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CN110963698A - 光纤的制造方法 - Google Patents

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CN110963698A
CN110963698A CN201910918654.5A CN201910918654A CN110963698A CN 110963698 A CN110963698 A CN 110963698A CN 201910918654 A CN201910918654 A CN 201910918654A CN 110963698 A CN110963698 A CN 110963698A
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ultraviolet
oxygen concentration
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岩口矩章
奥山玄稀
藤井隆志
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

一种光纤的制造方法,其制造具备玻璃纤维、以及与玻璃纤维接触并覆盖玻璃纤维的被覆树脂层的光纤,包括:使紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加的步骤、将溶解氧浓度增加了的紫外线固化型树脂组合物涂布在玻璃纤维上的步骤、以及向涂布在玻璃纤维上的紫外线固化型树脂组合物照射紫外线以使紫外线固化型树脂组合物固化的步骤。

Description

光纤的制造方法
技术领域
本公开涉及光纤的制造方法。
本申请要求基于2018年9月27日提交的日本专利申请第2018-182358号的优先权,并引用上述日本申请中所记载的全部内容。
背景技术
JP2012-136401A公开了一种树脂被覆光纤,其具备由芯及包层构成的玻璃光纤、以及包覆玻璃光纤的被覆树脂层。被覆树脂层具有由紫外线固化性树脂构成的初级层及次级层。初级层由内层及外层这2层构成。在该树脂被覆光纤中,通过提高内层的杨氏模量,从而抑制玻璃光纤的断裂。
JP2006-249265A公开了一种光纤被覆用液状固化型树脂组合物。若利用该树脂组合物在玻璃纤维上形成被覆膜,则能够提高玻璃纤维自身的强度。
发明内容
根据本公开的一个方面的光纤的制造方法为制造具备玻璃纤维、以及与玻璃纤维接触并覆盖玻璃纤维的被覆树脂层的光纤的制造方法,其包括:使紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加的步骤、将溶解氧浓度增加了的紫外线固化型树脂组合物涂布在玻璃纤维上的步骤、以及向涂布在玻璃纤维上的紫外线固化型树脂组合物照射紫外线以使紫外线固化型树脂组合物固化的步骤。
附图简要说明
以下通过参照附图对本发明优选实施方式的详细说明,从而将更好地理解上述内容及其他目的、方面和优点,其中:
图1是表示根据一个实施方式的光纤的构成的剖面图。
图2是表示根据一个实施方式的光纤制造方法的流程图。
具体实施方式
[本公开所要解决的课题]
如上所述,若使用特定的树脂组合物,则制造步骤倾向于复杂化。
因此,本公开的目的在于提供一种在不使用特定树脂组合物的情况下可提高光纤强度的光纤的制造方法。
[本公开的效果]
根据本公开,能够提供一种在不使用特定树脂组合物的情况下可提高光纤强度的光纤的制造方法。
[本公开的实施方式的说明]
首先,将列出并说明本申请发明的实施方式。根据本公开的一个方面的光纤的制造方法为制造具备玻璃纤维、以及与玻璃纤维接触并覆盖玻璃纤维的被覆树脂层的光纤的制造方法,其包括:使紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加的步骤、将溶解氧浓度增加了的紫外线固化型树脂组合物涂布在玻璃纤维上的步骤、以及向涂布在玻璃纤维上的紫外线固化型树脂组合物照射紫外线以使紫外线固化型树脂组合物固化的步骤。
在根据上述实施方式的光纤的制造方法中,使紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加,并且使用溶解氧浓度增加了的紫外线固化型树脂组合物来形成被覆树脂层。根据本发明人的研究,已经发现,这样通过使用溶解氧浓度增加了的紫外线固化型树脂组合物来形成被覆树脂层,从而可提高光纤的强度。因此,根据上述实施方式所涉及的光纤的制造方法,能够在不使用特定树脂组合物的情况下提高光纤强度。
在一个实施方式中,在使溶解氧浓度增加的步骤中,可以使溶解氧浓度增加至1.1倍以上。
在一个实施方式中,在使溶解氧浓度增加的步骤中,可以使溶解氧浓度增加至1.1倍以上8.5倍以下。
[本公开实施方式的详细说明]
以下,参照附图来详细说明根据本公开实施方式的光纤制造方法的具体例子。需要说明的是,本发明不限于这些示例,而是由权利要求的范围表示,并且旨在包括在与权利要求范围等同的含义及范围内的所有修改。以下说明中,在附图说明中,对相同的要素标注相同的符号,并省略重复的说明。
(光纤)
图1是表示根据一个实施方式的光纤的构成的剖面图。在图1中,示出了垂直于光纤1的中心轴方向(光轴方向)的截面。如图1所示,本实施方式的光纤1具备:作为光传输体的玻璃纤维10、以及与玻璃纤维10接触并覆盖玻璃纤维10的被覆树脂层20。
玻璃纤维10具备:芯12、以及包覆芯12的包层14。玻璃纤维10是玻璃制的部件,例如由二氧化硅(SiO2)玻璃构成。玻璃纤维10传输被导入至光纤1中的光。芯12(例如)设置在包括玻璃纤维10的中心轴线的区域中。芯12由(例如)纯SiO2玻璃、或者含有GeO2和/或氟元素等的SiO2玻璃构成。包层14设置在围绕芯12的区域中。包层14的折射率低于芯12的折射率。包层14由(例如)纯SiO2玻璃、或者添加有氟元素的SiO2玻璃构成。
