致芯層中產(chǎn)生裂縫等劣化。因此，維持層間的密著力一直以來都是很重要 的課題，例如在專利文獻1中，提出了一種光纖芯線，該光纖芯線抑制了因架設(shè)環(huán)境中使用 溫度的變化而引起的芯層與包層之間的密著力的降低。另外，在專利文獻2中，提出了一種 光纖芯線，該光纖芯線防止了因使用環(huán)境溫度的變化引起的芯層與包層的密著力降低而發(fā) 生光纖裸線突出。目前，這種塑料包層光纖大多架設(shè)用于在(例如)工廠等設(shè)施內(nèi)的短距離光傳送， 由于一次架設(shè)后可長時間地直接使用，因此，不需要頻繁地重新架設(shè)。專利文獻1和2中提 出的光纖芯線是以這種使用狀況為前提而提出的?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻1 日本特開2002-201048號公報專利文獻2 日本特開2001-264597號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題將塑料包層光纖用于光復(fù)合USB電纜或HDMI電纜等個人在家庭等中所使用的用 于機器連接的電纜等時，由于在每次使用機器時都要頻繁地進行電纜的裝卸，并且，也不能 保證小心地操作，因此，具有可耐受苛刻使用條件的疲勞特性是非常重要的。即，可以認為， 即使使用作為靜置用而設(shè)計的專利文獻1和2中的光纖，也不能耐受這樣的使用，伴隨著層 間的剝離而發(fā)生破斷。本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有的塑料包層光纖中的上述問題而完成的，其目的在于提供這樣 的塑料包層光纖，該塑料包層光纖具有即使在反復(fù)進行頻繁裝卸這種使用環(huán)境下使用時也 能夠耐受這種環(huán)境的疲勞特性。解決問題的手段在以頻繁地施加外力、特別是彎曲應(yīng)力為前提的塑料包層光纖的情況下，如上所 述，可以認為控制疲勞特性是重要的。在此，作為表示光纖的疲勞特性的指標(biāo)，有疲勞系數(shù)(以下稱為η值)。η值是表示強度(其與光纖表面的裂縫的生長速度相關(guān)聯(lián))的參數(shù)之一， 是用于表示對光纖反復(fù)施加應(yīng)力或應(yīng)力改變時對光纖的破斷的信賴保證的指標(biāo)的數(shù)值。由 于η值與破斷概率之間存在相關(guān)關(guān)系，η值上升則破斷概率的數(shù)值下降(即，變得難以破 斷)，因此，通過由所要求的破斷概率進行逆運算來規(guī)定η值，可以表示該光纖的信賴保證。本發(fā)明人為了實現(xiàn)上述目的而進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，著眼于塑料包層光纖 的η值與層間的界面密著力之間的關(guān)系，通過規(guī)定該密著力，可以得到期望的η值，進而可 以確保所要求的破斷概率，從而完成本發(fā)明。S卩，本發(fā)明的塑料包層光纖在由石英玻璃形成的芯層的外周設(shè)置有通過將固化性 樹脂組合物固化而形成的包層，其特征在于，所述芯層與所述包層的界面的密著力為1. 5g/ mm 4. 0g/mm(權(quán)利要求1)。另外，本發(fā)明的塑料包層光纖的優(yōu)選方案的特征在于，所述塑料包層光纖能夠在 彎曲半徑為2. 5mm的條件下使用(權(quán)利要求2)。另外，本發(fā)明的塑料包層光纖的其他優(yōu)選方案的特征在于，所述芯層的直徑為 50μπι 100 μ m，所述包層的厚度為12μπι 38μ (權(quán)利要求3)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供這樣的塑料包層光纖，該塑料包層光纖具有即使在反復(fù)進 行頻繁裝卸這種使用環(huán)境下也能夠耐受這種環(huán)境的疲勞特性。附圖簡要說明

