DE3151198C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen einer
aus einer Glasvorform gezogenen optischen Faser mit einer
durch Wärme, Ultraviolett- oder Elektronenstrahlen härtbaren
Harzmasse, bei dem die gezogene Faser, bevor sie mit festen
Gegenständen in Kontakt kommt, durch eine mit flüssigem
Material gefüllte Kühleinrichtung geleitet und gekühlt wird.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer optischen
Faser besteht darin, daß zunächst eine Vorform zu einer
Faser angezogen wird, während diese in einem
Widerstandsofen, einem Hochfrequenzofen mit einem CO₂-Laser
oder mit Knallgas-(O₂/H₂)-Flamme geschmolzen wird, und die
Faser dann mit einer Harzmasse beschichtet wird, bevor sie
mit einem festen Gegenstand in Kontakt kommt, woran sich die
Aushärtung des Harzüberzugs anschließt (vgl. z. B. die
japanische Patentanmeldung (OPI) Nr. 100 734/76, wobei die
Abkürzung OPI angibt, daß es sich dabei um eine ungeprüfte
japanische Patentanmeldung handelt). Dieses
Beschichtungsverfahren wird allgemein als
Tandemprimärbeschichtungsverfahren bezeichnet, und es muß
für industrielle Zwecke mit hoher Geschwindigkeit
durchgeführt werden.
Bei der Durchführung des Beschichtungsverfahrens mit hoher
Geschwindigkeit treten mehrere Probleme auf. Erstens muß der
Harzüberzug innerhalb einer kurzen Zeitspanne ausgehärtet
werden. Es ist bekannt, daß eine Geschwindigkeit von
wenigstens mehreren 100 m/min dadurch erzielt werden kann,
daß man den konventionellen zur Härtung eingesetzten
Elektroofen durch einen Infrarot-Bildofen oder
UV-Bestrahlungsofen ersetzt. Ein weiteres Problem besteht
darin, daß dann, wenn die Vorform mit einer Geschwindigkeit
von 100 m/min oder mehr bei etwa 2000°C ausgezogen wird,
die Faser einer mit Harz gefüllten Beschichtungsvorrichtung
zugeführt wird, bevor sie auf etwa Raumtemperatur abgekühlt
ist, so daß die Harzmasse in der Beschichtungsvorrichtung
zersetzt wird oder aushärtet. Es muß daher eine
Kühleinrichtung zwischen dem Ziehofen und der
Überzugsauftragseinrichtung vorgesehen sein. In der
japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. 10 470/80 ist ein
Beispiel für eine solche Kühleinrichtung beschrieben, durch
die man ein gasförmiges Kühlmittel (zum Beispiel flüssigen
Stickstoff) strömen läßt, um die Faser auf etwa
Raumtemperatur abzukühlen. Die Verwendung eines gasförmigen
Kühlmittels hat jedoch zum einen den Nachteil, daß das Gas
wegen seiner geringen Wärmekapazität nur einen geringen
Kühleffekt erzeugt und es daher in sehr großen Volumenmengen
angewendet werden muß, um die Faser auf die gewünschte
Temperatur abzukühlen, und zum anderen, daß das Gas in der
Regel eine Spurenmenge an Feuchtigkeit enthält, die die
Festigkeit der Faserbeschichtung herabsetzt. Ein weiteres
Problem besteht darin, bei sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten
und dem dadurch zwischen der optischen Faser und der
Harzmasse entstehenden großen relativen Schlupf eine
gleichmäßige Dicke des Harzüberzugs zu erreichen.
Bei einem in der US-PS 42 08 200 beschriebenen
Beschichtungsverfahren werden Kühlflüssigkeiten mit einer
hohen Verdampfungswärme, wie zum Beispiel Alkohole verwandt,
um die Faser bei hoher Ziehgeschwindigkeit vor dem
Beschichten ausreichend abzukühlen. Die Verwendung
derartiger Kühlflüssigkeiten hat den Nachteil, daß die
Qualität der Harzbeschichtung der Glasfaser durch
mitgeführte Spuren von Kühlflüssigkeit beeinträchtigt ist.
