[发明专利]高模量光纤涂层的LED固化

说明书

描述了在用LED或激光源激发之后具有高固化度和高模量的可固化涂料组合物。可固化涂料组合物包括一种或多种可辐射固化单体以及一种或多种光引发剂。可固化涂料组合物优选完全不含低聚物。LED或激光源优选提供峰值波长范围是360nm至410nm的UV辐射。

本申请根据35U.S.C.§119，要求2017年01月27日提交的美国临时申请系列第62/451,138号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术领域

本说明书属于用于光纤的涂层，以及用于光纤的涂层的制造方法。更具体来说，本说明书涉及采用运行在UV波长的LED光源对涂料组合物进行固化的方法，以及由该方法制得的固化涂层。

背景技术

光纤的光传输性能高度取决于制造过程中施涂到玻璃光纤的聚合物涂层的性质。通常来说，使用双层涂层体系，其中软的(低模量)第一涂层与玻璃光纤接触，而硬的(高模量)第二涂层环绕并接触第一涂层。第二涂层提供了机械完整性，并且允许对光纤进行装运和进一步加工，而第一涂层在耗散外部作用力和防止它们转移到光纤并在那产生导致破损或光信号光衰减方面起关键作用。

第一涂层的功能要求对于用于这些涂层的材料产生了数种限制。为了防止弯曲和其他外部机械扰动诱发传输通过光纤的光信号的强度损失，第一涂层的杨氏模量必须尽可能得低(通常小于1MPa，理想地小于0.5MPa)。为了确保当部署在寒冷气候期间的光纤暴露于低温时保留了模量，第一涂层的玻璃转化温度必须是低的(通常小于0℃，并且优选小于-20℃)，从而第一涂层没有转变为刚性的玻璃状状态。此外，第一涂层的拉伸强度必须足够高，以防止当拉制光纤时或者在经过涂覆的光纤的拉制后加工过程中(例如，当施涂墨层或者将光纤捆扎形成光缆时)的撕裂缺陷。为了确保第一涂层的厚度均匀性，形成第一涂层的组合物以液体形式施涂到光纤。液体第一涂料组合物流动提供光纤的均匀覆盖，从而有助于固化状态时的厚度均匀性。

第二涂层必须具有足够的刚度来保护玻璃光纤，并且具有足够的挠度以实现不发生破裂情况下的装运。第二涂层还应该具有低水分吸收、低粘性、机械和化学耐久性、低摩擦系数以实现卷绕到线轴上，并且对于第一涂层具有良好的粘附。为了确保合适的机械完整性，第二涂层的玻璃转化温度必须较高(通常高于40℃，并且优选高于50℃)，从而第二涂层在整个预期部署温度范围保持刚性玻璃状状态。如同第一涂料组合物那样，采用液相第二涂料组合物对于促进第二涂料组合物在第一涂层上的均匀覆盖以及固化状态的第二涂层的均匀厚度是有利的。

在光纤制造中，从经过加热的预制件拉制玻璃光纤并且尺寸调节至目标直径(通常125μm)。光纤的拉制速度大于30m/s，或者大于35m/s，或者大于40m/s，或者大于45m/s，或者大于50m/s。然后，玻璃光纤冷却并被引导到涂覆系统，所述涂覆系统向玻璃光纤施涂液体第一涂料组合物。在向光纤施涂了液体第一涂料组合物之后，存在两种可行的加工选项。在一个加工选项中(干碰湿工艺)，液体第一涂料组合物固化以形成凝固的第一涂层，液体第二涂料组合物施涂到第一涂层，以及液体第二涂料组合物固化以性能凝固的第二涂层。在第二种加工选项中(湿碰湿工艺)，液体第二涂料组合物施涂到液体第一涂料组合物，并且这两种液体涂料组合物同时固化以提供凝固的第一和第二涂层。

商用制造工艺是以连续过程生产光纤。以连续的方式从预制件拉制玻璃光纤、尺寸调节、涂覆和收集。为了改善加工效率，需要高的拉制速度。高的拉制速度必然使用快速固化的涂料组合物。通过最通常来说是光化学引发的自由基聚合过程以实现快速固化速率。通过合适波长辐射来激发光引发剂，以产生与涂料组合物中的一种或多种组分发生反应的中间体自由基化合物，从而引发固化。一旦引发了之后，聚合通过传播进行以延长链长，并终止以结束反应。