[发明专利]用于生产塑料光纤的方法

说明书

本发明涉及梯度折射率塑料光纤的生产。

近年来，玻璃光纤成了一种重要的传输媒介，尤其是在远程传输中应用。但这种光纤在小规模运用中，如局域网中桌面光纤的配置，却应用不广。具体地说，玻璃光纤性能价格比不如铜线，并且要求很精确的纤维接头。因而，对塑料光纤(POF)产生了兴趣。塑料光纤(POF)具有玻璃光纤的许多优点，但性能价格比要比玻璃光纤好。POF还可以提供更大的芯，使连接和绞合更容易。

起初，阶跃折射率POF(一种折射率的芯，被另一种不同折射率的包层包裹)投入生产并得到应用。不幸的是，沿阶跃折射率光纤传输的模式有不希望有的很高的耗散，因而限制了光纤的传输能力。针对此问题，开发出了梯度折射率POF(GI-POF)，它从芯到包层具有变化的折射率。GI-POF表现出较低的模式耗散，因而具有更好的性能。但生产GI-POF比阶跃折射率POF更困难，从而更贵。因此有必要寻找生产GI-POF的改进方法。

生产GI-POF的一种方法是从预制棒(preform)开始，和通常玻璃光纤从中拉出的预制棒类似。例如可见美国专利5,639,512和5,614,253，其中描述了一种用化学气相沉积法(CVD)生产GI-POF预制棒的方法。根据该方法，将一种聚合物和一种折射率改性剂沉积在棒上，在沉积过程中改变折射率改性剂的量来得到所需的折射率分布。这种预制棒对于生产GI-POF是有用的，但需要有更简单的方法。

另一种预制棒形成方法是挤压成形，广泛用于不同塑料制件的成形。挤压成形比成形和拉伸预制棒迅速而且便宜，但要形成梯度折射率分布却较复杂。美国专利5,593,621(’621专利)描述了GI-POF的一种挤压成形方法。根据’621专利，把一种物质挤压成形在另一种物质的周围，如通过使用同心喷嘴来生产GI-POF。至少有一种物料含有折射率与之不同的可扩散物质，以使该物料的扩散提供所需的折射率差。’621专利提供了一种可行的方法，但也存在一些缺点。

具体地说，不清楚这种能够预成形的方法为了使扩散物质有足够的时间扩散，是否不需要提供延时(停止物料流动)或极慢的挤压成形速度。更具体地说，实例中公开的同心喷嘴5的出口(见图1)和芯喷嘴3的出口之间有一小段距离，3cm。因而在流出设备前，两种物料只在这一小段范围内接触。不清楚这样小的接触距离在不需要间歇停止或极慢的挤压成形速度时是否有充分的扩散。看来使用了间歇停止或极慢的挤压成形速度，因为，如实施例6中表明在这段接触区内的扩散约在3分钟内有效，而实施例7、8和9都表明在接触区内发生扩散约为10分钟。不幸的是，参考专利没有公开挤压成形速度也没说清流程是否得不断停止。另外，参考专利中没有给出怎样预测所得光纤的折射率分布的信息，显然这要求用试差法(trial-and-error)来寻找合适的工艺参数。

从商业观点看，间歇停止和极慢的挤压成形速度都是不利的。间歇停止使工艺变慢并且使光纤的折射率分布不连续；而极慢的挤压成形速度则增加了生产成本和时间。因此，有必要改进梯度折射率塑料光纤的挤压成形方法，并对具体挤压成形工艺形成的折射率分布进行预测，从而避免繁重的试差。

本发明提供一种连续的挤压成形方法，能以商业上可以接受的速度，如对于外径为250μm的光纤至少以1m/sec的速度，生产梯度折射率塑料光纤(GI-POF)。进一步说，在实际生产前，通过对挤压成形工艺中各种参数的数值分析可以预测光纤的折射率分布。这种预测容许通过调整工艺参数来得到想要的结果，并且避免对挤压成形设备的大量试差。

所述工艺包括：引入第一聚合物材料如芯聚合物材料到第一喷嘴里，引入第二聚合物材料如包层聚合物材料到第二喷嘴里，其中至少有一种聚合物材料含有能改变聚合物折射率的可扩散搀杂剂。如图1B所示，喷嘴共心安放并且第一喷嘴在第二喷嘴内，以使物料流在进入扩散部分22时共心。当物料一起流过扩散部分22时，搀杂剂在第一、二聚合物之间及内部发生扩散，从而形成梯度折射率。第一、二聚合物连续移动通过扩散部分22，流过出口模26后被拉成光纤。(连续表明在进入扩散部分后，聚合物在流入出口模前不在任何一点间歇停止。)