CN102077123A - 侧面发光光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种侧面发光光纤(1)，其具有含有第一光散射剂(4)的芯(2)和总体上与所述芯同心设置并含有第二光散射剂(5)的包层，使得所述包层(3)在550nm的波长下的光透射比在70-90％的范围内。

Description

侧面发光光纤
技术领域
本发明涉及一种侧面发光光纤，其可适用于，例如，作为车辆、建筑等的辅助性侧面照明。
背景技术
作为增加非定向侧面发光型塑性光纤的侧面发光亮度的一种方法，已知的方法是通过向包层添加微量的二氧化钛和改变二氧化钛的含量来控制侧面发光亮度和侧面发光亮度的衰退率(例如，见2003年3月10日公布的日本专利No.3384396)。
作为增加非定向侧面发光型塑性光纤的侧面发光亮度的另一种方法，已知的方法是通过将光散射剂添加到芯并且改变光散射剂的含量来控制侧面发光亮度(例如，见2000年5月12日公布的日本专利公布No.2000-131529)。
但是，当在光纤中将二氧化钛添加到包层时，如果由于震动等在芯/包层交界处发生层分离，则在分离的区域光散射降低，这会引起所谓的“暗缺陷”的出现，导致纤维的外观缺陷。
另一方面，当在光纤中将光散射剂添加到芯时，由于不仅在芯/包层交界处而且在芯中发生光散射，因此在芯/包层交界处的层分离不大可能引起所谓的“暗缺陷”的出现，所以纤维外观可保持在良好状态。但是，对于这种光纤，由于包层不含光散射剂并且是透明的，因此，如果在包层表面上产生划痕，则所述划痕可能强烈地散射光，发生所谓的“亮点”，这又导致纤维的外观缺陷。
发明内容
在本发明的一方面，提供了一种侧面发光光纤，其包括含有第一光散射剂的芯和总体上与所述芯同心设置并含有第二光散射剂的包层，其中所述包层在550nm的波长下的光透射比在70-90％的范围内。通常，即使在芯/包层交界处存在层分离或在包层表面上存在划痕，这些缺陷也变得不明显且能够获得良好的外观和特性。
通常，本文描述的侧面发光光纤展现出不会明显地被芯/包层交界处的可能的层分离或包层表面上可能的划痕所影响的良好的外观和特性。
附图说明
图1是显示根据本发明的一个实施例的侧面发光光纤的截面图；
图2是用于解释将图1中显示的侧面发光光纤应用于车辆的示图；
图3是用于解释用于测量光透射比的方法的示图；和
图4是用于解释用于测量侧面发光亮度的方法的示图。
具体实施方式
参照图1，发光光纤1具有芯2和总体上与芯2同心地设置的包层3。芯2和包层3分别含有光散射剂4和5。光纤1可由光源(未示出)(例如，发光二极管(LED)或激光器)通过所述光纤的至少一端供应光，从而可从其侧面发射光。根据其应用，光纤1的长度可为5m或更长。
作为典型实例，树脂发光光纤1可含有由丙烯酸类树脂形成的芯2和由氟树脂形成的包层3。可应用于芯2和包层3的树脂材料并不受特别的限制，只要芯2的折射率大于包层3的折射率即可。由于树脂发光光纤1是高度柔性的，因此其提供高的处理自由度，并且可沿任意方向弯曲。因此，根据路径的布局，发光光纤1可采取各种形式，例如，直线形式、弯曲形式等。
发光光纤的尺寸不限于特定的尺寸，而是可为任何尺寸，只要其可由树脂形成即可。发光光纤1的典型尺寸可包括外径为3.5mm的尺寸。也可稳定地加工几毫米至几十毫米的外径。
参照图2，作为典型应用，本文描述的示例性发光光纤被应用于车辆的辅助照明。如图2所示，例如，图1的发光光纤1可被设置在仪表板6、门板7或扶手箱8各自的附近，作为辅助照明。虽然未示出，但是发光光纤1也可用作帷幕灯、地图灯或室灯。还可将其用于外部装饰应用。除了车辆应用之外，发光光纤1的应用包括广告牌、橱窗、陈列窗等。如以下将要详细描述的，即使存在层分离或划痕，发光光纤1也能提供良好的外观。
以下更详细地描述本文所述的示例性发光光纤的构造。如图1所示，光纤1具有芯2和包层3，它们分别含有添加到它们的特定量的光散射剂4、5。如本文所用，“光散射剂”指能够散射所使用的光源的光的物质，并且其材料或形状不被特别限定。分别被包含于芯2和包层3中的光散射剂4和5可具有相同或不同的材料、形状或尺寸。可将两种或更多种材料用作光散射剂4或5。