被覆树脂层20是对包层14进行包覆的紫外线固化型树脂层。被覆树脂层20具备:覆盖玻璃纤维10的外周的初级树脂层22、以及覆盖初级树脂层22的外周的次级树脂层24。初级树脂层22与包层14的外周面接触并且包覆整个包层14。次级树脂层24与初级树脂层22的外周面接触并且包覆整个初级树脂层22。初级树脂层22的厚度例如为10μm以上50μm以下。次级树脂层24的厚度例如为10μm以上40μm以下。被覆树脂层20可以进一步具备覆盖次级树脂层24的外周的着色树脂层。
初级树脂层22及次级树脂层24是通过使(例如)包含低聚物、单体及光聚合引发剂(反应引发剂)的紫外线固化型树脂组合物固化而形成的。
作为低聚物,可以使用氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、环氧(甲基)丙烯酸酯或它们的混合物。作为氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯,可以使用通过使多元醇化合物、多异氰酸酯化合物以及含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物反应而得到的物质。
作为多元醇化合物,可以使用聚丁二醇、聚丙二醇、双酚A-环氧乙烷加成二醇等。作为多异氰酸酯化合物,可以使用2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯等。作为含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物,可以使用(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丁酯、1,6-己二醇单(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等。
作为单体,可以使用具有一个可聚合基团的单官能单体、或者具有两个以上可聚合基团的多官能单体。单体也可以两种以上混合使用。
作为单官能单体,例如,可列举出:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸仲丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸正戊酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸壬基酚聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸壬基苯氧基聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯等(甲基)丙烯酸酯类单体;(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸二聚物、(甲基)丙烯酸羧基乙酯、(甲基)丙烯酸羧基戊酯、(甲基)丙烯酸ω-羧基-聚己内酯等含羧基的单体;3-(3-吡啶基)丙基(甲基)丙烯酸酯、N-丙烯酰基吗啉、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、N-丙烯酰基哌啶、N-甲基丙烯酰基哌啶、N-丙烯酰基吡咯烷等含杂环的(甲基)丙烯酸酯;马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺等马来酰亚胺系单体;(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N-己基(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-丁基(甲基)丙烯酰胺、N-丁基(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基丙烷(甲基)丙烯酰胺等N-取代酰胺系单体;(甲基)丙烯酸氨基乙酯、(甲基)丙烯酸氨基丙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸叔丁基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸氨基烷基酯系单体;N-(甲基)丙烯酰氧基亚甲基琥珀酰亚胺、N-(甲基)丙烯酰基-6-氧基六亚甲基琥珀酰亚胺、N-(甲基)丙烯酰基-8-氧基八亚甲基琥珀酰亚胺等琥珀酰亚胺系单体。
作为多官能单体,例如,可列举出:乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧烷加合物的二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、羟基新戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,12-十二烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,14-十四烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,16-十六烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,20-二十烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、异戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