CN101643323A - 光纤涂覆层的化学剥除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤涂覆层的化学剥除方法。它是将光纤用含氯烷烃和酮的混合溶剂对光纤的树脂涂覆层进行浸泡溶解，浸泡溶解完后放入装有酒精的超声振荡槽中进行清洗，清洗洁净之后的光纤再用高纯氮气进行吹干。它解决了现有方法容易对光纤石英表面造成伤害从而影响光纤强度和使用寿命的问题。本发明极大地改善了剥除后光纤的表面质量，增强了刻写后光纤光栅器件的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种在工业应用和光纤传感领域的光纤加工方法，特别是光纤光栅使用领域的一种光纤涂覆层的化学剥除方法。
背景技术
随着光纤传感的广泛应用，特别是光纤光栅在光纤传感中的大量使用，加工后的光纤产品将会被大量地使用在传感和工业领域。例如：电力测温系统，石油钻井平台压力温度监控系统，隧道火灾报警系统等重要的环境中。其中光纤光栅传感使用光纤光栅作为基本的传感单元，能够增加光纤传感的精度和可靠性。
目前光纤光栅一般的制造办法是：将购买回的光纤的一小部分涂覆层剥除，露出裸石英部分，将光纤架设在激光刻写系统中，使用特定波长的紫外光进行刻写形成光纤光栅，然后再将刻写好的石英部分重新涂覆上树脂涂层进行保护。涂覆层的材料一般为丙烯酸树脂，这种材料的热膨胀系数较小，与石英材料的粘附性十分良好，涂覆在石英层外面能够对光纤进行很好的保护。现在刻写光栅的过程中对光纤涂覆层进行剥除普遍使用的方法都是使用普通剥线钳或者刀片进行切刮剥除，将涂覆层从表面切一个刀口，再将涂覆层刮下，最后用酒精进行清洗，得到干净的裸石英表面进行加工。这种办法进行剥除光纤涂覆层的时候，会对光纤石英表面造成较严重的刮伤或刻痕，这些石英表面的损伤，即使在重新涂覆之后仍然保留在光纤石英表面，从而在后续的使用过程中对光纤的机械强度和使用寿命造成巨大的伤害。
为了达到较好的涂覆层剥除效果，剥除涂覆层的方法也有过很多的研究，相关专利分析如下：
日本专利JP1093704和JP2001108836中所描述的方法为：带状光缆剥除器，是首先将带状光缆加热，然后用特制的夹具对准进行剥除，该设备不仅价格昂贵，并且由于存在热机械作用，有可能对裸石英光纤造成损伤，另外还要考虑加热装置的设计问题。通用性差，采用单根光纤剥除方法来剥除有机涂层时，操作步骤复杂且容易伤纤，也不太合适。
美国专利US6547920，题目为：Chemical Stripping Apparatus andMethod，其中描述的方法为：自动剥除光纤有机树脂涂覆层的装置和方法。首先将光纤需要剥除的部分通过控制复绕的长度和余长的弧度进行长度控制，浸泡在浓硫酸中，将光纤外层较硬的树脂涂覆层泡软，然后使用带有刀口的切割刀进行剥除，刀口的直径经过精确控制，不接触到光纤的裸露石英部分，避免对光纤石英表面造成伤害，保证光纤加工之后的强度。在后续刻写光纤光栅和再涂覆的过程中，都不再让光纤的裸露石英部分接触到外界物品。该方法能够实现光纤光栅产品的全自动制造，并且能够保证光纤的强度。但切割刀的直径需要十分精准，一旦刀口有毛刺或缺陷，将会对光纤石英表面造成伤害，同时浓硫酸浸泡在操作上有很大的危险隐患，需要将浸泡装置进行密封，操作时需要特别注意，很容易对人员造成伤害。
中国专利CN1417272中描述的方法为：将带状光缆浸泡在剥除组合物的溶剂中，溶剂采用水浴控温，浸泡导致光纤有机树脂涂覆层溶胀而松软，再将光纤浸泡面放在夹具的剪切面刀口上，在夹具推离作用下，即可整体剥除。该方法侧重在带状光缆的剥除上，浸泡后的光纤也采取了刀口剥除，剥除之后采用含丙酮的试纸进行擦拭，将光纤表面清洁干净。采用刀口剥除依然存在伤害光纤石英表面的危险，同时最后采用试纸清洁也容易在光纤表面残留杂质，对光纤加工后的强度造成伤害。
以上方法主要是采用机械方法，它们都会对光纤加工后的强度造成伤害，因此发明一种新的光纤涂覆层的剥除方法将会很好地推进光纤在传感和工业领域的应用。
发明内容
