專利名稱：：光纖芯線的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種容納在光纜內(nèi)的光纖芯線。具體地說，涉及抑制因使用環(huán)境和經(jīng)時劣化而引起的光纖傳輸損失增加的光纖芯線，特別是涉及即使長期處于高濕度狀態(tài)或浸水狀態(tài)下傳輸損失也不增加的耐水性優(yōu)異的光纖芯線。
背景技術(shù)：
：在制造光纖時，為了防止光纖的強度下降，在石英玻璃的拉絲工序中，直接在其外周覆蓋被覆樹脂。作為光纖用的被覆樹脂，主要使用紫外線固化型樹脂。作為紫外線固化型樹脂，使用聚氨酯丙烯酸酯類或環(huán)氧丙烯酸酯類。由于各種外界應力及由此產(chǎn)生的微彎曲，光纖的傳輸損失增加。因此，為了保護光纖不受上述外界應力的影響，一般在光纖芯線上覆蓋軟質(zhì)層和硬質(zhì)層兩層結(jié)構(gòu)。在和石英玻璃接觸的內(nèi)層使用楊氏模量較低的軟質(zhì)樹脂而作為緩沖層(以下稱為第一層)，在外層使用楊氏模量較高的硬質(zhì)樹脂而作為保護層(以下稱為第二層)。一般來講，第一層使用楊氏模量在3MPa以下的樹脂，第二層使用楊氏模量在500MPa以上的樹脂。光纖線材的制造方法如下，利用拉絲爐對以石英玻璃為主成分的預制坯進行加熱熔融、拉絲而得到石英玻璃制光纖，使用涂布模(Coatingdie)在該石英玻璃制光纖上涂布液體狀的紫外線固化型樹脂，接著對其照射紫外線，使紫外線固化型樹脂固化，從而覆蓋第一層和第二層。3進而在下面的工序中，在得到的光纖線材的外周覆蓋由著色樹脂等構(gòu)成的被覆層，從而制造光纖著色芯線。圖1表示光纖線材的結(jié)。在本說明書中，將如上所述由第一層和第二層覆蓋玻璃光纖的產(chǎn)品稱為光纖線材，將在光纖線材的外周進一步覆蓋由著色樹脂等構(gòu)成的被覆層的產(chǎn)品稱為光纖著色芯線，進而將多根光纖芯線排列成平面狀并利用帶樹脂統(tǒng)一覆蓋的產(chǎn)品稱為光纖帶芯線。此外，將在玻璃光纖的外周具有被覆層的產(chǎn)品即光纖線材、光纖著色芯線和光纖帶芯線統(tǒng)稱為光纖芯線。若將上述光纖芯線浸漬于水中，存在傳輸損失增大的情況。為了制造即使如上所述在水中浸漬的狀態(tài)下長期使用也能防止光纖傳輸損失增大的可靠性高的光纖，提出了改善第一層和玻璃光纖之間的貼合力等各種方案。
發(fā)明內(nèi)容隨著近年來光纖的顯著普及，光纜的適用范圍得到大幅擴大。這意味著光纜的使用環(huán)境逐漸多樣化，進一步意味著新的纜結(jié)構(gòu)逐步得到開發(fā)。因此，光纜所要求的長期可靠性非常嚴格。正是在上述情況下，展開了對即使暴露于浸水狀態(tài)下傳輸損失也難以增加的光纖芯線的研究。但是，在取得各層界面粘結(jié)性的平衡的同時應對上述問題時存在限度，目前通過進一步研究纜結(jié)構(gòu)、軟線(Cord)或外殼(Sheath)材質(zhì)，避免水分到達光纖芯線，減少水分的到達量，從而實現(xiàn)實用化，但是其可靠性不夠充分。本發(fā)明的目的在于提供一種光纖芯線，例如容納在光纜中的光纖芯線，即使使用環(huán)境改變或隨時間劣化，特別是暴露于水或高濕度下，傳出損失也難以增加。為了解決上述課題，本發(fā)明的光纖芯線是一種光纖著色芯線，該4光纖著色芯線在包括至少由軟質(zhì)層和硬質(zhì)層兩層被覆層覆蓋的玻璃光纖的光纖線材上，進一步覆蓋由著色樹脂構(gòu)成的被覆層，該光纖芯線的特征在于，利用正電子湮滅法求得的該硬質(zhì)層和該著色層的自由體積半徑為0.290nm以上。此外，也可以形成為光纖帶芯線，將多根上述光纖著色芯線排列成平面狀，利用帶樹脂統(tǒng)一覆蓋。