JPS59116702A - 光伝送性繊維 - Google Patents

光伝送性繊維

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JPS59116702A
JPS59116702A JP57230436A JP23043682A JPS59116702A JP S59116702 A JPS59116702 A JP S59116702A JP 57230436 A JP57230436 A JP 57230436A JP 23043682 A JP23043682 A JP 23043682A JP S59116702 A JPS59116702 A JP S59116702A
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JP
Japan
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layer
core
material layer
sheath
optical transmission
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Application number
JP57230436A
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English (en)
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Takashi Yamamoto
隆 山本
Koji Nishida
西田 耕二
Akio Tateishi
建石 明男
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
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    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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    • D01F8/04Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
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    • GPHYSICS
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は芯−鞘三jvf購造からなる光伝送性に優れた
光伝送性繊維に関するものである。
従来、光伝送性繊維としては、広い波長にわたってずぐ
れた光伝送性を有する無機ガラス糸九学繊維がガJらn
でいるが、加工性が悲く、曲げ応力に弱いばかりでなく
高価であることから合成樹脂2基体とする光伝送性繊維
が開発きれている。合成樹脂製の光伝送性繊維は屈折率
が大きく、かつ光の透過性が良好な重合体を芯とし、こ
れよりも屈折率が小さくかつ西明な重合体を鞘として芯
−鞘構造を有する繊維を製造することによって得られる
。光透過性の高い芯成分として有用な重合体としては無
定形の側斜が好ましく、ポリメタクリル酸メチル、ある
いはポリスチレンが一般に使用され、最近では水体の一
部又は全部を重水素置換したものも使わわようとしてい
る。
このうちポリメタクリル酸メチルは透明性をはじめとし
て力学的性質、熱的性質、耐候性等に優n1高性能プラ
スチック光学繊維の芯材として工業的に用いられている
しかしこのポリメタクリル酸メチルの屈折率1−J l
 lIJ〜150と比較的小さく、従ってこの重合体を
芯に用いる場合には鞘成分として特別に屈折率の小さな
重合体を使用する心安がある。
従来知られている鞘成分は芯成分との接N性1均−で平
滑な芯−相界面構造確保のための好ましい成形性、摩擦
や屈曲に耐える力学的性能、使用環境、あるいは加工条
件に耐え得る耐熱性、および耐薬品性等については不充
分なものが多い。それどころかこれらの特性を完全に満
たし得る鞘成分用重合体は未だ知られていないのが現状
である。
また、光伝送繊維の被覆を目的としてポリメチルメタク
リレート樹脂層で光伝送繊維を覆って機械的および化学
的に保護されたケーブルとすることが例えば実開昭!;
0−/!;ll’1ll1号公報に提案されている。が
、光伝送繊維に関する具体的な記述Gまない。
本発明者らは従来の複合紡糸方式を改良し、芯−相界面
の光反射率を向上し光伝送性な改良向上させるのみなら
ず、従来の鞘材重合体の力学的性能、耐熱性、耐薬品性
等の種々の短所を補い、顕在化させない工夫をし、さら
