專利名稱：漸變型塑料光纖的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漸變型塑料光纖的制造方法，這類光纖沿徑向的折射率分布呈拋物線型，主要應(yīng)用于光通信，屬于信息通訊技術(shù)領(lǐng)域。
目前，日、韓、美等國(guó)均在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)了多項(xiàng)涉及制造漸變型塑料光纖預(yù)制棒的專利，而我國(guó)在這方面真正具有原始創(chuàng)新性的專利并不多。
日本住友電裝株式會(huì)社的專利(申請(qǐng)公開號(hào)CN 1197002A)公開了制造漸變折射率塑料光纖的方法及所用設(shè)備，該法需要配有多種從低粘度到更高粘度的單體溶液，制法比較繁瑣。同時(shí)，該法是通過外加不能聚合的起折射率調(diào)節(jié)作用的小分子來形成漸變塑料光纖的，而小分子在聚合物中由于熱運(yùn)動(dòng)，會(huì)由高濃度向低濃度擴(kuò)散，因此當(dāng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，這種漸變折射率分布會(huì)逐漸變化，直至纖芯的折射率變成均勻分布。折射率分布的熱穩(wěn)定性差是該專利的最大缺點(diǎn)，它直接限制塑料光纖的傳輸帶寬。如果摻雜劑的濃度過大，則會(huì)使材料的玻璃化溫度劇烈下降，如摻雜30％的二苯硫的聚甲基丙烯酸酯的玻璃化溫度由摻雜前的100℃下降到31℃，嚴(yán)重影響到塑料光纖的耐溫性能。
日本在中國(guó)的另一專利(公告號(hào)CN 1214454A)公開的用界面凝膠法生產(chǎn)折射率分布型塑料光纖的預(yù)制棒。該法是先制一聚合物圓管(如聚甲基丙烯酸甲酯)，然后將單體甲基丙烯酸甲酯和一種折射率比它更高但不能聚合的摻雜劑(如溴苯)填滿該聚合物管，甲基丙烯酸甲酯首先溶脹聚合物圓管，同時(shí)也在其溶脹的凝膠中開始反應(yīng)。反應(yīng)從凝膠逐漸向管中心推進(jìn)，最后形成漸變型塑料光纖預(yù)制棒。該法在制造塑料光纖的預(yù)制棒過程中容易產(chǎn)生氣泡，致使拉絲時(shí)易斷。此外，由于該法是通過摻雜折射率更高的小分子制成，不僅存在上述折射率分布的熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，而且通常用于制作塑料光纖預(yù)制棒的基礎(chǔ)單體的密度與摻雜的小分子相差較大，這就導(dǎo)致了利用該法制成的預(yù)制棒在重力場(chǎng)的方向上摻雜的小分子的含量不相同，在預(yù)制棒的上端摻雜劑含量高，下端則低，故該法制成的預(yù)制棒長(zhǎng)度受到很大限制。韓國(guó)在中國(guó)申請(qǐng)的專利(公告號(hào)CN 1304051 A)也有這個(gè)缺點(diǎn)。此外，要制成包層與芯層折射率差較大的預(yù)制棒，須加更多的摻雜劑，這將導(dǎo)致材料的玻璃化溫度下降，折射率分布的熱穩(wěn)定性變差等缺點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明首先制備折射率較高的纖芯，然后將纖芯浸漬在折射率比纖芯更低的單體溶液中溶脹、滲透。根據(jù)擴(kuò)散原理，小分子單體將在聚合物棒的徑向形成濃度梯度，經(jīng)聚合后濃度梯度將轉(zhuǎn)變成折射率梯度。
本發(fā)明可按如下步驟進(jìn)行(1)纖芯的制備采用體積比90～100份甲基丙烯酸甲酯，0～10份苯乙烯，或者采用100％的苯乙烯，外加單體總重量0.1％的過氧化苯甲酰和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑十二硫醇，在真空下于40～45℃水浴中攪拌35～40小時(shí)，后又在真空下于60～65℃繼續(xù)聚合20小時(shí)，將其粉碎后造粒。90～95℃干燥4小時(shí)后用擠出機(jī)于220～230℃擠出，擠出機(jī)口模直徑為0.5～3毫米。將得到的絲于一定溫度下老化以消除留在細(xì)棒中的內(nèi)應(yīng)力，高溫老化溫度控制在90～120℃之間，老化時(shí)間控制在5～30分鐘，可制得纖芯。
本發(fā)明纖芯材料中的甲基丙烯酸甲酯，可以采用甲基丙烯酸酯類，丙烯酸酯類，氟代丙烯酸酯類，氟代甲基丙烯酸酯類中的一種，苯乙烯可以采用苯乙烯類，N-烷基馬來酰亞胺類中的一種。該纖芯的加工特征是，須在高溫下老化以消除內(nèi)應(yīng)力，使得纖芯在單體溶液中溶脹時(shí)能均勻從四周滲入，形成濃度梯度，固化后即形成折射率梯度。
