CN101400617A - 玻璃纤维电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由多组分玻璃形成的阶跃折射率光纤，其具有含镧的或不含镧的芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。此外，本发明还涉及一种具有至少一束单丝纤维的用于传导电磁辐射的玻璃纤维电缆，该单丝纤维包括由多组分玻璃形成的阶跃折射率光纤，该阶跃折射率光纤具有芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。一方面特别重要的是该适于数据传输的阶跃纤维有高的传输能力。另一方面需足够程度地保持该传输特性。该玻璃纤维电缆应耐受环境的物理和化学影响，并保护其免受游离基环境化学品损害。其是如此实现的，即该阶跃纤维的外壳玻璃具有的材料组成在纤维拉伸时基本上不会与芯体玻璃发生化学相互作用，并且对塑料包皮是化学惰性的。

Description

玻璃纤维电缆
本发明涉及由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤，其具有含镧的或不含镧的芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。此外，本发明还涉及一种具有至少一束单丝纤维的用于传导电磁辐射的玻璃纤维电缆，该单丝纤维包括由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤，该阶跃折射率光纤具有芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。
在现有技术中，已知一种由塑料纤维制成的光导用于数据传输。该光导用于所谓的MOST总线体系中。塑料纤维的缺点是在通常的运行温度下的耐老化性差。特别是当该光导较长时间用于含高浓腐蚀性化学品的环境中时，该塑料纤维的表面甚至内部特性会恶化。由此伴随而来的是光学特性的恶化，以致不能持续确保对塑料纤维数据传输时的传输特性的高要求。
此外，塑料纤维会由于其环境气候而发生有害的降解。由塑料纤维制成的电缆通常在-40-+85℃的使用温度下使用。特别在用于汽车或飞机中时，会出现老化现象，该老化现象会由于使用部位的频繁变温而加剧。
在某此汽车部分中，电缆的耐温性在内腔至少为125℃或在发动机腔至少为150℃。在这些部分中塑料纤维电缆非常不利，以致放弃应用。
再则，塑料制成的呈单丝纤维电缆形式的数据电缆由于大的纤维直径而具有大的弯曲半径。在低于最小的弯曲半径时会出现光输出耦合(Lichtauskopplung)，并由此发生数据传输中断。
此外，还已知一种用于照明目的的具有挤出塑料外壳的玻璃纤维电缆。该电缆在化学稳定性、热稳定性和机械稳定性方面是有缺点的，这些稳定性对确保持续的最佳数据传送是需要的。
由多组分玻璃制成的阶跃折射率光纤被证明是适用的玻璃纤维，该阶跃折射率纤维包括芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃。
通常用于光传输的玻璃纤维是由高折射的芯体玻璃和具有比芯体玻璃低的折射率的包围芯体玻璃的外壳玻璃构成。芯体玻璃横截面上的折射率为常数的且用所述外壳玻璃包封的呈纤维形式的光传输玻璃体称为阶跃折射率纤维。
这种玻璃纤维将输入耦合在纤维一端的光传到纤维的另一端，该光在芯体玻璃和外壳玻璃之间的界面上被完全反射(全反射)。
可被输入耦合在这种纤维中并传输的光量与纤维的数值孔径(NA)的平方和纤维芯体的横截面积成正比。为在短距离到中等距离(<100m)上尽可能多地传输光量，该阶跃折射率纤维要组装成有保护软管的密纤维束，其端部装配进金属套管中或其它合适材料的套管中，并通过研磨和抛光将正端面加工成光学平面。相应的成品光纤束称为光纤光导。
该光纤光导可应用于不同的工业和医学领域(一般工业技术、照明技术、交通技术、汽车工业、建筑业、内诊镜检、牙医)。其最重要的功能是传输尽可能大的光通量。
在纤维束中所含的单丝纤维的NA越大，则该光导可传输的光量越多。通过光纤光导传输的光量除与其纤维的NA有关外还与芯体玻璃的传输特性有关。只有具有完全确定的特定组成以及其熔融的原料具有非常低含量杂质的芯体玻璃才能在整个光导长度上尽可能无衰减地传导光。
熔融这种芯体玻璃的原料由于其纯度高而很昂贵，这可导致这种纤维或由其制成的光导的高生产成本。