に高価な鞘材用重合体の使用紙を大幅に節約し、光伝送
性繊維の低コスト化を実現させるために鋭意検討の結果
本発明に到達したものである。
すなわち本発明は芯材層(1)、鞘材層(,2)および
最外被覆層(3)からなる三層構造の合成樹脂糸光伝送
性繊維において、鞘材層(コ)が単量体組成として含弗
素メタクリル酸エステル(A)A995〜9995重量
%、込)と共重合しつるビニル重量体(B)0〜30重
量%、親水性単独重合物を形成しつるビニル単量体(c
) o、 o s〜10ホ量%からなる共重合体である
ことを特徴とする光伝送性繊維にある。
本発明の光伝送性繊維のMiはその横断+nj図第1図
に示す如く、内部より芯材層(1)、鞘材層(2)・最
外被覆層(3)の三層構造からなっており、芯材層(1
)中を光が伝送し、鞘材層(2)によって光が全反射さ
れ、芯材層(1)中の光は閉じこめられる。最外被覆層
(3)は芯材層(1)と同一または異なった組成からな
り鞘材層(コ)を保護している。
芯材層(1)として使用される樹脂はポリメチルメタク
リレート樹脂層ン、あるいはこれらを重水素置換したも
の等であり、例えばメタクリル系重合体の場合は単量体
重量%に換算して少なくとも70%がメタクリル酸メチ
ルからなる重合体である。30重量%を超えない範囲で
他のビニル単量体を共重合することができるが、メタク
リル酸メチルと共重合可能な単量体として好適なものと
しては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル等
を挙げることができる。
また重水素化したポリメチルメタクリレートとしては、
水素3個を全部本水素化したメチルメタクリレ−) (
d −# )はもちろんのこと、性能は若干劣るがd−
sメチルメタクリレート等重合体にした特に重合体/g
当りの水素含量が’l0m7以下であるような重水素化
メチルメタクリレートからの重合体も含まれる。
本発明の鞘材層(,2)は単量体組成として含弗素メタ
クリル酸エステル(A)7(7〜9 q、 q smM
部、い)と共重合しうるビニル単層体ψ)0〜30重量
部、親水性単独重合物乞形成しうるビニル重量体(c)
 o、 05〜IO重量部からなる共重合体からなる。
含弗素メタクリル師エステル(A)としては次の一般式
で示されるような化合物が用いられる。
CH。
(mはl−乙の整数、nは1〜10の整数、XはH又は
Fを示す) より具体的にはメタクリル酸コ1.2.コートリフルオ
ロエチル、メタクリル酸、2..2.、?、、?−テト
ラフルオロプロピル、メタクリルlX12 ’ + 、
2+、?、、7.J−ペンタフルオロプロピル等を挙げ
ることができる。
本発明において用いられる含弗素メタクリル咳エステル
(A)と共重合しうるビニル単量体(B)としては、例
えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタク
リル酸n−ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸n−
ブチル、アクリル酸ニーエチルヘキシル、スチレン、な
どが誉ケラレるが・共重合特性などからメタクリル酸エ
ステル類が好ましい。
ビニル単量体中)は低屈折率だけを望むとすれば鞘材組
成中に存在しない方が好ましいが、一つの屈折率調整剤
の働きをするため、芯材との関連において必要に応じ添
加される。通常鞘材の屈折率は芯材によって決定され、
ポリメタクリル酸メチルを芯材とする場合はその屈折率
はnpH=Z 弘9−2であるため、鞘材の屈折率は約
/4t3以下であるのが望ましい。従って共重合しつる
ビニル単量体(+3)の含有量は単量体組成のうち30
重量%以下の範囲で用いることができる。ビニル単量体
(B)の含有量が30重量%を超えると鞘材の屈折率が
上りすぎ、開口数(N、A、)に大きく影響し、本来の
光伝送性が低下する〇さらに加えて、この共重合可能な
ビニル単量体■)は鞘材の物理特性を変化できる要素を
もつ。
ビニル単量体(B)が副いガラス転位温度(Tg)を保
持する単独重合体を形成しつる単量体であれば鞘材も高
いTgとなり、逆に低いTgを保持する単独重合体を形
成しうる単量体であれば鞘材もまた低いTgとなりうる
ため、鞘材特性の自由度を変えつる性格を保持するもの
である。
本発明において親水性単独重合物企形成しつるビニル単
量体(C)を用いるのは含弗素メタクリル酸エステル重
合体の撥水、撥油性を紛和するほかは、芯材との密着性
を上げるために有効であるからである。さらに、驚くべ
きことにはこれらのビニル単量体(C)を加えることに
より光伝送繊維本来の保持すべき特性を低下させずに鞘
成分の耐熱分解性を大幅に向上させることができる点に
ある。
本発明において用いられる親水性単独重合物’i: 形