Um die Mitführung von Kühlflüssigkeit aus der
Kühleinrichtung in die Beschichtungseinrichtung in Grenzen
zu halten, durchläuft die Glasfaser an der Austrittsstelle
aus der Kühleinrichtung daher eine Wischeinrichtung, durch
die die Kühlflüssigkeit von der Glasfaser entfernt und durch
die verhindert werden soll, daß Kühlflüssigkeit aus der
Kühleinrichtung austritt. Der intensive mechanische Kontakt
der Faser mit der Wischeinrichtung wirkt sich dabei
nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften der Faser aus.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, durch das sich
eine verbesserte Qualität der Harzbeschichtung der Glasfaser
erzielen läßt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als
Kühlflüssigkeit das gleiche Harzmaterial wie für den Überzug
verwendet wird, wobei das Material jedoch nicht
reaktionsfähig ist und keine Verbindungen, welche die
Härtung des Harzes katalysieren, verwendet werden und die
Faser darauf mit der reaktionsfähigen Harzmasse beschichtet
und der Überzug gehärtet wird.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird bei hohen
Ziehgeschwindigkeiten von 100 m/min und mehr erreicht, daß
bei ausreichender Kühlwirkung die gezogene Faser vor der
Beschichtung nur mit einer Komponente des
Beschichtungsmaterials und nicht mit anderen Stoffen, die
die Qualität der Beschichtung beeinträchtigen können, in
Berührung kommt. Indem die kühlende Harzmasse
erfindungsgemäß keine Härtungsmittel, Vernetzungsmittel,
keinen Härtungskatalysator, keinen Härtungsbeschleuniger,
kein Sensibilisierungsmittel und kein reaktionsfähiges
Verdünnungsmittel enthält, kann sie in der Kühleinrichtung
bei Einwirken der hohen Fasertemperaturen nicht reagieren.
Ein dünner aus der Kühleinrichtung mitgeführter Harzfilm auf
der Glasfaser ist keineswegs störend und mischt sich bei der
Beschichtung umgehend mit der Harzmasse, die die genannten
Zusätze enthält. Auf eine Wischeinrichtung mit Kontakt zur
Faser kann verzichtet werden, so daß vorteilhaft keine
Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften der Faser
auftritt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung, die das erfindungsgemäße Verfahren
in schematischer Form darstellt, näher erläutert.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung
einer optischen Faser, wobei zur Herstellung der Faser eine Vorform ausgezogen
wird, beispielsweise in einem Widerstandsofen,
in einem Hochfrequenzofen oder unter Anwendung anderer
Wärmequellen, wie z. B. einer Knallgas (O₂/H₂)-Flamme
oder eines CO₂-Lasers, und die Faser mit einer härtbaren
Harzmasse beschichtet wird, bevor sie mit einem
anderen festen Gegenstand in Kontakt kommt, woran sich
die Aushärtung des Harzüberzugs anschließt. Bevor die
ausgezogene Faser in die Überzugsauftragseinrichtung
eingeführt wird, wird sie durch eine Kühleinrichtung
hindurchgeführt, die mit einem "nicht-reaktionsfähigen
flüssigen Material" gefüllt ist, das im wesentlichen aus
dem gleichen Material wie die Harzmasse besteht, das jedoch
frei von einer Verbindung aus der Gruppe Härtungsmittel,
Vernetzungsmittel, Härtungskatalysator, Härtungsbeschleuniger,
Sensibilisierungsmittel und reaktionsfähiges
Verdünnungsmittel ist und das bei erhöhten
Temperaturen nicht aushärtet.
Durch Kühlen der Faser mit dem nicht-reaktionsfähigen
flüssigen Material und anschließendes Aufbringen einer
Harzmasse in Form einer Schicht und Aushärten derselben
auf der Faser kann eine gewünschte optische Faser mit
einer Ziehgeschwindigkeit von 100 m/min oder mehr erhalten
werden, ohne daß ihre Festigkeit abnimmt (wie
dies häufig der Fall ist, wenn ein Feuchtigkeit enthaltendes
Gas als Kühlmittel verwendet wird).