由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤的制备可经所谓的双坩埚法或杆管法制备。在该两情况下，将芯体玻璃和外壳玻璃加热到粘度范围相应于104-103dPas的温度，并将其拉伸成纤维。为可制备低衰减的稳定纤维，芯体玻璃和外壳玻璃在一系列特性如粘度分布、热膨胀、结晶趋势等方面必须要相互相容。特别是在纤维芯体和纤维壳之间的界面中不可出现接触反应或结晶，否则易干扰在纤维芯体中所导光的总反射，并由此使纤维不适用于低衰减的光传输。此外，纤维的机械强度也会由于结晶而受到不利影响。
从DE 19958522 B4 2004.04.08已知用于阶跃折射率纤维的光学玻璃，由DE 10245987 B3 2004.05.06已知阶跃折射率纤维。在DE 19958522B4 2004.04.08中，描述了折射率nd为1.52-1.66的含锌光学玻璃。该玻璃除含SiO2外还通常含不同百分率的ZnO以及主要是碱金属和一些少量的其它元素如B、Ba、Mg、Ca、Al、Y、Zr、Ge和部分为Pb或它们的氧化物。
其中大部分所公开的玻璃的特征是高的纯传输和优良的色中性。该玻璃除具有这些光学特性外，还具有优良的结晶稳定性和可熔性。虽然含锌光学玻璃比含铅玻璃更易于结晶，但可由基于DE 19958522 B42004.04.08中的玻璃体系发现适用于制备本发明所用的阶跃折射率纤维的玻璃。
由上述玻璃制成的阶跃折射率纤维或由该阶跃折射率纤维制成的玻璃纤维束具有易对某些环境化学品起反应的特性。特别是在玻璃表面的化合物的成分易于从阶跃折射率纤维的表面由游离基脱出，以致不再可确保该阶跃折射率纤维的光学特性。
这种游离基环境化学品特别是在汽车中出现，在该汽车上或汽车中处理大量向环境中放出大量这类游离基的不同材料。但用于包封这种阶跃折射率纤维束的材料本身也可放出直接达到阶跃折射率纤维表面的腐蚀性游离基元素或化合物。
本发明的目的是提供一种玻璃纤维电缆，其可满足汽车中使用的要求。一方面特别重要的是用于数据传输的阶跃折射率纤维具有高的可传输性。另一方面需要在典型的汽车使用寿命时间或总的利用时间中以足够程度保持该传输特性。该玻璃纤维电缆应耐受环境的物理和化学影响，并经保护不受游离基环境化学品损害。
本发明的目的是通过权利要求1的特征部分实现的。本发明的扩展方案和实施方案通过从属权利要求的特征部分实现。
本发明的目的是通过如下实现的：阶跃折射率纤维的芯体玻璃含有的材料组合物含42-60重量％SiO2、20-38重量％ZnO、<14重量％Na2O、<12重量％K2O、Na2O+K2O≥2重量％、>0-10重量％La2O3、<0.9重量％BaO和需要时通常量的澄清剂，该阶跃折射率纤维的外壳玻璃含有的材料组合物含60-72重量％SiO2、<20重量％B2O3、<10重量％Al2O3、<18重量％Na2O、<15重量％K2O、<5重量％、优选<2重量％Li2O，、≤1重量％、优选<0.02重量％F和需要时通常量的澄清剂。
优选的实施方案含<2重量％Li2O、≤<0.02重量％F。
这样，可以有利的方式制备确保玻璃纤维束的光学特性以及持续稳定性的玻璃纤维电缆。特别是在用于汽车中时，可持续保持数据传输所需的导光性。本发明在制备阶跃折射率纤维时、在纤维拉伸时已通过选样玻璃组成避免了在外壳玻璃和芯体玻璃之间的结晶反应和界面反应，由此达到单丝纤维的最佳光学特性。此外，通过本发明的外壳玻璃还避免了玻璃纤维束中外壳玻璃和塑料包皮之间的可能对玻璃纤维电缆的耐久性和由此也对光学特性起有害影响的相互作用。特别是由此确保了该玻璃能耐受使用时由于接触环境化学品而导致的腐蚀或蚀刻。
由此发现了本发明的阶跃折射率纤维的一个有利方案，其中该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物含有47-51重量％SiO2、25-33重量％ZnO、<10重量％Na2O、<8重量％K2O、Na2O+K2O≥2重量％、3-5重量％La2O3、<0.9重量％BaO和需要时通常量的澄清剂。
