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    公开号:WO1984003085A1
    申请号:PCT/DE1984/000033
    申请日:1984-02-07
    公开日:1984-08-16
    发明作者:Paul Boerzel；Ernst Haering
    申请人:Basf Farben & Fasern；
    IPC主号:G02B6-00
    专利说明:
    [0001] "Verfahren zum Ummanteln von fadenförmigen Substraten"
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ummanteln von fadenförmigen Substraten, z.B. Fasern, Fäden, Drähten od. dgl.
    [0003] Auf dem Gebiet der Lichtwelleπleiter, d.h. einem Teilgebiet der Optik, welches zunehmende Bedeutung im Bereich optoelektronischer Informationsübertragungs-Systeme gewinnt, z.B. Fernsprech- und Fernsehnetze, EDV-Datenübertragung mit hoher übertragungsdichte bei großer Bandbreite und geringer Dämpfung, erfolgt die Übertragung von Lichtenergie durch vielfache Totalreflexion in Glasfasern. Hierbei werden dünne Fasern aus hochtransparenten optischen Gläsern, überwiegend hochreinem Quarz, ggf. mit Dotierungen geeigneter Fremdelemente, eingesetzt. Die Fasern können dabei von einem wenige tausendstel mm dicken Mantel eines anderen Glases niedriger Brechzahl umgeben sein. Solche Gläser können auch in sich eine von innen nach außen veränderliche Brechzahl aufweisen. Man bezeichnet sie als Gradientenfaser. Solche sogenannten Lichtwellenleiter werden in Durchmessern von 0,005 bis 0,5 mm hergestellt und zu sogenannten faseroptischen Bauteilen weiterverarbeitet. Solche sogenannten Lichtwellenleiter-Kabel bestehen meist aus einem Bündel flexibler Einzelfasern in einer
    [0004] Schutzhülle. An den Enden sind sie an optoelektronische Wandler und/oder Verstärker angeschlossen.
    [0005] Nach außen zum Schutz gegen mechanische Beschädigung befinden sich die Faserbündel in flexiblen Metalloder Kunststoff Schläuchen.
    [0006] Es ist erforderlich, die höchst empfindlichen Einzelfasern des Lichtwellenleiters mit einer Schutzschicht zu umgeben, um auch die Einzelfasern vor Schädigungen zu schützen, z.B. gegen mechanische Beschädigung, auch nur Druckeinwirkung, Feuchtigkeits- oder auch andere atmosphärische Einflüsse. Der Schutz ist zur Erhaltung der mechanischen Stabilität, z.B. Reißfestigkeit, Flexibilität, aber auch für die Güte der Übertragungseigenschaften äußerst wichtig. Die bisher hier zum Einsatz kommenden Kunststoff lacke benötigen eine relativ lange Aushärtezeit und haben den Nachteil, daß sie entweder relativ hart aushärten und damit die von ihnen zu umschließende Faser nicht vor Druckeinwirkung schützen oder aber die erforderliche mechanische Festigkeit an ihrer Außenseite nicht aufweisen.
    [0007] Auf dem Gebiet der Kunstharz- und Beschichtungstechnik ist die Photopolymerisation bekannt. Hierbei werden durch z.8. UV-Strahlung Beschi chtungsmaterialien ausgehärtet. Zum Einsatz in photopolymer isierbaren Beschi chtungssystemen sind dabei verschiedene Harzgruppen bekanntgeworden, die als Bindemittel interessant sind, z.B. ungesättigte Polyester, Polyesteracrylate, Epoxidacrylate (Viny lesterharze), Urethanacrylate, ungesättigte Acrylatcopolymeren. Solche Harze, auch Präpolymeren genannt, werden ggf. in Kombination mit copolymeri si erbaren Monomeren verarbeitet.
    [0008] Meist handelt es sich dabei um vinylisch ungesättigte Verbindungen, z.B. Ester der Acrylsäure, Methacryl säure, Maleinsäure, Fumarsäure oder deren Homologen oder z.B. Viny lar omaten oder Vinyllactame.
