专利名称：光纤着色芯线的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光纤电缆内收容的光纤着色芯线，具体而言，涉及抑制了因使用环境、经年劣化导致的光纤的传输损失增加的光纤着色芯线，尤其涉及在水浸泡下传输损失也可长期难以增加的光纤着色芯线。
背景技术：
关于光纤制造，在石英玻璃的拉丝步骤中，为防止光纤的强度下降，立刻在其外周覆盖被覆树脂，为进行识别而设置着色层。作为光纤用被覆树脂，主要使用紫外线固化树脂。作为紫外线固化树脂，使用聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯。光纤因各种外部应力、由此产生的微弯而产生传输损失的增加。因此，为保护光纤免受这种外部应力，一般情况下，对光纤裸线实施由软质层和硬质层的双层构造形成的被覆。对和石英玻璃接触的内层，使用弹性模量较低的软质树脂，从而形成缓冲层(以下称第一层)，对外层使用杨氏模量较高的硬质树脂，从而形成保护层(以下称为第二层)。一般情况下，使用第一层的弹性模量为3MPa以下、第二层的弹性模量为500MPa以上的树脂。在光纤的制造方法中，对于从以石英玻璃为主要成分的预型件通过拉丝炉加热熔融并拉丝而成的石英玻璃制光纤，使用涂敷模涂敷液体状的紫外线固化树脂，接着向其照射紫外线而使紫外线固化树脂固化。通过这种方法将第一层和第二层被覆到光纤上，制造出光纤裸线。进一步，在下一步骤中，对获得的光纤裸线的外周覆盖由着色树脂构成的被覆层，从而制造出光纤着色芯线。在本说明书中，将通过第一层及第二层覆盖了玻璃光纤而成的材料称为光纤裸线，将在光纤裸线的外周进一步覆盖由着色树脂构成的被覆层而成的材料称为光纤着色芯线，进一步，将在平面上排列多条光纤着色芯线并通过带状树脂统一覆盖而成的材料称为光纤带状芯线。进一步，为了使光纤着色芯线成为即使在浸泡于60°C温水的状态下使用也可防止传输损失增大的可靠性强的光纤，在专利文献I中提出了以下方案:使着色层的弹性模量大于第二层的弹性模量；以及使着色层的玻璃化转变温度大于第二层的玻璃化转变温度。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2002-255590号公报专利文献2:日本特许2925099号公报
发明内容
近年来，随着光纤的明显普及，光纤电缆的适用范围扩大，对光纤电缆的长期可靠性的要求变得非常严格。 因此，要求在浸泡到水的状态下使用的情况下传输损失也难以进一步增加的光纤着色芯线。但是，在获得各层界面的粘接力的平衡的同时处理上述问题存在界限，即使使用引用文献I所述的光纤着色芯线，其长期可靠性也并不充分。本发明的目的在于提供一种在浸泡到水的状态下传输损失也难以增加的光纤着色芯线。为实现这一目的，本发明的光纤着色芯线的特征在于，具有:玻璃光纤；一次被覆层，覆盖上述玻璃光纤；二次被覆层，覆盖上述一次被覆层；和着色层，覆盖上述二次被覆层，具有上述二次被覆层和覆盖该二次被覆层的上述着色层的层压体的热膨胀系数相对于上述二次被覆层的热膨胀系数的比为0.98以上1.03以下，并且，上述层压体的-100°C至150°C的温度范围内的动态粘弹性的玻璃化转变温度相对于上述二次被覆层的-100°C至150°C的温度范围内的动态粘弹性的玻璃化转变温度的比为0.96以上1.03以下。根据本发明，可提供一种在浸泡到水的状态下传输损失也难以增加的光纤着色芯线。
图1是本发明的一个实施方式涉及的光纤裸线的剖视图。图2是本发明的一个实施方式涉及的光纤着色芯线的剖视图。图3是本发明的一个实施方式涉及的光纤带状芯线的剖视图。图4是表示本发明的一个实施方式涉及的管被覆样本的线膨胀率的温度依赖性的图。
图5是表示本发明的一个实施方式涉及的光纤样本的线膨胀率的温度依赖性的图。图6是用于说明本发明的一个实施方式涉及的玻璃化转变温度的求出方法的图。
