降低PMMA塑料光纖損耗的初步研究

中國(guó)注塑網(wǎng)

光纖通信是近代信息傳輸技術(shù)革命的標(biāo)志，自從1977年美國(guó)加利福尼亞州通用電話公司安裝第一臺(tái)光纖通信之后，至今世界各國(guó)已普通使用。目前隨著以光纖入戶（FTTH）為代表的高速多媒體構(gòu)想正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，塑料光纖以其質(zhì)輕、柔韌性好和連接容易等優(yōu)點(diǎn)更倍受重視。然而塑料光纖損耗較大的缺點(diǎn)限制了它在通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。在本文中，我們針對(duì)降低塑料光纖損耗作了初步研究?！　?塑料光纖損耗分析造成塑料光纖損耗的因素很多，主要包括塑料光纖材料本身的固有因素（本征損耗）和光纖加工技術(shù)不完善等造成的外在因素，詳見表1.其中本征損耗是由材料本身所引起的，決定著該塑料光纖的損耗下限；而外在因素則可以通過改進(jìn)工藝來(lái)降低或消除|1.塑料光纖總損耗等于表1中各因素的損耗之和，其中最主要的損耗是C+H鍵諧波吸收。　　表1塑料光纖的光損耗因素本征損耗外因損耗吸收散射吸收散射C一H諧波電子轉(zhuǎn)移瑞利散射過渡金屬離子有機(jī)雜質(zhì)塵埃和氣泡；芯徑波動(dòng)芯-包層界面缺陷方位雙折射針對(duì)以上塑料光纖損耗分析，我們研究了不同引發(fā)劑、加入抗氧性單體和包層工藝對(duì)PMMA階躍型塑料光纖損耗的影響3引發(fā)劑對(duì)塑料光纖損耗的影響聚合反應(yīng)所采用的一般引發(fā)劑使高分子鏈端帶入雜質(zhì)端基使塑料光纖損耗增加?？紤]到這種損耗因素，我們嘗試采用新型含氟自由基引發(fā)劑制備光纖材料來(lái)降低塑料光纖損耗?！　∥覀兎謩e利用含氟自由基和過氧化二苯甲酰（BPO）引發(fā)聚合MMA制備PMMA，用有機(jī)硅樹脂溶劑涂覆法進(jìn)行包層，所制備的塑料光纖透光率（m長(zhǎng)，650nm）分別為77. 6%.本課題組范明海分別利用含氟自由基和偶氮二異丁腈引發(fā)MMA制備PMMA材料，制成塑料光纖|21，其損耗如，最低損耗分別為310dB/km和SSklB/km很明顯，含氟自由基提高了PMMA純度，降低了PMMA塑料光纖損耗?！　≡谝赃^氧化二苯甲酰（BPO）引發(fā)MMA聚合過程中，BPO先分解形成苯自由基，然后自由基引發(fā)單體生成單體自由基，繼續(xù)反應(yīng)就形成高分子長(zhǎng)鏈，其化學(xué)反應(yīng)式如。從上述反應(yīng)式來(lái)看，使用一般的引發(fā)劑不可避免地要在大分子鏈端引入引發(fā)劑的端基，從而增大PMMA的光損耗。　　含氟自由基是用電子加速器加速電子于室溫下照射全氟有機(jī)化合物（典型為全氟化烷烴）而得到的含氟自由基。含氟自由基在室溫下可以長(zhǎng)期保持活性，而且引發(fā)聚合后沉淀于反應(yīng)容器底部，可以回收反復(fù)使用，是一種具有較大應(yīng)用前景的新型引發(fā)劑|31.含氟自由基引發(fā)MMA的化學(xué)反應(yīng)式如，首先過氧化含氟自由基在氮?dú)庾饔孟罗D(zhuǎn)換為含氟自由基，含氟自由基與MMA形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物（CTC），CTC分解而成的引發(fā)自由基引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，產(chǎn)生PMMA聚合物從中BPO引發(fā)MMA的反應(yīng)式和中含氟自由基引發(fā)MMA的化學(xué)反應(yīng)式可以看到，前者反應(yīng)時(shí)最終大分子鏈端存在苯環(huán)端基，而含氟自由基引發(fā)MMA聚合反應(yīng)時(shí)，大分子鏈端則不存在引發(fā)劑端基，即可避免端基的光吸收損耗。