或者，按本发明提出一种由多组分玻璃构成的阶跃折射率光纤，其具有不含镧的芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃，该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物含有>53-60重量％SiO2、20-38重量％ZnO、<14重量％Na2O、<12重量％K2O、Na2O+K2O≥2重量％、<0.9重量％BaO和需要时通常量的澄清剂，该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物含有60-72重量％SiO2、<20重量％B2O3、<10重量％Al2O3、<18重量％Na2O、<15重量％K2O、<5重量％Li2O和≤1重量％F和需要时通常量的澄清剂。
一种优选方案含<2重量％Li2O和<0.02重量％F。
由此制备一种用于玻璃纤维电缆的阶跃折射率纤维，其比先提及的材料组合物具有更好的化学稳定性。但是该材料组合物在通过纤维拉伸进行制备时更易于结晶。依所设想的应用范围可选用该两个本发明方案中的一个来制备玻璃纤维电缆。
根据本发明发现一个有利的阶跃折射率纤维方案，其中该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物含有54-60重量％SiO2、20-25重量％ZnO、<14重量％Na2O、<12重量％K2O、Na2O+K2O≥2重量％、<0.9重量％BaO和需要时通常量的澄清剂。
此外，本发明所提出的材料组合物的有利方案是该阶跃折射率纤维的芯体玻璃还含<5重量％Li2O和/或<5重量％Al2O3。优选实施方案含有<1重量％Li2O和/或<2重量％Al2O3。
此外，本发明所提出的材料组成的有利方案是：该阶跃折射率纤维的外壳玻璃的所含材料组合物含有下列组分：SiO272-78重量％，优选72.5-75重量％；B2O35-15重量％，优选8-12重量％；Al2O35-10重量％；Na2O<10重量％，优选5-10重量％；K2O<10重量％，优选1-4重量％；Li2O<5重量％，优选<2重量％；F≤1重量％，优选<0.02重量％。该阶跃折射率纤维的优选方案的材料组成为：72.5-75重量％SiO2、8-12重量％B2O3、5-10重量％Al2O3、5-10重量％Na2O、1-4重量％K2O、<2重量％Li2O和<0.02重量％F。
此外，本发明有利方案是该阶跃折射率纤维的外壳玻璃的所含材料组合物含附加量的一种或多种下列成分：<3重量％MgO、<3重量％BaO、<4重量％SrO、<6重量％CaO、<3重量％TiO2、<3重量％ZnO、<15重量％Rb2O、<15重量％Cs2O。特别有利的是材料组合物含≤1.5重量％ZnO，在第一优选方案中的材料组合物含0.6重量％ZnO，在第二优选方案中的材料组合物含1重量％ZnO。有利方案中的材料组合物含有<1重量％TiO2。同时由于Rb和Cs是昂贵的原料，所以宜加入<5重量％Rb2O和<5重量％Cs2O。
此外，该阶跃折射率纤维的外壳玻璃的材料组合物中，成分Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O的总和为>5重量％。
再则，本发明提出该阶跃折射率纤维的外壳玻璃的材料组合物中，成分MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的总和为≤4重量％。
此外，本发明中有利的是发现该阶跃折射率纤维所含的外壳玻璃的材料组合物中含下列组分：70-80重量％SiO2、<5重量％B2O3、<10重量％Al2O3、<2重量％Li2O、<10重量％Na2O、<10重量％K2O、<2重量％ZrO2。
另一实施方案是该阶跃折射率纤维的外壳玻璃的所含材料组合物含附加量的一种或多种下面成分：<10重量％MgO、<2重量％BaO、<2重量％CaO、<2重量％ZnO。一种实施方案优选含≤1重量％ZnO。
由于本发明的外壳玻璃的较好化学稳定性，改进了单丝纤维的机械强度，以致用如此制备的阶跃折射率纤维可提供耐用的玻璃纤维电缆。
用这种材料组成可提供一种特别是在湿热、特别是在交变的环境气候下能很好保持其光学特性的纤维类型。由此可毫无困难地满足例如对在汽车中使用的数据电缆的要求。
由此实现了与气候相关的材料变化方面的有利特性，从而使单丝纤维的外壳玻璃可经受潮湿，而不会由于潮湿产生腐蚀现象或外壳玻璃的“浸蚀”。此外，相对于芯体玻璃的外壳玻璃的光学特性可保持不受损，以致也保持了单丝纤维中的总反射特性。此外，还避免了单丝纤维的机械预应力的消失和单丝纤维从而变脆。由此可避免纤维断裂，该断裂会有损于玻璃纤维电缆中的光传输。
由本发明可知，外壳玻璃的某些材料组成对于某些塑料包皮是不适用的。另一方面在纤维拉伸时芯体玻璃的某些材料组成与外壳玻璃的每一材料组成不相配。这些有害的作用可由本发明提供的芯体玻璃和外壳玻璃的组合克服。
