KR910001804B1

KR910001804B1 - 피복 광섬유

Info

Publication number: KR910001804B1
Application number: KR1019830004414A
Authority: KR
Inventors: 유우세이 시라사까; 겐이찌 후세; 가즈오 곤도오; 유우이찌 다나까
Original assignee: 후루까와 덴끼 고오교오 가부시기가이샤; 구사까베 에쓰지
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1983-09-20
Publication date: 1991-03-26
Also published as: EP0106548B1; BR8305127A; AU595087B2; KR840006412A; AU1923383A; DE3375328D1; CA1240870A; AU8310087A; EP0106548A1

Abstract

내용 없음.

Description

피복 광섬유

제1도는 본 발명에 의한 피복광섬유의 일실시예를 보여주는 확대단면도이고,

제2도는 본 발명에 의한 피복광섬유의 다른 실시예를 보여주는 확대단면도이고,

제3도는 제1에 나타낸 피복광섬유의 전송특성과 온도와의 관계를 보여주는 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 광섬유 스트랜드 2 : 보강피복층

5 : 보강섬유재 6 : 열경화성수지

7 : 무기질 미립자 8 : 열가소성미립자

본 발명은 광섬유 스트랜드의 외주의 보강피복층이 복수의 보강섬유 물질과 이 물질내에 함침, 경화된 열경화성 수지로 되어 있는, 이른바 "섬유보강 플라스틱(FRP)"로 되어 있는 피복된 광섬유의 개량에 관한 것이다.

주로 섬유의 기계적 성질을 개량할 목적으로 개발된 상기 피복광섬유는 구부림에 대해 기계적 강도가 높고 바람직한 가요성을 갖고 있긴 하지만, 보강피복층이 보강섬유물질과 열경화성 수지만으로 이루어지는 경우 광섬유 스트랜드를 보강 피복하여 보강피복층을 성형하게되면, 보강피복층의 표면이 벗겨 떨어지고 절할되어 외관을 손상시킨다.

이 외관문제는 보강피복층에 탄산칼슘이나 유리단섬유(100㎛ 이상의 입자 직경을 갖는)등의 무기질 충전재를 함유시켜 피복층 성형시 안정성을 줌으로써 극복되어 왔다. 그러나, 이 충전재 함유보강피복층이 있는 종래의 광섬유는 100 내지 150℃의 고온시에 그 전송특성이 저하된다는 것이 여러 실험결과 밝혀졌다.

위의 저하원인을 다음과 같이 해명할 수 있다.

광섬유 스트랜드의 일차 코오팅과 보강피복층간의 상관관계에 있어 보강 피복층의 반경방향 선팽창계수는5x10^-5인 반면 일차코오팅(예컨대 실리콘 고무로 만들어짐)의 그것은 Ix10⁴이다.

따라서 고온범위에서 일차코오팅은 보강피복층보다 더 많이 열팽창한다. 일차코오팅의 팽창으로 인한 횡압이 다시 광섬유에 가해질때, 보강피복층내 충진재는 횡압을 불규칙적으로 되게하며 그결과 마이크로밴드가 광섬유내 불규칙적 횡압으로인해 생겨서 광섬유의 전송손실을 증가시킨다.

종래예에서는 특히 외관문제만이 광섬유에서 고려되었다. 따라서 충진재와 전송특성간의 관계는 기술적으로 해결되지 않았고 100㎛ 이상의 입자 직경으로 빻은 충진재입자가 보강피복층과 일차 코오팅과의 경계부에 아무렇게나 존재하여 일차코오팅이 변형되게하고 그에 따라 광섬유내에 마이크로밴드가 생기게 하였다. 그리고 이런 문제들에 대한 해결책이 나오지 못했다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 피복광섬유의 상기 결함과 단점을 제거할 수 있고 이 유형의 광섬유내 보강 피복층을 개량할 수 있는 피복된 광섬유를 제공하여 바람직한 외관을 유지하고 고온범위에서 바람직한 전송특성을 보장하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 특징은 첨부도면과 아울러 다음의 설명 그리고 특허청구의 범위에 지적된 신규성으로부터 분명해질것이다

도면, 특히 본 발명에 의한 피복광섬유의 바람직한 실시예를 보여주는 제1도 제2도를 참조하기 바란다.

제1도 및 제2도에 있어서 (1)은 광섬유 스트랜드를 표시하며, (2)는 스트랜드(1)의 외주상에 형성된 보강피복층을 표시한다.

스트랜드(1)는 석영으로 된 광섬유(3)와 이 섬유(3)의 외주에 형성된 피복층(4)으로 되어 있다.

광섬유(3)에는 Gl형 또는 Sl형이 있고, 코어클래드의 비는 예컨대 50/125μm이다.

