專利名稱：制造光纖的方法以及光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造光纖的方法以及光纖。
背景技術(shù)：
在光傳輸系統(tǒng)通常所采用的光纖中，需要在使用環(huán)境下保證例如20年的長(zhǎng)期的機(jī)械可靠性。因此，基于測(cè)量到的光纖的疲勞系數(shù)和屏蔽強(qiáng)度以及在使用環(huán)境下要施加到光纖上的應(yīng)變，計(jì)算光纖的機(jī)械可靠性(使用壽命和斷裂概率)。為了評(píng)估機(jī)械可靠性，主要使用靜疲勞系數(shù)或動(dòng)疲勞系數(shù)的值、屏蔽強(qiáng)度和斷裂頻率，而不使用斷裂時(shí)間和斷裂強(qiáng)度。
近年來，由于開發(fā)出了光纖到戶(FTTH)網(wǎng)絡(luò)，因此用于接入系統(tǒng)(access system)的光纖傳輸線路的鋪設(shè)增加。在接入系統(tǒng)中，通信運(yùn)營(yíng)商難以對(duì)鋪設(shè)進(jìn)行控制。此外，用戶 在其房屋等中接觸光纖的機(jī)會(huì)增加。在這種接入系統(tǒng)或房屋中，存在如下?lián)墓饫w可能在安裝和處置期間發(fā)生紐結(jié)或被踩踏，因而可能將過大的應(yīng)變暫時(shí)施加至光纖。如W. Griff ioen 等人的 “Reliability of Bend Insensitive Fibers (不易彎曲光纖的可靠性)”，Proceedings of the 58th IWCS/IICIT, pp. 251-257 (2009)中描述的，已知在光纖以小的半徑彎曲(例如，彎曲半徑為2. 4_以下)的情況下，光纖的玻璃的固有強(qiáng)度會(huì)影響斷裂概率。然而，沒有報(bào)道過當(dāng)光纖以小的半徑彎曲時(shí)可以保證斷裂時(shí)間的光纖及制造這種光纖的方法。日本未審查的專利申請(qǐng)公開No. 6-250053和No. 2005-55779均描述了如下內(nèi)容通過控制光纖涂層的PH值，可以改善光纖的疲勞系數(shù)。然而，通過僅僅控制pH值不是總能改善疲勞系數(shù)。此外，在這些文獻(xiàn)中，沒有對(duì)光纖以小的半徑彎曲時(shí)的斷裂強(qiáng)度和斷裂時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。日本未審查的專利申請(qǐng)公開No. 2006-215445描述了如下內(nèi)容通過在一次涂層中將四乙氧基硅烷的含量設(shè)為O.1質(zhì)量份至3. O質(zhì)量份并且將二乙胺的含量設(shè)為O. 001質(zhì)量份至O. 2質(zhì)量份，可以在移除光纖涂層之后對(duì)玻璃纖維的表面進(jìn)行清潔的處理中，防止玻璃纖維的強(qiáng)度降低，其中一次涂層是光纖涂層的一部分并與玻璃纖維的外周接觸。然而，通過向一次涂層中添加二乙胺等胺基添加劑，使光硬化后的一次涂層的堿度增加，結(jié)果光纖的長(zhǎng)期可靠性顯著降低。此外，在該文獻(xiàn)中，沒有對(duì)光纖以小的半徑彎曲時(shí)的斷裂強(qiáng)度和斷裂時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。如上所述，對(duì)于光纖以非常小的半徑彎曲時(shí)的斷裂時(shí)間，還沒有充分的知識(shí)積累。還不知道如下光纖及其制造方法當(dāng)以小的半徑彎曲時(shí)可以保證斷裂時(shí)間的光纖。此外，還沒有對(duì)光纖以小的半徑彎曲時(shí)的斷裂強(qiáng)度和斷裂時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供如下光纖及其制造方法即使當(dāng)該光纖暫時(shí)地以小的半徑彎曲時(shí)，光纖也不會(huì)發(fā)生斷裂。根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的方法，所述方法是制造在玻璃纖維的外周上具有光纖涂層的光纖的方法，所述方法包括(I)第一步，將光纖預(yù)制件拉伸成玻璃纖維，并且在所述玻璃纖維的外周上設(shè)置光纖涂層，以形成母光纖；(2)第二步，將所述母光纖切割成多根單獨(dú)光纖；(3)第三步，確定所述母光纖的至少一個(gè)位置處的斷裂強(qiáng)度Fl以及斷裂時(shí)間T，所述斷裂強(qiáng)度Fl是在所述母光纖的張力以1%/min的張力試驗(yàn)速度增大的情況下所述母光纖斷裂時(shí)的拉力，所述斷裂時(shí)間T是纏繞在半徑為1. 3mm的芯軸上的所述母光纖發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng)；(4)第四步，確定所述多根單獨(dú)光纖各自的斷裂強(qiáng)度F2;以及(5)第五步，從由斷裂強(qiáng)度Fl[kgf]和斷裂時(shí)間T[min]滿足不等式T > 2. 6 X 10_n X exp (4. 736 XFl)的所述母光纖切出的單獨(dú)光纖中選擇斷裂強(qiáng)度F2為5. 5kgf以上的光纖。