Beim Beschichten der Faser mit der Harzmasse ist es bevorzugt,
daß die Harzmasse in einer Überzugsauftragseinrichtung
mittels einer geeigneten Einrichtung, wie z. B.
einer oder mehreren Pumpen, unter Druck zum Fließen
gebracht wird, um den Unterschied in bezug auf die relative
Geschwindigkeit zwischen der die Überzugsauftragseinrichtung
passierenden Faser und der Harzmasse in der
Überzugsauftragseinrichtung minimal zu halten.
Eine Ausführungsform der Überzugsauftragseinrichtung,
die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt,
in der eine mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete
Faservorform in einem Ziehofen 2 bei etwa 2000°C ausgezogen
wird zu einer Faser mit einem Außendurchmesser von
etwa 150 µm, die durch eine Kühleinrichtung 3 geleitet
wird, in der sie auf etwa Raumtemperatur abgekühlt wird.
Die gekühlte Faser wird in eine Überzugsauftragseinrichtung
6 eingeführt, in der sie mit einem Harzüberzug
versehen wird, der in einem Härtungsofen 7 gehärtet
wird, und die Faser 9 mit dem darauf befindlichen gehärteten
Harzüberzug wird von einer Aufwickeleinrichtung
8 aufgenommen. In der Kühleinrichtung 3 bildet das "nicht-
reaktionsfähige flüssige Material" einen Konvektionsstrom,
der die den Kühler (angezeigt durch Pfeile) passierende
Faser kühlt und eine dünne Schicht des flüssigen
Materials haftet an der Faser und wird durch eine
Öffnung im Boden der Kühleinrichtung in die Überzugsauftragseinrichtung
mitgeschleppt. Das flüssige Material
der Kühleinrichtung wird durch Rückführung in einen Wärmeaustauscher
5 gekühlt. Das nicht-reaktionsfähige flüssige
Material in der Kühleinrichtung 3 wird vorzugsweise
mittels einer oder mehrerer Pumpen unter Druck zum Fließen
gebracht, so daß es in die gleiche Richtung fließt,
wie die die Kühleinrichtung passierende Faser. Auf diese
Weise kann eine effektive Kühlung durch
Verhinderung des Transports zwischen dem flüssigen
Material und der Faser als Folge der Abnahme der Viskosität
des flüssigen Materials, die auftritt, wenn das
flüssige Material mit der Faser mit einer hohen Temperatur
in Kontakt kommt, erzielt werden.
Die Öffnung an der Bodendüse der Kühleinrichtung 3 und
der Überzugsauftragseinrichtung 6 weist einen Durchmesser
auf, der etwas größer ist als derjenige der hindurchgeführten
Faser und der Durchmesser der Öffnung
kann so festgelegt werden, daß praktisch keine Flüssigkeit
daraus austritt unter Berücksichtigung verschiedener
Faktoren, wie z. B. des Faserdurchmessers, der Viskosität
und der Oberflächenspannung des flüssigen Materials
oder der Harzmasse, der Fasergeschwindigkeit und
dgl.
Es ist erwünscht, daß die die Kühleinrichtung passierende
optische Faser mit keinem anderen Material als dem "nicht-
reaktionsfähigen flüssigen Material" in Kontakt kommt.
Eine Abnahme der Menge des "nicht-reaktionsfähigen flüssigen
Materials" als Folge des Anhaftens an der Faser
wird kompensiert durch eine zusätzliche Zufuhr aus einer
automatischen Beschickungseinrichtung 4. Auch eine Abnahme
der Menge der Harzmasse in der Überzugsauftragseinrichtung
6, die beim Beschichten der Faser auftritt,
kann kompensiert werden durch eine zusätzliche Zufuhr
aus einer automatischen Beschickungseinrichtung 10.
Das erfindungsgemäß als Kühlmittel verwendete "nicht-
reaktionsfähige flüssige Material" ist das gleiche wie
die Harzmasse, mit der die Faser beschichtet wird, jedoch
mit der Ausnahme, daß es frei von einer Verbindung
ist, welche die Aushärtung des Harzes katalysiert,
ausgewählt aus der Gruppe Vernetzungsmittel, Härtungsmittel,
Härtungskatalysatoren, Härtungspromotor, Sensibilisierungsmittel
und reaktionsfähiges Verdünnungsmittel,
das zur Einleitung der Härtungsreaktion erforderlich ist,
so daß das "nicht-reaktionsfähige flüssige Material" an
der Faser haften kann und in die Überzugsauftragseinrichtung
eintreten kann, ohne daß dadurch ein nachteiliger
Effekt hervorgerufen wird.
