[发明专利]快速固化的光纤一次涂层

说明书

发明领域

本发明一般涉及光纤，更具体地说，涉及施涂于光纤的涂层。

发明背景

光纤在通信领域中起着越来越重要的作用，它经常用来代替现有的铜导线。这 一趋势对局域网(即用于光纤到家的应用)都具有重要的影响，使光纤的用途极大地 增加。随着建立局域光纤网来以数据、音频和视频信号的形式传输容量不断增加的 信息到住宅和商业用户，预期光纤在局域网环路电话和有线电视业务中的应用将进 一步增长。另外，在用于内部数据、话音和视频通信的家庭和商用事务中光纤的使 用已经开始，并且预期这种使用还会增长。

用于局域网的光纤直接处于恶劣条件下，包括恶劣的温度和湿度的极端情 况。在这种不利条件下以前用于光纤的涂层不具有良好的性能。因此，需要开 发高性能的涂层，以解决在使用光纤的宽而多变的温度和湿度状况下的问题。 具体而言，这些涂层具有足以长时间(即，约25年或更长)保护包封的光纤的 热稳定性、氧化稳定性和水解稳定性。

光纤通常包含玻璃芯、包层以及至少两个涂层，即一次(primary)(或内)涂层和 二次(secondary)(或外)涂层。一次涂层直接施涂到包层上，固化时形成包封所述玻 璃纤维的柔软的、弹性的、柔顺的材料。一次涂层用作对衬层的缓冲物，在玻璃纤 维弯曲、制作光缆或绕线时保护玻璃纤维芯。操作时施加在光纤上的应力可引起 光纤发生微弯曲，这会使通过光纤的光衰减，导致低效的信号传输。二次涂层 施涂在一次涂层上，其起防止玻璃纤维在处理和使用过程中损坏的坚硬的保护性外 层的作用。

希望一次涂层具有一些特性，二次涂层具有其他的特性。一次涂层的模量 必须足够低，通过容易释放光纤上的应力来缓冲和保护光纤。在光纤的整个使 用寿命期间必须保持这种缓冲作用。

因为一次涂层和二次涂层之间的热膨胀性质的差异，一次涂层的玻璃化转 变温度(T_g)还必须低于可预知的最低使用温度。这样可以使一次涂层在整个使 用温度范围保持弹性，助长玻璃纤维和二次涂层之间的热膨胀系数方面的差 异。

也很重要的是，一次涂层的折射率不同于(即高于)包层的折射率。这样允 许在包层和一次涂层之间存在折射率差，使错误(errant)的光信号可从玻璃芯 折射出去。

生产具有上述性质的涂覆光纤的成本很大程度上取决于拉丝塔的线速度 以及拉丝的用途。对拉丝塔线速度操作中的一个限制因素是施涂在光纤上的一 次涂层和二次涂层的固化速率。在固化的涂层下面可产生不希望有的光纤缺 陷，这些缺陷会使制成的涂覆光纤产生功能方面的问题。以前提高固化速率或 聚合速率的一些方法包括使用完全丙烯酸化的涂层体系，使用高效的光引发体 系，以及增加UV辐照。光引发的聚合反应通常遵循以下关系式：

                  R_p＝k_p[M](ΦεI_o[A]b/k_t)^1/2

式中，R_p：聚合反应速率；k_p：增长速率常数；[M]：反应官能团浓度；Φ： 用于引发的量子产率；ε：摩尔吸光系数；I_o：入射光强度；[A]：光引发剂浓 度；b：反应体系厚度(涂层厚度)；和k_t：终止速率常数。

使聚合反应速率最大的配方工作(formulation effort)包括使用具有高增 长速率常数的活性单体、低聚物和它们的混合物，使用高光引发效率的光引发 剂，选择不会增加链终止或链转移倾向的组分。链转移剂不会降低聚合反应速 率，但是会降低聚合度。

两种提高固化速率的现有方法涉及使用脂族(甲基)丙烯酸缩水甘油酯单 体或芳族(甲基)丙烯酸缩水甘油酯单体。不幸的是，脂族(甲基)丙烯酸缩水甘 油酯单体的特征是折射率低，产生折射率低于要求值的一次涂层。如丙烯酸苯 氧基缩水甘油酯的芳族(甲基)丙烯酸缩水甘油酯单体的缺陷是使包含这些单 体的固化组合物具有高T_g。这使固化后的组合物在大多数应用中不适合用作一 次涂层。

因此，仍需要确定能提高固化速率，同时获得具有所需折射率和所需T_g的 一次涂料组合物的其他单体。

本发明涉及克服本领域的这些缺陷和其他缺陷。

发明概述