在根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的所述方法中，優(yōu)選地，在所述光纖預(yù)制件的從外周面起向內(nèi)延伸到等于O. 98D I的內(nèi)徑的區(qū)域中，所述光纖預(yù)制件的OH濃度為10重量ppm至10000重量ppm，Dl是所述光纖預(yù)制件的外徑；并且用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前具有50重量ppm至20000重量ppm的含水量以及7以下的pH值，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。在所述第三步中，優(yōu)選地，一次涂層中所含有的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的減少率小于O. 1/7天。 在根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的所述方法中，優(yōu)選地，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前含有0.1重量％至10重量％的未添加低聚物的惰性四乙氧基硅烷、以及O. 001重量％以下的胺基添加劑。更優(yōu)選地，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前含有O. 3重量％至2重量％的未添加低聚物的惰性四乙氧基硅烷。在根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的所述方法中，優(yōu)選地，一次涂層在被光硬化之后具有1. 5MPa以上的斷裂拉伸應(yīng)力。優(yōu)選地，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前含有5重量％至15重量％的N-乙烯基單體；在被光硬化之后，所述一次涂層具有O. 2MPa至IMPa的楊氏模量，并且圍繞所述一次涂層的二次涂層具有SOOMPa以上的楊氏模量。根據(jù)本發(fā)明的光纖包括設(shè)置在玻璃纖維的外周上的光纖涂層，在所述玻璃纖維的從外周面起向內(nèi)延伸到等于O. 95dl的內(nèi)徑的區(qū)域中，所述玻璃纖維的OH濃度為10重量ppm至1000重量ppm,dl是所述玻璃纖維的外徑；并且斷裂強(qiáng)度F[kgf]和斷裂時(shí)間T[min]滿足不等式T > 2.6 X 10_n X exp (4. 736 XF)和F > 5· 5，所述斷裂強(qiáng)度F是在張力以1%/min的張力試驗(yàn)速度增大的情況下所述光纖斷裂時(shí)的張力，所述斷裂時(shí)間T是纏繞在半徑為1. 3mm的芯軸上的所述光纖發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的所述光纖中，優(yōu)選地，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前具有50重量ppm至20000重量ppm的含水量，在被光硬化之后具有5以下的pH值。優(yōu)選地，所述一次涂層中所包含的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的減少率小于O. 1/7天。在根據(jù)本發(fā)明的所述光纖中，優(yōu)選地，所述一次涂層在被光硬化之后具有1. 5MPa以上的斷裂拉伸應(yīng)力。優(yōu)選地，所述一次涂層在被光硬化之后具有處于80%至95%的范圍內(nèi)的凝膠百分率。優(yōu)選地，所述光纖涂層的外徑為210 μ m以下，二次涂層的厚度為10 μ m以上。優(yōu)選地，動(dòng)疲勞系數(shù)為20以上。此外，壓縮應(yīng)力施加到所述外周上。根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)光纖暫時(shí)地以小的半徑彎曲時(shí)，仍然可以防止光纖斷裂。


圖1是示出跳線及用于室內(nèi)配線的軟線的載荷與彎曲半徑之間的關(guān)系的曲線圖，跳線及用于室內(nèi)配線的軟線各自具有3mm的外徑；圖2是示出光纖的彎曲半徑與斷裂概率之間的關(guān)系的曲線圖；圖3是示出光纖的平均斷裂強(qiáng)度與平均斷裂時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光纖的截面圖。
具體實(shí)施方式