    [0009] Die sogenannten Systeme ergeben nach Zusatz von Photoinitiatoren und ggf. geeigneter Synergisten hochreaktive photopolymerisierbare Beschichtungsmaterialien.
    [0010] Die Anwendungen für photopolymerisierbare Beschichtungssysteme reichen von Grundierungen bis zu Decklacken und von dicken Schichten, z.B. Polierlacken auf Holz, bis zu dünnen Schichten, z.B. Drucklacke auf Papier.
    [0011] Bei den bisher bekannten Arbeitsweisen erfolgt der Einsatz der photoreaktiven Kunstharze weit überwiegend nur für transparente Beschichtungsstoffe. Die Anwendung von UV-Druckfarben steht hierzu nicht im Widerspruch, da deren Schichtdicke im Bereich von ca. 1 μm liegt, die unter Normalbedingungen noch ausreichende Durchhärtung mit UV-Licht gestatten. Da Pigmente, Farbstoffe und andere UV-absorbierende oder streuende Bestandteile in einem Lackfilm die Durchhärtung unter UV-Strahlung erheblich behindern, liegt die Verwendung solcher Stoffe in Schutzlacken für Lichtwellenleiter nicht nahe.
    [0012] Neben dem zumeist angewendeten radikalisehen Photopolymerisationsprozeß kann die Filmbildung auch durch einen entsprechenden ionischen Mechanismus durchgeführt werden. Hierzu verwendet man entsprechende UV-Initiatoren, die bei UV-Bestrahlung Ionen bilden.
    [0013] Die der UV-Strahlungshärtung zugrundeliegende Radikalkettenpolymerisation kann jedoch auch durch Elek tronenbestrahlung ausgelöst werden. Hier sind für die erfindungsgemäße Absorption weniger licht- als elektronenabsorbierende Pigmente und Füllstoffe bevorzugt.
    [0014] Es ist bekannt, photopolymerisierbare Beschichtungsstoffe als Schutzläcke für Lichtwellenleiter zu verwenden. Diese Lacke sind jedoch praktisch isotrop. Da es für die Lichtwellenleiter jedoch vorteilhaft ist, außen eine harte mechanisch widerstandsfähige, innen aber eine weichere, druckverteilende Beschichtung zu haben, hilft man sich zum Teil durch zwei aufeinanderfolgende Schichten: Außen harter, innen weicher Lack. Damit sind jedoch nicht geringe Fabrikationsprobleme verbunden: Doppelte Applikationsund Härtungsanlagen, Zentrierprobleme bei der Beschichtung und Zwischenschichthaftung.
    [0015] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ummanteln von fadenförmigen und damit flexiblen Substraten zu schaffen, bei dem der UmmantelungsfiIm an seiner Außenseite hart, aber auf der zum Substrat hingewandten Seite weich ist, wobei trotz dieser unterschiedlichen Härtung das Verfahren schnell und problemlos durchführbar sein soll.
    [0016] Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein mit lichtundurchlässigen oder den Lichtdurchgang hemmenden Pigmenten Füll- und/oder Farbstoffen pigmentiertes strahlenreaktives System auf das zu beschichtende Substrat aufgebracht und anschließend einer Strahlenpolymerisatioon ausgesetzt wird. Als photoreaktive Systeme können verschiedene Harzgruppen eingesetzt werden, die als Bindemittel interessant sind, z.B. ungesättigte Polyester, Polyesteracrylate, Epoxidacry late (Vinylesterharze), Urethanacrylate, ungesättigte Acrylatcopolymeren. Solche Harze, auch Präpolymeren genannt, werden ggf. in Kombination mit copolymerisierbarsn Monomeren verarbeitet. Als Mengenangaben können folgende Beispiele genannt werden:
    [0017] Bei Harzen 99 - 1 Gewichtsprozent, bevorzugt 99 - 50 Gewichtsprozent, bei Monomeren 1 - 99 Gewichtsprozent, bevorzugt 1 bis 50 Gewichtsprozent, bei Photoinitiatoren 0,1 - 10 Gewichtsprozent, bevorzugt 0,5 - 5 Gewichtsprozent, bei Synergisten 0,1 - 15 Gewichtsprozent, bevorzugt 1 - 5 Gewichtsprozent.
