[发明专利]生产分级折光指数塑料光导纤维的方法和装置

说明书

本发明涉及一种制造分级指数型塑料光导纤维的方法及其装置。

现已披露了几种方法用以制造这种类型的塑料光导纤维，例如在日本专利申请公开号中的Hei5-507610和Hei7-27928。

在申请Hei5-507610所述的方法中，包层是由一个具有心部中空的柱形管形成的并且充满着由单体和具有高折光指数的化合物组成的液体混合物。然后加热或用带有能量的射线照射该液体混合物，于是优先地在预定的位置上产生并进一步扩展了聚合反应。因此具有高折光指数的材料形成密度梯度并被用作基体材料。通过对基体材料进行加热熔融和拉伸为的是沿着径向方向连续改变它的折光指数。该基体材料构成塑料光导纤维的芯部。

在申请号为Hei7-27928所描述的方法中，聚合的纤维材料是通过加热熔融然后拉长的方式形成纤维的。这样得到的纤维浸渍到含有比最初的聚合物的折光指数低的非聚合化合物的溶液中，其中，该非聚合化合物渗透并弥散在纤维中。用这种方式，形成具有分级指数的塑料光导纤维。

可是，在申请Hei5-507610所述的方法中，纤维是由加热，熔融和拉伸基体材料形成的。因此由一种基体材料拉伸可形成的纤维的长度就受到了限制，例如，纤维的长度取决于基体材料的尺寸大小。

为了制造较长的纤维，基体材料必须具有较粗的直径或较长的尺寸。当基体材料变厚时，由于加热和熔融的不充分，随后的拉伸加工就变得很困难。当基体材料变长时，材料本应在纵向方向上具有均匀的分级指数和不变的透射损失，可是，这样一种材料的制造就要满足严格的条件用以控制反应和聚合。当制造长度超过1,000m，直径为1mm的塑料光导纤维时，就需要一个直径超过30m的一米长的基体材料。

此外，它是一种间歇的方法，在该方法中首先制备，拉伸基体材料，然后转变成光导纤维。因此该方法的运行比率不好，当产量增加时，制造设备就必须按比例大大增加。

在申请Hei7-27928所描述的方法中，纤维是连续制造的，因此能够制成所希望的长度。可是，纤维制成后，必须能使非聚合的化合物从纤维的表面弥散到纤维的内部。但是，大分子尺寸，低折光指数的化合物弥散到此纤维中是很困难的，以致于折光指数的分级是很差的。

为了把大分子尺寸，低折光指数的化合物弥散到纤维中，化合物和纤维必须加热到较高温度。可是，强热会使纤维趋于熔断，纤维的制造就变得不协调。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种制造分级指数型塑料光导纤维的新颖方法及其装置。这种方法能获得一个良好的加工运行比率并当产量增加时使所需设备按比例扩大的量减至最小。此外，塑料光导纤维能很容易地得到所希望的分级指数。而且，能够连续不变地制造出质量稳定的满足长度要求的分级指数纤维。

为此，提供一种制造分级折光指数型塑料光导纤维的方法，其包括如下步骤：

a)制备基体聚合物，含有比聚合物的折光指数高的非聚合化合物的纤维材料以及含单体的溶液；

b)对基体聚合物和纤维材料进行加热和熔融得到一熔体；

c)将该熔体连续拔丝形成纤维；

d)把纤维浸泡在含单体的溶液中使溶液渗透到纤维中，以使每一单体和非聚合化合物能够弥散在纤维之中；

e)使单体固化并硬化。

该方法还可进一步包括如下步骤：

f)交替地重复步骤d)和e)。

该方法最好进一步包括如下的步骤：

f)拉伸纤维使它产生取向；以及

g)在纤维的外表面上形成一包层。

还提供了一个制造分级折光指数型塑料光导纤维的设备，它包括：

a)制备纤维的装置包括一个用于混合基体聚合物和含有比基体聚合物的折光指数高的非聚合化合物的纤维材料从而得到一混合物的单元；一个对混合物进行加热和熔融以得到一熔融体的单元；以及对熔融体进行连续纺丝形成纤维的单元；

b)许多单体弥散装置，每个装置包括一个含有单体溶液的单元，一个把纤维浸泡在所述单体溶液中从而使单体弥散在纤维中的单元，以及从浸泡纤维的单元中把纤维分离出来的单元；

c)固化装置选自由加热弥散单体的装置和用诸如紫外线的电磁波照射弥散单体的装置组成的组；以及

d)把从制备纤维的装置中出来的纤维交替地穿过弥散装置和固化装置的第一处理装置。

根据本发明的另一个实施例，该设备可以包括：