-乙基-1,8-辛二醇二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的EO加合物二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基辛烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷聚乙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷聚丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷聚乙氧基聚丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三[(甲基)丙烯酰氧基乙基]异氰脲酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇聚乙氧基四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇聚丙氧基四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二三羟甲基丙烷四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、以及己内酯改性三[(甲基)丙烯酰氧基乙基]异氰脲酸酯。
作为光聚合引发剂,可以从公知的自由基光聚合引发剂当中适当选择并使用。作为光聚合引发剂,例如,可列举出:1-羟基环己基苯基酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基-丙烷-1-酮(Irgacure 907,BASF公司制)、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(Irgacure TPO,BASF公司制)以及双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(Irgacure 819,BASF公司制)。光聚合物引发剂可以混合两种以上使用,但优选至少包含2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦。
(光纤制造方法)
图2是表示根据一个实施方式的光纤制造方法的流程图。如图2所示,根据本实施方式的光纤1的制造方法包括浓度增加步骤S1、涂布步骤S2和照射步骤S3。
首先,在浓度增加步骤S1中,使用于形成被覆树脂层20的紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加。具体而言,使用于形成初级树脂层22的第1紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度、以及用于形成次级树脂层24的第2紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度当中的至少一者增加。作为使溶解氧浓度增加的方法,可列举出(例如)采用空气或高浓度氧气对目标树脂组合物(树脂液)进行加压的方法、将空气或高浓度氧气吹入到树脂组合物中的鼓泡方法。在鼓泡方法中,当加热树脂组合物时,容易在树脂组合物中形成气泡(鼓泡)。然而,当树脂组合物的温度变高时,氧的溶解度减少,因而例如可以在不加热树脂组合物的情况下在室温(20℃至30℃)下实施鼓泡方法。
在浓度增加步骤S1中,使用于形成被覆树脂层20的紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加至浓度增加步骤S1前的1.1倍以上8.5倍以下。具体而言,使第1紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度以及第2紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度当中的至少一者增加至浓度增加步骤S1前的1.1倍以上8.5倍以下。增加前的溶解氧浓度可以为5mg/L左右。通过使溶解氧浓度增加至1.1倍以上,优选增加至1.2倍以上,更优选增加至1.4倍以上,从而可提高光纤1的强度。另外,通过使溶解氧浓度增加至8.5倍以下,优选增加至8倍以下,更优选增加至7倍以下,从而可抑制被覆树脂层20的固化程度的降低。若被覆树脂层20的固化程度降低,则在卷取光纤1时,被覆树脂层20有时会发生剥离,或者发生撕裂。
在浓度增加步骤S1之后的涂布步骤S2中,将在浓度增加步骤S1中已使溶解氧浓度增加了的紫外线固化型树脂组合物涂布在玻璃纤维10上。具体而言,将在浓度增加步骤S1中已使溶解氧浓度增加了的第1紫外线固化型树脂组合物涂布在玻璃纤维10的表面上,形成由第1紫外线固化型树脂组合物构成的第1层(对应于固化后的初级树脂层22的层)。随后,将在浓度增加步骤S1中已使溶解氧浓度增加了的第2紫外线固化型树脂组合物涂布在第1层的表面上,形成由第2紫外线固化型树脂组合物构成的第2层(对应于固化后的次级树脂层24的层)。
在涂布步骤S2之后的照射步骤S3中,对涂布在玻璃纤维10上的紫外线固化型树脂组合物照射紫外线,以使该紫外线固化型树脂组合物固化。具体而言,对涂布在玻璃纤维10上的第1层和第2层照射紫外线,以使第1紫外线固化型树脂组合物和第2紫外线固化型树脂组合物固化。由此,得到了具备玻璃纤维10、将第1层固化而成的初级树脂层22、以及将第2层固化而成的次级树脂层24的光纤1。作为紫外线光源,例如使用了紫外线LED、紫外线灯。紫外线的波长区域为(例如)290nm至390nm(UVA、UVB范围)。紫外线的照度为(例如)300mW/cm2以上1000mW/cm2以下。紫外线的照射时间为(例如)1秒以下。紫外线在(例如)氮气氛等惰性气体气氛中进行照射。