在示例性光纤1中，调整包层3在所用光源的光的波长下的光透射比。例如，将在波长为550nm时的光透射比调整为70-90％。光透射比的这种调整可受(例如)包层3的材料、包层3的厚度或除包层3中含有的光散射剂之外的其它添加剂的添加的影响，这种调整的方法不被特别限制。当包层3的透射率增加并且包层3的光透射比高于90％时，包层3的表面上的划痕变得明显。在光透射比不高于90％的情况下，小的划痕(例如通过磨损形成的那些)变得不明显，并且在普通使用状态下用裸眼几乎不可见。在光透射比不高于85％或不高于83％的情况下，包层3的表面上的划痕变得更加不可见。另一方面，当包层3的光透射比小于70％时，如果在芯2和包层3之间产生层分离，则分离的部分和其它部分的光散射和透射率的差变得更大，且分离的部分变得更明显。在光透射比不低于70％的情况下，分离的部分变得更不明显，并且在普通使用状态下裸眼几乎不可见。在光透射比不低于73％或不低于75％的情况下，分离的部分变得更加不可见。另外，通过将特定量的光散射剂4添加到芯2，可防止在芯/包层界面处的分离部分的光散射的降低(被称为暗缺陷)，通过将特定量的光散射剂5添加到包层3，可防止由于包层表面上存在划痕而导致的强的光散射(被称为亮点)。
如以上已经描述，在芯2中含有的光散射剂4的材料不被特别地限制，但是当芯2由丙烯酸类树脂形成时，光散射剂4可为硅树脂颗粒或二氧化钛颗粒。尤其是当硅树脂颗粒用作光散射剂4时，在制备工艺中，丙烯酸单体可与光散射剂混合，并且可聚合以获得芯2。在这种情况下，由于硅树脂颗粒不容易沉淀，因此可保持良好的分散性，并且光散射剂4可均匀地分散于芯2中。
芯2中含有的光散射剂4的量可在0.0005-0.1质量％的范围内，或在0.0008-0.08质量％的范围内，或0.001-0.005质量％的范围内。当芯2含有0.005质量％或更多的光散射剂时，在芯/包层界面处的层分离部分可有效地被制为更不明显。当含有0.008质量％或更多，或0.01质量％或更多的光散射剂时，这种效果变得更明显，并且层分离部分可被进一步制为更不明显。另一方面，当芯2中含有的光散射剂4的量超过0.1质量％时，在光源附近的侧面发光的亮度变得非常强，结果更远离光源的侧面发光的亮度显著地下降。包层3中含有的光散射剂5的材料不被特别限制，但是当包层3由氟树脂形成时，光散射剂5优选地为(例如)氧化锌颗粒。
除丙烯酸类树脂之外，可应用于芯2的树脂材料的实例可包括聚碳酸酯(PC)、亚乙基-降冰片烯聚合物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物(SEBS)等。丙烯酸类树脂可包括均聚物或共聚物，所述均聚物通过选自丙烯酸和甲基丙烯酸的一种单体和它们的一元醇酯基的聚合反应而形成，所述共聚物通过两种或更多种单体的共聚合反应而形成。
除了氟树脂之外，可应用于包层3的树脂材料的实例可包括硅树脂聚合物。具体地讲，实例包括硅树脂聚合物，例如聚二甲基硅氧烷聚合物、聚甲基苯基硅氧烷聚合物；聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯全氟烷氧基乙烯(PFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、四氟乙烯乙烯共聚物(ETFE)、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、偏氟乙烯(fluorovinylidene)三氟乙烯氯化物共聚物、偏氟乙烯六氟乙烯共聚物、偏氟乙烯六氟乙烯四氟乙烯三元共聚物等。
除了上述硅树脂颗粒和氧化锌颗粒之外，芯2和包层3中含有的光散射剂4、5的实例包括有机聚合物颗粒，例如聚苯乙烯树脂颗粒；例如氧化铝颗粒的金属氧化物颗粒、氧化硅颗粒；氟化物颗粒、碳酸盐颗粒。这些颗粒可单独使用或结合它们的两种或更多种使用。光散射剂的平均粒度在0.1-30微米的范围内，优选地在1-15微米。如果平均粒度大于30微米，则在固化期间颗粒趋于沉淀，并且光散射性能变差。如果平均粒度小于约0.1微米，则可见光散射对波长的依赖变明显，从而短波长光(蓝光)的散射更强，长波长光(红光)仅轻微地散射。
根据本发明的实施例制造光纤的方法不受特别地限制。例如，挤出成形方法可用于在高温下将具有混合于其中的光散射剂5的包层材料挤成管状形式，然后将其冷却以形成包层3。然后，具有流态化状态的光散射剂的芯树脂材料可被注入和填充到包层3的中空的管中，然后可被加热以硬化所述芯树脂材料。
作为另一制造方法，还可以使用共挤出法，例如，当管状包层材料被挤出成形时，芯树脂材料被同时挤出到被挤出的中空包层中。在这种方法中，光散射体可以按照长的长度持续地制造。
接着，将参照特定实例描述本发明。应当理解，这些实例仅是示例性的，并且不意图限制本发明的范围。
实例1
1.制备包层