此外，该外壳玻璃还可含常用量的澄清剂。为此该外壳玻璃含常用量的澄清剂As2O3、Sb2O3、SnO2、RCl和/或R2SO4。
F含量<2重量％的材料组合物是特别有利的，在一个优选方案中，材料组合物中的F含量<0.5重量％。
为确保单丝纤维具有本发明的特性，相应提出本发明的外壳玻璃和芯体玻璃的组合，即该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含附加量的一种或多种下列组分：<2重量％ZrO2、<6重量％MgO、<5重量％CaO、<6重量％SrO、<1重量％B2O3。
本发明的外壳玻璃与芯体玻璃的另一有利组合如下：该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含附加量的一种或多种下列组分：<5重量％ZrO2、<1重量％MgO、<1重量％CaO。
按本发明，该芯体玻璃的材料组合物具有由其所制备的单丝纤维的可传输性，该可传输性的衰减至少是D(650nm)≤300dB/km，优选D(650nm)≤200dB/km。光或通常任意波长的电磁辐射可用于数据传输。术语“光”在本发明中通常理解为电磁辐射。
用于芯体玻璃的材料组合物作为单丝纤维有足够低的衰减，该衰减与所用原料的纯度有关。通过衰减为D(650nm)≤300dB/km，优选D(650nm)≤200dB/km的本发明的材料组合物可确保这一点。该芯体玻璃可顺利制备。此外，制备时其特征在于优良的可拉伸性，并且其基本上由环境友好型原料成分组成。按本发明，具有由其制备的单丝纤维的可传输性的各所述材料组合物的芯体玻璃的数值孔径NA至少≥0.48。由此该适于芯体玻璃的材料组合物作为单丝纤维具有足够大的数值孔径。具有本发明的芯体玻璃的纤维的与数值孔径NA相关的接受角对表中给出的材料组合物为44°到约58°。
已表明，用本发明的材料组合物制备的单丝纤维具有改进的机械总强度并具有较少的薄弱点。此外，该单丝纤维可以较低成本制备。
本发明的玻璃纤维电缆可用作适于纤维光学应用的整个应用范围的光学光导，例如用作包括各类照明应用的照明技术领域中的光导，以及用作数据电缆，优选分别用于建筑物技术、工业技术、发电厂技术、医学技术、交通运输工具技术、船舶技术、飞机技术和宇航技术中。
此外，本发明还涉及用于传导电磁辐射的具有至少一束单丝纤维的玻璃纤维电缆，该电缆包于塑料包皮中，该单丝纤维由阶跃折射率光纤按所附权利要求中的至少一项制备，该塑料包皮在与家庭用品和汽车中常用的环境化学品如油、油脂、碱、酸(特别是电池用酸)、制动液、PVC、燃料以及由此形成的液体或气体相接触时是不被穿透的和化学稳定的。
由此确保了外壳玻璃和塑料包皮在汽车中优选在数据电缆中的高的材料稳定性。此外，除小的水蒸汽可穿透性外，还实现了保护玻璃纤维免受其它环境化学品的影响。由此提供一种玻璃纤维电缆，其可顺利用于相应环境如发电厂、汽车、宇航飞船、空间探测器、卫星、飞机、船舶、轨道车辆、火车等。
如前所述，本发明已发现，有害物质特别是电缆环境中的水蒸汽，此外还有来自塑料包皮本身的某些物质，均可有损于外壳玻璃。因此按本发明，塑料包皮由具有可忽略的小的自挥发性的塑料添加物和/或剩余单体形成的材料制备。由此避免对阶跃折射率纤维外壳玻璃表面上的有害作用通过塑料包皮本身的游离基化学元素或化合物导致玻璃纤维电缆的有害改变。或者或任选地也可使用仅具有小自挥发和/或剩余单体形成的塑料种类。
按本发明可制备外壳玻璃和塑料的组合体。这种塑料是适于挤出工艺的电缆包皮材料。这可通过该塑料包皮是一种撕裂伸长大于10％且强度为肖氏60A-肖氏80D的聚合物材料来实现。
为此，按本发明建议该塑料包皮由包含一种或多种下列塑料的材料组成：含氟聚合物，优选PVDF、FEP、ETFE；基于烯烃、交联烯烃和/或橡胶的热塑性弹性体；热塑性塑料，优选PVC、PE、PP、PA、PBT；共聚酯；氨基甲酸乙酯；聚酯；聚酰胺和/或聚醚酰胺。这些材料可单独或混合使用，也可填充使用。按本发明该电缆包皮可为单层及多层结构。
按本发明，外壳玻璃和塑料组合物的组合可拟定为，该塑料包皮是热塑性聚氨酯-弹性体或交联的热塑性弹性体，优选聚偏1，1-二氟乙烯(PVDE)、热塑性氨基甲酸乙酯(TPE-U)、聚丙烯共聚物(TPE-0)或聚烯烃-橡胶混配物(TPE-V)。