成L ウるビニル単量体(C)としてほのエチレン性不
飽和モ/およびジカルボン酸相fit体、■エチレン性
不飽和エポキシ単m++、oエチレン性不飽和カルボン
酸アミド、N−アルキルカルボン酸アミド、N−メチロ
ールカルボン酸アミド、及びそのアルキルエーテル単量
体、■エチレン性不飽和ポリカルボン酸単量体などが挙
げられ、それらの具体例としては以下のようなものが挙
げられる。
■エチレン性不飽和モノ及びジカルボン酸単挺体として
は、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、
マレイン酸、7マルi!、イタコン酸などが挙げられる
が、共重合成分として使用し有効な鞘材として使用する
場合メタクリル酸又はアクリル酸が特に好ましい。耐熱
分解性を有効に発揮させるにはメタクリル酸が好ましい
■エチレン性不飽和エポキシ単社体として、たとえばグ
リシジルメタクリレート、メチルグリシジルメタクリレ
ート、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。
■エチレン性不飽和のカルボン酸アミド、N−アルキル
カルボン酸アミド、N−メチロールカルボン酸アミド、
及びそのアルキルエーテル単量体としては、アクリルア
ミド、メタクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、
N−ジエチルアクリルアミド、マレイン酸、フマル酸、
イタコン酸およびその他のエチレン性不飽和ジカルボン
酸のモノアミド、ジアミド並びにエステルアミドおよび
N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタク
リルアミド、親水性である限りN−メチロール化合物の
エーテル、たとえばメチルエーテル、エチルエーテル、
3−オキサブチルエーテル、3.A−ジオキサへブチル
エーテル及び3.&、9−)IJオキツデシルエーテル
などが密着性に良好な結果を得ることができる。ま7C
1N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタ
クリルアミド及びN−メチロールマレインイミドのエチ
レンオキシド付加生成物並びにN−ビニルアミド、たと
えはN−ビニルアセトアミドおよびN−ビニルピロリド
ンが挙げられる。
■エチレン性不飽和ポリカルボン酸単砒体としては、ヒ
ドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメ
タクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロ
キシエチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレ
ート、ヒドロキシメチルメタクリレートと無水コハク酸
、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸
の組合せにより得られるエステル縮合物である単量体が
拳けられる。
本発明において親水性単独重合物を形成しつるビニル単
量体(C)の含有量は単量体組成のうちaO左〜/θ東
量%の割合で用いることができる。ビニル単量体(C)
の含有割合がθOS重世%未濶では本質的に保持すべき
密着効果に乏しく、ある単量体に関しては別途保持する
耐熱分解性の寄与も低下する。逆にビニル単ft体(C
)の含有割合が10f4im%を超える場合は鞘材の屈
折率を低下させるは力)りか、極性官能基間の反応、た
とえはエポキシ基であれは開環架橋がカルボン酸であれ
ば二量体形成またGj脱炭酸の反応が生し本来の鞘材の
物性を大きく阻害する。
本発明における鞘成分の重合に際し重合触媒としては通
常のラジカル重合開始剤を使用することができ、具体例
としては、たとえはジーtert−ブチルペルオキシド
、ジクミルペルオキシド、t e r t−ブチルベル
ベンゾエート、等の有機過酸化物やメチルコア2′−ア
ゾビスイソブチレート、ノーカルバモイル−アゾヒスイ
ソブチロニトリル1.2..2’−アゾビス(,2,9
−ジメチルバレロニトリル)、2..2’−アゾビスイ
ソブチロニトリル等のアゾ化合物が挙げられる。
鞘成分の重合に際し連鎖移動剤として&:j: 、 3
fn常重合度調整剤として使用するアルキルメルカプタ
ンが使用される。
重合方法としては乳化重合、懸濁車台、塊状車台および
溶赦爪合が挙げられるが、高純良の重合体を得るために
は塊状重合法が好ましい。
本発明の釘j利層(コ)は耐熱性、密着性に(娶れてお
り、芯材層(1)、最外被覆層(3)と共に夢合紡糸す
る場合、成形温度1go〜、xqo’c)(D広い範囲
において鞘材層に発泡、白化等の異常な現象は認められ
ず、且つ芯・相界面状態によって左右される重要な測定
