專利名稱：塑料光纖維的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由含氟聚合物組成的塑料光纖維端面的加工方法。
以往，作為光纖維材料使用了石英及丙烯酸樹脂，由于由這些材料形成的光纖維是一種塑性很小的固體材料，所以，其表面在受到擦傷后再被撓曲，或者其表面在被撓曲的同時受到挫傷而被切斷之后，常需藉由研磨使其端面形成平滑表面，以提高來自光源或聚光鏡的光的入射率。然而，要對光纖維頂端的微小部分進行研磨卻是需要相當高度技術(shù)的操作。
另一方面，在特開平8-5848號公報上公開了一種由含氟聚合物組成的光纖維，所述光纖維具有優(yōu)異的、以往的丙烯酸樹脂光纖維所無法達到的輸送近紅外線的傳輸特性，因而，上述公開公報所揭示的光纖維可用作短距離通訊用的塑料光纖維。然而，含氟聚合物光纖維比起石英及丙烯酸樹脂來，其質(zhì)柔軟、易于作塑性變形。因此，要將含氟聚合物光纖維的端面研磨成平滑面比起石英及丙烯酸樹脂研磨得出平滑面更為困難。另外，在對含氟聚合物光纖維進行研磨之時，還會產(chǎn)生研磨劑嵌埋入樹脂表面的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種對由含氟聚合物等的塑料材料組成的塑料光纖維端面容易進行平滑加工，以提高與光源和聚光鏡的結(jié)合效率的塑料光纖維端面的加工方法本發(fā)明者基于對上述問題的認識，進行了刻意的研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用可溶解上述塑料的溶劑，對由含氟聚合物等的塑料材料組成的塑料光纖維的頂端進行處理，由此容易將塑料光纖維端面加工成平滑表面，減少因其端面凹凸而產(chǎn)生的光散射損失及提高其與光源或聚光鏡的結(jié)合性能，提高結(jié)合效率。
即，本發(fā)明系一種塑料光纖維的加工方法，其特征在于在塑料光纖維的頂端部分的加工方法中，使用溶劑處理塑料光纖維的頂端部，由此將其端面加工成平滑的平面或曲面。
在本發(fā)明的塑料光纖維，其光纖維徑向橫切面的全部或一部分系由塑料材料構(gòu)成。因此，本發(fā)明的塑料光纖維既可以是僅由塑料材料組成的光纖維，也可以是例如以塑料材料為覆層材料、以石英為芯材的光纖維的、含有塑料材料的光纖維。另外，本發(fā)明的塑料光纖維既可以是折射率分布型光纖維，也可以是階梯折射率型的光纖維。
本發(fā)明可有效地使用于易發(fā)生塑性變形、在切斷時難以得到平滑的橫切面的塑料材料，也特別有效地適用于其塑料材料的至少一部分由含氟聚合物所組成的塑料材料。
在本發(fā)明中優(yōu)選使用的塑料光纖維為折射率分布型光纖維。作為折射率分布型光纖維，優(yōu)選的是由具有折射率差的基質(zhì)樹脂和擴散物質(zhì)組成、擴散物質(zhì)在基摶樹脂中的分布沿特定方向有濃度梯度的塑料光纖維。又，本發(fā)明中更加優(yōu)選的塑料光纖維是所述折射率分布型光纖維由以含氟聚合物作為上述基質(zhì)樹脂、以低分子量的含氟化合物作為上述擴散物質(zhì)的含氟塑料材料組成的折射率分布型光纖維。此時，含氟聚合物的數(shù)均分子量較好的是在10,000～5,000,000，更好的是在50,000～1,000,000的范圍。低分子量的含氟化合物的數(shù)均分子量較好的是在300～10,000，更好的是在300～5,000的范圍。所述的折射率分布型光纖維可根據(jù)特開平8-5848號等的公開公報得知。
在以下的說明中，說明塑料光纖維的塑料材料為含氟聚合物的情況。
本發(fā)明中，使用溶劑處理光纖維的頂端部，由此將其端面加工成平滑表面的機理未必清楚。然而，可以認為，所述端面因其溶解于溶劑中，或其端面由于溶劑而膨潤，由此形成了平滑表面。
作為本發(fā)明的端面加工方法，可以舉出將含氟聚合物浸漬于可能使其溶解的溶劑中的方法。使用切斷器等的工具切斷的光纖維前端浸漬于溶劑中，由蝕刻使橫切面的端面變平滑。在將含氟聚合物浸漬1～10分鐘的場合，可將切斷時的形狀幾乎保留原樣，而僅將端面部分作平坦化加工。另一方面，在將含氟聚合物浸漬10～60分鐘的場合，其頂端部分成為曲面，光纖維頂端可制成具聚焦鏡作用的球端狀纖維。作為切斷器，可以舉出由纖維的固定部分和具有銳利刀刃部分的切斷部構(gòu)成的切斷器。
再有，溶劑研磨也是一有效的方法。通常，在用于研磨石英纖維端面的研磨機上，使研磨砂布含水后進行研磨。本發(fā)明用溶劑代替水，使用浸含溶劑的研磨砂布。這里，所謂溶劑研磨即指，使用浸含溶劑的研磨砂布研磨光纖維端部的端面的方法。此時，作為所使用的研磨砂布可以利用各種非織造織物及氈布，聚氨酯織物等制的各種擦布等材料。其優(yōu)點是，不必特別含浸由無機微粒等材料組成的研磨劑。