圖1是示出本發(fā)明的塑料包層光纖的一個例子的剖面示意圖。圖2是示出η值與界面的密著力的關(guān)系的示意圖。圖3是示出計算應(yīng)變時必需的參數(shù)的剖面示意圖。圖4是用于求得η值的示意圖。圖5是示出使破斷概率為Ippm所需的η值與應(yīng)變的關(guān)系的示意圖。符號說明1…塑料包層光纖、2…芯層、3…包層、11···外被層、10···光纖、12···芯軸、T…芯軸 12的直徑、Dl…光纖10的玻璃直徑(芯層1的直徑)、D2…外被直徑(外被層11的直徑)、 χ···玻璃部外周的卷徑、y…玻璃部中心的卷徑。
具體實施例方式以下參照附圖對本發(fā)明的塑料包層光纖進行詳細說明。圖1是示出本發(fā)明的塑料 包層光纖的一個例子的剖面示意圖。塑料包層光纖1在由純二氧化硅等石英系玻璃所形成 的芯層2的外周具有通過使紫外線固化型樹脂等固化而成的包層3。例如，可以將該芯層2 的外徑設(shè)定為50 μ m 100 μ m、將該包層3的厚度設(shè)定為12 μ m 38 μ m (包層3的外徑為 125 μ m)，特別是用于家庭用光復(fù)合USB電纜或HDMI電纜時，為了使最小容許彎曲半徑變小 而易于處理，優(yōu)選使其直徑比較細，即，該芯層2的外徑為50 μ m 90 μ m、該包層3的厚度 為17μπι 38μπι(包層3的外徑為125 μ m))。此外，最小容許彎曲半徑將在后面描述。另外，所述芯層2與所述包層3的界面的密著力為1. 5g/mm 4. Og/mm。通過將 密著力規(guī)定為該值，可以抑制對塑料包層光纖1施加外力時的剝離。即，在對塑料包層光纖 1施加外力、特別是發(fā)生彎曲應(yīng)變時，在彎曲部處，在包層3的外側(cè)界面產(chǎn)生剪應(yīng)力、在其內(nèi)側(cè)界面產(chǎn)生壓應(yīng)力，將包層3從芯層2剝離的力在起作用。因此，界面的密著力弱時，包層 3發(fā)生剝離。特別是，覆蓋芯層2的包層3的內(nèi)側(cè)界面被剝離時，在該部分的芯層2中發(fā)生 比其他部分小的直徑的彎曲。而且，應(yīng)作為緩沖材料起作用的包層3發(fā)生剝離而形成空孔， 因此，在該部分處快速地產(chǎn)生微小裂縫，破斷的可能性變高。因此，為了抑制施加彎曲應(yīng)力 時包層3的剝離所伴隨的破裂，需要將界面的密著力規(guī)定為上述的值。在此，作為用于把握因彎曲應(yīng)力等使得塑料包層光纖1產(chǎn)生應(yīng)變時的破斷可能性 的參數(shù)，可以使用η值。η值越大，表示對應(yīng)變越不易疲勞。例如，如上所述，如果界面的密 著力弱、包層3發(fā)生剝離而形成空孔時η值變小，因此，破斷的可能性變高。圖2示出了表 示這樣的η值與界面的密著力的關(guān)系的示意圖。本發(fā)明的塑料包層光纖1所要求的η值根 據(jù)其用途而不同，(例如)可以設(shè)定為23 36。η值的測定方法有多種，在此，作為其一個例子，以下參照附圖對卷繞靜疲勞特性 進行說明。此外，在此，作為光纖，假定這樣的光纖10 其為在塑料包層光纖1的周圍進一 步設(shè)置有樹脂外被的結(jié)構(gòu)，由芯層2以及包含包層的外被層11形成。(靜疲勞特性的測定方法)圖3為示出計算應(yīng)變時所必需的參數(shù)的剖面示意圖，其 示意性地描繪了將光纖10卷繞于芯軸12上的狀態(tài)。圖4是用于求得η值的示意圖。(1) 將光纖10按照每樣品Im的方式卷繞于多種直徑的棒(芯軸12)上，測定直至接連破斷的光 纖10發(fā)生破斷所需要的時間。另外，設(shè)定樣品數(shù)為(例如)15。(2)求出破斷時間的中間 值(50%的樣品破斷的時間tf)。樣品數(shù)為15時，將第8個破斷的樣品的破斷時間作為tf。 (3)利用下述計算式，由圖3所示的參數(shù)值即芯軸12的直徑(T)、光纖10的玻璃直徑(芯 層2的直徑D1)以及外被直徑(外被層11的直徑皿)算出玻璃(芯層2、的應(yīng)變。應(yīng)變 ={(玻璃部外周的卷徑:χ)—(玻璃部中心的卷徑:y)}/{(芯軸直徑=T) + (外被直徑:D2)} =(玻璃直徑Dl)/{(芯軸直徑T) +(外被直徑D2)}。(4)如圖4所示，將log tf對log 應(yīng)變作圖，求得該圖的斜率。將該斜率乘以-1所得的值作為η值。在此，下面對η值作為用于把握光纖破斷的可能性(破斷概率)的參數(shù)的有效理 由進行說明。圖5是示出使破斷概率為Ippm所需的η值與應(yīng)變的關(guān)系的示意圖。