用本发明的塑料可实现塑料包皮和外壳玻璃相互呈化学惰性。该塑料包皮具有高的长期耐温性，如在+125℃下大于6000小时，具有高的耐温度交变性，如在-40-+125℃大于3000小时，和具有高的耐湿温性，如在+85℃和85％相对湿度下大于3000小时。
此外，该塑料包皮具有规定的耐火性、抗汽车中典型环境化学品的耐化学性以及达约5mm的最佳的小弯曲半径，同时不明显增加芯体玻璃的光学衰减。
再则，本发明的塑料、剩余单体含量和添加剂如防火剂对酸或碱成分不发生分解或仅非常少量分解，这种情况在汽车制造中特别是在高空气湿度和兼有高温下的通常塑料会遇到。
玻璃纤维电缆所需稳定性的另一改进按本发明如下得到，即在塑料包皮中的该玻璃纤维束用疏水性粘料润湿。由此在塑料包皮和外壳玻璃表面之间形成保护膜，从而避免外壳玻璃表面受水蒸汽作用或受水溶性游离基的作用。
按本发明，该粘料含一种或多种下列成分：n次羧酸(Cn；n>12)，所谓的长链羧酸；乙氧基化脂肪酸氨基酰胺；改性有机硅烷；氟烷基官能硅烷；全氟聚醚；聚乙烯亚胺的缩合物和其盐；硅油。所述的粘料尽可能是化学中性的，并具有最佳的滑动特性和润湿特性。此外，该粘料是最不吸水的或不吸水蒸汽的(疏水性)。
用本发明的玻璃纤维电缆以有利的方式提供一种具有足够好的导光性的数据电缆，其特别是具有低的衰减，这对最佳数据传输是需要的，并且其适用于具有腐蚀物质的环境中。含铅和/或含锌的芯体玻璃可与适用于外壳玻璃的相应材料组合物相组合，如按在开头所述文献中所公开的。
在本发明的一个优选实施方案中，以组合使用单丝纤维作为阶跃折射率光纤，构成该芯体玻璃的材料组合物含下列组分：42-53重量％SiO2、16-38重量％ZnO、1-20重量％PbO，其中ZnO和PbO的总和≥30重量％、<14重量％Na2O、<12重量％K2O、其中Na2O和K2O的总和≥2重量％，构成外壳玻璃的材料组合物含下列组分：60-72重量％SiO2、<20重量％B2O3、<10重量％Al2O3、<18重量％Na2O、<15重量％K2O以及<1.5重量％ZnO。外壳玻璃中可以含有澄清剂。
用于陆上交通工具、空中交通工具或宇航交通工具的玻璃纤维电缆的另一个优选实施方案是以一种不含含铅组分的阶跃折射率纤维实现的。其由下列芯体玻璃和外壳玻璃的组合制备，其中构成该芯体玻璃的材料组合物含下列组分：42-53重量％SiO2、30-38重量％ZnO、<0.9重量％BaO、<14重量％Na2O、<12重量％K2O、其Na2O和K2O的总和≥2重量％，构成该外壳玻璃的材料组合物含下列组分：60-72重量％SiO2、<20重量％B2O3、<10重量％Al2O3、<18重量％Na2O、<15重量％K2O以及<1.5重量％ZnO。该外壳玻璃也可含澄清剂。
玻璃纤维电缆的另一个本发明的实施方案是如此得到的，即阶跃折射率纤维的外壳玻璃包含的材料组合物具有下列组分：70-80重量％SiO2、<5重量％B2O3、<10重量％Al2O3、<2重量％La2O3、<10重量％Na2O、<10重量％K2O、<2重量％ZrO2。
此外，按本发明，该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物还含一种或多种下列成分：<10重量％MgO、<2重量％BaO、<2重量％CaO、<2重量％ZnO，优选≤1重量％ZnO。
本发明的阶跃折射率纤维在纤维拉伸过程中具有外壳玻璃和芯体玻璃的高耐化学性，以致避免了结晶和界面反应。该芯体玻璃在芯体玻璃和外壳玻璃之间的界面上具有有最佳反射能力的高可传输性，并且衰减小。此外，该外壳玻璃以有利的方式与本发明的塑料包皮相适应。与塑料纤维相比，本发明的玻璃纤维数据电缆具有在至少125-150℃范围的耐温性。
此外，本发明还包括具有其它材料组合物的单丝纤维，所述组合物在该单丝纤维的纤维拉伸时，在芯体玻璃和外壳玻璃之间的界面上具有小的结晶趋势，该塑料包皮与外壳玻璃以本发明的方式相适配。
此外，本发明以有利方式通过下述实施方式提供一种玻璃纤维电缆，即单丝纤维束在端部经热熔融或粘合，或配有收缩的端闭合。在此情况下使所述的端闭合或端面的组合在玻璃纤维电缆上实现。此外，按本发明该端面具有直径为0.3-2.0mm，优选1.0mm的光学活性区。再则，该单丝纤维的直径为30-150μm，优选直径为53μm，偏差4μm。此外，该电缆直径总计为1-5mm，优选2.3mm。由此提供了一种可柔性铺设的玻璃纤维电缆，因为其有小的弯曲半径。特别在汽车制造中可简单地装入最小弯曲半径为约5mm的玻璃纤维电缆。该玻璃纤维电缆可由50-2000根单丝纤维制成，而不会损害该数据电缆的有利特性，并且该纤维束具有足够的机械强度。为此，将该单丝纤维束置于由所述塑料之一如TPE-V制成的塑料包皮中。