通过上述步骤S1至S3,从而在不使用特定树脂组合物的情况下得到了强度得以提高的光纤1。
[实施例]
以下,列举出实施例来更具体地说明本发明,但本发明并不限于下述的实施例。
(实施例1)
作为浓度增加步骤,在室温下分别对用于形成初级树脂层的第1紫外线固化型树脂组合物、以及用于形成次级树脂层的第2紫外线固化型树脂组合物实施鼓泡方法。第1紫外线固化型树脂组合物是通过将70质量份的作为低聚物的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、27质量份的作为单体的EO改性壬基酚丙烯酸酯、2.0质量份的作为光聚合引发剂的2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、以及1.0质量份的作为硅烷偶联剂的3-巯基丙基三甲氧基硅烷混合来进行制备的。关于第2紫外线固化型树脂组合物,次级树脂层用的树脂组合物是通过将50质量份的作为低聚物的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、28质量份的环氧丙烯酸酯、20质量份的作为单体的丙烯酸异冰片酯、以及2.0质量份的作为光聚合引发剂的2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦混合来进行制备的。
将连接到空气配管的喷嘴插入至储存各树脂组合物的容器中,在室温(25℃)环境下向各树脂组合物中供给空气。由此,使各树脂组合物中的溶解氧浓度增加至鼓泡前的1.5倍。各树脂组合物中的溶解氧浓度通过鼓泡的实施时间来进行调整。在溶解氧浓度的测定中,使用了用于有机溶剂的氧浓度计。在将用于有机溶剂的氧浓度计插入各树脂组合物中以后,将数值稳定时的数值作为溶解氧浓度。鼓泡后的溶解氧浓度在进行搅拌脱泡以除去了目视可见的气泡的状态下进行测定。
接下来,作为涂布步骤,使用溶解氧浓度已增加了的第1紫外线固化型树脂组合物,在由芯和包层构成的直径125μm的玻璃纤维的外周形成厚度32.5μm的第1层,进一步地,使用溶解氧浓度已增加了的第2紫外线固化型树脂组合物在第1层的外周形成厚度27.5μm的第2层。
然后,作为照射步骤,在氮气气氛中以照度300mW/cm2、照射时间0.1秒的方式照射紫外线以使第1层及第2层固化,从而形成由初级树脂层及次级树脂层构成的被覆树脂层。紫外线的照度通过使用紫外线强度计(测定波长区域290nm至390nm(UVA、UVB区域))来进行测定。
(实施例2)
除了在浓度增加步骤中使各树脂组合物中的溶解氧浓度增加至鼓泡前的1.7倍以外,在与实施例1相同的条件下制造了光纤。
(实施例3)
除了在浓度增加步骤中使各树脂组合物中的溶解氧浓度增加至鼓泡前的2.3倍以外,在与实施例1相同的条件下制造了光纤。
(实施例4)
除了在浓度增加步骤中使各树脂组合物中的溶解氧浓度增加至鼓泡前的3.3倍以外,在与实施例1相同的条件下制造了光纤。
(实施例5)
除了在浓度增加步骤中使各树脂组合物中的溶解氧浓度增加至鼓泡前的5倍以外,在与实施例1相同的条件下制造了光纤。
(实施例6)
除了在浓度增加步骤中使各树脂组合物中的溶解氧浓度增加至鼓泡前的8倍以外,在与实施例1相同的条件下制造了光纤。
(比较例1)
除了不实施浓度增加步骤、而是加热各树脂组合物以使各树脂组合物中的溶解氧浓度减少为加热前的0.8倍以外,在与实施例1相同的条件下制造了光纤。
对于实施例1至6以及比较例1的光纤,测定了玻璃强度的增加量以及凝胶分数的减少量。关于玻璃强度的增加量,将其设为有无溶解氧浓度增加步骤时的玻璃强度之差,并通过分别测定有无溶解氧浓度增加步骤时的玻璃强度来求得。关于玻璃强度,将其设为被试验光纤的一半发生断裂时的强度即50%强度,并通过在25mm/分钟的拉伸速度下进行各个被试验光纤的拉伸试验来进行测定。关于凝胶分数,通过将其设为使光纤浸渍在60℃的甲基乙基酮(MEK)中17小时后光纤的重量减少率((浸渍前的光纤重量-浸渍后的光纤重量)/浸渍前的光纤重量×100)来算出。凝胶分数的减少量可用作固化程度的减少量的指标。
表1中示出了实施例1至6以及比较例1的溶解氧浓度比(鼓泡后的溶解氧浓度相对于鼓泡前的溶解氧浓度的比率)、玻璃强度的增加量、以及凝胶分数的减少量。
表1
Figure BDA0002216934240000101
在实施例1中,玻璃强度增加了0.2kgf,凝胶分数未减少。在实施例2中,玻璃强度增加了0.2kgf,凝胶分数未减少。在实施例3中,玻璃强度增加了0.3kgf,凝胶分数未减少。在实施例4中,玻璃强度增加了0.3kgf,凝胶分数未减少。在实施例5中,玻璃强度增加了0.6kgf,凝胶分数减少了1%。在实施例6中,玻璃强度增加了0.05kgf,凝胶分数减少了10%。在比较例1中,玻璃强度未增加,凝胶分数未减少。

Claims (3)

1.一种光纤的制造方法,其制造具备玻璃纤维、以及与所述玻璃纤维接触并覆盖所述玻璃纤维的被覆树脂层的光纤,包括:
使紫外线固化型树脂组合物的溶解氧浓度增加的步骤、
将溶解氧浓度增加了的所述紫外线固化型树脂组合物涂布在所述玻璃纤维上的步骤、以及
向涂布在所述玻璃纤维上的所述紫外线固化型树脂组合物照射紫外线以使所述紫外线固化型树脂组合物固化的步骤。
2.根据权利要求1所述的光纤的制造方法,其中,在使所述溶解氧浓度增加的步骤中,使所述溶解氧浓度增加至1.1倍以上。
3.根据权利要求1所述的光纤的制造方法,其中,在使所述溶解氧浓度增加的步骤中,使所述溶解氧浓度增加至1.1倍以上8.5倍以下。
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