破斷概 率為10_6(lppm)的光纖表示具有100萬次中有一次破斷的概率。本發(fā)明的塑料包層光纖1 所要求的破斷概率根據(jù)其用途而不同，在應(yīng)變?yōu)?. 6% 1. 9%的彎曲、且以10匝保持一年 的情況下，設(shè)定為Ippm時，求得η值為23 36。這樣，η值作為用于把握光纖破斷的可能 性的參數(shù)是有效的值。接下來，對本發(fā)明的塑料包層光纖1的其他實施方案進行說明。本例的塑料包層 光纖1特別是用于家庭用光復(fù)合USB電纜或HDMI電纜時易于操作，最小容許彎曲半徑為 2. 5mmο最小容許彎曲半徑是指可使用的最小的彎曲半徑，例如，對于目前廣泛使用的芯 層2的外徑為200 μ m、包層3的外徑為230 μ m (包層3的厚度為15 μ m)的塑料包層光纖1 而言，其最小容許彎曲半徑為16mm左右。另一方面，家庭用光復(fù)合USB電纜等有時也以折疊 的狀態(tài)使用，因此，要求電纜即使在彎曲180度的狀態(tài)下也可使用，可以將此時的最小容許 彎曲半徑設(shè)定為2. 5mm以下。此時，如果使塑料包層光纖1為細徑(芯層2外徑50 μ m ΙΟΟμπκ包層3的厚度12μπι 38μπι(包層3的外徑110μπι 130μπι))的話，則可以比 較簡單地使彎曲半徑變小，因此更優(yōu)選。
此外，為了使這樣的細徑塑料包層光纖1接近實際的使用形態(tài)，上述η值可以通過 180度折彎試驗來求得。對于最小容許彎曲半徑減小了的細徑塑料包層光纖1而言，這樣， 有時要求更大的η值，因此，更優(yōu)選將密著力設(shè)定為1. 5g/mm 4. Og/mm。構(gòu)成本發(fā)明的塑料包層光纖1的材料，可以列舉(例如)以下材料。包層3是通過使含有氟系紫外線固化型樹脂的固化性組合物固化而形成的。作為 氟系紫外線固化型樹脂，優(yōu)選這樣的樹脂該樹脂對形成芯層2的石英玻璃的折射率低，可 以通過紫外線等活性能量線進行固化，而且，通過將包含該樹脂的固化性組合物固化可以 得到具有機械強度、具有撓性、且透明性優(yōu)異的固化物。作為這樣的樹脂，可以列舉含氟 原子的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯化合物、結(jié)構(gòu)中具有氟化聚醚的(甲基)丙烯酸酯化合物、 (甲基)丙烯酸酯化的含氟原子的乙烯基聚合物。含氟原子的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯化合物(例如)可以通過使含氟原子的(甲 基)丙烯酸酯化合物和二異氰酸酯化合物反應(yīng)而得到。另外，分子結(jié)構(gòu)中具有聚醚的含氟 原子的(甲基)丙烯酸酯化合物(例如)可以通過使含氟原子的(甲基)醇化合物與含氟 原子的(甲基)丙烯酸酯化合物或丙烯酸反應(yīng)而得到。對于固化性組合物而言，除了氟系紫外線固化型樹脂以外，還可以使用(例如) N-乙烯基己內(nèi)酰胺等聚合性不飽和單體、或下述光聚合引發(fā)劑、后述通式(I)表示的硅烷 偶聯(lián)劑或各種添加劑等通常用作塑料包層光纖1的包層3的形成材料的物質(zhì)。特別是為了實現(xiàn)規(guī)定的密著力，優(yōu)選在固化性組合物中含有硅烷偶聯(lián)劑，特別是 優(yōu)選含有下述通式(1)表示的硅烷偶聯(lián)劑。通式(I)[化學(xué)式1]
ζ—R-Si-X
Χχ(上述通式(I)中，Z表示(甲基)丙烯酰基、巰基或環(huán)氧基。X表示-OCH3、_OC2H5 或CH3。其中，至少一個X為-0013或-0(2!15。雖然-OC2H5充分發(fā)揮作用，但從強度方面考 慮，優(yōu)選-OCH3。R 表示 CnHn(η = 1，2，3))。另外，固化性組合物中的除上述硅烷偶聯(lián)劑以外的其它成分優(yōu)選使用使混合有除 上述硅烷偶聯(lián)劑以外的其它成分的固化性組合物固化時的折射率為大于或等于1. 401而 小于或等于1. 450的物質(zhì)(在此，所謂“硅烷偶聯(lián)劑以外的其它成分”，是指與包層3的形成 實質(zhì)上相關(guān)的聚合性化合物、光聚合引發(fā)劑、或紫外線固化型樹脂等(不包含僅使其溶解 等而添加的揮發(fā)性溶劑等))。