降低PMMA塑料光纖損耗的初步研究

中國注塑網(wǎng)

光纖通信是近代信息傳輸技術(shù)革命的標志，自從1977年美國加利福尼亞州通用電話公司安裝第一臺光纖通信之后，至今世界各國已普通使用。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，塑料光纖以其質(zhì)輕、柔韌性好和連接容易等優(yōu)點更倍受重視。然而塑料光纖損耗較大的缺點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工藝來降低或消除|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?！　”?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雜質(zhì)塵埃和氣泡；芯徑波動芯-包層界面缺陷方位雙折射針對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PMMA階躍型塑料光纖損耗的影響3引發(fā)劑對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，用有機硅樹脂溶劑涂覆法進行包層，所制備的塑料光纖透光率（m長，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)就形成高分子長鏈，其化學(xué)反應(yīng)式如。從上述反應(yīng)式來看，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?！　『杂苫怯秒娮蛹铀倨骷铀匐娮佑谑覝叵抡丈淙袡C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氣作用下轉(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，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抗氧單體對塑料光纖損耗的影響我們知道聚合物在高溫時接觸氧氣會發(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聚合物材料進行保護；或在聚合物中加入對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、有機硅涂層）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。主要因為抗氧性單體降低了聚合物合成、擠出拉絲過程中氧氣對聚合物氧化降解作用，從而提高了聚合物的透明性。同時也說明塑料光纖的生產(chǎn)過程中必須排除氧氣干擾?！　”?抗氧性單體對塑料光纖透光率的影響抗氧性單體含量（%質(zhì)量分數(shù)）透光率（％）5包層材料與包層工藝對塑料光纖損耗的影響對于階躍型塑料光纖，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塑料光纖損耗的影響，在我們的實驗中主要選擇這樣幾種材料：用透明的有機硅（n= 1.40）的乙醇溶液進行溶劑涂覆；用低折射率的氟化丙烯酸酯的預(yù)聚物（n= 1.41）進行紫外光涂覆|6|；用氟樹脂“=1.3~1.41）進行共擠涂覆。　　這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斷法測量，透光率測量所用光纖長1m，波長為650mm可以發(fā)現(xiàn)，溶劑涂覆法的性能最差，這因為溶劑的揮發(fā)會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芯材產(chǎn)生氧化，同時還可能粘上灰塵，也會增加光纖的損耗；共擠涂覆法是與光纖芯材擠出同步進行的，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)論通過我們的實驗研究，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；同時通過加入抗氧性單體，減少了氧氣對塑料光纖的氧化，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，與國外同類產(chǎn)品損耗水平（200dB/km左右）相當(dāng)?！　≈轮x：感謝國家“教育行動計劃”項目對本課題的大力支持。