因此利用這一原理，我們就得到了純度更高、光損耗更低的塑料光纖用PMMA芯材。　　4抗氧單體對(duì)塑料光纖損耗的影響我們知道聚合物在高溫時(shí)接觸氧氣會(huì)發(fā)生氧化降解。變黃等現(xiàn)象。在PMMA擠出成纖過程中接觸氧氣也會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象，導(dǎo)致所制備的塑料光纖損耗增加。柔韌性降低。因此塑料光纖的生產(chǎn)過程中必須排除氧氣的干擾，需要在生產(chǎn)全過程用惰性氣體對(duì)聚合物材料進(jìn)行保護(hù)；或在聚合物中加入對(duì)塑料光纖損耗影響不大的抗氧性單體，改善聚合物材料本身抗氧性?！　镻MMA的紅外光譜。我們所選用的一種透光率與PMMA相似的抗氧性單體，其紅外光譜見?！　】寡跣詥误w聚合物紅外光譜囹數(shù)）抗氧性單體合成三元共聚物，并制備成塑料光纖（1m長(zhǎng)、有機(jī)硅涂層）其透光率（650nm）見表2可以發(fā)現(xiàn)，抗氧性單體顯著提高了塑料光纖的透光率。主要因?yàn)榭寡跣詥误w降低了聚合物合成、擠出拉絲過程中氧氣對(duì)聚合物氧化降解作用，從而提高了聚合物的透明性。同時(shí)也說(shuō)明塑料光纖的生產(chǎn)過程中必須排除氧氣干擾?！　”?抗氧性單體對(duì)塑料光纖透光率的影響抗氧性單體含量（%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）透光率（％）5包層材料與包層工藝對(duì)塑料光纖損耗的影響對(duì)于階躍型塑料光纖，其芯材外周需要涂覆一層折射率比芯材低的透明樹脂材料。包層材料與包層工藝對(duì)塑料光纖損耗的影響非常大。目前塑料光纖的包層方法主要有溶劑涂覆法、紫外光固化涂覆法、共擠涂覆法等141.我們研究了不同涂覆法對(duì)塑料光纖損耗的影響，在我們的實(shí)驗(yàn)中主要選擇這樣幾種材料：用透明的有機(jī)硅（n= 1.40）的乙醇溶液進(jìn)行溶劑涂覆；用低折射率的氟化丙烯酸酯的預(yù)聚物（n= 1.41）進(jìn)行紫外光涂覆|6|；用氟樹脂“=1.3~1.41）進(jìn)行共擠涂覆?！　∵@3種涂覆法制備的塑料光纖性能見表3.這里塑料光纖損耗是用截?cái)喾y(cè)量，透光率測(cè)量所用光纖長(zhǎng)1m，波長(zhǎng)為650mm可以發(fā)現(xiàn)，溶劑涂覆法的性能最差，這因?yàn)槿軇┑膿]發(fā)會(huì)造成塑料光纖芯材與包層之間產(chǎn)生微小的氣隙，導(dǎo)致光纖的散射與漏光，從而增加光纖損耗；紫外光固化涂層雖然沒有溶劑的揮發(fā)問題，但它是在芯材擠出后再涂覆的，在涂覆前氧氣必然對(duì)芯材產(chǎn)生氧化，同時(shí)還可能粘上灰塵，也會(huì)增加光纖的損耗；共擠涂覆法是與光纖芯材擠出同步進(jìn)行的，沒有以上兩種方法所存在的問題，所以制備的塑料光纖損耗最低。最后，我們通過調(diào)整配方，優(yōu)化工藝制備出最低損耗為192dB/km（650nm）的低損耗塑料光纖?！　⊥扛卜ㄍ腹饴剩ǎィ┯袡C(jī)硅溶劑涂覆紫外光固化涂覆共擠氟樹脂涂覆6結(jié)論通過我們的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)通過含氟自由基引發(fā)的MMA聚合反應(yīng)，能明顯地降低塑料光纖損耗；同時(shí)通過加入抗氧性單體，減少了氧氣對(duì)塑料光纖的氧化，提高了塑料光纖的透光性；而選擇共擠氟樹脂包層，則解決了光纖的漏光和氧化的問題?！　⊥ㄟ^采用以上這些材料和工藝，我們制備出了最低損耗為192dB/km的塑料光纖，與國(guó)外同類產(chǎn)品損耗水平（200dB/km左右）相當(dāng)?！　≈轮x：感謝國(guó)家“教育行動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目對(duì)本課題的大力支持。