專利名稱：光纖著色芯線的制作方法
技術領域：
本發明涉及在光纖電纜內收容的光纖著色芯線，具體而言，涉及抑制了因使用環境、經年劣化導致的光纖的傳輸損失增加的光纖著色芯線，尤其涉及在水浸泡下傳輸損失也可長期難以增加的光纖著色芯線。
背景技術：
關于光纖制造，在石英玻璃的拉絲步驟中，為防止光纖的強度下降，立刻在其外周覆蓋被覆樹脂，為進行識別而設置著色層。作為光纖用被覆樹脂，主要使用紫外線固化樹脂。作為紫外線固化樹脂，使用聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯。光纖因各種外部應力、由此產生的微彎而產生傳輸損失的增加。因此，為保護光纖免受這種外部應力，一般情況下，對光纖裸線實施由軟質層和硬質層的雙層構造形成的被覆。對和石英玻璃接觸的內層，使用彈性模量較低的軟質樹脂，從而形成緩沖層(以下稱第一層)，對外層使用楊氏模量較高的硬質樹脂，從而形成保護層(以下稱為第二層)。一般情況下，使用第一層的彈性模量為3MPa以下、第二層的彈性模量為500MPa以上的樹脂。在光纖的制造方法中，對于從以石英玻璃為主要成分的預型件通過拉絲爐加熱熔融并拉絲而成的石英玻璃制光纖，使用涂敷模涂敷液體狀的紫外線固化樹脂，接著向其照射紫外線而使紫外線固化樹脂固化。通過這種方法將第一層和第二層被覆到光纖上，制造出光纖裸線。進一步，在下一步驟中，對獲得的光纖裸線的外周覆蓋由著色樹脂構成的被覆層，從而制造出光纖著色芯線。在本說明書中，將通過第一層及第二層覆蓋了玻璃光纖而成的材料稱為光纖裸線，將在光纖裸線的外周進一步覆蓋由著色樹脂構成的被覆層而成的材料稱為光纖著色芯線，進一步，將在平面上排列多條光纖著色芯線并通過帶狀樹脂統一覆蓋而成的材料稱為光纖帶狀芯線。進一步，為了使光纖著色芯線成為即使在浸泡于60°C溫水的狀態下使用也可防止傳輸損失增大的可靠性強的光纖，在專利文獻I中提出了以下方案:使著色層的彈性模量大于第二層的彈性模量；以及使著色層的玻璃化轉變溫度大于第二層的玻璃化轉變溫度。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2002-255590號公報專利文獻2:日本特許2925099號公報
發明內容
近年來，隨著光纖的明顯普及，光纖電纜的適用范圍擴大，對光纖電纜的長期可靠性的要求變得非常嚴格。 因此，要求在浸泡到水的狀態下使用的情況下傳輸損失也難以進一步增加的光纖著色芯線。但是，在獲得各層界面的粘接力的平衡的同時處理上述問題存在界限，即使使用引用文獻I所述的光纖著色芯線，其長期可靠性也并不充分。本發明的目的在于提供一種在浸泡到水的狀態下傳輸損失也難以增加的光纖著色芯線。為實現這一目的，本發明的光纖著色芯線的特征在于，具有:玻璃光纖；一次被覆層，覆蓋上述玻璃光纖；二次被覆層，覆蓋上述一次被覆層；和著色層，覆蓋上述二次被覆層，具有上述二次被覆層和覆蓋該二次被覆層的上述著色層的層壓體的熱膨脹系數相對于上述二次被覆層的熱膨脹系數的比為0.98以上1.03以下，并且，上述層壓體的-100°C至150°C的溫度范圍內的動態粘彈性的玻璃化轉變溫度相對于上述二次被覆層的-100°C至150°C的溫度范圍內的動態粘彈性的玻璃化轉變溫度的比為0.96以上1.03以下。根據本發明，可提供一種在浸泡到水的狀態下傳輸損失也難以增加的光纖著色芯線。
圖1是本發明的一個實施方式涉及的光纖裸線的剖視圖。圖2是本發明的一個實施方式涉及的光纖著色芯線的剖視圖。圖3是本發明的一個實施方式涉及的光纖帶狀芯線的剖視圖。圖4是表示本發明的一個實施方式涉及的管被覆樣本的線膨脹率的溫度依賴性的圖。
圖5是表示本發明的一個實施方式涉及的光纖樣本的線膨脹率的溫度依賴性的圖。圖6是用于說明本發明的一個實施方式涉及的玻璃化轉變溫度的求出方法的圖。