値である開口数が芯と鞘の屈折率から計算される理論開
口数に近くなるという極めて優れた特徴を示す。これは
本発明の鞘材層(2)の組成が耐熱分解性に極めて優れ
且つ芯材層(1)との密着性が向上していることによる
からである。
本発明においては最外被侃層(3)は芯材層(1)と同
一の組成から成るものが好適であるが、重水素化メタク
リレート重合体を芯材層に使用する場合は、製造コスト
の面から最外被覆層にメチルメタクリレート糸車合体を
使用することも差支えない。
本発明の三層構造の光伝送繊維は一対の芯成分浴融押出
機と鞘成分済融押IPI機からなる複合紡糸機によって
動台される。芯成分Cま浴融押出機で溶融され、^1量
ポンプで一定量紡糸ヘッドVC供給さオL1鞘成分も同
様にして紡糸ヘッドに供給される。紡糸ヘッド内の例え
は第3図の様fr、構造の紡糸口金で三層構造に賦形さ
れ吐出され、冷却固化の後、巻取られ、場合によっては
延伸される。第3図でφ)から鞘材がIJ3)から芯材
が入り、(C)から吐出さオ]、る。
ここで光伝送性繊維の低損失化すなわち、芯鞘の界面の
平滑性の確保を計る上で紡糸口金のもつ役割は非常に大
きい。本発明者らは従来の芯−鞘二層構造のノズルを用
い、棟々検刷を屯ねた結果、鞘成分は紡糸ノズル内で非
常に薄い皮膜となって流動し、ノズル壁面との産擦によ
って平滑な流動を妨げられ、芯鞘界面に微細な凹凸が発
生しやすい。また、ノズル力1ら吐出した時ベーラス効
果と、ノズル開孔部エツジ面の微細な傷、ノズル面の汚
れとの相乗効果により芯鞘の界面に損傷を与えることを
つきとめた。
本発明の光伝送性繊維の製造に使用する三?i何造ノズ
ルでは芯材が鞘材で浴融状態で被掛(された後のL /
 Dは必要最4・眼にすることができ、糸斑の抑制に効
果をもたらすL/Dの長い1519分は鞘材&′i直接
にノズル壁面に当らず流動する。
また、吐出時の芯鞘界面の乱11も最外層の部分が凹凸
を緩和吸収し、芯鞘界面の平滑性が保たれる。
本発明の三層構造をとることにより鞘材層の芯材層なら
びに最り11層への接層効果を高めると共に耐熱性が向
上し、さらに弱い鞘材層が強い最外被覆層により保睦さ
1]、ン)ことにより耐熱性が向上し、また少々乱暴な
取扱いを受けても光伝送性に影響′fi:受けることが
なく、工業的大社生産型合成樹脂糸元伝送性繊維の伝送
損失ノ大幅な低減化を実現しつるのである。
本発明の三層構造y色伝送性叡維の芯材層(1)、々1
1材層(,2)、最外被覆層(3)の構成比厚さ及び太
ざは光伝送性繊維の使用目的に応じて自由に設定され、
例えば芯材径ioo〜11001Lの場合、鞘材層3〜
−〇μm厚、好ましくは3〜10μm厚、最外被覆層(
3)3〜.2゜μm厚、好ましくは3〜IOμm厚とす
ることが可能である。これは鞘材層に新規な組成のもの
を使用した結果、鞘8層および最外被覆層を薄候化する
ことができるようになったものである。第3図の紡糸口
金では芯材層(1)と最外被覆層(3)の割合は分配器
のオリフィスの管径、lR長を変えることによりコント
ロールすることができる。
第2図は紡糸口金に供給さnる浴融状態の芯ポリマーが
あらかじめ芯用と最外破俯用に分配されている場合の紡
糸口金の一例を示す断面図である。鞘材の供給口(A)
、芯材の供給口(B、)+(B2〕  よりポリマーが
供給され吐出孔(C)より取出される。芯材ポリマーの
芯材層用(B、)と最外被覆層用CB2)への配分鰍比
は別々のギヤポンプあるいはダブルギヤポンプ等でに1
″組され、設定することが可能である。
現在工業的に製造されているメチルメタクリレート系重
合体を芯材としたプラスチック光学繊維の鞘材の厚さは
、10−一〇μm程度と鞘材ポリマーが高価である上、
力学的性質、耐熱性加工性等の限界から厚く被覆せざる
得ないため鞘ポリマーの原単位が大きく、コスト品にな
っている。
本発明の三層博造光云送性繊維においては最外被覆層(
3)が鞘材の柚々の弱点をカバーするため現行品よりも
鞘成分を薄く設定1−ることかでき、コスト低減が可能
となる。
以下実施例により、本発明の詳細な説明する。
なお実施例中の部は重量部を示す。
実施例/ ス/<イラルリボン型撹拌機をそなえた反応槽とコ軸ス
クリューベント型押出機からなる揮発物分離装置を使用
して連続塊状重合法によりメタクリル酸メチル100部
、t−ブチルメルカプタン0IIo部、ジー七−プチル
パーオキサイドOOθ77部からなる単量体混合物を重
合温度/!;3C・平均滞在時間lA0時間で反応させ
、次いでベント押出機の温度をベント部−14’oc%
押出部、2 J O’Q、ベント部真空gitダ#II
H9として揮発部を分離後、230Cに保たれたギヤポ
ンプ部を経て、2307):の芯鞘複合紡糸頗に供給し
た。
一万メタクリル酸クロライドと、2..2.、?、、?
