塑料光纤维的加工方法 本发明涉及一种由含氟聚合物组成的塑料光纤维端面的加工方法。
以往，作为光纤维材料使用了石英及丙烯酸树脂，由于由这些材料形成的光纤维是一种塑性很小的固体材料，所以，其表面在受到擦伤后再被挠曲，或者其表面在被挠曲的同时受到挫伤而被切断之后，常需藉由研磨使其端面形成平滑表面，以提高来自光源或聚光镜的光的入射率。然而，要对光纤维顶端的微小部分进行研磨却是需要相当高度技术的操作。
另一方面，在特开平8-5848号公报上公开了一种由含氟聚合物组成的光纤维，所述光纤维具有优异的、以往的丙烯酸树脂光纤维所无法达到的输送近红外线地传输特性，因而，上述公开公报所揭示的光纤维可用作短距离通讯用的塑料光纤维。然而，含氟聚合物光纤维比起石英及丙烯酸树脂来，其质柔软、易于作塑性变形。因此，要将含氟聚合物光纤维的端面研磨成平滑面比起石英及丙烯酸树脂研磨得出平滑面更为困难。另外，在对含氟聚合物光纤维进行研磨之时，还会产生研磨剂嵌埋入树脂表面的问题。
本发明的目的在于提供一种对由含氟聚合物等的塑料材料组成的塑料光纤维端面容易进行平滑加工，以提高与光源和聚光镜的结合效率的塑料光纤维端面的加工方法
本发明者基于对上述问题的认识，进行了刻意的研究。其结果发现：使用可溶解上述塑料的溶剂，对由含氟聚合物等的塑料材料组成的塑料光纤维的顶端进行处理，由此容易将塑料光纤维端面加工成平滑表面，减少因其端面凹凸而产生的光散射损失及提高其与光源或聚光镜的结合性能，提高结合效率。
即，本发明系一种塑料光纤维的加工方法，其特征在于：在塑料光纤维的顶端部分的加工方法中，使用溶剂处理塑料光纤维的顶端部，由此将其端面加工成平滑的平面或曲面。
在本发明的塑料光纤维，其光纤维径向横切面的全部或一部分系由塑料材料构成。因此，本发明的塑料光纤维既可以是仅由塑料材料组成的光纤维，也可以是例如以塑料材料为覆层材料、以石英为芯材的光纤维的、含有塑料材料的光纤维。另外，本发明的塑料光纤维既可以是折射率分布型光纤维，也可以是阶梯折射率型的光纤维。
本发明可有效地使用于易发生塑性变形、在切断时难以得到平滑的横切面的塑料材料，也特别有效地适用于其塑料材料的至少一部分由含氟聚合物所组成的塑料材料。
在本发明中优选使用的塑料光纤维为折射率分布型光纤维。作为折射率分布型光纤维，优选的是由具有折射率差的基质树脂和扩散物质组成、扩散物质在基抟树脂中的分布沿特定方向有浓度梯度的塑料光纤维。又，本发明中更加优选的塑料光纤维是：所述折射率分布型光纤维由以含氟聚合物作为上述基质树脂、以低分子量的含氟化合物作为上述扩散物质的含氟塑料材料组成的折射率分布型光纤维。此时，含氟聚合物的数均分子量较好的是在10,000～5,000,000，更好的是在50,000～1,000,000的范围。低分子量的含氟化合物的数均分子量较好的是在300～10,000，更好的是在300～5,000的范围。所述的折射率分布型光纤维可根据特开平8-5848号等的公开公报得知。
在以下的说明中，说明塑料光纤维的塑料材料为含氟聚合物的情况。
本发明中，使用溶剂处理光纤维的顶端部，由此将其端面加工成平滑表面的机理未必清楚。然而，可以认为，所述端面因其溶解于溶剂中，或其端面由于溶剂而膨润，由此形成了平滑表面。
作为本发明的端面加工方法，可以举出将含氟聚合物浸渍于可能使其溶解的溶剂中的方法。使用切断器等的工具切断的光纤维前端浸渍于溶剂中，由蚀刻使横切面的端面变平滑。在将含氟聚合物浸渍1～10分钟的场合，可将切断时的形状几乎保留原样，而仅将端面部分作平坦化加工。另一方面，在将含氟聚合物浸渍10～60分钟的场合，其顶端部分成为曲面，光纤维顶端可制成具聚焦镜作用的球端状纤维。作为切断器，可以举出由纤维的固定部分和具有锐利刀刃部分的切断部构成的切断器。
再有，溶剂研磨也是一有效的方法。通常，在用于研磨石英纤维端面的研磨机上，使研磨砂布含水后进行研磨。本发明用溶剂代替水，使用浸含溶剂的研磨砂布。这里，所谓溶剂研磨即指，使用浸含溶剂的研磨砂布研磨光纤维端部的端面的方法。此时，作为所使用的研磨砂布可以利用各种非织造织物及毡布，聚氨酯织物等制的各种擦布等材料。其优点是，不必特别含浸由无机微粒等材料组成的研磨剂。
本发明的端面加工方法中的处理温度只要是可使溶剂成液状的温度即可，并无特别的限制。通常可以采用常温。
