[发明专利]一种有机硅树脂塑料光纤包覆层材料及使用该包覆材料的塑料光纤的制法

说明书

本发明的一种有机硅树脂塑料光纤包覆层材料及使用该包覆材料的塑料光纤的制法。光纤包覆材料的原料价格低廉；与纤芯结合性好，对塑料光纤纤芯包覆完整；折光指数可调；耐候性好：在‑30℃条件下依然具有较好的柔韧性，在高温108‑205℃条件下具有较好的电绝缘性，击穿电压可达60‑80kV/mm，耐化学腐蚀性较强；包覆过程简单且易于操作。使用该包覆材料的塑料光纤的制法仅使用单螺杆挤出机将塑料光纤的纤芯挤出后再通过拉伸机将其拉伸，通过包覆层涂覆装置将涂覆材料均匀涂覆到纤芯表面，在50‑70℃下包覆材料在纤芯表面形成交联的塑料光纤包覆层；加工温度低，节省能源；卷绕塑料光纤速度快，纤芯和包覆层结合性好；塑料光纤的光损耗低，最低可达165dB/km；的塑料光纤折光指数可调。

技术领域

本发明是一种塑料光纤材料技术领域，涉及一种有机硅树脂塑料光纤包覆层材料及使用该包覆材料的塑料光纤的制法。

背景技术

塑料光纤（POF）又称聚合物光纤，是采用聚合物材料为介质制备而成的传光介质。与石英光纤相比，塑料光纤具有弯曲半径大、导光能力强、通信容量大、抗干扰的能力强、成本低、易于加工、易于安装和维护等优点，广泛应用于网络传输，工业控制系统、汽车多媒体、电子产品，照明以及太阳能等领域。

塑料光纤由纤芯和包覆层两部分构成。通常，以高折光率透明的聚合物，如PS（PS）或聚PMMA（PMMA）作为纤芯材料，以低折射率氟树脂作为包覆层材料。以低折射率氟树脂作为包覆层材料时过程较为复杂：当完成聚合反应后，聚合釜减压除去PMMA中残留的未反应单体和其他挥发组分，控制合适的纺丝温度，将PMMA和低折射率氟树脂皮材同时加压送入共挤出喷丝组件，绕卷得到皮芯结构的塑料光纤；低折射率氟树脂材料本身价格较高，约为200~300元/千克；包覆层与纤芯PMMA结合性一般：两者玻璃化温度相差略大，在某一加工温度下没有近似的熔融温度，低折射率的氟树脂玻璃化温度为140℃，而纤芯PMMA玻璃化温度仅为105℃；折光指数不可根据需求调节，确定改性单体种类和含量后，包覆材料和纤芯两者折射率相差值固定，光线在塑料光纤纤芯和包覆层相连界面发生的全发射一定，不可改变；以低折射率的氟树脂作为包覆层的塑料光纤光传导损失较大，最佳情况下为192 dB/km；氟树脂耐候耐高温性一般，不能满足塑料光纤在各种特殊环境下的使用：氟树脂的最高使用温度不可超过150℃，最低使用温度仅为-50℃，可通过50000h的中性盐雾实验，仅能适应海洋、工业区、酸雨的普通环境；^【1】

塑料光纤主要采用预制棒和共挤两种工艺制备。预制棒工艺开发的较早，工艺过程简单，易于操作，但产品单位长度光损耗大，更重要的是这种工艺产能低、不适用于大规模工业化生产，主要用于实验室研究。

共挤工艺是在预制棒工艺的基础上开发而成的，弥补了预制棒工艺的不足，其优点是过程连续、产能大、适合规模化连续生成，缺点是：（1）挤出温度高容易导致包覆层和纤芯聚合物在加工过程中发生降解，包覆层和纤芯材料结合性差、因为夹杂杂质和气泡容易脱皮导致性能下降。例如利用柱塞挤出机对以PMMA为纤芯材料进行聚合~纺丝连续操作生产塑料光纤^【2】，其工艺过程较为复杂：为防止喷丝板上同时挤出皮芯材料时，包覆层破坏芯纤的圆整度和表面光洁度等工艺问题，其工艺涉及到共挤出喷丝组件等多台设备；（2）加工温度较高，最低可纺温度也需达到190℃；将PMMA和氟树脂包覆材料同时加压送入共挤出喷丝组件后，经卷绕得到塑料光纤。卷绕速度与卷绕电压呈正比。若卷绕塑料光纤速度较快，卷绕电压较大，纤维的拉伸比增加，此时拉伸点不固定，上下起伏不利于塑料光纤的挤出，当卷绳电压仅达到30V时，得到的纤维直径波动即达到5.6％，直径起伏明显；（3）低折射率氟树脂包覆层和PMMA纤芯的结合性一般，两者玻璃化温度相差偏大，低折射率氟树脂玻璃化温度为140℃，而纤芯PMMA玻璃化温度仅为105℃；光损耗高，最佳情况下也会达到192dB/km；不可用于生产不同型号的光纤，确定纤芯和包覆层后，两者折射率相差值固定，光线在纤维的芯皮界面发生的全发射一定，不可改变。上述因素导致通过共挤法制备的塑料光纤难以满足日益增加的市场需求。产品种类较为单一、应用范围有限、严重限制塑料光纤的应用领域，限制了塑料光纤行业及相关行业的发展。