[发明专利]连续反应共挤热扩散法制备梯度型塑料光纤的方法

说明书

技术领域：

本发明属于光信息传输与新材料领域，与通过连续本体聚合共挤扩散法制备梯 度型折射率分布的塑料光纤的方法有关。

背景技术：

塑料光纤按照折射率分布形式可分为阶跃型(SI型)、多阶型(MI型)和梯度 型(GI型、渐变型)三种，如图1所示。

阶跃型塑料光纤带宽通常在10～100MHz·100m，用于带宽要求不高的传感器跳 线及装饰照明领域。梯度型塑料光纤带宽通常≥1GHz·100m，用于带宽要求较高的 光纤到户局域网，数据传输量较大的工控局域网等信息领域。多阶型塑料光纤带宽 为≥200MHz·100m，介于二者之间。

梯度型塑料光纤与超五类铜线缆相比，具有节省铜资源，高带宽的优势；与多 模石英光纤相比，具有连接器件成本低、柔韧性高、抗震动等优势。

目前国内外生产梯度型塑料光纤的方法有如下几种：

1、界面凝胶预制棒拉丝法：

这种方法先用界面凝胶法制造梯度型预制棒，再采用棒拉丝工艺制备梯度型塑 料光纤。通常这种梯度型预制棒是采用高折射率的惰性或共聚掺杂剂来实施的，并 根据凝胶聚合反应是从外表凝胶层到中心的方向进行聚合，使高折射率掺杂剂逐渐 渗透到中心，从而得到中心折射率最高，折射率沿径向逐渐递减分布的梯度型预制 棒。这种方法的缺点是：1)难以从根本上消除气泡；2)难以制备大直径、较长的 合格梯度型聚合物光纤棒；3)聚合反应时间长、生产效率低，没有实际的工业应 用价值。

2、表面氟化法

这种方法是采用XeF₂分离出F₂氟气对PMMA塑料光纤进行表面氟化，使聚合物 表面的C-H键变为C-F键，从而降低了光纤外层聚合物的折射率。由于氟化的过程 是光纤外表面接触氟气的时间最长，因此有最多的C-H键变为C-F键，得到的折射 率最低，而沿光纤径向越到中心，转化为C-F键的越少，得到折射率就最高，因此 也可以得到中心折射率高，折射率沿径向逐渐递减分布的梯度型塑料光纤。这种方 法的缺点是1)采用氟化工艺的工业化生产成本较高；2)氟化时间长、生产效率较 低。

3、多层共挤法

这种方法是先制得不同折射率的光纤用高透明聚合物材料，通过多台挤出机按 照在中心处折射率最高、沿径向递减的分布原则，分别熔融挤出不同折射率的聚合 物材料，通过多层共挤模具熔融挤出，牵引拉伸成型。这种方法的缺点是：1)属 于多阶型塑料光纤，折射率分布呈阶梯型，带宽不如梯度型塑料光纤高；2)层数 越少，带宽越低；3)由于每一层厚度通常只有5～30μm，因此层数越多，控制难 度越大，成品率就越低，难以稳定生产出批量合格的高带宽塑料光纤。

发明内容：

本发明的目的是为了提供了一种可连续大批量稳定生产、生产效率高、生产简 便、生产成本低、产品性能优。特别是可大规模生产损耗低于0.2dB/m、带宽高于 1GHz·100m的梯度型塑料光纤的方法。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明连续反应共挤热扩散法制备梯度型塑料光纤的方法，该方法是在主单体 中加入折射率高于主单体折射率的惰性掺杂剂作为芯层材料，在预聚反应装置中聚 合出透光率大于93％的光纤芯层熔体送入双层共挤模具的芯层区，同时将与主单体 成分相同的材料经过聚合而成的聚合物作为包层材料熔融挤出到双层共挤模具的 包层区，二者在双层共挤模具中熔融复合为双层圆截面的光纤，光纤从双层共挤模 具中挤出后再经过聚合物温度为100～240℃的温度控制扩散成形区，停留10～ 20min，惰性掺杂剂由中心高浓度、高折射率沿光纤径向向包层聚合物逐渐扩散， 形成中心折射率高、周围折射率逐渐低的折射率梯度分布的梯度型塑料光纤。