下面，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖僅是出于示例的目的，并且本發(fā)明不限于附圖中的情況。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，并省略重復(fù)的描述。在附圖中，尺寸未必是精確的。作為用于室內(nèi)配線的通用軟線(cord),適于采用具有4. 8mm或3. Omm的外徑的光學(xué)軟線。圖1是示出載荷與彎曲半徑之間的關(guān)系的曲線圖，該曲線圖是通過分別對(duì)均具有3_的外徑并易于以小的半徑彎曲的常用跳線(jumper cord)和用于室內(nèi)配線的軟線執(zhí)行壓裂試驗(yàn)(包括U形彎曲)獲得的。用于室內(nèi)配線的軟線的剛性比跳線的剛性高。然而，在跳線和用于室內(nèi)配線的軟線這二者中，彎曲位置(U形端部)處的內(nèi)半徑都隨著載荷的增大而減??；當(dāng)上方的軟線與下方的軟線彼此接觸時(shí)，光學(xué)軟線內(nèi)部的光纖的最小半徑R為1. 3_。從該曲線圖中可以明顯地看出，存在如下的擔(dān)心在安裝和處置期間可能將曲率半徑達(dá)到1. 3mm的暫時(shí)彎曲應(yīng)變施加至光纖。圖2是示出光纖的彎曲半徑與斷裂概率之間的關(guān)系的曲線圖。如圖2所示，在光纖以小的半徑，例如以2. 4mm以下的彎曲半徑彎曲的情況下，以取決于玻璃固有強(qiáng)度的斷裂為主，而不是以由疲勞系數(shù)限定的表面缺陷(surface flaw)的擴(kuò)大而導(dǎo)致的斷裂為主。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已知的是，當(dāng)光纖以小的半徑彎曲時(shí)，光纖立即發(fā)生或在幾分鐘之內(nèi)發(fā)生斷裂。由于不知道確定斷裂時(shí)間的方法，所以需要如下的方法穩(wěn)定地提供可以承受暫時(shí)的過大應(yīng)變的光纖。根據(jù)本發(fā)明的光纖及其制造方法可以滿足這種需要，并且即使在向光纖施加過大的彎曲應(yīng)變的情況下，光纖仍然不斷裂并可以承受應(yīng)變至應(yīng)變消除為止。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在光纖的光纖涂層具有相同的樹脂成分的情況下，光纖的被施加了大應(yīng)變且曲率半徑為2. 4mm以下的區(qū)域的斷裂時(shí)間與光纖的張力斷裂強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)。圖3是示出光纖的平均斷裂強(qiáng)度與平均斷裂時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。在這種情況下，拉伸28個(gè)光纖預(yù)制件以形成光纖。測(cè)量光纖的斷裂強(qiáng)度(即，在光纖的張力以1%/min的張力試驗(yàn)速度增大的情況下光纖斷裂時(shí)的張力)和斷裂時(shí)間(即，至纏繞在半徑為1. 3mm的芯軸上的光纖發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng))，并且為每個(gè)光纖預(yù)制件計(jì)算15個(gè)測(cè)量值的平均斷裂強(qiáng)度和平均斷裂時(shí)間。如圖3所示，平均斷裂強(qiáng)度與平均斷裂時(shí)間明確地相互關(guān)聯(lián)。平均斷裂強(qiáng)度與平均斷裂時(shí)間之間的關(guān)系可以一般地表述為不等式(I)T > AXexp (BXFl) (I)其中，F(xiàn)l是平均斷裂強(qiáng)度[kgf], T是平均斷裂時(shí)間[min], A和B是系數(shù)。當(dāng)可以獲得以小的半徑彎曲時(shí)斷裂時(shí)間為5分鐘以上的光纖時(shí)，可以認(rèn)為即使當(dāng)光纖例如因?yàn)樵诎惭b和處置期間發(fā)生紐結(jié)或被踩踏而以小的半徑暫時(shí)地彎曲時(shí)，也可以避免光纖在此期間斷裂。此外，從圖3中可以清楚地看出，為了獲得在彎曲半徑為1. 3_時(shí)斷裂時(shí)間為5分鐘以上的光纖，需要斷裂強(qiáng)度為5. 5kgf以上。如上所述，可以通過確定一個(gè)或多個(gè)光纖預(yù)制件的平均斷裂強(qiáng)度和平均斷裂時(shí)間，確認(rèn)結(jié)果數(shù)值滿足上述關(guān)系(不等式(I ))，并且控制單獨(dú)光纖的斷裂強(qiáng)度，來保證預(yù)定的斷裂時(shí)間。具體地說，通過使用滿足不等式(2)T > 2. 6X 1(ΓηΧ ex p (4. 736XFl) (2)并具有5. 5kgf以上的斷裂強(qiáng)度的光纖(在圖3中以實(shí)線表示)，使得即使在彎曲半徑為1. 3mm時(shí)也可以獲得5分鐘以上的斷裂時(shí)間。因此，可以選擇并使用如下光纖直到暫時(shí)的過大彎曲應(yīng)變消除，該光纖都不斷裂。根據(jù)本發(fā)明的制造光纖的方法是制造在玻璃纖維的外周上具有光纖涂層的光纖的方法，該方法包括(I)第一步，將光纖預(yù)制件拉伸成玻璃纖維，并且在玻璃纖維的外周上設(shè)置光纖涂層，以形成母光纖；(2)第二步，將母光纖切割成多根單獨(dú)光纖；(3)第三步，確定母光纖的至少一個(gè)位置處的斷裂強(qiáng)度Fl以及斷裂時(shí)間T ; (4)第四步，確定多根單獨(dú)光纖各自的斷裂強(qiáng)度F2 ;以及(5)第五步，從由斷裂強(qiáng)度Fl[kgf]和斷裂時(shí)間T[min]滿足不等式(2)的母光纖切出的單獨(dú)光纖中選擇斷裂強(qiáng)度F2為5. 