该玻璃纤维电缆的另一些本发明实施方案可参见1中的外壳玻璃材料组成和表2中的芯体玻璃的材料组成。相应的芯体玻璃和外壳玻璃可自由组合。
本发明的玻璃纤维电缆优选用于照明应用或数据传输应用，特别是用于建筑物技术或工业技术或发电厂技术或医学技术或车辆技术或船舶技术或飞机技术或宇航技术中。其特别优选可用于汽车或摩托车的数据传输。
在表3中按所测算的衰减值给出芯体玻璃和外壳玻璃的本发明的组合。表3中所给出的玻璃以及组合的实施方案是示例性的，绝不是穷举。本发明还包括该玻璃及其组合的其它有利实施方案。
作为本发明的特别有利的技术方案是芯体玻璃5和外壳玻璃4的组合以及芯体玻璃6和外壳玻璃3的组合。
表1：外壳玻璃
 
组分 外壳玻璃1[重量％] 外壳玻璃2[重量％] 外壳玻璃3[重量％] 外壳玻璃4[重量％]
SiO2 67.9 68.5 73.9 69.9
B2O3 18.5 19.0 9.6 1.0
Li2O 0.5 0.7 - -
Na2O 6.9 0.7 6.6 12.6
K2O - 7.6 2.5 3.2
MgO - - - 2.7
CaO - - 0.6 5.1
BaO - - - 2.1
TiO2 - - - 0.1
Al2O3 5.6 2.7 6.6 4.0
ZnO 1.0 0.6 - -
表2：芯体玻璃
 
组分 芯体玻璃1[重量％] 芯体玻璃2[重量％] 芯体玻璃3[重量％] 芯体玻璃4[重量％] 芯体玻璃5[重量％] 芯体玻璃6[重量％]
SiO2 47.7 44.5 46.4 47.7 50.7 57.9
La2O3 4.2 - - - 4.7 -
Li2O 0.9 - 1.1 0.9 1.0 -
Na2O 7.7 8.0 8.3 8.3 8.9 9.7
K2O 6.2 8.9 5.8 5.8 7.6 8.0
BaO 0.8 - 0.8 0.8 0.9 0.8
ZrO2 - - - 1.8 - -
ZnO 32.2 34.5 37.3 34.4 25.9 21.9
Al2O3 1.5
PbO - 3.5 - - - -
表3：衰减
Figure A200780008804D00181

Claims (29)

1.由多组分玻璃制成的阶跃折射率光纤，其具有含镧的芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2                42-60重量％，
ZnO                 20-38重量％，
Na2O                <14重量％，
K2O                 <12重量％，
Na2O+K2O            ≥2重量％，
La2O3               >0-10重量％，
BaO                 ≤0.9重量％，
和需要时常用量的澄清剂，
该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2            60-72重量％，
B2O3            <20重量％，
Al2O3           <10重量％，
Na2O            <18重量％，
K2O             <15重量％，
Li2O            <5重量％，优选<2重量％，
F               ≤1重量％，优选<0.02重量％，
和需要时常用量的澄清剂。
2.权利要求1的阶跃折射率光纤，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2                   47-51重量％，
ZnO                    25-33重量％，
Na2O                   <10重量％，
K2O                    <8重量％，
Na2O+K2O               ≥2重量％，
La2O3                  3-5重量％，
BaO                    <0.9重量％，
和需要时常用量的澄清剂。