    [0018] Als Beispiel für ein strahlenhärtbares Kunstharz kann dienen:
    [0019] Ungesättigte Polyesterharze, die lineare Polykondensat ionsprodukte aus ungesättigten Dicarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen sind, die in copolymerisationsfähigen Monomeren, meist Monostyrol, in den erfindungsgemäßen Beschichtungsstof fen bevorzugt, jedoch Acrylsäure- oder Methacrylsäure-Ester gelöst sind. Die Zahl der zum Aufbau der Polyester verwendbaren Komponenten ist groß. Die technisch wichtigsten ungesättigten Dicarbonsäuren sind Malein- und Fumarsäure. Sie können z.T. durch gesättigte, auch aromatische Dicarbonsäuren wie Phthalsäure, TetrahydrophthaIsäure, Adipinsäure und andere ersetzt werden. Als Polyalkohole verwendet man vorzugsweise 1,2 Propylenglykol und Äthylenglykol. Technische Bedeutung haben aber auch die Ätherdiole, wie D i ä t h y l eng l y k o l und Dipropylenglykol.
    [0020] Unter ungesättigten Acrylharzen sind hier nicht die seit Jahren bekannten nichtvernetzenden oder über Kondensationsreaktionen selbst- oder fremdvernetzenden Acry latharze zu verstehen, sondern es geht hier um eine Harzgruppe, die aufgrund von Acrylsäureestergruppierungen zur vernetzenden Vinylpolymeri sation in der Lage ist. Zugänglich sind solche Rohstoffe beispielsweise durch Copolymeri sation der unterschiedlichsten Monomeren, wie z.B. Äthylacry lat , 2-Äthylhexylacrylat, Butylacrylat, Methylmethacrylat, Styrol und anderen mit z.B. Glycidylmethacry lat und anschließende Umsetzung der Oxi rangruppen mit freier Acrylsäure. Weitere Präpolymeren gewinnt man z.B. durch Addition von Acrylsäure an Epoxidharze z.B. auf Basis Bisphenol A, dies führt zu sogenannten Epoxidacrylaten oder z.B. durch Umsetzung von hydroxylgruppen-funkt ionel len Acrylsäure-Estern mit mono-oder polyfunktionellen Isocyanaten.
    [0021] Als Photoinitiatoren können dienen:
    [0022] Als Photoinitiatoren für die Radikalkettenpolymerisation kommen alle die Produkte in Frage, die auch für übliche UV-Beschichtungen eingesetzt werden.
    [0023] Ohne Anspruch auf die Vollständigkeit seien folgende
    [0024] Produkte und Produktklassen erwähnt:
    [0025] Benzoin-äthyläther, -isopropyläther, -n-butyläther,-isobutyläther, Diäthoxylacetophenon 1.1.1-Trichloracetophenon
    [0026] 1.1-Dichloracetophenon
    [0027] Benzophenon, dessen ungesättigte Derivate
    [0028] BenziIdimIthylketal
    [0029] Derivate des alpha-Hydroxyacetophenons Methylthioxanthon, Chlorthioxanthon, Isopropylthioxanthon. Als ggf. mitzuverwendende Synergisten können z. B. verwendet werden:
    [0030] Primäre oder, sekundäre Amine, deren. Addukte oder vinylisch ungesättigte sogenannte einbaubare Amine. Wirksame Photoinitiatoren sind z. B. Benzoin-Derivate.
    [0031] Als lichtundurchlässige oder den Lichtdurchgang hemmende Pigmente, Füll- oder Farbstoffe kommen solche in Frage, die durch Streuung und/oder Absorption die Intensität der einwirkenden Strahlung mit zunehmender Eindringtiefe vermindern. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit kommen folgende Stoffgruppen mit jeweils einer Vielzahl von möglichen Einzelstoffen zu Anwendung
    [0032] a) unbunte absorbierende und/oder streuende Pigmente: z. B. Titandioxid, Zinksulfat usw.,
    [0033] b) organische Füllstoffe, wie z. B. Polyolefinpulver, Wachse o. ä.