100质量份的四氟乙烯六氟丙烯共聚物(FEP)(以商标名“FEP-100J”得自Du Pont Mitsui Fluorochemicals Co.，Tokyo，Japan)和用10质量％的氧化锌分散的1质量份的FEP树脂(以商标名“FCMSM1109-White(D)”得自Dainichiseika Color & Chemicals Co.，Tokyo，Japan)被置于容器中，并且通过手摇混合1分钟。所得混合物利用挤出器被挤出，所述模具被加热至约395℃，挤出速度为约3毫米/分钟，然后挤出的模型用水进行冷却。因此获得外径为3.25mm、厚度为0.25mm的管状包层。在该包层中含有作为光散射剂5的约0.099质量％的氧化锌。由此制备的所述包层在550nm的光波长下的光透射比为80％。以下描述测量光透射比的方法。
2.制备芯
芯2的制备如下：通过将10质量份的甲基丙烯酸羟乙酯、75质量份的异丁烯酸正丁酯、25质量份的甲基丙烯酸-2-乙基己酯、1质量份的三亚乙基乙二醇甲基丙烯酸酯用搅拌棒混合1分钟以制备单体混合物溶液。对于这种混合物溶液，添加0.0065质量％的有机硅树脂颗粒(以商标名“TP-120”(平均粒度：2微米)得自Momentive Performance Co.，Tokyo，Japan)作为光散射剂4，并搅拌约30分钟，从而得到分散体。然后，添加作为聚合反应引发剂的2质量％的过氧化月桂酰，并搅拌约30分钟，以溶解所述引发剂并获得芯前体溶液。
从管状包层3(以上描述)的一端，在室温下注入芯前体溶液。然后，一端被密封，并在压力下从另一端施加空气，包层3从所述密封的一端顺序地被置于约90℃的水中，保持约20分钟，以通过热聚合反应形成固态芯。在芯注入的过程中，由于膨胀，所得侧面发光光纤1的外径为约3.5mm。
实例2
将75质量份的FEP(“FEP-100J”)和用10质量％的氧化锌分散的1质量份的FEP树脂(“FCMSM1109-White(D)”)混合，并将其形成为外径为3.25mm且厚度为0.25mm的管。据此，约0.132质量％的氧化锌被包含于该包层中作为光散射剂5。所得包层3在550nm的光波长下的光透射比为72％。芯2如实例1所述地制备，从而得到侧面发光光纤1。
实例3
将150质量份的FEP(“FEP-100J”)和用10质量％的氧化锌分散的1质量份的FEP树脂(“FCMSM1109-White(D)”)混合，并将其形成为外径为3.25mm且厚度为0.25mm的管。据此，约0.066质量％的氧化锌被包含于该包层中作为光散射剂5。由此制备的包层3在550nm的光波长下的光透射比为83％。芯2如实例1所述地制备，从而得到侧面发光光纤1。
实例4
将200质量份的FEP(“FEP-100J”)和用10质量％的氧化锌分散的1质量份的FEP树脂(“FCMSM1109-White(D)”)混合，并将其形成为外径为3.25mm且厚度为0.25mm的管。据此，约0.050质量％的氧化锌被包含于该包层2中作为光散射剂5。由此制备的包层3在550nm的光波长下的光透射比为86％。芯2如实例1所述地制备，从而得到侧面发光光纤1。
实例5
包层3如实例1所述地制备。芯2如实例1所述地制备，不同之处在于：将0.05质量％的有机硅树脂颗粒(“TP-120”)作为光散射剂4进行分散，从而得到侧面发光光纤1。
实例6
包层3如实例1所述地制备。芯2如实例1所述地制备，不同之处在于：将0.001质量％的有机硅树脂颗粒(“TP-120”)作为光散射剂4进行分散，从而得到侧面发光光纤1。
实例7
包层3如实例1所述地制备。将100质量份的FEP(“FEP-100J”)和用10质量％的氧化锌分散的1质量份的FEP树脂(“FCMSM1109-White(D)”)混合，然后利用挤出器挤出以形成外径为3.25mm且厚度为0.25mm的管状形状。据此，约0.099质量％的氧化锌被包含于该包层中作为光散射剂5。所得的包层在550nm的光波长下的光透射比为80％。芯2如实例1所述地制备，不同之处在于：将0.1质量％的有机硅树脂颗粒(“TP-120”)作为光散射剂4进行分散，从而得到侧面发光光纤1。
实例8
包层3如实例1所述地制备。芯2如实例1所述地制备，不同之处在于：将0.0005质量％的有机硅树脂颗粒(“TP-120”)作为光散射剂4进行分散，从而得到侧面发光光纤1。
比较例A
将50质量份的FEP(“FEP-100J”)和用10质量％的氧化锌分散的1质量份的FEP树脂(“FCMSM1109-White(D)”)混合，然后利用挤出器挤出以形成外径为3.25mm且厚度为0.25mm的管状形状。据此，约0.19质量％的氧化锌包含于该包层中作为光散射剂。所得的包层在550nm的光波长下的光透射比为65％。芯如实例1所述地制备，从而得到侧面发光光纤。