(2)滲透液的配制滲透液由一種或多種單體、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑組成。對(duì)滲透液中單體的特征要求是單體聚合后的折射率要比前述方法(1)制備的纖芯的折射率更低。對(duì)于甲基丙烯酸甲酯—苯乙烯共聚物纖芯，滲透液為98～100％的甲基丙烯酸酯類，2～0％的苯乙烯類，外加單體重量0.05％的引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-3-苯基丙酮和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑十二硫醇。對(duì)于聚苯乙烯纖芯，滲透液可以配成85～90％份苯乙烯，15～10％份甲基丙烯酸甲酯，外加單體重量0.05％的引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-3-苯基丙酮和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑十二硫醇。
本發(fā)明系列滲透液中的甲基丙烯酸甲酯可以采用甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸酯類，氟代丙烯酸酯類，氟代甲基丙烯酸酯類中的一種，苯乙烯可以采用苯乙烯類、N-烷基馬來酰亞胺類。
滲透液中加的引發(fā)劑可以是光引發(fā)劑或普通熱引發(fā)劑，光引發(fā)劑分別為2-羥基-2-甲基-3-苯基丙酮、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香異丁醚、1-羥基-環(huán)己基-苯基甲酮、2-甲基-1-[4-甲硫基]-2-嗎啉基-1-丙酮、4-二甲氨基-苯甲酸乙酯、二苯甲酮與對(duì)甲基二苯甲酮混合液、4-苯甲酰基-4-甲基-二苯硫醚、三-溴甲基苯基砜或鄰苯甲酰苯甲酸甲酯；普通熱引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰、偶氮二異丁睛、過氧化十二酰等。
滲透液中加的鏈轉(zhuǎn)移劑為十二硫醇。
(3)溶脹按步驟(1)制備的纖芯浸入由步驟(2)制備的滲透液中，滲透液的溫度控制在40～80℃之間，浸入時(shí)間控制在0.1～30分鐘。為了避免其密度差異造成的溶液上下層濃度的不同和滲透液自身靜壓力的影響，塑料光纖芯材可水平浸漬在滲透液中，以減少上下層組成差異和滲透液滲入纖芯深度的影響。
(4)聚合經(jīng)過溶脹后的塑料光纖芯材可以在某類射線下引發(fā)聚合，也可以熱聚合。如溶脹后的塑料光纖芯材可在紫外線下固化，固化時(shí)間為0.1～10分鐘。也可以通過溫度從55℃一直到85℃的分段恒溫裝置熱引發(fā)聚合，即可得到漸變型塑料光纖本發(fā)明制備的漸變型塑料光纖由于其折射率分布是通過折射率高低的兩種聚合物形成的，即在光纖芯子中折射率較高的聚合物比折射率較低的聚合物所占比例更大，并且沿著半徑方向，高折射率聚合物所占比例連續(xù)下降，直至到包層。并且由于聚合物鏈的相互纏結(jié)，使得獲得的折射率分布不會(huì)隨時(shí)間而改變，這正是本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)。折射率的這種變化是通過低折射率單體向高折射率聚合物的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的。由于可以通過調(diào)節(jié)芯材共聚物的組成比例，使得芯材聚合物和滲透液?jiǎn)误w聚合所得的聚合物能夠相容而不發(fā)生相分離，即可制得的折射率分布熱穩(wěn)定性優(yōu)良的漸變型塑料光纖。
(2)將100份甲基丙烯酸甲酯，單體總重量0.05％的光引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-3-苯基丙酮和0.05％的鏈轉(zhuǎn)移劑0.05％十二硫醇混合均勻，即可得滲透液。
(3)將由步驟(1)制得的纖芯水平通過并浸漬在由步驟(2)配置的滲透液中，調(diào)節(jié)滲透液的溫度升至60℃，浸漬約5分鐘。
(4)浸漬后的纖芯通過紫外線固化裝置，紫外線固化時(shí)間為4分鐘。制得折射率分布熱穩(wěn)定性優(yōu)良的漸變型塑料光纖。
(2)將90體積苯乙烯，10體積甲基丙烯酸甲酯，單體總重量0.05％的2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮，0.01％的1-羥基-環(huán)己基-苯基甲酮和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑十二硫醇混合均勻，配成滲透液。