    [0034] Die fertigen Beschichtungen können farblos, unbunt oder bunt eingefärbt sein, wobei die Farbe zusätzlich als Erkennungsmerkmal des einzelnen Lichtwellenleiters - oder anderer fadenförmiger Substrate, wie z. B. mineralische (anorganische) Fasern, organische Fasern (textile Fäden) oder Metalldrähte dienen kann.
    [0035] Da das erfindungsgemäße Verfahren außerordentlich schnell arbeitet, ist es auch möglich, das Verfahren zweistufig auszubilden, so daß zuerst auf das zu beschichtende Substrat ein mit lichtundurchlässigen oder den Lichtdurchgang hemmenden Pigmenten verseltzies pnotoreaktives Kunstharz aufgebracht und in UV-Strahlen oder Elektronenstrahlen ausgehärtet und dann auf dieses relativ weiche Ummaπtelungsmaterial ein voll lichtdurchlässiges und damit voll photopolymeri sierbares Kunstharz aufgebracht und polymerisiert wird.
    [0036] Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung rein schematisch ein Schnitt durch eine Glasfaser dargestellt.
    [0037] Die erfindungsgemäß verbesserte Herstellung eines mit einem UV-Schutzlack überzogenen Lichtwellenleiters kann wie folgt durchgeführt werden:
    [0038] Nach Erhitzen eines entsprechenden Rohlings wird ein Quarzfaden vertikal nach unten aus der Schmelze gezogen und durchläuft nach einer Abkühlungsstrecke ein Vorratsgefäß mit flüssigem reaktivem Lack. Dieses Gefäß verläßt der Faden vertikal durch eine Düse, wobei der Faden rundum mit einer flüssigen Lackschicht vonz.B. 50 μm Dicke ummantelt wird. Anschließend durchläuft der Faden eine Bestrahlungsstrecke, wobei er von der Strahlung einer parallel zum Faden angeordneten UV-Lampe,oder auch mehrere Lampen, bestrahlt und gehärtet wird. Der so erhaltene mit einem UV-Schutzlack beschichtete Lichtwellenleiter kann anschließend aufgewickelt werden.
    [0039] Beispiel für die Zusammensetzung des Lackes:
    [0040] 67,3 Teile eines Epoxidacrylates aus 1 Mol Bisphenol A und 2 Mol Acrylsäure
    [0041] 24,5 Teile Hexandiol-1.6-diacrylat
    [0042] 1,2 Teile Heliogenblau
    [0043] 4,0 Teile Benzophenon
    [0044] 3,0 Teile Triäthanolamin werden unter Rühren gründlich gemischt. Die so erhaltene viskose Lösung wird in den Vorratsbehälter der Lackauftragsvorrichtung eingefüllt. Die Beschichtung des Lichtwellenleiters erfolgt in der oben beschriebenen Weise.
    [0045] Als Vergleichsversuch zur Ermittlung des Effektes wird der UV-Schutz lack in einer Schichtdicke von 60 μm auf eine Glasplatte aufgetragen, die mit einer Trennschicht besprüht ist.
    [0046] Dieser Lack wird mit zwei UV-Lampen, jede mit einer Leistung von 80 W/cm, bestrahlt, wobei die Durchlaufgeschwindigkeit 40 m/min beträgt.
    [0047] Nach der Bestrahlung wird der Film einer Messung de r Pendeldämpfung nach DIN 53 157 unterworfen. Man erhält einen Meßwert von 89 s.
    [0048] Anschließend wird derselbe Film vorsichtig von der Unterlage gelöst und mit der Unterseite nach oben ebenfalls der Pendeldämpfungsmessung unterzogen. Für die Unterseite erhält man einen Meßwert von 52 s. Die Pendeldämpfung, früher auch als Pendelhärte bezeichnet, charakterisiert die Eigenschaft des Beschichtungsfilms dem Druck und der Reibung eines Fremdkörpers nachzugeben.