本發(fā)明的端面加工方法中的處理溫度只要是可使溶劑成液狀的溫度即可，并無特別的限制。通?？梢圆捎贸亍?br> 本發(fā)明中，作為光纖維塑料材料的含氟聚合物，較好的是不具有C-H鍵的非結(jié)晶性含氟聚合物，更好的是其主鏈上具有環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物。作為其主鏈上具有環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物，較好的是具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)、含氟酰亞胺的環(huán)結(jié)構(gòu)、含氟三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)或含氟芳香族環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物。在具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物中，更好的是具有含氟脂肪族醚環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物。
具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物比起具有含氟酰亞胺的環(huán)結(jié)構(gòu)、含氟三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)或含氟芳香族環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物來，即使在受到如下所述的熱拉伸或熔融紡絲的纖維化加工時，其聚合物的分子也難于取向。其結(jié)果，也導致不會發(fā)生光的散射，所以，具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物為較理想的聚合物。
作為具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物，較好的是，聚合具有含氟環(huán)結(jié)構(gòu)的單體所得的含氟聚合物，及將具有至少二個可聚合雙鍵的含氟單體作環(huán)化聚合而制得的、其主鏈上具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。
具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的單體聚合所得的、其主鏈上具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物可從特公昭63-18964號公報等得知。即，可將全氟(2，2-二甲基-1，3-二惡茂)等的含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的單體單獨聚合，或使這些單體與四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟(甲基乙烯基醚)等的游離基聚合單體共聚，從而，得到其主鏈上具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。
又，具有至少二個可聚合雙鍵的含氟單體環(huán)化聚合所得的、其主鏈上具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物可從特開昭63-238111號公報及特開昭63-238115號公報等得知。即，可將全氟(烯丙基乙烯基醚)及全氟(丁烯基乙烯基醚)等的單體環(huán)化聚合?；蚴惯@些單體與四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟(甲基乙烯基醚)等的游離基聚合單體共聚，從而，得到其主鏈上具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。
又，將具有全氟(2，2-二甲基-1，3-二惡茂)等的含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的單體和具有全氟(烯丙基乙烯基醚)及全氟(丁烯基乙烯基醚)等的至少二個可聚合雙鍵的含氟單體共聚，從而，得到其主鏈上具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物。
作為上述具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物，具體地，可以舉出具有選自如下所述的(I)～(IV)式的重復單元的聚合物。另外，為提高折射率，這些具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物中的氟原子可以被一部分氯原子取代。