3.由多组分玻璃制成的阶跃折射率光纤，其具有不含镧的芯体玻璃和完全包封该芯体玻璃周围壁的外壳玻璃，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2            >53-60重量％
ZnO             20-38重量％
Na2O            <14重量％
K2O             <12重量％
Na2O+K2O        ≥2重量％
BaO             <0.9重量％
和需要时常用量的澄清剂，
该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2            60-72重量％，
B2O3            <20重量％，
Al2O3           <10重量％，
Na2O            <18重量％，
K2O             <15重量％，
Li2O            <5重量％，优选<2重量％，
F               ≤1重量％，优选<0.02重量％，
和需要时常用量的澄清剂。
4.权利要求3的阶跃折射率光纤，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2               54-60重量％，
ZnO                20-25重量％，
Na2O               <14重量％，
K2O                <12重量％，
Na2O+K2O           ≥2重量％
BaO                <0.9重量％，
和需要时常用量的澄清剂。
5.权利要求1-4中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，该阶跃折射率纤维的芯体玻璃还含<5重量％、优选<1重量％Li2O，和/或<5重量％、优选<2重量％Al2O3。
6.权利要求1-5中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，
该阶跃纤维的外壳玻璃所含的材料组合物中含：
SiO2          72-78重量％，优选72.5-75重量％，
B2O3          5-15重量％，优选8-12重量％，
Al2O3         5-10重量％，
Na2O          <10重量％，优选5-10重量％，
K2O           <10重量％，优选1-4重量％，
Li2O          <5重量％，优选<2重量％，
F             ≤1重量％，优选<0.02重量％。
7.权利要求1-6中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物中还含一种或多种下列组分：
MgO             <3重量％，
BaO             <3重量％，
SrO             <4重量％，
CaO             <6重量％，
TiO2            <3重量％，优选<1重量％，
ZnO             <3重量％，优选≤1.5重量％，
Rb2O            <15重量％，优选≤5重量％，
Cs2O            <15重量％，优选≤5重量％。
8.权利要求7的阶跃折射率光纤，其特征在于，在外壳玻璃中组分Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O的总和>5重量％。
9.权利要求7和/或8的阶跃折射率光纤，其特征在于，在外壳玻璃中组分MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的总和≤4重量％。
10.权利要求1-4中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物中含下列组分：
SiO2             70-80重量％，
B2O3             <5重量％，
Al2O3            <10重量％，
La2O3            <2重量％，
Na2O             <10重量％，
K2O              <10重量％，
ZrO2             <2重量％。
11.权利要求10的阶跃折射率光纤，其特征在于，
该阶跃折射率纤维的外壳玻璃所含的材料组合物中还含一种或多种下列组分：