本发明目的就是针对现有光纤涂覆层机械剥除方法存在的缺陷，提供一种光纤涂覆层的化学剥除方法，它解决了现有方法容易对光纤石英表面造成伤害从而影响光纤强度和使用寿命的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：它是将光纤用含氯烷烃和酮的混合溶剂对光纤的树脂涂覆层进行浸泡溶解，浸泡溶解完后放入装有酒精的超声振荡槽中进行清洗，清洗洁净之后的光纤再用高纯氮气进行吹干。
本发明较好的技术方案是所述的混合溶剂为氯烷烃与酮按照摩尔比为1∶10至1∶1的比例均匀混合而成。
本发明更好的技术方案是所述的氯烷烃为三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷、1，3-二氯丙烷、1，4-二氯丁烷或氯仿；所述的酮为丙酮、丁酮、戊酮、己酮或辛酮。
本发明优选的技术方案是所述的混合溶剂三氯甲烷与丙酮按照摩尔比为1∶10至1∶1的比例均匀混合而成。
本发明又一个优选的技术方案是所述的混合溶剂为二氯甲烷与丁酮按照摩尔比为1∶10至1∶5的比例均匀混合而成。
浸泡溶解时将光纤用橡胶导管固定在密封盖上进行密封浸泡。使用橡胶导管和石英密封盖将浸泡的装置顶部进行密封，保证浸泡过程的安全。
本发明能够达到溶解树脂涂覆层的作用，而不仅是如其他专利所说能将树脂涂覆层泡软或溶胀之类的效果。这样就不需要再使用刀口进行剥除光纤涂覆层了，减少了刀口对光纤石英表面损伤的可能性，极大地改善了剥除后光纤的表面质量，增强了刻写后光纤光栅器件的强度。浸泡溶解的过程中需要对浸泡溶剂的温度进行控制，控制的温度范围在20-80摄氏度之间。浸泡和清洗的整个过程，光纤剥除部分的两端都需要在橡胶导管中固定，一方面可以防止浸泡的液体渗出造成污染，另一方面可以保证光纤在整个处理过程中不被其他物品接触，对石英表面造成伤害。通过橡胶导管与密封盖的孔之间的密合可以对浸泡环境进行一个密封。浸泡后的光纤经过酒精溶剂的超声振荡，使得光纤表面剩余的涂覆层材料脱离光纤表面，达到完全清洁的作用，使得光纤需要进行刻写和加工部分的涂覆层材料得到清除。最后在清洗完成之后，及时对光纤的表面进行吹干，防止灰尘等物质粘附在光纤表面造成污染；吹干的时候使用高纯度的氮气，可以更加有效地清除光纤表面的杂质。
附图说明
图1：本发明方法的浸泡光纤示意图
图2：本发明普通单模光纤强度测试结果示意图
图3：本发明方法光纤拉伸强度测试示意图
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：(采用三氯甲烷与丙酮按照1∶5进行混合的溶剂进行浸泡)
在本实施例中，采用三氯甲烷与丙酮按照摩尔比为1∶5进行混合的溶剂进行浸泡，浸泡方式如图1所示；浸泡时间为30分钟，浸泡之后的光纤连同橡胶管一同放入酒精溶剂中超声振荡，振荡清洗时间为30分钟；清洗干净的光纤使用高纯氮气进行吹干。
使用静态疲劳参数测试方法对剥除后的光纤进行强度测试，使用如图3的普通单模光纤的测试原理进行测试，测试结果示意图如图2所示。
实施例2：(采用二氯甲烷与丁酮按照1∶2进行混合的溶剂进行浸泡)
在本实施例中，采用二氯甲烷与丁酮按照浸泡1∶2进行混合的溶剂进行浸泡，浸泡方式如图1所示；浸泡时间为30分钟，浸泡之后的光纤连同橡胶管一同放入酒精溶剂中超声振荡，振荡清洗时间为30分钟；清洗干净的光纤使用高纯氮气进行吹干。
采用类似实施例所进行的剥除方法，再进行了另外6个实施例的设计和制造，1-8实施例光纤的剥除工艺和时间控制如表1所示，剥除后的光纤强度的测试值如表2所示。
| 实施例 | 浸泡溶剂组合 | 混合比例 | 浸泡时间 | 溶剂温度 | 酒精超声振荡时间 |
| 1 | 三氯甲烷与丙酮 | 1∶10 | 30分钟 | 30摄氏度 | 20分钟 |
| 2 | 三氯甲烷与丙酮 | 1∶5 | 50分钟 | 50摄氏度 | 35分钟 |
| 3 | 三氯甲烷与丙酮 | 1∶2 | 45分钟 | 40摄氏度 | 30分钟 |
| 4 | 三氯甲烷与丙酮 | 1∶1 | 55分钟 | 20摄氏度 | 35分钟 |
| 5 | 二氯甲烷与丁酮 | 1∶10 | 65分钟 | 50摄氏度 | 30分钟 |
| 6 | 二氯甲烷与丁酮 | 1∶8 | 75分钟 | 30摄氏度 | 40分钟 |