(在上述(I)～(IV)中，p為0～5，q為0～4，r為0～1，p+q+r為1～6，s、t、u分別為0～5，s+t+u為1～6，R為F或CF3，R1為F或CF3，R2為F或CF3，X1為F或Cl，X2為F或Cl。)具有含氟脂肪族環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物，合適的有在其主鏈上具有環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物，但是，從材料的透明性及其機械特性等方面來說，則較好的是具有上述環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合單位在20％(摩爾)以上，更好的是具有上述環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合單位在40％(摩爾)以上的聚合物。
作為本發(fā)明中所使用的溶劑，可以使用含氟有機化合物系的溶劑，特別是，可以使用全氟有機化合物系溶劑。如全氟己烷、全氟辛烷、全氟癸烷等的含氟烷類化合物；如全氟三丙胺、全氟三丁胺等的含氟三烷基胺化合物；如全氟(2-丁基四氫呋喃)等的含氟環(huán)狀醚化合物，如全氟苯等的含氟芳香族化合物等。也可并用這些溶劑的二種以上。
由于揮發(fā)性及含氟聚合物的溶解性不同，這些溶劑可根據(jù)不同的使用目的而分別使用。作為端面浸漬的蝕刻劑使用的場合，使用沸點較低的溶劑是有效的。此時，蝕刻速度比較快，且由于蝕刻后的干燥時間較短，所以較為有利。在用于研磨的方法中，以使用沸點較高的溶劑為宜，所述的溶劑在研磨中揮發(fā)較少。
本發(fā)明的光纖維端面的加工方法特別適用于對由含氟聚合物組成的光纖維的端面進行的處理。但也同樣適用于由其它材料組成的光纖維。作為如前所述的其它的光纖維材料，可以舉出如聚甲基丙烯酸甲酯系、聚苯乙烯系、聚碳酸酯系等。
實施例以下，就本發(fā)明的實施例作更具體的說明。但是，所作的說明并不是對本發(fā)明的限制，這是不言自喻的。
合成例1將全氟(丁烯基乙烯基醚)[PBVE]35g、離子交換水150g、及聚合引發(fā)劑((CH3)2CHOCOO)290mg，置于容量為200ml的耐壓玻璃制高壓反應(yīng)釜中。系統(tǒng)內(nèi)進行氮氣置換3次。然后，在40℃下懸浮聚合22小時。其結(jié)果，得到數(shù)均分子量約1.5×105的聚合物(以下，簡稱為聚合物A)28g。
聚合物A的固有粘度[μ]，在30℃的全氟(2-丁基四氫呋喃)[PBTHF]中為0.50。聚合物A的玻璃化溫度為108℃，室溫下呈堅硬的透明玻璃狀聚合物。又，其10％的熱分解溫度為465℃，溶解度參數(shù)為5.3(cal/cm3)1/2，折射率為1.34。
合成例2將全氟(2，2-二甲基-1，3-二噁茂)[PDD]和四氟乙烯按重量比80∶20作游離基聚合，得到玻璃化溫度160℃、數(shù)均分子量約為5×105的聚合物(以下，簡稱為聚物B)。聚合物B無色透明，折射率1.3，透光率高。
又將PDD和三氟氯乙烯(CTFE)按重量比75∶25作游離基聚合，得到玻璃化溫度150℃、數(shù)均分子量約為3×105的聚合物(以下，簡稱為聚合物C)。聚合物C無色透明，折射率1.4，透光率也高。
合成例3將PBVE8g、PDD2g、PBTHF10g及作為聚合引發(fā)劑的((CH3)2CHOCOO)220mg，置于其容量為50ml的耐壓玻璃制安瓿中。系統(tǒng)內(nèi)氮氣置換3次。然后，在40℃下聚合20小時。其結(jié)果，得到數(shù)均分子量約為2×105的透明聚合物(以下，簡稱為聚合物D)6.7g。
聚合物D的玻璃化溫度為157℃，折射率為1.32，從其IR光譜1930cm-1處吸收的吸光度求得PDD的聚合單位含量為12％(重量)。
實施例1將如上所含成的聚合物A溶解于PBTHF溶劑中，在其中添加折射率為1.52，與聚合物A的溶解度參數(shù)之差為3.2(cal/cm3)1/2的1，3-二溴四氟苯(DBTFB)12％(重量)得混合溶液。將該溶液脫去溶劑得透明的混合聚合物(以下稱聚合物E)。
將聚合物A熔融，在其中央注入熔融液的聚合物E，同時于300℃熔融紡絲，得到折射率從中心向周圍逐漸降低的光纖維。
用切刀將該光纖維切斷后，將其頂端浸漬于PBTHF中5分鐘。顯微鏡下觀察其端面，在蝕刻前存在的切刀的擦痕消失，變得平滑。
為評價該纖維端面的結(jié)合損失，作了下列評價。讓端面經(jīng)研磨而平滑化的石英纖維射出的光讓試驗纖維接受時測定光強度。這時緊挨著的光源側(cè)石英纖維的端面與試驗纖維的端面間的間隔為20μm。將纖維間相對位置一點一點移動，從光強度變得最高時的值求出結(jié)合損失為0.4dB。與之比較，測定不用溶劑蝕刻的場合，結(jié)合損失為2dB。
實施例2將如上所合成的等量的聚合物B和聚合物C溶解于PBTHF溶劑中，對該混合物作脫溶劑處理，得到透明的聚合物混合物(B+C)。熔融聚合物B，在其內(nèi)側(cè)注入熔融的聚合物混合物(B+C)，再在其中心注入熔融的聚合物C，同時，由熔融紡絲法制得其折射率自其中心部向其外周部漸次降低的光纖維。
用切刀將該光纖維切斷后，將其頂端浸漬于PBTHF中5分鐘。顯微鏡下觀察其端面，在蝕刻之前所存在的切刀的擦痕消失，其端面變得平滑。
以與實施例1同樣的方法對該纖維進行評價，纖維端面造成的結(jié)合損失為0.4dB。