5kgf以上的光纖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光纖I的截面圖。光纖I包括光纖涂層20，光纖涂層20設(shè)置在玻璃纖維10的外周上。玻璃纖維10包括芯層11和包層12。光纖涂層20包括一次涂層21，其與玻璃纖維10的外周接觸；以及二次涂層22，其圍繞一次涂層21。當(dāng)光纖在1%/min的張力試驗(yàn)速度下的斷裂強(qiáng)度F2為5. 9kgf以上時(shí)，即使彎曲半徑為1. 3mm，仍然可以獲得5分鐘以上的斷裂時(shí)間。當(dāng)光纖在1%/min的張力試驗(yàn)速度下的斷裂強(qiáng)度F2為6. Okgf以上時(shí)，即使彎曲半徑為1. 3mm，仍然可以獲得60分鐘以上的斷裂時(shí)間。此外，通過使用滿足不等式(3):T > 4. 6X 1(ΓηΧ exp (4. 736XFl) (3)并具有5. 5kgf以上的斷裂強(qiáng)度的光纖(在圖3中以虛線表示)，使得即使在彎曲半徑為1. 3mm時(shí)也可以獲得10分鐘以上的斷裂時(shí)間。在這些情況下，可以在光纖斷裂之前消除暫時(shí)的過大彎曲應(yīng)變。不等式(I)顯示了平均斷裂強(qiáng)度與平均斷裂時(shí)間之間的相關(guān)性，不等式(I)中的系數(shù)A和B根據(jù)拉伸條件、涂布樹脂的狀況、樹脂成分以及從拉伸開始的流逝時(shí)間而改變。然而，本發(fā)明的發(fā)明人已確定的是，當(dāng)光纖預(yù)制件的外周面附近的區(qū)域中的OH濃度為10重量ppm至10000重量ppm時(shí)，一次涂層21在被光硬化之前具有50重量ppm至20000重量ppm的含水量，并且樹脂具有7以下的pH值，可以基本滿足不等式(2)且成品率為75%以上。在光纖I中，外周面附近的玻璃纖維10的OH濃度優(yōu)選的是10重量ppm至1000重量ppm。在不含有堿金屬的有機(jī)玻璃中，盡管很少量的OH不直接影響玻璃斷裂，但其可以促進(jìn)玻璃的表面層與硅烷偶聯(lián)劑之間的脫水縮合反應(yīng)，因此從增大玻璃強(qiáng)度的觀點(diǎn)來看，這正是所希望的。然而，當(dāng)OH濃度過高時(shí)，微裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子增大，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度和疲勞系數(shù)減小。因此，外周面附近的玻璃纖維10的OH濃度優(yōu)選的是1000重量ppm以下。具體地說，在玻璃纖維的從外周面起向內(nèi)延伸到等于O. 95dl的內(nèi)徑的區(qū)域中，玻璃纖維的OH濃度優(yōu)選為10重量ppm至1000重量ppm。可能存在如下情況因?yàn)椴捎眉t外線吸收的通用方法時(shí)的空間分辨率較低，所以難以檢測(cè)玻璃纖維10的外周面附近的OH濃度。因此，可以可選地執(zhí)行如下操作測(cè)量被拉伸之前的光纖預(yù)制件的外周面附近(例如，光纖預(yù)制件的從外周面起向內(nèi)延伸到等于
O.98D1的內(nèi)徑的區(qū)域，其中，Dl是光纖預(yù)制件的外徑)的OH濃度。在這種情況下，由于OH在形成光纖的處理中擴(kuò)散，所以光纖預(yù)制件的外周面中的OH濃度優(yōu)選的是在10重量ppm至10000重量ppm的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地,該OH濃度在10重量ppm至1500重量ppm的范圍內(nèi)。作為光纖I,可以適當(dāng)?shù)夭捎镁哂须A梯型、W型或溝槽型(trench type)折射率分布的彎曲損耗低的光纖。此外，也可以適當(dāng)?shù)夭捎美每諝饪谆蛭⒖兹簛砜刂普凵渎实墓饫w。在溝槽型光纖中，可以在保持模場(chǎng)直徑與遵循G. 652的常用單模光纖的模場(chǎng)直徑相同的同時(shí)降低彎曲損耗，其中模場(chǎng)直徑限定接續(xù)損耗。此外，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)折射率分布，也可以獲得彎曲損耗低的光纖，例如，即使彎曲半徑為IOmm或5mm，在波長(zhǎng)為1550nm的情況下的傳輸損耗也為O. 15dB/圈以下。
通過如下所述的方法制造光纖I。首先，通過例如VAD、0VD、MCVD或PCVD等氣相玻璃合成處理生產(chǎn)用于引導(dǎo)光的芯層，并且通過VAD、OVDE, APVD、棒塌縮處理(rod-1n-collapse process)等在芯層的外周上形成護(hù)套層。由此生產(chǎn)出光纖預(yù)制件?？梢酝ㄟ^VAD、0VD、MCVD、棒塌縮處理等在芯層與套層之間進(jìn)一步設(shè)置中間光學(xué)包層。將這樣生產(chǎn)的光纖預(yù)制件放置在拉絲機(jī)中，并且將光纖預(yù)制件的下端加熱至作業(yè)點(diǎn)以上的溫度。適當(dāng)?shù)乩焖玫降娜廴诓Ａ?玻璃液滴)，從而紡出光纖。外徑受控制的紡出的光纖經(jīng)過用于以樹脂涂布光纖的模具、用于使樹脂硬化的UV爐等，來形成涂層光纖，并且將涂層光纖纏繞在卷繞筒管上。