此外，本發(fā)明的光纖芯線或光纖帶芯線的特征在于，上述至少兩層的被覆層、著色被覆層和帶層由紫外線固化型樹脂構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的光纖芯線，通過使用具有硬質(zhì)層和著色層的光纖著色芯線，能夠抑制暴露在水或高濕度下時的傳輸損失增幅，利用正電子湮滅法求得的上述硬質(zhì)層和著色層的自由體積半徑為0.290nm以上。此外，通過使用上述光纖線材或光纖芯線，能夠構(gòu)成優(yōu)選的光纖帶芯線。圖1是本發(fā)明光纖線材的實施例的剖視圖。圖2是本發(fā)明光纖線材的其他實施例的剖視圖。圖3是本發(fā)明光纖帶芯線的剖視圖。標號說明11玻璃光纖12第一層13第二層14光纖線材21著色層522光纖著色芯線31帶樹脂32光纖帶芯線具體實施例方式下面，詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明人對暴露在高濕度狀態(tài)或浸水狀態(tài)下的光纖的傳輸損失增大的原因進行認真研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在傳輸損失增大的光纖芯線上觀察到在玻璃光纖/第一層界面產(chǎn)生剝離。在玻璃光纖和被覆層的界面上，當撕扯被覆層的力超過玻璃光纖和被覆層的界面粘結(jié)力時，產(chǎn)生玻璃光纖/第一層界面的剝離。若在界面產(chǎn)生剝離，則施加在玻璃上的力變得不均勻，產(chǎn)生微彎曲，因此傳輸損失增加。如下推測浸漬于水中時玻璃光纖和被覆層的界面粘結(jié)力下降的機理。若將光纖芯線浸漬于水中，或暴露在高濕度的氛圍下，則水分透過被覆層，到達玻璃光纖和第一層的界面。雖然在玻璃光纖和第一層的界面產(chǎn)生有粘結(jié)力，但是，例如N.Akasakaetal.,"DesignofOpticalFiberCoating",Proc.of19thAustralianConferenceonOpticalFibreTechnology(ACOFT)，p.375,1994的報告所述，粘結(jié)力一般由玻璃與樹脂中官能團的氫鍵、和由粘結(jié)促進劑(Adhesiveaccelerator)引起的化學鍵構(gòu)成。但是，氫鍵會因水等侵入玻璃和第一層的界面而被切斷。由此，推測玻璃和第一層界面的粘結(jié)力因氫鍵被切斷而下降。作為用于實施本發(fā)明的方式，制作在玻璃光纖上覆蓋第一層、第二層的光纖線材，并利用著色層覆蓋該光纖線材而制作著色光纖芯線。構(gòu)成各被覆層的樹脂使用紫外線固化型樹脂。進而，可以根據(jù)用途將多根該光纖芯線平行排列成平面狀，并利用由紫外線固化型樹脂構(gòu)成6的帶樹脂(Ribbonresin)統(tǒng)一覆蓋，從而形成光纖帶芯線。另外，作為光纖線材的被覆樹脂、著色樹脂而使用的紫外線固化型樹脂，主要由低聚物、稀釋單體、光引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、硅垸偶合劑、和各種添加劑構(gòu)成。作為低聚物，主要使用聚氨酯丙烯酸酯類、環(huán)氧丙烯酸酯類、和聚酯丙烯酸酯類。作為稀釋單體，使用單官能丙烯酸酯或多官能丙烯酸酯。本發(fā)明中的光纖著色芯線使用具有如下著色層的光纖著色芯線利用正電子湮滅法求得的常溫下硬質(zhì)層和著色層的自由體積半徑在0.290nm以上，從而本發(fā)明中的光纖著色芯線能夠抑制傳輸損失增幅。此外，從機械特性的觀點出發(fā)，優(yōu)選自由體積半徑在0.35nm以下。在此，正電子湮滅法是指如下方法測量從正電子(e+)入射到試樣開始直到湮滅為止的時間(正電子湮滅壽命)，從而測定物質(zhì)中存在的空孔、局部空隙的大小、密度。正電子是電子的反粒子，是質(zhì)量與電子相同且?guī)д姾傻牧Ｗ?。已知在分子晶體、非晶固體中當正電子和電子相遇時會因庫侖力而形成電子-正電子對，然后湮滅。(例如，李洪玲，氏平祐輔，"陽電子消滅壽命法t上3高分子0自由體積0評価"，-Ay甘含，1，1120(1998)。)該正電子-電子對呈現(xiàn)粒子性的行為，將其稱為正電子素。