比较例B
FEP(“FEP-100J”)被利用挤出器挤出以形成外径为3.25mm且厚度为0.25mm的管状形状。所述包层不含光散射剂。所得的包层在550nm的光波长下的光透射比为93％。芯如实例1所述地制备，从而得到侧面发光光纤。
比较例C
不含光散射剂的包层如比较例2所述的制备，不同之处在于：不添加光散射剂。芯如比较例B所述地制备，不同之处在于：不添加有机硅树脂颗粒(“TP-120”)(即，光散射剂)。所得的侧面发光光纤在芯或包层中均不含光散射剂。
实例1-8和比较例A-C的侧面发光光纤的光透射比的测量通过如图3所示的方法完成。通过利用分光光度计(以商标名“U-4100”得自Hitachi Co.，Tokyo，Japan)(其单元长度为10.0mm、扫描速度为300nm/分钟、采样间隔为0.50nm、狭缝为5.00nm)完成包层3的光透射比的测量。通过将波长为550nm的入射光导向至切割为薄膜形的包层3的前表面，且通过利用积分球10检测透射到包层3的后表面的透射光来完成测量。以下表1中针对每个实例显示了包层在550nm的波长下的光透射比。
实例1-8和比较例A-C的亮度的测量通过如图4所示的方法完成。由于太弱的侧面亮度不好实践，因此测量限于6坎德拉或更高的侧面亮度。如图4所示，LED光源(以商标名“NSPW 300CS”得自Nichia Co.，Anan，Japan)11光学连接至光纤的一端，并且利用(彩色)亮度计(以商标名“CS-100”得自Minolta Co.，Tokyo，Japan)12测量距离光源30cm的点处的侧面亮度。以下表1中针对每个光纤显示了与光源11相距30cm的距离处的侧面亮度。
实例1-8和比较例A-C的光纤的外观被评估。有意地在每个光纤上形成“层分离”和“划痕”。“层分离”的形成如下：通过将样品置于不锈钢平板上，然后通过将直径为10mm、长度为120mm、重量为75g的不锈钢棒从100mm的高度沿着与光纤正交的方向落下。“划痕”的形成如下：通过利用涂附磨具制品(以商标名“IMPERIAL LAPPING FILM 263X”(40微米)得自3M Company，St.Paul，MN)摩擦光纤的外表面三次。
表1示出了“层分离”和“划痕”的可见性的评估结果。在暗室中由没有视敏度问题的三个评估员在距光纤1米的距离处用裸眼观察样品执行评估。LED光源(“NSPW 300CS”)连接至光纤的一端以将光供应到光纤，并且对不论由于存在“层分离”或“划痕”导致的暗缺陷或亮点是否可见，均进行评估。如表1所示，就实例1-8而言，在包层3的光透射比为70％或更多和90％或更少的情况下，即使存在“层分离”或“划痕”，它们也是不可见的。就实例1-6而言，获得侧面发光为6或更高的亮度。相比之下，在比较例A中“层分离”可见，在比较例B和C中“划痕”可见。
以上已经参照本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，各种变化和修改都是可能的。

Claims (7)

1.一种侧面发光光纤，包括：
芯，所述芯含有第一光散射剂；和
包层，所述包层总体上与所述芯同心设置，并且含有第二光散射剂，其中所述包层在550nm的光波长下的光透射比在70-90％的范围内。
2.根据权利要求1所述的侧面发光光纤，其中所述第一光散射剂以0.0008质量％至0.08质量％的范围内的含量包含于所述芯中。
3.根据权利要求1或2所述的侧面发光光纤，其中所述第一光散射剂为硅树脂颗粒。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的侧面发光光纤，其中所述包层的厚度在0.1mm至0.8mm的范围内，所述第二光散射剂以0.05质量％至0.15质量％的含量包含于所述包层中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的侧面发光光纤，其中所述芯主要由丙烯酸类聚合物形成，并且所述包层主要由含氟聚合物形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的侧面发光光纤，其中所述第二光散射剂为氧化锌颗粒。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的侧面发光光纤，其中所述光纤被用作车辆的辅助照明。
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