本发明中，作为光纤维塑料材料的含氟聚合物，较好的是不具有C-H键的非结晶性含氟聚合物，更好的是其主链上具有环结构的含氟聚合物。作为其主链上具有环结构的含氟聚合物，较好的是具有含氟脂肪族环结构、含氟酰亚胺的环结构、含氟三嗪环结构或含氟芳香族环结构的含氟聚合物。在具有含氟脂肪族环结构的含氟聚合物中，更好的是具有含氟脂肪族醚环结构的含氟聚合物。
具有含氟脂肪族环结构的含氟聚合物比起具有含氟酰亚胺的环结构、含氟三嗪环结构或含氟芳香族环结构的含氟聚合物来，即使在受到如下所述的热拉伸或熔融纺丝的纤维化加工时，其聚合物的分子也难于取向。其结果，也导致不会发生光的散射，所以，具有含氟脂肪族环结构的含氟聚合物为较理想的聚合物。
作为具有含氟脂肪族环结构的含氟聚合物，较好的是，聚合具有含氟环结构的单体所得的含氟聚合物，及将具有至少二个可聚合双键的含氟单体作环化聚合而制得的、其主链上具有含氟脂肪族环结构的聚合物。
具有含氟脂肪族环结构的单体聚合所得的、其主链上具有含氟脂肪族环结构的聚合物可从特公昭63-18964号公报等得知。即，可将全氟(2，2-二甲基-1，3-二恶茂)等的含氟脂肪族环结构的单体单独聚合，或使这些单体与四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟(甲基乙烯基醚)等的游离基聚合单体共聚，从而，得到其主链上具有含氟脂肪族环结构的聚合物。
又，具有至少二个可聚合双键的含氟单体环化聚合所得的、其主链上具有含氟脂肪族环结构的聚合物可从特开昭63-238111号公报及特开昭63-238115号公报等得知。即，可将全氟(烯丙基乙烯基醚)及全氟(丁烯基乙烯基醚)等的单体环化聚合。或使这些单体与四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟(甲基乙烯基醚)等的游离基聚合单体共聚，从而，得到其主链上具有含氟脂肪族环结构的聚合物。
又，将具有全氟(2，2-二甲基-1，3-二恶茂)等的含氟脂肪族环结构的单体和具有全氟(烯丙基乙烯基醚)及全氟(丁烯基乙烯基醚)等的至少二个可聚合双键的含氟单体共聚，从而，得到其主链上具有含氟脂肪族环结构的聚合物。
作为上述具有含氟脂肪族环结构的聚合物，具体地，可以举出具有选自如下所述的(I)～(IV)式的重复单元的聚合物。另外，为提高折射率，这些具有含氟脂肪族环结构的聚合物中的氟原子可以被一部分氯原子取代。(在上述(I)～(IV)中，p为0～5，q为0～4，r为0～1，p+q+r为1～6，s、t、u分别为0～5，s+t+u为1～6，R为F或CF3，R1为F或CF3，R2为F或CF3，X1为F或Cl，X2为F或Cl。)
具有含氟脂肪族环结构的聚合物，合适的有在其主链上具有环结构的聚合物，但是，从材料的透明性及其机械特性等方面来说，则较好的是具有上述环结构的聚合单位在20％(摩尔)以上，更好的是具有上述环结构的聚合单位在40％(摩尔)以上的聚合物。
作为本发明中所使用的溶剂，可以使用含氟有机化合物系的溶剂，特别是，可以使用全氟有机化合物系溶剂。如全氟己烷、全氟辛烷、全氟癸烷等的含氟烷类化合物；如全氟三丙胺、全氟三丁胺等的含氟三烷基胺化合物；如全氟(2-丁基四氢呋喃)等的含氟环状醚化合物，如全氟苯等的含氟芳香族化合物等。也可并用这些溶剂的二种以上。
由于挥发性及含氟聚合物的溶解性不同，这些溶剂可根据不同的使用目的而分别使用。作为端面浸渍的蚀刻剂使用的场合，使用沸点较低的溶剂是有效的。此时，蚀刻速度比较快，且由于蚀刻后的干燥时间较短，所以较为有利。在用于研磨的方法中，以使用沸点较高的溶剂为宜，所述的溶剂在研磨中挥发较少。
本发明的光纤维端面的加工方法特别适用于对由含氟聚合物组成的光纤维的端面进行的处理。但也同样适用于由其它材料组成的光纤维。作为如前所述的其它的光纤维材料，可以举出如聚甲基丙烯酸甲酯系、聚苯乙烯系、聚碳酸酯系等。
实施例
以下，就本发明的实施例作更具体的说明。但是，所作的说明并不是对本发明的限制，这是不言自喻的。
合成例1
将全氟(丁烯基乙烯基醚)[PBVE]35g、离子交换水150g、及聚合引发剂((CH3)2CHOCOO)290mg，置于容量为200ml的耐压玻璃制高压反应釜中。系统内进行氮气置换3次。然后，在40℃下悬浮聚合22小时。其结果，得到数均分子量约1.5×105的聚合物(以下，简称为聚合物A)28g。