正電子素包括成對的電子和正電子的自旋(Spin)平行的仲-正電子素(p-Ps)和反平行的正-正電子素(o-Ps)。若正電子射入高分子中，則存在正電子(e+)與從高分子中擊出的電子之一結(jié)合而形成o-Ps的情況。e+、o-Ps被高分子材料中的電子密度低的部分、即高分子中的局部空隙所捕獲，與從空隙壁出來的電子云重合而湮滅。當e+、o-Ps存在于高分子中的空隙中時，該空隙的大小與e+、o-Ps的湮滅壽命成反比例關(guān)系。艮口，若空隙小，則e+、o-Ps與周圍電子的重合增多，正電子湮滅壽命縮短。7另一方面，若空隙大，則e+、O-PS與從空隙壁釋放出的其他電子重合而湮滅的概率降低，e+、o-Ps的湮滅壽命延長。從而，通過測定e+、o-Ps的湮滅壽命能夠評價高分子樹脂中局部空隙的大小。放射性同位素^Na常作為正電子源而用于正電子壽命的測定。在22Na(3衰變成22Ne時，同時釋放出正電子和1.28MeV的y線。入射到高分子中的正電子經(jīng)湮滅過程釋放出511keV的y線。從而，通過以1.28MeV的y線為開始信號、以511keV的y線為結(jié)束信號測量兩者的時間差，能夠求得正電子的湮滅壽命。實施例如圖1所示，作為本發(fā)明的實施例，制作利用第一層12、第二層13兩層被覆樹脂層覆蓋由石英玻璃構(gòu)成的玻璃光纖11的多種光纖線材14。各樹脂使用紫外線固化型樹脂。紫外線固化型樹脂由低聚物、稀釋單體、光引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、和添加劑構(gòu)成，通過改變其構(gòu)成材料，制作多種光纖線材14。關(guān)于紫外線固化樹脂的自由體積半徑，可以通過低聚物的骨架結(jié)構(gòu)和分子量、以及所添加的稀釋單體的種類和添加量來適宜地改變。另外，雖然不能一概而論，但是通過增大低聚物的分子量，或減少單體添加量，能夠減小自由體積半徑。另外，實施例中的光纖線材在由石英玻璃構(gòu)成的外徑為125pm的玻璃光纖11的外周具有外徑為185pm或195pm的第一層12，進而在其外周具有外徑為245nm的第二層13。此外，在制作光纖線材14后，通過經(jīng)由其他工序覆蓋著色層21而形成外徑為255pm的著色光纖芯線22的方法，制作圖2所示的實施例3、5和比較例3、5、7的著色芯線。另一方面，圖1所示的實施例2和比較例2的著色芯線是通過在第二層13中直接添加著色劑而形成外徑為255nm的著色芯線14的方法制作。8進而，如圖3所示，部分光纖著色芯線15平行排列4根成平面狀，利用由紫外線固化型樹脂構(gòu)成的帶樹脂31統(tǒng)一覆蓋而形成光纖帶芯線32。并同樣制作表1所示的比較例的光纖芯線和光纖帶芯線。另外，實施例4的光纖帶芯線是使用實施例3的著色芯線來制作，實施例6的光纖帶芯線是使用實施例5的著色芯線來制作，比較例4、6、8的光纖帶芯線是分別使用比較例3、5、7的著色芯線來制作。根據(jù)以下方法，對上述實施例進行光纖線材的熱膨脹量和光纖芯線的傳輸損失的測定。表l表示其結(jié)果。(著色材料的自由體積)通過測定正電子湮滅壽命來求得自由體積。測定條件線源22Na(強度1.85MBq)測定時間5小時正電子壽命分析合適的程序(fittingprogram)PATFIT分析條件3成分分析(設定值O.l，0.35，Ins)自由體積分布分析使用拉普拉斯逆變換程序CONTIN試樣尺寸10mmX10mm，重疊兩張夾住線源而進行測定使用根據(jù)正電子壽命值的第三成分求得自由體積半徑的以下數(shù)學式，求得自由體積半徑(nm)。數(shù)學式1r3=0.5x1.0--+——sini。2;r、X,t3:o-Ps的壽命(ps)，R:自由體積半徑(nm)，9Ro:R+AR，AR:0.166nmAR是表示電子云向自由體積中滲出的厚度的參數(shù)，0.166nm作為最佳的合適參數(shù)(fittingparameter)而使用。