一般地，在光纖I中，光纖涂層20設(shè)置在玻璃纖維10的外周上。光纖涂層20具有雙層結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)包括一次涂層21，其防止外力直接影響玻璃纖維10 ;以及二次涂層22，其防止外部缺陷?？梢源?lián)地設(shè)置用于一次涂層和二次涂層的模具?？蛇x地，可以使用同時(shí)供應(yīng)兩個(gè)層的一組模具進(jìn)行涂布。在這種情況下，由于可以降低拉絲機(jī)的高度，所以可以降低拉絲建筑的建造成本。此外，通過在拉絲爐與模具之間設(shè)置控制紡出的玻璃纖維10的冷卻速度的裝置，可以將玻璃纖維10進(jìn)入模具時(shí)的玻璃纖維10的表面溫度控制在適當(dāng)?shù)臏囟取ＯＭ魅肟刂评鋮s速度的裝置中的氣體的雷諾數(shù)盡可能低，因?yàn)檫@樣可以使由于要施加到紡出的光纖上的湍流導(dǎo)致的擺動(dòng)減少。此外，通過控制玻璃纖維的冷卻速度，可以降低瑞利散射，還可以獲得傳輸損耗低的光纖。在用于使樹脂硬化的UV爐中，除了反饋控制UV光的強(qiáng)度之外，還可以通過反饋控制爐內(nèi)溫度，來控制樹脂的硬化速度。作為UV爐，適于采用磁控管或UV LED。在采用UVLED的情況下，由于光源本身不產(chǎn)生熱量，所以要獨(dú)立地設(shè)置如下的機(jī)構(gòu)向爐中輸送熱空氣以使?fàn)t內(nèi)溫度變得充分高。此外，自樹脂分離出的成分附著在UV爐的爐膛管的內(nèi)表面上，從而使拉伸期間到達(dá)涂層的UV光能發(fā)生改變。因此，可以預(yù)先監(jiān)視UV光能在拉伸期間的減少程度，并且可以根據(jù)拉伸時(shí)間來調(diào)節(jié)UV光能，從而可以使施加到涂層上的UV光能恒定。此外，可以監(jiān)視從爐膛管泄漏的UV光，并且可以進(jìn)行控制，從而可以使施加到涂層上的UV光能恒定。由此可以使得斷裂強(qiáng)度在光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上均一。為了確保外部缺陷抗耐性，優(yōu)選地，將兩個(gè)涂層中的二次涂層22設(shè)置成具有適當(dāng)?shù)暮穸?。一般地，二次涂?2的厚度優(yōu)選的是10 μ m以上，更優(yōu)選的是20 μ m以上。
在這樣生產(chǎn)并纏繞在卷繞筒管上的光纖I中，在必要時(shí)涂層是著色的。將光纖I用作最終產(chǎn)品，例如光纜或光學(xué)軟線。在斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)中，使用著色前或著色后的光纖，在溫度為25°C、濕度為50%的環(huán)境下沿軸向?qū)饫w施加拉伸應(yīng)變，并且監(jiān)視光纖的斷裂拉伸應(yīng)力。在對(duì)光纖施加拉伸應(yīng)變時(shí)沿軸向發(fā)生滑動(dòng)的情況下，希望適當(dāng)?shù)匦Ｕ龜嗔褟?qiáng)度。盡管可以根據(jù)裝置而改變斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)要使用的光纖的長(zhǎng)度，但為了便于試驗(yàn)，希望長(zhǎng)度在5m至30m的范圍內(nèi)。優(yōu)選地以25m或5m的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。張力試驗(yàn)速度是每分鐘光纖的拉伸比。在長(zhǎng)度為25m的樣品中每分鐘的拉伸量為25mm的情況下，張力試驗(yàn)速度為1%/min。平均斷裂強(qiáng)度的定義如下當(dāng)對(duì)樣品(N=15以上)進(jìn)行斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，50%的光纖斷裂時(shí)的拉伸應(yīng)力。盡管這里描述的實(shí)施例中描述了張力試驗(yàn)速度為1%/min的情況，但本發(fā)明也適用于張力試驗(yàn)速度為1%/min以上的情況。然而，當(dāng)張力試驗(yàn)速度高時(shí)，存在如下可能性數(shù)據(jù)再現(xiàn)性可能降低。在斷裂時(shí)間測(cè)量中，使用著色前或著色后的光纖，將光纖纏繞在具有預(yù)定直徑的 芯軸上并保持在溫度為25°C、濕度為50%的環(huán)境下，并且監(jiān)視光纖從完成纏繞至發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng)。平均斷裂時(shí)間的定義如下在對(duì)樣品(N=15以上)測(cè)量斷裂時(shí)間時(shí)，直至50%的光纖發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng)。盡管這里描述的實(shí)施例中描述了纏繞有光纖的芯軸的半徑是1.3mm的情況，但在芯軸的半徑大于或小于1. 3mm的情況下也可以使用相同的布置。然而，通過將曲率半徑設(shè)為1.3_ (最嚴(yán)格的實(shí)際彎曲半徑之一)，可以容易地保證斷裂時(shí)間。