피복층(4)은 실리콘수지 또는 실리콘고무와 같은 열경화성 수지, 또는 아크릴산염 콤파운드와 같은 광경화성수지로 만들어지며, 예컨대 그 외경은 400μm이다.

이 피복층(4)은 일차 코오팅으로서의 기능도 갖고 있고 추가하여 완충 코오팅의 기능을 가질수도 있으며, 또한 광섬유(3)의 외부원주상에 일차 피복층과 완충층의 두층이 형성될 수도 있다.

보강피복층(2)은 복수개의 긴 보강섬유물질(5), (5), (5)…과, 열경화성수지 (6)와, 나중에 설명하겠지만 결착제로서 수지(6)와 일체화하는 미립자를 가진 복합체로 구성되어 있다.

보강섬유물질(5), (5), (5)…는 주로 유리섬유히고, 기타의 것으로는 탄소섬유, 아라미드(상표명)섬유, 응용 실리카 섬유, 세라믹섬유, 폴리아미드 섬유로서 된 단체 또는 복합체이다.

섬유물질(5), (5), (5)…는 자주 조연(粗撚)상태 또는 연사(撚

)상태이다.

열경화성수지(6)는 불포화 폴리에스테르계 또는 에폭시계 수지로 만들어진다.

피복층(2)내에 혼입되는 미립자는 무기계물질 또는 열가소성물질로서, 이들의 어느하나 또는 양자가 피복층(2)내에 혼입 된다.

제1도는 무기질 미립자(7), (7), (7)…가 피복층(2)내에 혼입되어 있는 피복광섬유를 나타내고, 제2도는 열가소성 미립자(8), (8), (8)…가 피복층(2)에 혼합되어 있는 피복 광섬유를 나타낸다.

제1도의 피복광섬유에서 보강피복층(2)에 혼입되어 있는 무기질 미립자(7), (7), (7)…는 탄산칼슘, 수화알루미나, 점토, 비석으로서 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그이상의 물질로 만들어진다.

무기질 미립자(7), (7), (7)…는 30μm 이하, 최대직경, 3.0μm 이하의 평균직경을 갖고 있고, 이 무기질미립자(7)의 함량은 상기 열경화성 수지 (6)의 25중량% 이하이다.

제2도의 피복광섬유내 보강피복층(2)에 혼입되어있는 열가소성 미립자(8), (8), (8)…는 폴리스틸렌, 염소화 폴리에틸렌, ABS수지 및 셀룰로오스 플라스틱으로 된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상으로 형성되며, 5 내지 50μm의 입자직경과 120℃ 이하의 연화점을 갖고있다.

보강피복층(2)내의 열가소성 미립자(8), (8), (8)…의 함량은 수지 (6)의 25중량% 이하이다.

제1도와 제2도의 피복광섬유의 특징을 이제 설명하겠다.

무기미립자(7), (7), (7)…가 제1도 피복광섬유의 피복층(2)내에 충진재로서 혼입되어 있기 때문에 층(2)을 형성할 경우 피복층(2)의 표면상에 불규칙성이 전혀 생기지 않아 제작시 외관상의 문제점을 해소하게된다. 미립자(7), (7), (7)…의 입자직경은 30μm 이하이므로 고온범위에서 마이크로 밴드를 일으키는 불규칙적 횡압이 생기지 않아 광섬유(3)는 높은 전송특성을 얻는다.

광섬유의 이런 장점은 다음 실시예에 의해 명백해질 것이다.

제1도에 있는 피복광섬유의 보강피복층(2)내 무기질 미립자(7), (7), (7)... 의 입자직경이 다른 것을 여러종 제작하여 평가해본 결과가 아래에 표시되어 있다.

(×=부적당, △=보통, ○=양호, ◎=우수)

위의 표로부터 명백한것처럼 본 발명에 의한 범위를 벗어난 실시예 1, 2 및 3의 경우에는 외관을 기준으로한 생산성은 양호하지만 고온범위에서의 전송 특성이 불량하여 총괄적 평가는 모두 부적한것으로 되어 있다. 그러나 본 발명 범위에 드는 실시예 4, 5 및 6의 경우에는 생산성 뿐만 아니라 고온범위에서 전송특성도 또한 우수하다.

제3도의 온도특성을 보면, 본 발명에 의한 범위내에 있는 곡선 a(입자(7)의 최대 입경이 5μm 미만), 곡선 b(10μm 미만) 및 곡선 c(30μm 미만)의 경우에는, 고온범위에서의 전송손실이 덜 증가하고 있고, 특히 곡선 a의 경우에는 손실변동이 없이 안정한 전송특성을 보여준다. 그러나 본 발명 범위밖의 곡선 d(입자의 최대직경 50μm) 및 곡선 e(80μm)의 경우에는 전송손실이 고온범위에서 상당히 증가한다.