具體實施例方式以下參照附圖詳細說明本發明的實施方式。并且在以下說明的附圖中，對具有相同功能的部件附加相同的附圖標記，省略其重復說明。通過對處于水浸泡狀態下的光纖芯線的傳輸損失增大的原因進行銳意鉆研，結果發現傳輸損失增大的光纖芯線被觀察到玻璃光纖/第一界面中的剝離、即分層(delamination)。還發現也觀察到第二層/著色層界面、著色/帶狀層界面中的剝離。在玻璃光纖和被覆層界面中，當剝離被覆層的力超過了玻璃光纖和被覆層界面的粘接力時，產生分層。并且，通過對玻璃光纖施加不均勻的力，而產生傳輸損失。作為用于實施本發明的方式，制造在玻璃光纖上覆蓋了第一層、第二層的光纖裸線，并對該光纖裸線覆蓋著色層，從而制造出光纖著色芯線。各被覆層中使用的樹脂使用紫外線固化樹脂。進一步，將多條該光纖著色芯線在平面上平行排列，并用由紫外線固化樹脂構成的帶狀樹脂統一覆蓋，從而可形成光纖帶狀芯線。圖1是本發明的一個實施方式涉及的光纖裸線14的剖視圖，圖2是本發明的一個實施方式涉及的光纖著色芯線16的剖視圖，圖3是本發明的一個實施方式涉及的光纖帶狀芯線18的剖視圖。
在圖1中，光纖裸線14具有:玻璃光纖11 ;和覆蓋該玻璃光纖11的被覆層20。該被覆層20具有:覆蓋玻璃光纖11的第一層(以下也稱為“一次被覆層”)12 ;和覆蓋該一次被覆層12的第二層(以下也稱為“二次被覆層”)13。上述一次被覆層12是軟質樹脂，因此彈性模量較低。另一方面，二次被覆層13是硬質樹脂，因此彈性模量比一次被覆層12高。此外，在一次被覆層12上形成二次被覆層13，因此被覆層20可以說是將一次被覆層12和二次被覆層13依次層壓成圓筒狀的層壓體。并且， 在圖2中，光纖著色芯線16具有:玻璃光纖11 ;和覆蓋該玻璃光纖11的被覆層22。該被覆層22具有:上述一次被覆層12 ;上述二次被覆層13 ;和覆蓋該二次被覆層13的著色層15。即，光纖著色芯線16具有通過著色層15覆蓋了光纖裸線14的構造。此夕卜，在一次被覆層12上形成二次被覆層13，進一步在該二次被覆層13上形成著色層15，因此被覆層22可以說是將一次被覆層12、二次被覆層13和著色層15依次層壓成圓筒狀的層壓體。并且，在圖2中，附圖標記21是二次被覆層13和以覆蓋該二次被覆層13的方式形成的著色層15的層壓體。進而，在圖3中，光纖帶狀芯線18具有:平面狀排列的多個光纖著色芯線16 ;和帶狀樹脂17，覆蓋平面狀排列的多個光纖著色芯線16。此外，作為光纖裸線14的一次被覆層12及二次被覆層13的原材料的被覆樹脂、作為光纖著色芯線16的著色層15的原材料的著色樹脂使用的紫外線固化樹脂，作為主要材料例如包括:低聚體、稀釋單體、光敏引發劑、硅烷偶聯劑、感光劑、顏料、各種添加劑。作為低聚體主要使用:聚醚類聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、有機硅丙烯酸酯等。作為稀釋單體使用單官能單體或多官能單體。本發明的特征之一是，在包括玻璃光纖11和形成在該玻璃光纖11上的一次被覆層12及二次被覆層13的光纖裸線14的外周具有著色層15的光纖著色芯線16中，二次被覆層13和著色層15的層壓體21的熱膨脹系數相對于二次被覆層13的熱膨脹系數的比是
0.98以上1.03以下。并且，本發明的另一特征是，二次被覆層13和著色層15的層壓體21的玻璃化轉變溫度Tg相對于二次被覆層13的-100°C至150°C的溫度范圍內的動態粘彈性的玻璃化轉變溫度Tg的比為0.96以上1.03以下。在本發明中，通過上述兩個特征，可抑制水浸泡時的作為第二層的二次被覆層和著色層之間的內部應變。S卩，根據本發明的光纖著色芯線，通過上述第I特征，在溫度變化時、或將光纖著色芯線16用溫水浸泡時，可使二次被覆層13和著色層15同樣膨脹、收縮，可以減小二次被覆層13和著色層15之間的內部應變。這樣一來，可降低二次被覆層13和著色層15的接合面的偏離。因此，可減少會導致傳輸損失增加的、玻璃光纖11和一次被覆層12的界面等玻璃光纖11和被覆樹脂的界面上的破壞，可抑制作為損失增加原因的分層。并且，通過上述第2特征，在溫度變化時、或將光纖著色芯線16用溫水浸泡時，可使二次被覆層13及著色層15兩者同樣膨脹、收縮，從而可減小二次被覆層13和著色層15之間的內部應變。