MgO       <10重量％，
BaO       <2重量％，
CaO       <2重量％，
ZnO       <2重量％，优选≤1重量％。
12.权利要求1-11中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，所述芯体玻璃和/或外壳玻璃含As2O3、Sb2O3、SnO2、RCl和/或R2SO4作为澄清剂。
13.权利要求1-12中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中含<2重量％F，优选<0.5重量％F。
14.权利要求1-13中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中还含一种或多种下列组分：
ZrO2         <2重量％，
MgO          <6重量％，
CaO          <5重量％，
SrO          <6重量％，
B2O3         <1重量％。
15.权利要求1-13中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，该阶跃折射率纤维的芯体玻璃所含的材料组合物中还含一种或多种下列组分：
ZrO2               <5重量％，
MgO                <1重量％，
CaO                <1重量％。
16.权利要求1-15中至少一项的阶跃折射率光纤，其特征在于，所述芯体玻璃的材料组合物的衰减为D(650mm)≤300dB/km，优选D(650mm)≤200dB/km。
17.具有至少一束单丝纤维的用于传导电磁辐射的玻璃纤维电缆，其包封在塑料包皮中，所述单丝纤维由上述权利要求中至少一项的阶跃折射率光纤构成，所述塑料包皮在与家庭用品和汽车中常用的环境化学品如油、油脂、碱液、酸(特别是电池用酸)、制动液、PVC、燃料以及由其形成的液体或气体相接触时是不受穿透的和化学稳定的。
18.权利要求17的玻璃纤维电缆，其中塑料包皮由具有可忽略的小的塑料添加物自挥发性和/或剩余单体形成的材料制备。
19.权利要求17-18至少之一的玻璃纤维电缆，其中该塑料包皮是撕裂伸长大于10％且强度为肖氏60A至肖氏80D的聚合物材料。
20.权利要求17-19至少之一的玻璃纤维电缆，其中塑料包皮由含一种或多种下列塑料的材料组成：
-含氟聚合物，优选PVDF、FEP、ETFE，
-基于烯烃、交联烯烃和/或橡胶的热塑性弹性体，
-热塑性塑料，优选PVC、PE、PP、PA、PBT，
以及共聚酯，氨基甲酸乙酯，聚酯，聚酰胺和/或聚醚酰胺。
21.权利要求17-20至少之一的玻璃纤维电缆，其中塑料包皮是热塑性聚氨酯弹性体或交联的热塑性弹性体，优选聚偏1，1-二氟乙烯(PVDE)、热塑性氨基甲酸乙酯(TPE-U)、聚丙烯共聚物(TPE-0)或聚烯烃-橡胶混配物(TPE-V)。
22.权利要求17-21至少之一的玻璃纤维电缆，其中塑料包皮中的玻璃纤维束用疏水性粘料润湿。
23.权利要求17-22至少之一的玻璃纤维电缆，其中粘料含一种或多种下列成分：
n次羧酸(Cn；n>12)；
乙氧基化脂肪酸氨基酰胺；
改性有机硅烷；
氟烷基官能硅烷；
全氟聚醚；
聚乙烯亚胺的缩合物和其盐；
硅油。
24.权利要求17-23至少之一的玻璃纤维电缆，其中单丝纤维束在端部经热熔融和/或粘合，和/或具有收缩的端闭合。
25.权利要求17-24至少之一的玻璃纤维电缆，其中端面具有直径为0.3-2.0mm、优选1.0mm的光学活性区。
26.权利要求17-25至少之一的玻璃纤维电缆，其中单丝纤维的直径为30-150μm，优选直径为53μm，偏差为4μm。
27.权利要求17-26至少之一的玻璃纤维电缆，其中电缆直径总计为1-5mm，优选2.3mm。
28.权利要求17-27至少之一的玻璃纤维电缆在特别是建筑物技术或工业技术或发电厂技术或医学技术或车辆技术或船舶技术或飞机技术或宇航技术中用于照明的应用。
29.权利要求17-27至少之一的玻璃纤维电缆在特别是建筑物技术或工业技术或发电厂技术或医学技术或车辆技术或船舶技术或飞机技术或宇航技术中用于数据传输的应用。
30.权利要求17-27至少之一的玻璃纤维电缆用于汽车或摩托车中的数据传输中的应用。
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