한편 제2도의 피복광섬유의 경우에 열가소성 미세입자(8), (8), (8)…가 보강피복층(2)내에 충진재로서 혼입되어 있기 때문에, 보강피복층(2)의 성형시에 이 미세입자(8)가 연화됨으로 인하여 열가소성수지(6)는 그 겉보기 비점이 상승하게 되며 그리하여 성형 다이로 인한 긁힘이나 갈라짐과 같은 외관손상의 문제가 피복층(6)의 표면에 발생하지 않는다. 더욱이 미립자(8), (8), (8)…는 가소화될 수 있기 때문에 마이크로밴드를 일으키는 불규칙적 횡압이 고온성형시 발생하지 않으며 그결과 광파이버(3)의 전송손실을 억제하면서도 보강피복층(6)을 형성할 수 있다.

제2도의 피복광섬유의 실시예를 설명하겠다.

보강피복층(2)의 열가소성 미립자(8), (8), (8)…는 평균입자직경 30μm의 폴리스틸렌으로 만들어졌고, 보강피복층(2)은 10중량%의 미립자(8), (8), (8)…포함했다. 그랬더니 피복층(2)의 외면에는 부적당한 외관이 거의 나타나지 않았으며 전송손실증가는 0 내지 0.5dB/km에 불과했다.

광파이버 성형시 사용되는 인발다이의 온도는 160 내지 195℃였으며 미립자(8), (8), (8)…의 가소화 온도는 160℃였다.

제작과정에서 FRP의 피복광섬유의 전송특성상 문제점을 밝히고 그 대책을 설명하겠다.

상기 보강피복층이 광섬유 스트랜드의 외주에 성형될때는 피복층의 성형수축으로 인하여 광섬유내에 압축일그러짐(distostion)이 생겨 굴곡 일그러짐으로 변하고 그에 의해 광섬유에 가끔 마이크로밴드가 생긴다.

일반적인 나일론 플라스틱 광섬유에서는 플라스틱 피복층의 영율(Young's Modulus)이 작기때문에, 압축일그러짐이 생겼다하더라도 그후 점차적으로 응력을, 완화시켜 광섬유의 일그러짐은 거의 영(零)이 되지만, 보강광섬유의 경우에는 보강피복층의 영율이 크기때문에 응력은 거의 전혀 감소되지 않고 그결과 일그러짐이 그대로 남아있게되어 광섬유에 있어 큰 전송손실을 야기한다.

이 일그러짐을 광섬유의 "공정일그러짐 (process distorsion)이라 칭한다. 이 공정일그러짐이 0.00%일때는, 피복층과 광섬유 스트랜드 사이가 잘 부착되어 있는 일반적 플라스틱 광섬유에 있어 피복층의 길이와 광섬유의 길이와의 차이가 광섬유의 광로차와 일치한다. 피복광섬유를 제품관리할때 광로차 0.00%를 공정일그러짐으로 간주하여 소정의 관리를 행하고 있다.

여기서 말하는 광섬유의 광로차란 것은 피복전의 광섬유 코어길이(단위 길이)와 피복 후에 있어 이 코어길이와의 차이고 이것을 퍼센트로 표시한 것이다.

그런데 상기 FRP피복광섬유의 경우, 보강피복층과 광섬유 스트랜드와의 밀착이 불충분하기 때문에 보강피복층길이와 광섬유 길이와의 차가 광섬유의 광로차와 일치하지 않는 경우가 있고, 예컨대 보강피복층내에있어 광섬유가 무부하의 상태에서 지그재그로 사행하고 있는것 같은 경우에는 상기 광로차 0.00%를 측정해 알았다하더라도, 실제로는 보강피복층의 길이와 광섬유의 길이가 달라있어 마이크로밴드가 생기기 쉬운 상태로 되어있기 때문에 광로차에 기준한 전송특성상의 신뢰성이 없게 된다.

본 발명에서는 FRP광섬유에 있어서 공정일그러짐 (압축일그러짐)에 기인한 전송손실증가를 해소함과 함께 제품 관리상의 신뢰성을 높일 수 있도록 하기 위해 보강피복충(2)에 의해 피복된 광섬유 스트랜드(1)에는 인장일그러짐이 부여되어 있다.

이처럼 제1도, 제2도에 있는 본 발명의 피복광섬유에서는, 인장 일그러짐이 광섬유 스트랜드(1)에 가해져 있어 따라서 높은 영율의 보강피복층(2)이 온도변화, 외력등에 의해 수축한다해도, 광섬유 스트랜드(1)에는 압축 일그러짐이 거의 발생하지 않아 그 결과 마이크로밴드의 문제가 없게되고 광섬유(3)의 높은 전송특성이 확보될 수 있다.