3−ペンタフルオロプロパ/−ルとがうW 造シたメタ
クリル酸2+2+ 3+ 3+J−ペンタフルオロプロ
ピルgOn、メタクリル酸メチル1g部、オヨヒメタク
リル師、2部をアゾビスイソブチロニトリルを触媒とし
て少敏のn−オクチルメルカプタンの存在下で重合し、
屈折率/、ダ/Aの鞘成分重合体を得た。この鞘成分重
合体をコ0θCK&ff1gれたスクリュー溶融押出機
でギヤポンプを経て23θCの芯鞘複合紡糸頭に供給し
た0 同時に供給さnた芯と鞘の溶融ポリマーLj第3図に示
した紡糸口金(ノズルl」径3朋φ〕を用い、230C
で吐出され、冷却固化の後、3am/ min  の速
度で引き取り、さらに連続して非接触式の熱風延伸炉に
て/AO°で7g倍に延伸して巻取り、芯材部径q7θ
μm鞘拐部厚さ6μm1最外被覆層厚さ8μmからなる
外径約l闘の三層構造の光伝送性繊維を得た。顕微鏡に
よる観察では芯材層・鞘材層・最外被覆層は同心円に配
置した真円であり、気泡や愚物の存在は認めらnなかっ
た。
二の光伝送性繊維の光伝送損失はIs 、!i 0 n
mに於て/λ(7dB/Kmと極めて優れたものであっ
た。この繊維を直径’I amの円柱に巻きつけて一昼
便放置したが100倍の顕微鏡観察してひび割れは認め
ら汎なかった。
比較例1 実施例1において、鞘材層の組成をメタクリル酸λ、2
,3,3.3−ペンタフルオロプロピルgコ部、メタク
リル酸メチル1g部とした他は実施例/と同様にして三
層の光伝送性繊維を得た。−、y0云送損失はA 30
 mmにおいてコニOdB/Kmであり、直径S闘の円
柱に巻きつけて一昼夜放置したところ、ところところに
ひび割れが認められた。
比較例λ 実施例/においてノズルロ金全曲常の芯鞘二層型の口金
を使用する以外は実施例/と全く同様にして芯−鞘二層
型元伝送性稙維を得た。芯拐都径9gθμm、鞘材厚さ
6μmであり、実施例/と同様に測定   光伝送損失
はisgdB/Kmであった。この繊維を直径s朋の円
柱に巻きつけて一昼夜放置してがら観察したところ表I
n+に一部ひび割れが認められた。
実施例コ 実施例/で得られた三層構造光伝送性繊維と比較例/で
碍らnた、三層構造光伝送性繊維に全く同一条件でクロ
スヘッド型ケーブルIJD工機を用いカーボンブラック
入りポリエチレン全溶融被覆加工した。被覆ポリエチレ
ンの吐出温度が/3jT’r::で加工速度50 m/
minでは両者共伝送損失の劣化は認められなかったか
、/li!;Cにすると比較例/の光伝送性繊維の伝送
損失は、2 、? OdB/Kmに圓下し、/33Cで
は230dB/Kmであった。しかし本発明の実施例1
の三N構造光伝送性繊維は全く変化せずそれに加えて1
ssr2で加工M度が3.20 m/minに上昇−て
も、安定な工程曲過性を示し、伝送損失も全く変化しな
かった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の三層構造からなる光伝送性繊維の横断
面図、第2図、第3図は三層構造光伝送性繊維製造用の
紡糸口金の構造の一例を示す断面図である。 図においてl:芯材層 、2:鞘材層 3:最外被覆層
 A:鞘相供給口 B、B、、B2:芯材供給口 C:
光伝送性繊維吐出口 1 −手本光ネ市正書 (自発) 昭和5Q年 4月25日 特許庁長官   若 杉 和 夫 赫 1、事件の表示 特願昭57−230436号 ? 発明の名称 光伝送性繊維 3、補正をする者 事件との関係    特許出願人 東京都中央区京橋二丁目3番19号 (603)三菱レイヨン株式会社 取締役社長  金 澤 脩 三 4、代理人   〒104東京都中央区京橋二]゛目3
番18号6、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 7、補正の内容 13− 明細書中、下記の補正を行なう。 1、第4頁19行の「メタクリレートポチレン」を「メ
タクリレ−小、ポリスチレンjに補正する。 2、第19頁17行の「測定   」を′r測測定たと
ころ、」に補正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 芯拐層(1)、鞘材層(コ)および最外被覆層(3)力
    )らなる三層病荊の合成樹脂系光伝送性繊維において・
    鞘材層(2)が単量体組成として含弗素メタクリル酸エ
    ステル(fi)1,993〜9995重量%、(A)と
    共重合しうるビニル単鑞体申)0〜30重量%、親水性
    単独重合物を形成しつるビニル単量体(C)0θS〜b ることを特徴とする光伝送繊維
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