具体实施例方式以下参照附图详细说明本发明的实施方式。并且在以下说明的附图中，对具有相同功能的部件附加相同的附图标记，省略其重复说明。通过对处于水浸泡状态下的光纤芯线的传输损失增大的原因进行锐意钻研，结果发现传输损失增大的光纤芯线被观察到玻璃光纤/第一界面中的剥离、即分层(delamination)。还发现也观察到第二层/着色层界面、着色/带状层界面中的剥离。在玻璃光纤和被覆层界面中，当剥离被覆层的力超过了玻璃光纤和被覆层界面的粘接力时，产生分层。并且，通过对玻璃光纤施加不均匀的力，而产生传输损失。作为用于实施本发明的方式，制造在玻璃光纤上覆盖了第一层、第二层的光纤裸线，并对该光纤裸线覆盖着色层，从而制造出光纤着色芯线。各被覆层中使用的树脂使用紫外线固化树脂。进一步，将多条该光纤着色芯线在平面上平行排列，并用由紫外线固化树脂构成的带状树脂统一覆盖，从而可形成光纤带状芯线。图1是本发明的一个实施方式涉及的光纤裸线14的剖视图，图2是本发明的一个实施方式涉及的光纤着色芯线16的剖视图，图3是本发明的一个实施方式涉及的光纤带状芯线18的剖视图。
在图1中，光纤裸线14具有:玻璃光纤11 ;和覆盖该玻璃光纤11的被覆层20。该被覆层20具有:覆盖玻璃光纤11的第一层(以下也称为“一次被覆层”)12 ;和覆盖该一次被覆层12的第二层(以下也称为“二次被覆层”)13。上述一次被覆层12是软质树脂，因此弹性模量较低。另一方面，二次被覆层13是硬质树脂，因此弹性模量比一次被覆层12高。此外，在一次被覆层12上形成二次被覆层13，因此被覆层20可以说是将一次被覆层12和二次被覆层13依次层压成圆筒状的层压体。并且， 在图2中，光纤着色芯线16具有:玻璃光纤11 ;和覆盖该玻璃光纤11的被覆层22。该被覆层22具有:上述一次被覆层12 ;上述二次被覆层13 ;和覆盖该二次被覆层13的着色层15。即，光纤着色芯线16具有通过着色层15覆盖了光纤裸线14的构造。此夕卜，在一次被覆层12上形成二次被覆层13，进一步在该二次被覆层13上形成着色层15，因此被覆层22可以说是将一次被覆层12、二次被覆层13和着色层15依次层压成圆筒状的层压体。并且，在图2中，附图标记21是二次被覆层13和以覆盖该二次被覆层13的方式形成的着色层15的层压体。进而，在图3中，光纤带状芯线18具有:平面状排列的多个光纤着色芯线16 ;和带状树脂17，覆盖平面状排列的多个光纤着色芯线16。此外，作为光纤裸线14的一次被覆层12及二次被覆层13的原材料的被覆树脂、作为光纤着色芯线16的着色层15的原材料的着色树脂使用的紫外线固化树脂，作为主要材料例如包括:低聚体、稀释单体、光敏引发剂、硅烷偶联剂、感光剂、颜料、各种添加剂。作为低聚体主要使用:聚醚类聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、有机硅丙烯酸酯等。作为稀释单体使用单官能单体或多官能单体。本发明的特征之一是，在包括玻璃光纤11和形成在该玻璃光纤11上的一次被覆层12及二次被覆层13的光纤裸线14的外周具有着色层15的光纤着色芯线16中，二次被覆层13和着色层15的层压体21的热膨胀系数相对于二次被覆层13的热膨胀系数的比是
0.98以上1.03以下。并且，本发明的另一特征是，二次被覆层13和着色层15的层压体21的玻璃化转变温度Tg相对于二次被覆层13的-100°C至150°C的温度范围内的动态粘弹性的玻璃化转变温度Tg的比为0.96以上1.03以下。在本发明中，通过上述两个特征，可抑制水浸泡时的作为第二层的二次被覆层和着色层之间的内部应变。S卩，根据本发明的光纤着色芯线，通过上述第I特征，在温度变化时、或将光纤着色芯线16用温水浸泡时，可使二次被覆层13和着色层15同样膨胀、收缩，可以减小二次被覆层13和着色层15之间的内部应变。