    [0049] Der hohe Meßwert zeigt gute Härte und höhere WiderStandsfähigkeit gegen das Eindringen eines Fremdkörpers an.
    [0050] Dies ist für die Oberfläche des Lichtwellenleiters erwünscht. Der niedrigere Meßwert zeigt geringere Härte an, aber das Vermögen, einwirkende Kräfte durch elastische Verformung in der Schicht zu verteilen und so die Druckeinwirkung auf die darunter befindliche Grenzschicht des Lichtwellenleiters zu minimieren.
    [0051] Dies kommt der Beständigkeit des Materials und der übertragungsqualitatt sehr zustatten und ist daher sehr erwünscht.
    [0052] Die Glasfaser 1 weist dabei eünen Durchmesser von 0,1 mm auf und der die Giasfaser 1 umgebende Mantel 2 eine Schichtstärke von 0,06 mm.
    [0053] Der Mantel 2 ist, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist, zweiteilig ausgebildet, nämlich besitzt einen weichen Innenkern 3 und einen harten Außenmantel 4, wobei natürlich der Übergang kontinuierlich ver lauft,zwi sehen dem weichen Innenkern 3 und dem harten Außenmantel 4 nicht so abrupt ist wie in der Zeichnung dargestellt (Härtegradient).
    [0054] Durch eine solche Arbeitsweise wird erreicht, daß die im Inneren liegende Glasfaser durch einen Mantel abgedeckt und gegen mechanische Beanspruchungen geschützt ist, der mit einer weichen Schicht an der Glasfaser anliegt, aber nach außen hin eine harte und damit hohe mechanische Festigkeiten aufweisende Schicht abgedeckt ist.
    权利要求:
    Claims "Verfahren zum Ummanteln von fadenförmigen Sub- straten"Patentansprüche :
    1. verfahren zum Ummanteln von fadenförmigen Substraten, z.B. Fasern, Fäden, Drähte od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein mit lichtundurchlässigen oder den Lichtdurchgang hemmenden Pigmenten, Füll- und/oder Farbstoffen pigmentiertes strahlenreaktives System auf das zu beschichtende Substrat aufgebracht und anschließend einer Strahlenpolymerisation ausgesetzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch graduell steigende Absorption der polymerisationsauslösenden Strahlung in der Beschichtung Vernetzungsgradienten bzw. Härtegradienten erzeugt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als photoreaktives Kunstharz ein ungesättigtes Polyersterharz eingesetzt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als photoreaktives Kunstharz ungesättigte Epoxi dacrylate (Vinylesterharze), Polyesteracrylate, Urethanacrylate verwendet werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß ionisch - polymerisierende Systeme zur Verwendung kommen, die z.B. aufgebaut sein können aus cycloaliphatisehen Epoxiden hydroxifunktionellen reaktiven Verdünnern (z.B. Diäthylenglykol) und einem ionisch wirkenden Photoinitiator (z.B. Triarylsulfonium-Salze, wie (Ar)3-S+ X- , wobei X sein kann PF6- , BF4-, SbF6-.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtundurchlässiger oder den Lichtdurchqang hemmender Füllstoff anorganische und/oder organische Pigmente, Füllstoffe, lösliche Farbstoffe und/oder strahlenabsorbierende Chemikalien, z.B. sogenannte "UV-Absorber", eingesetzt werden.
    7. Verfahren zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß das zu ummantelnde Substrat nach Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 einer weiteren Beschichtung mit einem voll lichtdurchlässigen photoreaktiven Kunstharz unterworfen und einer weiteren Photopolymerisation ausgesetzt wird.
    8. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 für die Beschichtung von für das Gebiet der Lichtwellenleiter bestimmten Glasfasern.
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    1985-04-24| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1984900715 Country of ref document: EP |
    1986-06-17| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1984900715 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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