可以確認該范圍的折射率的固化性組合物兼具優(yōu)異的光纖 強度和傳送特性(具體而言為1. 401、1. 413、1. 430、1. 450)。折射率超過1. 450時，與芯層 2的折射率之差變小，不適于傳遞光信號。另外，硅烷偶聯(lián)劑與作為構(gòu)成包層3的主材料的 氟系紫外線固化型樹脂等的相溶性降低的話，構(gòu)成包層3的樹脂發(fā)生白濁，成為傳送特性 降低的原因。在該固化性組合物中，通過將包層3的混合有除硅烷偶聯(lián)劑以外的其它成分 的固化性組合物的折射率設(shè)定為上述數(shù)值范圍，可以確保作為構(gòu)成包層3的主材料的氟系 紫外線樹脂等與上述硅烷偶聯(lián)劑的相溶性。為了將固化性組合物中的除上述硅烷偶聯(lián)劑以
6外的其它成分固化后的折射率設(shè)定為大于或等于1. 401而小于或等于1. 450，可以通過適 當(dāng)調(diào)整紫外線固化型樹脂中的含氟量或樹脂種類來實現(xiàn)。在固化性組合物中，相對于100重量份的包含于固化性組合物中的該硅烷偶聯(lián)劑 以外的其它成分，優(yōu)選含有0.05 6重量份的上述通式(I)表示的硅烷偶聯(lián)劑。在形成包 層3的固化性組合物中，通過含有上述數(shù)值范圍的通式(I)表示的硅烷偶聯(lián)劑，可以增大 固化性組合物固化前的初期1秒鐘的動態(tài)接觸角的降低量，即，由于固化性組合物和芯層2 在短時間內(nèi)溶合在一起，因此，可以顯著提高所形成的包層3與芯層2的密著力。上述通式 (I)表示的硅烷偶聯(lián)劑的添加量不足0. 05重量份時，不能獲得密著力提高的效果，另一方 面，添加量超過6重量份時，雖然光纖強度提高，但是通式(I)表示的硅烷偶聯(lián)劑與氟系紫 外線固化型樹脂的相溶性降低，可能會因樹脂白濁而引起傳送特性降低。作為固化性組合物中的光聚合引發(fā)劑，可以使用公知的任意的光聚合引發(fā)劑，但 要求配合后的儲存穩(wěn)定性好。作為這樣的光聚合引發(fā)劑的具體例子，可以列舉(例如)2-羥 基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮等。
實施例以下，示出使用本發(fā)明的實施例和比較例的評價試驗的結(jié)果，并進一步詳細地說 明本發(fā)明。此外，本發(fā)明并不局限于這些實施例。使用由含氟原子的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯化合物構(gòu)成包層的、表1所示的光纖 樣品(實施例1 5、比較例1、2)，按照下述要點對密著力及η值進行評價。表 權(quán)利要求
1.一種塑料包層光纖，其中在由石英玻璃形成的芯層的外周設(shè)置有通過將固化性樹 脂組合物固化而形成的包層，其特征在于，所述芯層與所述包層的界面的密著力為1.5g/ mm 4. 0g/mmo
2.權(quán)利要求1所述的塑料包層光纖，其特征在于，能夠在彎曲半徑為2.5mm的條件下使
3.權(quán)利要求1或2所述的塑料包層光纖，其特征在于，所述芯層的直徑為50 μ m 100 μ m，所述包層的厚度為12μπι 38μπι。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有即使在反復(fù)進行頻繁裝卸這種使用環(huán)境下也能夠耐受這種環(huán)境的疲勞特性的塑料包層光纖。其中，在由石英玻璃形成的芯層的外周設(shè)置有通過將固化性樹脂組合物固化而形成的包層，所述芯層與所述包層的界面的密著力為1.5g/mm～4.0g/mm。另外，可以在彎曲半徑為2.5mm的條件下使用。進一步，所述芯層的直徑為50μm～100μm，所述包層的厚度為12μm～38μm。
文檔編號G02B6/02GK102135640SQ20111002792
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者坂部至, 相馬一之, 高田崇志 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社