實施例3除了使用數(shù)均分子量為800的CTFE低聚物30％(重量)以取代12％(重量)的DBTFB之外，其它以如同實施例1的方法制得光纖維。該低聚物的折射率為1.41，與聚合物A的溶解度參數(shù)的差為1.4(cal/cm2)1/2。所制得的光纖維的折射率自其中心部向其外周部漸次低下。
用切刀將該光纖維切斷后，將其項端浸漬于PBTHF中5分鐘。顯微鏡下觀察其端面，在蝕刻之前所存在的切刀的擦痕消失，其端面變得平滑。
以與實施例1同樣的方法對該纖維進行評價，纖維端面造成的結(jié)合損失為0.4dB。
實施例4以熔融紡絲法制得其芯為聚合物D、其覆層為聚合物A的光纖維。用切刀將該光纖維切斷后，將其頂端浸漬于PBTHF中3分鐘。其結(jié)果，該纖維的頂端成為光滑的球面?？梢源_認，從所述的纖維射出的光對受光元件具有優(yōu)異的聚光性。
實施例5以熔融紡絲法制得其芯為聚合物D、其覆層為聚合物A的光纖維。用切刀將該光纖維切斷后，以全氟三丁胺作為研磨溶劑，用研磨砂布研磨其端面。顯微鏡下觀察其端面，在蝕刻之前所存在的切刀的擦痕消失，其端面變得平滑。
使用該纖維進行如同實施例1的評價，求得由纖維端面造成的結(jié)合損失為0.4dB。
發(fā)明效果用溶劑處理由含氟聚合物等組成的塑料光纖維的頂端，由此，可將纖維切斷面加工成平滑的平面或球狀等曲面，在從LD(激光二極管)、LED(發(fā)光二極管)等的光源對光纖維照射光，或從光纖維對PD(光二極管)等的受光元件發(fā)射光時，可以簡便地提高結(jié)合效率。
權(quán)利要求
1.一種塑料光纖維的加工方法，其特征在于在塑料光纖維的頂端部分的加工方法中，使用溶劑處理塑料光纖維的頂端部，由此將其端面加工成平滑的平面或曲面。
2.如權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，光纖維頂端部的端面系用切斷器切斷塑料光纖維而形成的切斷面。
3.權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，將塑料光纖維頂端部浸漬于溶劑中。
4.權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，用溶劑研磨處理塑料光纖維頂端部的端面。
5.如權(quán)利要求4所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，使用含浸有溶劑的研磨材料進行溶劑研磨。
6.如權(quán)利要求5所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，含浸有溶劑的研磨材料不含有由無機微粒組成的研磨劑。
7.權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，用溶劑在常溫下處理塑料光纖維頂端部。
8.如權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，所述的塑料光纖維為折射率分布型光纖維。
9.如權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，所述的塑料光纖維為階梯折射率型的光纖維。
10.如權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，塑料光纖維的塑料材料為含氟聚合物。
11.如權(quán)利要求1所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，塑料光纖維的塑料材料為含氟聚合物，且，所述溶劑為含氟有機化合物系溶劑。
12.如權(quán)利要求11所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，所述含氟有機化合物系溶劑為全氟有機化合物系溶劑。
13.如權(quán)利要求10所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，所述含氟聚合物為不含有C-H鍵的非結(jié)晶性含氟聚合物。
14.如權(quán)利要求13所述的塑料光纖維的加工方法，其特征在于，所述非結(jié)晶性含氟聚合物為其主鏈上具有環(huán)結(jié)構(gòu)的含氟聚合物。
15.由權(quán)利要求1～14之任一項所述的加工方法制得的塑料光纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種塑料光纖維端面的加工方法,該方法系使由含氟聚合物等組成的塑料光纖維的端面形成平滑面或曲面,以提高其與光源或聚光鏡的結(jié)合效率。本發(fā)明在塑料光纖維的頂端部的加工方法中,是使用溶劑處理塑料光纖維的頂端部,由此將其端面加工成平滑的平面或球面。
文檔編號G02B6/02GK1191798SQ9810540
公開日1998年9月2日 申請日期1998年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者小池康博, 今井元, 杉山德英, 波多野弘 申請人:小池康博, 富士通株式會社, 旭硝子株式會社