下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的光纖或制造光纖的方法的優(yōu)選實(shí)施例。已知的是，當(dāng)存在水時(shí)，在存在應(yīng)力的情況下玻璃的斷裂增加。然而，在常用的有機(jī)玻璃中，玻璃的外周中的很少量的OH會(huì)促進(jìn)玻璃的表面層與硅烷偶聯(lián)劑之間的脫水縮合反應(yīng)，并且可以使玻璃強(qiáng)度顯著增大。另一方面，當(dāng)OH濃度過高時(shí)，微裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子增大，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度和疲勞系數(shù)減小。因此，OH濃度優(yōu)選的是1000重量ppm以下。此外，當(dāng)一次涂層21的樹脂在被光硬化之前具有50重量ppm至20000重量ppm的含水量以及7以下的pH值時(shí)，可以促進(jìn)硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)，可以增大玻璃的強(qiáng)度，并且可以延長(zhǎng)光纖以小的半徑彎曲時(shí)的斷裂時(shí)間。更優(yōu)選地，一次涂層21在被光硬化之后的pH值為5以下。為了調(diào)節(jié)玻璃的外周中的OH濃度，可以使用如下方法使用氫氧燃燒器對(duì)被拉伸之前的光纖預(yù)制件進(jìn)行火焰拋光。在這種情況下，通過調(diào)節(jié)氧氣流量、氫氣流量、流量比率以及光纖預(yù)制件的表面溫度，可以獲得所希望的OH濃度。隨著用于一次涂層21的樹脂液中的含水量增大，可以進(jìn)一步促進(jìn)硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)。然而，當(dāng)含水量過大且為20000重量ppm以上時(shí)，樹脂液發(fā)生硬化，而這是不希望的。這樣，可以以高的成品率獲得滿足不等式(2)的光纖，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)選地，一次涂層21中所含有的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的減少率小于O. 1/7天?？梢酝ㄟ^氣相色譜法檢測(cè)一次涂層21的被光硬化之前的樹脂中的四乙氧基硅烷。也可以通過氣相色譜法檢測(cè)被光硬化之后的一次涂層21中的未反應(yīng)的四乙氧基硅烷。通過在萃取之后利用氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)，可以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)值。當(dāng)被光硬化之后的一次涂層21中的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的變化大時(shí)，硅烷偶聯(lián)反應(yīng)可能進(jìn)行得不充分，斷裂強(qiáng)度可能較低，而且當(dāng)光纖以小的半徑彎曲時(shí)的斷裂時(shí)間有時(shí)候可能較短。此外，由于斷裂強(qiáng)度與斷裂時(shí)間之間的關(guān)系可能變化，所以可能變得難以執(zhí)行準(zhǔn)確控制。因此，通過選擇并使用一次涂層21中所含有的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的減少率小于O. 1/7天的光纖，可以只使用已充分進(jìn)行硅烷偶聯(lián)反應(yīng)的光纖，并且可以以高的成品率獲得滿足不等式(2)的光纖，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。更優(yōu)選地，減少率小于O. 05/7 天。優(yōu)選地，用于形成一次涂層21的樹脂在被光硬化之前含有0.1重量％至10重量％的未添加低聚物的惰性四乙氧基硅烷、以及O. 001重量％以下的胺基添加劑。惰性四乙氧基硅烷不結(jié)合到樹脂骨架中，而是起到與玻璃的表面起反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的作用。此夕卜，由于惰性四乙氧基硅烷是未添加低聚物的低分子物質(zhì)，所以可以保持樹脂的高流動(dòng)性(mobility)，可以提高偶聯(lián)反應(yīng)速度，并且可以消除拉伸之后進(jìn)行老化等的必要性。惰性四乙氧基硅烷的量更優(yōu)選的是O. 3重量％至2重量％。當(dāng)惰性四乙氧基硅烷的量為10重量％以上時(shí)，存在額外的擔(dān)心可拉絲性會(huì)降低。此外，通過充分地排除胺基添加劑，一次涂層21中的堿性成分的量不增加，因此玻璃的固有強(qiáng)度不降低。優(yōu)選地，一次涂層21具有L 5MPa以上的斷裂拉伸應(yīng)力。通過將一次涂層21的斷裂拉伸應(yīng)力保持為1.5MPa以上，使得當(dāng)光纖以小的半徑彎曲時(shí)，例如以1. 