Bei der Harzmasse, mit der die Faser beschichtet wird
und die ausgehärtet wird, handelt es sich um ein oder
mehrere reaktionsfähige Monomere, die bei gewöhnlichen
Temperaturen, beispielsweise bei Raumtemperatur, flüssig
sind, und sie enthält mindestens eine Verbindung, ausgewählt
aus der Gruppe Härtungsmittel, Härtungspromotor,
Härtungskatalysator, Vernetzungsmittel, Sensibilisierungsmittel,
reaktionsfähiges Verdünnungsmittel, Füllstoff
und Haftungsmodifiziermittel. Wie oben angegeben,
ist das "nicht-reaktionsfähige flüssige Material" das
gleiche wie die Harzmasse, sie ist jedoch frei von einer
Verbindung, welche die Aushärtung katalysiert, und sie
kann weitere Zusätze enthalten, wie z. B. Füllstoffe, Härtungsmodifiziermittel
und dgl., die in der Harzmasse enthalten
sein können, solange das nicht-reaktionsfähige
flüssige Material keine Härtungsreaktion hervorruft,
wenn es erhitzt wird.
Zu Harzen, welche die Hauptkomponente der Harzmasse sein
können, gehören Organopolysiloxan (Siliconharz), Polyurethan,
Polyester, Polybutadien, Epoxyharz, Polyimid
und Polyamidimid, es ist jedoch klar, daß jede beliebige
Harzmischung ohne Beschränkung verwendet werden kann,
wenn die Harzmischung ohne zusätzliche Materialien, die
für die Härtungsreaktion erforderlich sind, beim Erwärmen
keiner Härtungsreaktion unterliegt und als Kühlmittel
verwendet werden kann.
Wie oben erläutert, wird erfindungsgemäß eine heiße Faser
mit einem Medium gekühlt, bei dem Wärme keine Härtungsreaktion
hervorruft, wodurch ein Hochgeschwindigkeits-
Schmelzspinnen von optischen Fasern möglich ist.
Ein weiterer Vorteil ist der, daß das Medium an der Faser
haften kann und in die Überzugsauftragseinrichtung
eintreten kann, ohne irgendeinen nachteiligen Effekt
hervorzurufen, und die Faser wird mit einem sehr guten
Harz beschichtet, bevor sie mit einem anderen festen Gegenstand
in Kontakt kommt. Erfindungsgemäß kann daher
eine optische Faser mit einer ausgezeichneten Festigkeit
hergestellt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zum Überziehen einer aus einer Glasvorform (1)
gezogenen optischen Faser mit einer durch Wärme,
Ultraviolett- oder Elektronenstrahlen härtbaren Harzmasse,
bei dem die gezogene Faser, bevor sie mit festen
Gegenständen in Kontakt kommt, durch eine mit flüssigem
Material gefüllte Kühleinrichtung (3) geleitet und gekühlt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit das
gleiche Harzmaterial wie für den Überzug verwendet wird,
wobei das Material jedoch nicht reaktionsfähig ist und keine
Verbindungen, welche die Härtung des Harzes katalysieren,
verwendet werden und die Faser darauf mit der
reaktionsfähigen Harzmasse beschichtet und der Überzug
gehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Harzmasse eine aus Organopolysiloxan, Polyurethan,
Polyester, Polybutadien, Epoxyharz, Polyimid und
Polyamidimid ausgewählte Masse verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder/und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das nicht reaktionsfähige flüssige
Material in der Kühleinrichtung in der gleichen Richtung wie
die die Kühleinrichtung passierende optische Faser zum
Fließen gebracht wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Harzmasse in der
Überzugsauftragseinrichtung in der gleichen Richtung wie die
die Überzugsauftragseinrichtung passierende optische Faser
zum Fließen gebracht wird.
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