| 7 | 二氯甲烷与丁酮 | 1∶6 | 80分钟 | 40摄氏度 | 25分钟 |
| 8 | 二氯甲烷与丁酮 | 1∶6 | 90分钟 | 50摄氏度 | 40分钟 |
表1
| 实施例 | 15％拉伸张力 | 50％拉伸张力 | M值 |
| 1 | 5.54Gpa | 5.61Gpa | 110 |
| 2 | 4.9Gpa | 5.3Gpa | 92 |
| 3 | 4.6Gpa | 5.1Gpa | 100 |
| 4 | 5.0Gpa | 5.4Gpa | 98 |
| 5 | 4.7Gpa | 5.0Gpa | 99 |
| 6 | 4.8Gpa | 5.3Gpa | 101 |
| 7 | 4.9Gpa | 5.2Gpa | 89 |
| 8 | 4.7Gpa | 5.1Gpa | 95 |
表2
表2中的数据是将浸泡、清洗、干燥之后的光纤按照图2的指示进行的拉伸强度测试数据汇总。其中第一列数据是根据weibull分布，去总数据排序之后的15％张力分布情况下，得到的拉伸张力测试值，第二列是50％张力分布情况下，得到的拉伸张力测试值。而最后一列的M值是将所有数据进行绘图，拟合得到的直线的斜率值，可以表征所测试的所有数据的一致性，也是光纤强度很好的表征值。这三项数据可以在图2的测试结果中可以看到。从数据表中可以看到经过本发明的方法所进行的剥除可以很好的保证剥除后光纤的强度值，达到了工程使用的水平。
实施例9：(氯仿与辛酮按照摩尔比1∶5进行混合的溶剂进行浸泡)
采用氯仿与辛酮按照摩尔比为1∶5进行混合的溶剂进行浸泡，浸泡方式如图1所示；浸泡时间为30分钟，浸泡之后的光纤连同橡胶管一同放入酒精溶剂中超声振荡，振荡清洗时间为30分钟；清洗干净的光纤使用高纯氮气进行吹干。其它步骤与实施例1相同。实施例10：(1，4-二氯丁烷与戊酮按照摩尔比1∶1进行混合的溶剂进行浸泡)
采用1，4-二氯丁烷与戊酮按照摩尔比1∶1进行混合的溶剂进行浸泡，浸泡方式如图1所示；浸泡时间为90分钟，浸泡之后的光纤连同橡胶管一同放入酒精溶剂中超声振荡，振荡清洗时间为30分钟；清洗干净的光纤使用高纯氮气进行吹干。其它步骤与实施例1相同。
Claims (8)
1、一种光纤涂覆层的化学剥除方法，它是将光纤用含氯烷烃和酮的混合溶剂对光纤的树脂涂覆层进行浸泡溶解，浸泡溶解完后放入装有酒精的超声振荡槽中进行清洗，清洗洁净之后的光纤再用高纯氮气进行吹干。
2、根据权利要求1所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中所述的混合溶剂为氯烷烃与酮按照摩尔比为1∶10至1∶1的比例均匀混合而成。
3、根据权利要求1或2所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中所述的氯烷烃为三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷、1，3-二氯丙烷、1，4-二氯丁烷或氯仿。
4、根据权利要求1所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中所述的酮为丙酮、丁酮、戊酮、己酮或辛酮。
5、根据权利要求1或2所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中所述的混合溶剂为三氯甲烷与丙酮按照摩尔比为1∶10至1∶1的比例均匀混合而成。
6、根据权利要求1或2所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中所述的混合溶剂为二氯甲烷与丁酮按照摩尔比为1∶10至1∶5的比例均匀混合而成。
7、根据权利要求1或2所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中浸泡溶解时控制浸泡溶剂的温度在20-80摄氏度之间，浸泡时间在30-90分钟之间。
8、根据权利要求1或2所述的光纤涂覆层的化学剥除方法，其中浸泡溶解时将光纤用橡胶导管固定在密封盖上进行密封浸泡。
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