3mm的彎曲半徑彎曲時(shí)，樹脂層不斷裂，并且在安裝之后的實(shí)際使用中可以保持光纖的機(jī)械可靠性。一次涂層的斷裂拉伸應(yīng)力更優(yōu)選的是2MPa以上，更優(yōu)選的是3MPa以上。優(yōu)選地，用于形成一次涂層21的樹脂在被光硬化之前含有5重量％至15重量％的N-乙烯基單體；在被光硬化之后，一次涂層21具有O. 2MPa至IMPa的楊氏模量，并且二次涂層22具有SOOMPa以上的楊氏模量。此外，優(yōu)選地，一次涂層21在被光硬化之后具有處于80%至95%的范圍內(nèi)的凝膠百分率。通過將N-乙烯基單體的含量設(shè)為5重量％至15重量％，可以將一次涂層21的斷裂拉伸應(yīng)力保持在1. 5MPa以上。更優(yōu)選地，當(dāng)N-乙烯基單體的含量為7重量％至12重量％時(shí)，一次涂層21的斷裂拉伸應(yīng)力為3. OMPa以上。另一方面，當(dāng)添加大量的N-乙烯基單體時(shí)，可能存在同時(shí)出現(xiàn)楊氏模量增大的情況。過高的楊氏模量可能導(dǎo)致緣于微彎曲的傳輸損耗，而這是不希望的。通過將一次涂層21中的N-乙烯基單體的含量設(shè)為15重量％以下，將一次涂層21的楊氏模量設(shè)為O. 2MPa至IMPa并且二次涂層22的楊氏模量設(shè)為SOOMPa以上，可以同時(shí)防止由微彎曲導(dǎo)致的傳輸損耗增大。可以通過調(diào)節(jié)拉伸速度和UV光燈中的溫度來調(diào)節(jié)楊氏模量。在這種情況下，通過將一次涂層21的凝膠百分率設(shè)在80%至95%的范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定地獲得如下光纖該光纖在以小的半徑彎曲時(shí)的斷裂時(shí)間長(zhǎng)。優(yōu)選地，光纖涂層的外徑為210 μ m以下，二次涂層22的厚度為10 μ m以上。常用涂層光纖的外徑為240 μ m至250 μ m。通過將涂層光纖的外徑設(shè)為210 μ m以下并滿足不等式(2)的范圍，可以在有限的空間內(nèi)執(zhí)行配線。在這種情況下，當(dāng)將二次涂層22的厚度《2設(shè)為10 μ m以上時(shí)，可以防止外部缺陷，這是優(yōu)選的情況。更優(yōu)選地，二次涂層22的厚度《2為15 μ m以上。優(yōu)選地，動(dòng)疲勞系數(shù)為20以上。通過將動(dòng)疲勞系數(shù)設(shè)為20以上，不僅可以防止光纖在以小的半徑彎曲時(shí)斷裂，而且可以確保長(zhǎng)期的機(jī)械可靠性。更優(yōu)選地，動(dòng)疲勞系數(shù)為25以上。此外，優(yōu)選地，壓縮應(yīng)力施加到外周上。通過 向光纖的外周施加壓縮應(yīng)力，可以消除施加到光纖上的彎曲應(yīng)變，并且可以顯著地增大斷裂強(qiáng)度。表I和表II總結(jié)了光纖樣品A至N的數(shù)據(jù)。在這些表中，SI表示自拉伸起3天.后測(cè)量到的一次涂層21中的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量。S7表示在SI測(cè)量日期之后7天測(cè)量到的一次涂層21中未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量。表 I
權(quán)利要求
1.一種制造光纖的方法，所述方法是制造在玻璃纖維的外周上具有光纖涂層的光纖的方法，所述方法包括第一步，將光纖預(yù)制件拉伸成玻璃纖維，并且在所述玻璃纖維的外周上設(shè)置光纖涂層， 以形成母光纖；第二步，將所述母光纖切割成多根單獨(dú)光纖；第三步，確定所述母光纖的至少一個(gè)位置處的斷裂強(qiáng)度Fl以及斷裂時(shí)間T，所述斷裂強(qiáng)度Fl是在所述母光纖的張力以1%/min的張力試驗(yàn)速度增大的情況下所述母光纖斷裂時(shí)的拉力，所述斷裂時(shí)間T是纏繞在半徑為1. 3mm的芯軸上的所述母光纖發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng);第四步，確定所述多根單獨(dú)光纖各自的斷裂強(qiáng)度F2 ;以及第五步，從由斷裂強(qiáng)度Fl[kgf]和斷裂時(shí)間T[min]滿足不等式T > 2. 6 X IO-11X exp (4. 736 X Fl)的所述母光纖切出的單獨(dú)光纖中選擇斷裂強(qiáng)度F2為5. 5kgf 以上的光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光纖的方法，其中，在所述光纖預(yù)制件的從外周面起向內(nèi)延伸到等于O. 98D1的內(nèi)徑的區(qū)域中，所述光纖預(yù)制件的OH濃度為10重量ppm至10000重量ppm，Dl是所述光纖預(yù)制件的外徑；并且用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前具有50重量ppm至20000重量ppm的含水量以及7以下的pH值，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光纖的方法，其中，在所述第三步中，一次涂層中所含有的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的減少率小于O. 