这样一来，可降低二次被覆层13和着色层15的接合面的偏离。因此，可减少会导致传输损失增加的、玻璃光纤11和一次被覆层12的界面等玻璃光纤11和被覆树脂的界面上的破坏，可抑制作为损失增加原因的分层。并且，通过上述第2特征，在温度变化时、或将光纤着色芯线16用温水浸泡时，可使二次被覆层13及着色层15两者同样膨胀、收缩，从而可减小二次被覆层13和着色层15之间的内部应变。因此，在玻璃光纤11和作为第一层的一次被覆层12的界面中，可抑制要从玻璃光纤11剥离一次被覆层12的力。并且，将光纤着色芯线16浸泡到水中时，水通过着色层15侵入到二次被覆层13和一次被覆层12中，存在玻璃光纤11和一次被覆层12的界面的密接力弱的部分剥落而引起分层的情况。这样产生分层时，会产生因浸透压力的影响而使分层的部分浓度降低的浸透压力，从而取入大量的水，但通过使二次被覆层13和着色层15的玻璃化转变温度、热膨胀系数相一致，可使水不会滞留在光纤着色芯线16内。例如，在专利文献I中，将第一层、第二层及着色层的弹性模量及玻璃化转变温度按照从内侧朝向外侧变高的方式排列，可以缓和因各被覆层的应变等造成的内部应力的不均匀的传递，抑制各层间的密接力弱的部分的剥离、涨裂。但是，因以使着色层的弹性模量比第二层高、并且着色层的玻璃化转变温度比第二层高的方式排列，因此在第二层和着色层界面中易产生内部应变。并且，当弹性模量高时，热膨胀系数有变小的倾向。这样一来，在将专利文献I公开的光纤着色芯线用温水浸泡时，在第二层和着色层界面产生内部应变，通过该内部应变，玻璃光纤和第一层界面的密接力差的部分剥离而产生分层。当溶出成分滞留在该分层的部分时，如专利文献2中所述，产生使浓度降低的浸透压力，而取入大量的水。但是，在专利文献I公开的光纤着色芯线中，因存在弹性模量高的着色层，所以可推测产生了滞留在光纤着色芯线内的水无法排出该光纤着色芯线外的状态。现有技术中，着色层的交联密度大、第二层的交联密度小，因此水通过着色层而浸入到内部时，该侵入到内部的水被交联密度大的着色层阻挡，难以从着色层排出到外部。即，在现有技术中，水浸入到光纤着色芯线，但浸入的水难以排出到外部。与此相对，在本发明中，通过使二次被覆层13和着色层15的玻璃化转变温度及热膨胀系数为同一程度，即使水通过着色层15浸入到光纤着色芯线16内部，该浸入的水也易于通过着色层15。S卩，水可以在着色层15中出入，因此即使水无意中浸入到光纤着色芯线16内部，也易于将该浸入的水排出到外部，在光纤着 色芯线16内难以产生浸透压力。因此，在本发明中，使二次被覆层13和着色层15通过温度变化而同样地膨胀、收容是重要的，所以使二次被覆层13和着色层15的热膨胀系数及玻璃化转变温度相同、或基本相同。在本发明中，为实现这一点，着眼于二次被覆层13和层压体21，作为使二次被覆层13和着色层15的热膨胀系数及玻璃化转变温度为同一程度的指标，采用上述第I及第2特征。在本发明中，在二次被覆层13以及该二次被覆层13和着色层15的层压体21中，着色层15和二次被覆层13的热膨胀系数、玻璃化转变温度如有较大差异，则二次被覆层13和层压体21中的热膨胀系数及玻璃化转变温度也产生较大差异。而如果着色层15和二次被覆层13的热膨胀系数及玻璃化转变温度为同一程度，则二次被覆层13和层压体21中的热膨胀系数及玻璃化转变温度也应变为同一程度。在本发明中，使二次被覆层13和着色层15两者同样地膨胀、收缩是重要的，使二次被覆层13和着色层15的热膨胀系数及玻璃化转变温度为同一程度是重要的。如上所述，二次被覆层13和层压体21的热膨胀系数及玻璃化转变温度，与二次被覆层13和着色层15的热膨胀系数及玻璃化转变温度联动，因此在本发明中，对于二次被覆层13的热膨胀系数及玻璃化转变温度是否与着色层15的热膨胀系数及玻璃化转变温度为同一程度，以二次被覆层13及层压体21的热膨胀系数及玻璃化转变温度为指标而间接地决定。(实施例)
