[发明专利]具有多层保护套的聚合物光纤

说明书

本发明涉及光学元件领域并将应用于由聚合物塑料组成的并提供有多层保护套的纤维型光波导的设计中。

光波导一方面适合于大量数据的传输，另一方面适合于无干扰的数据传输，例如可以不受电磁场的影响。对于约100m范围内的短距离数据传输，除了相对昂贵的玻璃波导，廉价的塑料波导适合于例如机械制造、汽车制造和办公部门等领域。同样被称为“聚合物光纤”的这些波导的基本结构由光芯、光覆层和保护套组成。芯和覆层的直径约为1mm，而保护套的壁厚为约0.2～1mm。尽管芯(例如聚甲基丙烯酸甲酯，)和覆层(例如含氟聚合物，如聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯)材料的选择基本上决定了光传输性能，保护套材料的选择用来使聚合物光纤的性能曲线与光纤使用的特殊环境相适应(期刊“Draht”导线)，1995，第4期，187～190页；会议刊物IMechE(Conference PublicationIMechE)，1981，C192/180，227～229页：“汽车中的复用布线：近期可能性(Multiplexed Wiring in the Automobile：near termpossibility)”)。

在最简单的情况下，聚合物光纤的保护套由单层形成，为此目的，其中，已知使用聚乙烯、聚氯乙烯和氯化聚乙烯。该保护套可能含有碳黑以便防止外部光线透入聚合物光纤。为了提高这种纤维的长期使用温度并且改善它们对气候负荷和外部机械作用的抵抗力，用于单层保护套的材料同样可以是聚酰胺，聚亚胺酯或聚氧化甲烯。这些材料也可富含阻燃剂(DE 92 09 018 U)。为了获得具有改善的耐热性的聚合物光纤，同样已知由可热固化的硅氧烷树脂制造光传输芯，在此情况下，在其制造过程中芯材料在未固化状态下被注入双层覆层管。覆层管的两层，其外壳由于富含碳黑被构成为不透光的，被同时挤压并且通过挤压工艺被相互牢固地连接在一起(DE 38 43 310 C2)。

同样已知使用热塑合成橡胶作为聚合物光纤保护套的材料并且用多层结构构造该套(EP 0 395 823 B1)。为了用多层保护套修正低温衰减特性，也可以使用具有相同或不同杨氏模量值的各种塑料(EP 0 162 471A1)。

为了改善较高温度下聚合物光纤的传输性能，此外已知用热变形温度至少为120℃的材料制成保护套。在这种纤维的制造过程中，光芯、光覆层和保护套用组合纺织工艺成型，在此保护套材料例如聚碳酸酯可富含有机或无机填充物，例如碳黑、滑石、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或碳纤维。保护套也可具有两层结构，内层用作外层的缓冲垫层。此外，一或二附加涂层，例如在湿气作用下可交联的聚乙烯涂层，可被施加在保护套上。这种类型的聚合物光纤可被用在机动车的发动机室中用于数据传输或传感目的(EP 0 183 853 B1)。

以由具有权利要求1的前序部分中特征的聚合物光纤为基础的本发明的任务在于以这种方式设计保护套，光纤的性能曲线可以容易地与不同的机械和化学要求相适应并与不同的使用性能相适应。

为了实现该任务，本发明提出保护套由共同施加并相互牢固地连接的至少三层组成，其第一层是内层由天然色热塑型塑料组成，第二层为不透光层和第三层是外层由着色热塑型塑料组成。

根据本发明提出的保护套至少三层的设计以及这些层的应用对于光纤的使用性能共同提供了相当大的变化范围。内部、天然色层保证了光芯和光覆层与其它层的机械以及光学去耦合。天然色塑料的使用排除了颜料颗粒或其它填充物颗粒对纤维的光覆层的机械作用以及因而对光衰减的影响。该内层优选由热塑合成橡胶，例如聚亚胺酯或聚醚块酰胺(Polyether-Blockamid)组成。在保护套的应用过程中，上述材料提供了防止尘状杂质对纤维表面损害的良好保护。此外上述材料使保护套与光覆层能够有确定的紧密配合，而没有横向压力的增加。此外对于插头的安装它使保护套能够可靠去除。

设置在内层外的第二层是不透光的，这通常通过在塑料层中添加碳黑实现。但是，不透光层也可以由低熔金属组成并同时形成扩散阻挡层和/或被用于低能量电脉冲的传输。用于该目的的低熔金属优选铋基合金，例如特殊焊料或伍德合金，在某些情况下其熔点低于耐热塑料的挤压温度。

这种类型金属层与相邻塑料层的连接可由粘和介质保证，它作为一薄夹层与其它层同时施加-例如采用在薄膜制造中使用的多层挤压。形式为相当薄的夹层的粘和介质也可用于两塑料层的牢固连接。