(3)將由步驟(1)制得的纖芯水平通過并浸漬在由步驟(2)配置的滲透液中，調(diào)節(jié)滲透液的溫度升至60℃，浸漬約5分鐘。
(4)浸漬后的纖芯通過一紫外線固化裝置，紫外線固化時(shí)間為4分鐘。制得折射率分布熱穩(wěn)定性優(yōu)良的漸變型塑料光纖。
(2)將100份甲基丙烯酸甲酯，單體總重量0.1％過氧化二苯甲酰，0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑十二硫醇混合均勻，配成滲透液。
(3)將由步驟(1)制得的纖芯水平通過并浸漬在由步驟(2)配置的滲透液中，調(diào)節(jié)滲透液的溫度升至60℃，浸漬約5分鐘。
(4)浸漬后的纖芯先通過60℃恒溫管熱聚合，然后再通過80℃恒溫管熱聚合，即可固化。制得折射率分布熱穩(wěn)定性優(yōu)良的漸變型塑料光纖。
權(quán)利要求
1.一種漸變型塑料光纖的制造方法，其特征在于包括如下步驟(1)采用體積比90～100份甲基丙烯酸甲酯，0～10份苯乙烯，或者采用100％的苯乙烯，外加單體總重量0.1％的引發(fā)劑和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑，在真空下于40～45℃水浴中攪拌40小時(shí)，再在真空下于60～65℃繼續(xù)聚合20小時(shí)，粉碎造粒后干燥，用擠出機(jī)擠出，擠出機(jī)口模直徑為0.5～3毫米，將得到的纖芯于90～120℃的溫度下老化5～30分鐘，制得纖芯；(2)對(duì)于甲基丙烯酸甲酯—苯乙烯共聚物纖芯，滲透液為98～100％的甲基丙烯酸酯類，2～0％的苯乙烯類，單體重量0.05％的引發(fā)劑和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑，對(duì)于聚苯乙烯纖芯，滲透液為85～90％份苯乙烯，15～10％份甲基丙烯酸甲酯，單體重量0.05％的引發(fā)劑和0.1％的鏈轉(zhuǎn)移劑；(3)將步驟(1)制備的聚合物纖芯浸入由步驟(2)制備的滲透液中，滲透液的溫度控制在40～80℃之間，浸入時(shí)間控制在0.1～30分鐘；(4)經(jīng)過溶脹后的塑料光纖芯材在紫外線下引發(fā)聚合，或熱聚合，得到漸變型塑料光纖。
2.如權(quán)利要求1所說的漸變型塑料光纖的制造方法，其特征在于聚合是在紫外線下固化0.1～10分鐘，或通過一溫度從55℃一直到85℃的分段恒溫裝置熱引發(fā)聚合。
3.如權(quán)利要求1所說的漸變型塑料光纖的制造方法，其特征在于纖芯中的甲基丙烯酸甲酯，采用甲基丙烯酸酯類，丙烯酸酯類，氟代丙烯酸酯類，氟代甲基丙烯酸酯類中的一種，苯乙烯采用苯乙烯類，N-烷基馬來酰亞胺類中的一種。
4.如權(quán)利要求1所說的漸變型塑料光纖的制造方法，其特征在滲透液中加的引發(fā)劑是光引發(fā)劑或普通熱引發(fā)劑，光引發(fā)劑分別為2-羥基-2-甲基-3-苯基丙酮、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香異丁醚、1-羥基-環(huán)己基-苯基甲酮、2-甲基-1-[4-甲硫基]-2-嗎啉基-1-丙酮、4-二甲氨基-苯甲酸乙酯、二苯甲酮與對(duì)甲基二苯甲酮混合液、4-苯甲?；?4-甲基-二苯硫醚、三-溴甲基苯基砜或鄰苯甲酰苯甲酸甲酯；普通熱引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰、偶氮二異丁睛、過氧化十二酰。
5.如權(quán)利要求1所說的漸變型塑料光纖的制造方法，其特征在于滲透液中加的鏈轉(zhuǎn)移劑為十二硫醇。
全文摘要
一種漸變型塑料光纖的制造方法，采用體積比90～100份甲基丙烯酸甲酯，0～10份苯乙烯，或者采用100％的苯乙烯，外加引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑，制備折射率較高的纖芯，然后將纖芯浸漬在折射率比纖芯更低的單體溶液中溶脹、滲透，再將經(jīng)過溶脹后的塑料光纖芯材在紫外線下引發(fā)聚合，或熱聚合。本發(fā)明根據(jù)擴(kuò)散原理，小分子單體將在聚合物棒的徑向形成濃度梯度，經(jīng)聚合后，濃度梯度將轉(zhuǎn)變成折射率梯度，即可制得折射率分布熱穩(wěn)定性優(yōu)良的漸變型塑料光纖。
文檔編號(hào)G02F1/19GK1415984SQ0215106
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者李忠輝, 殷宗敏, 薛敏釗 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)