(傳輸損失的測定方法)將長度約lkm的光纖芯線或光纖帶芯線浸漬于加熱到6(TC的水中，測定30天后的傳輸損失增幅。使用7vy、乂(株)制造的光脈沖試驗器MW9060A，根據(jù)光后方散射損失系數(shù)(OTDR)法，使用1.55pm的波長進行傳輸損失增幅的測定。并且，當確認在6(TC的溫水中浸漬30天后傳輸損失增幅在O.ldB/km以上時，判斷為相對于使用環(huán)境的耐性不充分(表1的X符號)。此外，利用光學顯微鏡觀察試驗后的光纖芯線或光纖帶芯線，從而觀察在光纖芯線何處的界面產(chǎn)生剝離。10<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>從上述說明可知，根據(jù)本發(fā)明的光纖芯線，一種光纖線材包括至少由軟質(zhì)層和硬質(zhì)層兩層被覆層覆蓋的玻璃光纖，利用正電子湮滅法求得的該硬質(zhì)層的自由體積半徑在0.290nm以上，一種光纖著色芯線在該硬質(zhì)層中含有著色劑，或在光纖線材上進一步覆蓋由著色樹脂構(gòu)成的被覆層，利用正電子湮滅法求得的該硬質(zhì)層和該著色層的自由體積半徑在0.290nm以上，通過使用上述光纖線材或光纖著色芯線，即使在6(TC的溫水中浸漬30天，傳輸損失也不增大。此外，確認了無論是光纖著色芯線的狀態(tài)(表1的實施例2、3、5)，還是光纖帶芯線的狀態(tài)(實施例4、6)，均可起到上述效果。另一方面，從比較例18的測定結(jié)果確認，在上述自由體積半徑小于0.290nm時，傳輸損失的增加達到0.1dB/km以上。在本實施例中，使用通常的具有階躍型折射率分布的單模纖維，但是本領域技術(shù)人員明白本發(fā)明也能夠適用于具有其他分布的光纖。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠得到一種光纖芯線和光纖帶芯線，即使使用環(huán)境改變或時間流逝，特別是暴露于水分或高濕度氛圍中，傳輸損失也不會增加。1權(quán)利要求1.一種光纖線材，包括至少由軟質(zhì)層和硬質(zhì)層兩層被覆層覆蓋的玻璃光纖，其特征在于，利用正電子湮滅法求得的該硬質(zhì)層的自由體積半徑為0.290nm以上。2.—種光纖著色芯線，其特征在于，在權(quán)利要求1所述的光纖線材的該硬質(zhì)層中含有著色劑。3.—種光纖著色芯線，在權(quán)利要求l所述的光纖線材上進一步覆蓋由著色樹脂構(gòu)成的被覆層，其特征在于，利用正電子湮滅法求得的該硬質(zhì)層和該著色層的自由體積半徑為0.290nm以上。4.一種光纖帶芯線，其特征在于，將多根權(quán)利要求2或3所述的光纖著色芯線排列成平面狀，利用帶樹脂統(tǒng)一覆蓋。5.—種光纖線材、光纖著色芯線或光纖帶芯線，上述光纖線材為權(quán)利要求1所述的光纖線材，上述光纖著色芯線為權(quán)利要求2或3所述的光纖著色芯線，上述光纖帶芯線為權(quán)利要求4所述的光纖帶芯線，其特征在于，上述至少兩層的被覆層、上述著色被覆層和上述帶樹脂甴紫外線固化型樹脂構(gòu)成。全文摘要提供一種光纖芯線，即使在高濕度狀態(tài)或浸水狀態(tài)下，傳輸損失也難以增加。為了解決上述課題，本發(fā)明的光纖芯線是一種光纖著色芯線，該光纖著色芯線在包括至少由軟質(zhì)層和硬質(zhì)層兩層被覆層覆蓋的玻璃光纖的光纖線材上，進一步覆蓋由著色樹脂構(gòu)成的被覆層，該光纖芯線的特征在于，利用正電子湮滅法求得的該硬質(zhì)層和該著色層的自由體積半徑為0.290nm以上。文檔編號G02B6/44GK101542347SQ200880000496公開日2009年9月23日申請日期2008年3月7日優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日發(fā)明者中島康雄,望月浩二,田中広樹申請人:古河電氣工業(yè)株式會社