聚合物A的固有粘度[μ]，在30℃的全氟(2-丁基四氢呋喃)[PBTHF]中为0.50。聚合物A的玻璃化温度为108℃，室温下呈坚硬的透明玻璃状聚合物。又，其10％的热分解温度为465℃，溶解度参数为5.3(cal/cm3)1/2，折射率为1.34。
合成例2
将全氟(2，2-二甲基-1，3-二噁茂)[PDD]和四氟乙烯按重量比80∶20作游离基聚合，得到玻璃化温度160℃、数均分子量约为5×105的聚合物(以下，简称为聚物B)。聚合物B无色透明，折射率1.3，透光率高。
又将PDD和三氟氯乙烯(CTFE)按重量比75∶25作游离基聚合，得到玻璃化温度150℃、数均分子量约为3×105的聚合物(以下，简称为聚合物C)。聚合物C无色透明，折射率1.4，透光率也高。
合成例3
将PBVE8g、PDD2g、PBTHF10g及作为聚合引发剂的((CH3)2CHOCOO)220mg，置于其容量为50ml的耐压玻璃制安瓿中。系统内氮气置换3次。然后，在40℃下聚合20小时。其结果，得到数均分子量约为2×105的透明聚合物(以下，简称为聚合物D)6.7g。
聚合物D的玻璃化温度为157℃，折射率为1.32，从其IR光谱1930cm-1处吸收的吸光度求得PDD的聚合单位含量为12％(重量)。
实施例1
将如上所含成的聚合物A溶解于PBTHF溶剂中，在其中添加折射率为1.52，与聚合物A的溶解度参数之差为3.2(cal/cm3)1/2的1，3-二溴四氟苯(DBTFB)12％(重量)得混合溶液。将该溶液脱去溶剂得透明的混合聚合物(以下称聚合物E)。
将聚合物A熔融，在其中央注入熔融液的聚合物E，同时于300℃熔融纺丝，得到折射率从中心向周围逐渐降低的光纤维。
用切刀将该光纤维切断后，将其顶端浸渍于PBTHF中5分钟。显微镜下观察其端面，在蚀刻前存在的切刀的擦痕消失，变得平滑。
为评价该纤维端面的结合损失，作了下列评价。让端面经研磨而平滑化的石英纤维射出的光让试验纤维接受时测定光强度。这时紧挨着的光源侧石英纤维的端面与试验纤维的端面间的间隔为20μm。将纤维间相对位置一点一点移动，从光强度变得最高时的值求出结合损失为0.4dB。与之比较，测定不用溶剂蚀刻的场合，结合损失为2dB。
实施例2
将如上所合成的等量的聚合物B和聚合物C溶解于PBTHF溶剂中，对该混合物作脱溶剂处理，得到透明的聚合物混合物(B+C)。熔融聚合物B，在其内侧注入熔融的聚合物混合物(B+C)，再在其中心注入熔融的聚合物C，同时，由熔融纺丝法制得其折射率自其中心部向其外周部渐次降低的光纤维。
用切刀将该光纤维切断后，将其顶端浸渍于PBTHF中5分钟。显微镜下观察其端面，在蚀刻之前所存在的切刀的擦痕消失，其端面变得平滑。
以与实施例1同样的方法对该纤维进行评价，纤维端面造成的结合损失为0.4dB。
实施例3
除了使用数均分子量为800的CTFE低聚物30％(重量)以取代12％(重量)的DBTFB之外，其它以如同实施例1的方法制得光纤维。该低聚物的折射率为1.41，与聚合物A的溶解度参数的差为1.4(cal/cm2)1/2。所制得的光纤维的折射率自其中心部向其外周部渐次低下。
用切刀将该光纤维切断后，将其项端浸渍于PBTHF中5分钟。显微镜下观察其端面，在蚀刻之前所存在的切刀的擦痕消失，其端面变得平滑。
以与实施例1同样的方法对该纤维进行评价，纤维端面造成的结合损失为0.4dB。
实施例4
以熔融纺丝法制得其芯为聚合物D、其覆层为聚合物A的光纤维。用切刀将该光纤维切断后，将其顶端浸渍于PBTHF中3分钟。其结果，该纤维的顶端成为光滑的球面。可以确认，从所述的纤维射出的光对受光元件具有优异的聚光性。
实施例5
以熔融纺丝法制得其芯为聚合物D、其覆层为聚合物A的光纤维。用切刀将该光纤维切断后，以全氟三丁胺作为研磨溶剂，用研磨砂布研磨其端面。显微镜下观察其端面，在蚀刻之前所存在的切刀的擦痕消失，其端面变得平滑。
使用该纤维进行如同实施例1的评价，求得由纤维端面造成的结合损失为0.4dB。
发明效果
用溶剂处理由含氟聚合物等组成的塑料光纤维的顶端，由此，可将纤维切断面加工成平滑的平面或球状等曲面，在从LD(激光二极管)、LED(发光二极管)等的光源对光纤维照射光，或从光纤维对PD(光二极管)等的受光元件发射光时，可以简便地提高结合效率。