作为本实施例，制造出图1的将由石英玻璃构成的玻璃光纤11用具有一次被覆层
12、二次被覆层13这两层的被覆树脂(被覆层20)覆盖而成的光纤裸线14。作为各树脂，使用紫外线固化树脂。紫外线固化树脂包括低聚体、稀释单体、光敏引发剂、链转移剂、添加剂，通过改变构成材料获得多种光纤裸线14。并且，光纤着色芯线16如图2所示，在制造出由石英玻璃构成的玻璃光纤11的外径为125 μ m、一次被覆层12的外径为183 μ m及196 μ m、二次被覆层13的外径为245 μ m的光纤14后，通过另一步骤覆盖着色层15，获得外径255 μ m的光纤着色芯线16。并且，为了维持作为光纤裸线14的特性，玻璃光纤11的外径通常采用80 μ m至125 μ m, 一次被覆层12的外径通常采用120 μ m至200 μ m, 二次被覆层13的外径通常采用165 μ m至245 μ m,着色层15 (光纤着色芯线16)的外径通常采用135 μ m至255 μ m。进一步，将获得的光纤着色芯线16如图3所示平面状平行排列4条，并用由紫外线固化树脂构成的带状树脂17统一覆盖，而形成光纤带状芯线18。此外，本发明中使用的光纤裸线14的玻璃光纤11和一次被覆层12的密接力为5N至 20N。在此,密接力的测定方法使用 48th International Wire and Cable Symposium(第48届国际线缆会议)“Polymer coatings for Optical fibers”(光纤聚合物涂层)中的Pullout force (拉拔力)。速度采用 5mm/min。着色层15以和二次被覆层13中使用的被覆树脂同行的组成物构成，从而可使热膨胀系数与二次被覆层13基本相同。这种情况下，着色层15中使用的紫外线固化型树脂的固化度可能下降，但这可通过改变光敏引发剂的种类、增加添加量来进行调节。在本实施例中，作为着色层中使用的紫外线固化树脂的光敏引发剂，添加烷基苯基酮类光聚合引发剂、酰基膦氧化物类光聚合引发剂。并且，通过使用丙烯酸异冰片酯这样的单官能单体，也可不提高玻璃化转变温度地提高弹性模量。(热膨胀系数测定方法)说明求出热膨胀系数(体积膨胀系数)的方法。为测定光纤裸线14的二次被覆层13及光纤着色芯线16的层压体21的热膨胀系数，分别对二次被覆层13、层压体21制造出两种被覆样本。一种是在玻璃光纤`上覆盖了被覆层(被覆层20或被覆层22)的光纤样本(光纤裸线14或光纤着色芯线16)。另一种是仅由从光纤样本(光纤裸线14或光纤着色芯线16)拔出了玻璃光纤的被覆层(被覆层20或被覆层22)所构成的管被覆样本。在热膨胀系数测定中，使用TMA热机械分析(Mettler Toledo TMA-40),进行长度方向和外径方向的测定。测定条件是:施加负荷O、温度范围-100°C至100°C，升温速度10°C /min，对于长度方向，通过拉伸模式使用管被覆样本进行测定，对于外径方向，使用光纤样本，在装入有玻璃光纤的状态下通过压缩模式进行测定。被覆层的线膨胀系数在被覆层的玻璃化转变温度附近大幅变化，因此测定的温度范围优选设定为包括所有被覆层的玻璃化点的范围。图4表示测定的长度方向的温度和线膨胀率的关系，图5表示外径方向的温度和线膨胀率的关系。各自的线膨胀系数根据测定结果直线性变化的范围、即-50至25°C的温度范围的倾角求出。—般情况下，一次被覆层12 (第一层)的玻璃化转变温度低至_50°C左右。在玻璃化转变温度以上的温度范围内，管被覆样本的一次被覆层12(第一层)的弹性模量明显比二次被覆层(第二层)、着色层15小，因此被覆层20中的二次被覆层13、被覆层22中的二次被覆层13及着色层15可自由伸缩。