1/7 天，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光纖的方法，其中，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前含有0.1重量％至10重量％的未添加低聚物的惰性四乙氧基硅烷、以及O. 001重量％以下的胺基添加劑，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造光纖的方法，其中，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前含有O. 3重量％至2重量％的未添加低聚物的惰性四乙氧基硅烷，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光纖的方法，其中，一次涂層在被光硬化之后具有1. 5MPa以上的斷裂拉伸應(yīng)力，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造光纖的方法，其中，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前含有5重量％至15重量％的N-乙烯基單體，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸；在被光硬化之后，所述一次涂層具有O. 2MPa至IMPa的楊氏模量，并且圍繞所述一次涂層的二次涂層具有 800MPa以上的楊氏模量。
8.一種包括設(shè)置在玻璃纖維的外周上的光纖涂層的光纖，其中，在所述玻璃纖維的從外周面起向內(nèi)延伸到等于O. 95dl的內(nèi)徑的區(qū)域中，所述玻璃纖維的OH濃度為10重量ppm至1000重量ppm，dl是所述玻璃纖維的外徑；并且斷裂強(qiáng)度F[kgf]和斷裂時(shí)間T[min]滿足不等式T > 2. 6 X 10_n X exp (4. 736 XF)和F > 5. 5，所述斷裂強(qiáng)度F是在張力以1%/min的張力試驗(yàn)速度增大的情況下所述光纖斷裂時(shí)的張力，所述斷裂時(shí)間T是纏繞在半徑為1. 3_的芯軸上的所述光纖發(fā)生斷裂為止的時(shí)長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，用于形成一次涂層的樹脂在被光硬化之前具有50重量ppm至20000重量ppm的含水量，在被光硬化之后具有5以下的pH值，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，一次涂層中所包含的未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑的量的減少率小于O. 1/7天，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，一次涂層在被光硬化之后具有1. 5MPa以上的斷裂拉伸應(yīng)力，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，一次涂層在被光硬化之后具有處于80%至95%的范圍內(nèi)的凝膠百分率，所述一次涂層是所述光纖涂層的一部分并與所述玻璃纖維的外周接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，所述光纖涂層的外徑為210 μ m以下，二次涂層的厚度為10 μ m以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，動(dòng)疲勞系數(shù)為20以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖，其中，壓縮應(yīng)力施加到所述外周上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制造光纖的方法以及光纖，該方法包括第一步，將光纖預(yù)制件拉伸成玻璃纖維，并且在玻璃纖維的外周上設(shè)置光纖涂層，以形成母光纖；第二步，將母光纖切割成多根單獨(dú)光纖；第三步，確定母光纖的至少一個(gè)位置處的斷裂強(qiáng)度F1和斷裂時(shí)間T；第四步，確定多根單獨(dú)光纖各自的斷裂強(qiáng)度F2；以及第五步，從由斷裂強(qiáng)度F1和斷裂時(shí)間T滿足不等式T＞2.6×10-11×exp(4.736×F1)的母光纖切出的單獨(dú)光纖中選擇斷裂強(qiáng)度F2為5.5kgf以上的光纖。
文檔編號(hào)C03B37/012GK102992610SQ20121033930
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者中西哲也, 小西達(dá)也, 藤井隆志, 高田崇志, 橘久美子 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社