因此，在玻璃光纖11和作為第一層的一次被覆層12的界面中，可抑制要從玻璃光纖11剝離一次被覆層12的力。并且，將光纖著色芯線16浸泡到水中時，水通過著色層15侵入到二次被覆層13和一次被覆層12中，存在玻璃光纖11和一次被覆層12的界面的密接力弱的部分剝落而引起分層的情況。這樣產生分層時，會產生因浸透壓力的影響而使分層的部分濃度降低的浸透壓力，從而取入大量的水，但通過使二次被覆層13和著色層15的玻璃化轉變溫度、熱膨脹系數相一致，可使水不會滯留在光纖著色芯線16內。例如，在專利文獻I中，將第一層、第二層及著色層的彈性模量及玻璃化轉變溫度按照從內側朝向外側變高的方式排列，可以緩和因各被覆層的應變等造成的內部應力的不均勻的傳遞，抑制各層間的密接力弱的部分的剝離、漲裂。但是，因以使著色層的彈性模量比第二層高、并且著色層的玻璃化轉變溫度比第二層高的方式排列，因此在第二層和著色層界面中易產生內部應變。并且，當彈性模量高時，熱膨脹系數有變小的傾向。這樣一來，在將專利文獻I公開的光纖著色芯線用溫水浸泡時，在第二層和著色層界面產生內部應變，通過該內部應變，玻璃光纖和第一層界面的密接力差的部分剝離而產生分層。當溶出成分滯留在該分層的部分時，如專利文獻2中所述，產生使濃度降低的浸透壓力，而取入大量的水。但是，在專利文獻I公開的光纖著色芯線中，因存在彈性模量高的著色層，所以可推測產生了滯留在光纖著色芯線內的水無法排出該光纖著色芯線外的狀態。現有技術中，著色層的交聯密度大、第二層的交聯密度小，因此水通過著色層而浸入到內部時，該侵入到內部的水被交聯密度大的著色層阻擋，難以從著色層排出到外部。即，在現有技術中，水浸入到光纖著色芯線，但浸入的水難以排出到外部。與此相對，在本發明中，通過使二次被覆層13和著色層15的玻璃化轉變溫度及熱膨脹系數為同一程度，即使水通過著色層15浸入到光纖著色芯線16內部，該浸入的水也易于通過著色層15。S卩，水可以在著色層15中出入，因此即使水無意中浸入到光纖著色芯線16內部，也易于將該浸入的水排出到外部，在光纖著 色芯線16內難以產生浸透壓力。因此，在本發明中，使二次被覆層13和著色層15通過溫度變化而同樣地膨脹、收容是重要的，所以使二次被覆層13和著色層15的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度相同、或基本相同。在本發明中，為實現這一點，著眼于二次被覆層13和層壓體21，作為使二次被覆層13和著色層15的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度為同一程度的指標，采用上述第I及第2特征。在本發明中，在二次被覆層13以及該二次被覆層13和著色層15的層壓體21中，著色層15和二次被覆層13的熱膨脹系數、玻璃化轉變溫度如有較大差異，則二次被覆層13和層壓體21中的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度也產生較大差異。而如果著色層15和二次被覆層13的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度為同一程度，則二次被覆層13和層壓體21中的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度也應變為同一程度。在本發明中，使二次被覆層13和著色層15兩者同樣地膨脹、收縮是重要的，使二次被覆層13和著色層15的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度為同一程度是重要的。如上所述，二次被覆層13和層壓體21的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度，與二次被覆層13和著色層15的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度聯動，因此在本發明中，對于二次被覆層13的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度是否與著色層15的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度為同一程度，以二次被覆層13及層壓體21的熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度為指標而間接地決定。(實施例)