S卩，被覆层20的体积膨胀系数可以说与二次被覆层13的体积膨胀系数基本相同，并且被覆层22的体积膨胀系数可以说与二次被覆层13和着色层15的层压体21的体积膨胀系数基本相同。因此，可由二次被覆层13及层压体21的线膨胀系数，使用公式I)求出各自的体积热膨胀系数。β s=a SL + 2X a SR I)β s: 二次被覆层13、层压体21的体积膨胀系数a SL:二次被覆层13、层压体21的长度方向的线膨胀系数α SR:二次被覆层13、层压体21的外径方向的线膨胀系数对于这样计算出的体积膨胀系数，在表I中，在各实施例内，将针对二次被覆层13的体积膨胀系数记载到“二次被覆层的体积膨胀系数”栏中，将针对层压体21的体积膨胀系数记载到“层压体的体积膨胀系数”栏中。( 二次被覆层13及层压体21的玻璃化转变温度测定方法)说明求出玻璃化转变温度Tg的方法。二次被覆层13、层压体21的玻璃化转变温度Tg的测定，使用DMA动态粘弹性试验(TA公司RSA3)，如图6所示，将tan δ具有最大值的温度作为玻璃化转变温度，使用上述管被覆样本通过拉伸法在标线间距20mm、频率1Hz、升温速度2V Mn的条件下进行测定。此外，在-100°C至150°C的温度范围下测定管被覆样本时，tan5峰值在低温侧和高温侧出现两个。低温侧表示一次被覆层12 (第一层)的玻璃化转变温度，高温侧表示二次被覆层13、着色层15的玻璃化转变温度。对于这样获得的玻 璃化转变温度，在表I中，在各实施例内，将针对二次被覆层13的玻璃化转变温度记载到“二次被覆层的玻璃化转变温度”栏中，将针对层压体21的体积膨胀系数记载到“层压体的被覆层的玻璃化转变温度”栏中。(传输损失的测定方法)使用制造的光纤裸线14及光纤着色芯线16，将长约Ikm的光纤裸线或着色芯线浸泡到60°C温水中，测定该浸泡后的传输损失。传输损失的测定使用7 ^ 'J (株)制造的光脉冲试验器MW9076B，通过光后方散射损失系数(OTDR)对波长1.55 μ m的传输损失在长度方向测定来进行。并且，将水温上升到60°C，浸泡90天后，当确认了传输损失增加0.1dB/km以上时，判断对使用环境没有耐性，在表I中标记为“ X ”。表I
权利要求
1.一种光纤着色芯线，其特征在于， 具有:玻璃光纤； 一次被覆层，覆盖上述玻璃光纤； 二次被覆层，覆盖上述一次被覆层；和 着色层，覆盖上述二次被覆层， 具有上述二次被覆层和覆盖该二次被覆层的上述着色层的层压体的热膨胀系数相对于上述二次被覆层的热膨胀系数的比为0.98以上1.03以下，并且， 上述层压体的-100°C至150°C的温度范围内的动态粘弹性的玻璃化转变温度相对于上述二次被覆层的-100°C至150°C的温度范围内的动态粘弹性的玻璃化转变温度的比为0.96以上1.03以下。
2.一种光纤带 状芯线，其特征在于，排列多条权利要求1所述的光纤着色芯线，并用带状树脂将其统一化。
全文摘要
本发明提供一种在浸泡于水的状态下传输损失也难以增加的光线着色芯线。本发明的一个实施方式的光纤着色芯线(16)具有玻璃光纤(11)；覆盖玻璃光纤(11)的一次被覆层(12)；覆盖一次被覆层(12)的二次被覆层(13)；和覆盖二次被覆层(13)的着色层(15)。具有二次被覆层(13)和覆盖该二次被覆层(13)的着色层(15)的层压体(21)的热膨胀系数相对于二次被覆层(13)的热膨胀系数的比为0.98以上1.03以下，且层压体(21)的玻璃化转变温度相对于二次被覆层(13)的-100℃至150℃的温度范围内的动态粘弹性的玻璃化转变温度的比为0.96以上1.03以下。
文档编号G02B6/44GK103229083SQ201180056638
公开日2013年7月31日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年11月24日
发明者田中广树, 中岛康雄, 望月浩二, 新子谷悦宏 申请人:古河电气工业株式会社