물론 상기에서의 인장일그러짐에는 적당한 범위가 있고, 이의 최적치로는 0.01%∼0.10%가 좋은데 그 이유는 0.01%를 하회하는 경우 압축하중에 기인 한 마이크로밴드 저지효과가 부족하게되고 0.10%를 상회하면 광섬유(3)의 피로도가 크게되어 파단사고가 일어나기 쉽게된다.

한편 광섬유 스트랜드(1)가 상기 인장일그러짐을 갖고 있는 경우는 그 스트랜드(1)가 보강피복층(2)내에서 지그재그로 시행하고 있을 수가 없기 때문에 이 보강 광섬유에 있어서 광로차가 0.00%를 보이고 있을때에는 이 값은 신뢰할 수 있고 이것을 기준하여 제품관리도 정확을 기한다.

다음에 본 발명 피복광섬유의 제조방법을 간단히 설명하면, 광섬유 스트랜드(1) 및 로빙상태의 보강섬유(5), (5), (5)…을 한 방향으로 공급하여 각 보강섬유(5), (5), (5)…를 광섬유 스트랜드(1)의 외주에 종방향으로 부착시키지만, 이 종방향 부착전 일단 각보강섬유(5), (5), (5)…를 미립자(7), (7), (7)… 또는 (8), (8), (8)…이 교반혼합되어 있는 수지액조내에 통과시켜 이 각섬유(5), (5), (5)…에 미경화성수지(6)를 함침시키거나, 또는 종박양 첨가도중에 유하공급수단을 통해 미경화(액상)의 열경화성수지(6)를 이 각 섬유(5), (5),(5)…에 함침시킨다.

그후 광섬유 스트랜드(1) 및 수지가 함침된 각 보강섬유(5), (5), (5)…를 필요에 따라 목판(목板), 성형다이를 통해 끌어당기고 다시 이들을 통상의 가열경화로내에 끌어 통과시켜 상기 미경화의 열경화성수지(6)를 경화시키고, 이렇게해서 제조된 피복광섬유를 인취기로 끌어당겨 그다음 권취기로 감는다.

더욱 상기 과정에 있어서 피복광섬유를 제조할때 예컨대 가열경화로 전단에 있어서 광섬유 스트랜드(1)의 공급속도 V₁과 가열경화로 후단에 있어서의 인취속도 V₂와는 V₁＜₂와 같이 속도차를 갖게 한다.

이렇게하여 보강피복층(2)내에 있어 광섬유 스트랜드(1)에 소정의 인장일그러짐을 준다.

이상 설명한대로 본 발명은 광섬유 스트랜드외주의 보강피복층이 복수의 보강 섬유재와 여기에 함침경화된 열경화성수지로서 되는 피복광섬유에 있어서, 입경 30μm 이하의 무기질 미립자와 상기 보강피복층의 성형온도 이하에서 가소화하는 입경 50μm 이하의 열가소성 미립자 가운데 어느한쪽 또는 양쪽의 미립자가 이 보강피복층내에 혼입되어 있는것을 특징으로 하기 때문에, 보강피복층의 외관을 포함하여 성형성이 좋아질뿐 아니라 FRP피복 광섬유의 고온역에 있어서의 전송손실증가가 억제될 수 있다.

Claims

복수의 보강섬유재와 이에 함침경화된 열경화성 수지를 갖고서 광섬유 스트랜드 외주에 형성된 보강피복층 및 광섬유 스트랜드로되어 있는 피복 광섬유에 있어서, 입경 30μm 이하의 무기질 미립자와 상기 보강피복층의 성형온도이하에서 가소화하는 입자직경 50μm 이하의 열가소성 미립자 가운데 어느 한쪽의 미립자가 이 보강 피복층내에 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 피복광섬유.
제1항에 있어서, 미립자, 열경화성 수지가 25중량% 이하인것을 특징으로 하는 피복광섬유.
제1항 또는 제2항에 있어서, 무기질 미립자의 평균 입자직경이 3.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 피복광섬유.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 무기질 미립자가 탄산칼슘, 활석, 수화알루미나, 점토 및 비석으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 복수종인 것을 특징으로 하는 피복광섬유.
제1항에 있어서, 열가소성 미립자의 연화온도가 120℃ 이하인 것을 특징으로 하는 피복광섬유.
제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서, 열가소성 미립자가 폴리스틸렌, 염소화폴리에틸렌, ABS수지및 셀룰로오스 플라스틱으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 또는 복수종인 것을 특징으로 하는 피복광섬유.
제1항에 있어서, 보강피복층으로 피복된 광섬유 스트랜드가 인장 일그러짐을 갖고있는 것을 특징으로하는 광섬유.
제7항에 있어서, 상기 광섬유 스트랜드의 인장일그러짐이 0.01 내지 0.10%의 범위내에 있는것을 특징으로 하는 광섬유.