作為本實施例，制造出圖1的將由石英玻璃構成的玻璃光纖11用具有一次被覆層
12、二次被覆層13這兩層的被覆樹脂(被覆層20)覆蓋而成的光纖裸線14。作為各樹脂，使用紫外線固化樹脂。紫外線固化樹脂包括低聚體、稀釋單體、光敏引發劑、鏈轉移劑、添加劑，通過改變構成材料獲得多種光纖裸線14。并且，光纖著色芯線16如圖2所示，在制造出由石英玻璃構成的玻璃光纖11的外徑為125 μ m、一次被覆層12的外徑為183 μ m及196 μ m、二次被覆層13的外徑為245 μ m的光纖14后，通過另一步驟覆蓋著色層15，獲得外徑255 μ m的光纖著色芯線16。并且，為了維持作為光纖裸線14的特性，玻璃光纖11的外徑通常采用80 μ m至125 μ m, 一次被覆層12的外徑通常采用120 μ m至200 μ m, 二次被覆層13的外徑通常采用165 μ m至245 μ m,著色層15 (光纖著色芯線16)的外徑通常采用135 μ m至255 μ m。進一步，將獲得的光纖著色芯線16如圖3所示平面狀平行排列4條，并用由紫外線固化樹脂構成的帶狀樹脂17統一覆蓋，而形成光纖帶狀芯線18。此外，本發明中使用的光纖裸線14的玻璃光纖11和一次被覆層12的密接力為5N至 20N。在此,密接力的測定方法使用 48th International Wire and Cable Symposium(第48屆國際線纜會議)“Polymer coatings for Optical fibers”(光纖聚合物涂層)中的Pullout force (拉拔力)。速度采用 5mm/min。著色層15以和二次被覆層13中使用的被覆樹脂同行的組成物構成，從而可使熱膨脹系數與二次被覆層13基本相同。這種情況下，著色層15中使用的紫外線固化型樹脂的固化度可能下降，但這可通過改變光敏引發劑的種類、增加添加量來進行調節。在本實施例中，作為著色層中使用的紫外線固化樹脂的光敏引發劑，添加烷基苯基酮類光聚合引發劑、酰基膦氧化物類光聚合引發劑。并且，通過使用丙烯酸異冰片酯這樣的單官能單體，也可不提高玻璃化轉變溫度地提高彈性模量。(熱膨脹系數測定方法)說明求出熱膨脹系數(體積膨脹系數)的方法。為測定光纖裸線14的二次被覆層13及光纖著色芯線16的層壓體21的熱膨脹系數，分別對二次被覆層13、層壓體21制造出兩種被覆樣本。一種是在玻璃光纖`上覆蓋了被覆層(被覆層20或被覆層22)的光纖樣本(光纖裸線14或光纖著色芯線16)。另一種是僅由從光纖樣本(光纖裸線14或光纖著色芯線16)拔出了玻璃光纖的被覆層(被覆層20或被覆層22)所構成的管被覆樣本。在熱膨脹系數測定中，使用TMA熱機械分析(Mettler Toledo TMA-40),進行長度方向和外徑方向的測定。測定條件是:施加負荷O、溫度范圍-100°C至100°C，升溫速度10°C /min，對于長度方向，通過拉伸模式使用管被覆樣本進行測定，對于外徑方向，使用光纖樣本，在裝入有玻璃光纖的狀態下通過壓縮模式進行測定。被覆層的線膨脹系數在被覆層的玻璃化轉變溫度附近大幅變化，因此測定的溫度范圍優選設定為包括所有被覆層的玻璃化點的范圍。圖4表示測定的長度方向的溫度和線膨脹率的關系，圖5表示外徑方向的溫度和線膨脹率的關系。各自的線膨脹系數根據測定結果直線性變化的范圍、即-50至25°C的溫度范圍的傾角求出。—般情況下，一次被覆層12 (第一層)的玻璃化轉變溫度低至_50°C左右。在玻璃化轉變溫度以上的溫度范圍內，管被覆樣本的一次被覆層12(第一層)的彈性模量明顯比二次被覆層(第二層)、著色層15小，因此被覆層20中的二次被覆層13、被覆層22中的二次被覆層13及著色層15可自由伸縮。
S卩，被覆層20的體積膨脹系數可以說與二次被覆層13的體積膨脹系數基本相同，并且被覆層22的體積膨脹系數可以說與二次被覆層13和著色層15的層壓體21的體積膨脹系數基本相同。因此，可由二次被覆層13及層壓體21的線膨脹系數，使用公式I)求出各自的體積熱膨脹系數。β s=a SL + 2X a SR I)β s: 二次被覆層13、層壓體21的體積膨脹系數a SL:二次被覆層13、層壓體21的長度方向的線膨脹系數α SR:二次被覆層13、層壓體21的外徑方向的線膨脹系數對于這樣計算出的體積膨脹系數，在表I中，在各實施例內，將針對二次被覆層13的體積膨脹系數記載到“二次被覆層的體積膨脹系數”欄中，將針對層壓體21的體積膨脹系數記載到“層壓體的體積膨脹系數”欄中。( 二次被覆層13及層壓體21的玻璃化轉變溫度測定方法)說明求出玻璃化轉變溫度Tg的方法。二次被覆層13、層壓體21的玻璃化轉變溫度Tg的測定，使用DMA動態粘彈性試驗(TA公司RSA3)，如圖6所示，將tan δ具有最大值的溫度作為玻璃化轉變溫度，使用上述管被覆樣本通過拉伸法在標線間距20mm、頻率1Hz、升溫速度2V Mn的條件下進行測定。此外，在-100°C至150°C的溫度范圍下測定管被覆樣本時，tan5峰值在低溫側和高溫側出現兩個。低溫側表示一次被覆層12 (第一層)的玻璃化轉變溫度，高溫側表示二次被覆層13、著色層15的玻璃化轉變溫度。對于這樣獲得的玻 璃化轉變溫度，在表I中，在各實施例內，將針對二次被覆層13的玻璃化轉變溫度記載到“二次被覆層的玻璃化轉變溫度”欄中，將針對層壓體21的體積膨脹系數記載到“層壓體的被覆層的玻璃化轉變溫度”欄中。(傳輸損失的測定方法)使用制造的光纖裸線14及光纖著色芯線16，將長約Ikm的光纖裸線或著色芯線浸泡到60°C溫水中，測定該浸泡后的傳輸損失。傳輸損失的測定使用7 ^ 'J (株)制造的光脈沖試驗器MW9076B，通過光后方散射損失系數(OTDR)對波長1.55 μ m的傳輸損失在長度方向測定來進行。并且，將水溫上升到60°C，浸泡90天后，當確認了傳輸損失增加0.1dB/km以上時，判斷對使用環境沒有耐性，在表I中標記為“ X ”。表I
權利要求
1.一種光纖著色芯線，其特征在于， 具有:玻璃光纖； 一次被覆層，覆蓋上述玻璃光纖； 二次被覆層，覆蓋上述一次被覆層；和 著色層，覆蓋上述二次被覆層， 具有上述二次被覆層和覆蓋該二次被覆層的上述著色層的層壓體的熱膨脹系數相對于上述二次被覆層的熱膨脹系數的比為0.98以上1.03以下，并且， 上述層壓體的-100°C至150°C的溫度范圍內的動態粘彈性的玻璃化轉變溫度相對于上述二次被覆層的-100°C至150°C的溫度范圍內的動態粘彈性的玻璃化轉變溫度的比為0.96以上1.03以下。
2.一種光纖帶 狀芯線，其特征在于，排列多條權利要求1所述的光纖著色芯線，并用帶狀樹脂將其統一化。
全文摘要
本發明提供一種在浸泡于水的狀態下傳輸損失也難以增加的光線著色芯線。本發明的一個實施方式的光纖著色芯線(16)具有玻璃光纖(11)；覆蓋玻璃光纖(11)的一次被覆層(12)；覆蓋一次被覆層(12)的二次被覆層(13)；和覆蓋二次被覆層(13)的著色層(15)。具有二次被覆層(13)和覆蓋該二次被覆層(13)的著色層(15)的層壓體(21)的熱膨脹系數相對于二次被覆層(13)的熱膨脹系數的比為0.98以上1.03以下，且層壓體(21)的玻璃化轉變溫度相對于二次被覆層(13)的-100℃至150℃的溫度范圍內的動態粘彈性的玻璃化轉變溫度的比為0.96以上1.03以下。
文檔編號G02B6/44GK103229083SQ201180056638
公開日2013年7月31日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年11月24日
發明者田中廣樹, 中島康雄, 望月浩二, 新子谷悅宏 申請人:古河電氣工業株式會社