CN103777269B - 一种耐高温光纤 - Google Patents
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Abstract
一种耐高温光纤，涉及光纤制造领域，包括光纤本体和覆盖于其上的涂层，所述光纤本体由内至外覆有三层涂层，所述最外层的第三涂层为杨氏模量高于3GPa的聚酰亚胺，所述第一涂层为碳时，第二涂层为杨氏模量低于1GPa的聚酰亚胺；第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，第二涂层为杨氏模量高于1GPa的耐高温聚丙烯酸树脂。本发明在高温环境下比常规的双涂层光纤具有更优越的温度性能、更好的衰减等传输特性，使光纤的整体特性满足高温环境的要求，最高耐温达到350℃。
Description
技术领域
本发明涉及光纤制造领域，具体来讲是一种耐高温光纤。
背景技术
目前常规光纤的涂层结构普遍为双涂层结构，即分为紧挨石英光纤的内涂层和包裹在内涂层外的外涂层，一般内涂层为较软材质的材料，外涂层为较硬材质的材料。当光纤受到外力作用时，较硬的外层首先起到抵抗外力的作用，然后较软的内层缓冲外力。现在主流光纤所用的光纤涂层的材料均为聚丙烯酸树脂，内涂层和外涂层的区别只是部分成分不一样，这样做的好处是内涂层材料和外涂层材料可以较好的结合在一起，而不会轻易脱离开来。这样的涂层结构设计在当前的常规通信使用环境下可以保证光纤有较长的使用寿命。这种环境下，光纤处于较平缓的状态，受力较小，环境温度控制在-40～60℃之间，湿度也较小。
但是，当使用环境为较为特殊的或较为恶劣的环境时，这种双涂层结构设计则存在可靠性下降、光纤性能变差、甚至无法使用的现象。在有些应用场合，例如油井勘探等高温环境也开始用到光纤进行信号传输，但是常规涂层适应的最高温度到85℃，如果使用金属涂层直接涂覆，一方面光纤的衰减等性能将会受到很大影响，而且涂覆层也存在难以剥离造成使用困难等现象。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种耐高温光纤，使光纤的整体特性满足高温环境的要求。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种耐高温光纤，包括光纤本体和覆盖于其上的涂层，所述光纤本体由内至外覆有三层涂层，所述最外层的第三涂层为杨氏模量高于3GPa的聚酰亚胺，所述第一涂层为碳时，第二涂层为杨氏模量低于1GPa的聚酰亚胺；第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，第二涂层为杨氏模量高于1GPa的耐高温聚丙烯酸树脂。
在上述技术方案的基础上，所述第一涂层为碳时，第一涂层的厚度为3nm；第二涂层厚度为20μm～35μm；第三涂层厚度为25μm～45μm。
在上述技术方案的基础上，所述耐高温光纤的动态疲劳参数达到151，光纤1550nm衰减为0.210dB/km，最高耐温温度达到350℃。
在上述技术方案的基础上，所述第一涂层为碳时，通过等离子体化学气相沉积装置沉积第一涂层，再通过密封压力涂覆法涂覆第二涂层，使用紫外光将其由液态固化为固态后，再次通过密封压力涂覆法涂覆第三涂层，同样使用紫外光将其由液态固化为固态。
在上述技术方案的基础上，所述第一涂层2为碳，第二涂层3为杨氏模量0.8GPa的聚酰亚胺，第三涂层4为杨氏模量3.5GPa的聚酰亚胺。
在上述技术方案的基础上，所述第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，第一涂层的厚度为20μm～30μm；第二涂层厚度为20μm～35μm；第三涂层厚度为10μm～30μm。
在上述技术方案的基础上，所述耐高温光纤1550nm衰减为0.190dB/km，在最小弯曲半径达到15mm时，1550nm附加损耗小于0.1dB，最高耐温温度达到350℃。
在上述技术方案的基础上，所述第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，通过密封压力涂覆法将第一涂层和第二涂层一起涂覆，再用紫外光将两道涂层一起由液态固化为固态；涂覆第三涂层，再使用紫外光将其由液态固化为固态。
在上述技术方案的基础上，所述第一涂层为杨氏模量1.2MPa的聚丙烯酸树脂，第二涂层为杨氏模量1100MPa的耐高温聚丙烯酸树脂，第三涂层为杨氏模量4.0GPa的聚酰亚胺。
本发明的有益效果在于：所述耐高温光纤具有三层涂层，在高温环境下比常规的双涂层光纤具有更优越的温度性能、更好的衰减等传输特性，使光纤的整体特性满足高温环境的要求，最高耐温达到350℃。
附图说明
图1为发明耐高温光纤的端面结构示意图。
附图标记：
光纤本体1，第一涂层2，第二涂层3，第三涂层4。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明耐高温光纤，包括光纤本体1和覆盖于其上的三层涂层，所述光纤本体1由内至外最外层的第三涂层4为杨氏模量高于3GPa的聚酰亚胺，所述第一涂层2为碳时，第二涂层3为杨氏模量低于1GPa的聚酰亚胺；第一涂层2为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，第二涂层3为杨氏模量高于1GPa的耐高温聚丙烯酸树脂。
实施例1：
所述第一涂层2为碳，其厚度为3nm；第二涂层3为杨氏模量0.8GPa的聚酰亚胺，厚度为20μm～35μm；第三涂层4为杨氏模量3.5GPa的聚酰亚胺，厚度为25μm～45μm。
本实施例耐高温光纤形成方法为：首先利用高温炉将石英棒熔融拉制成光纤本体1，并通过紧挨高温炉下炉口布置的等离子体化学气相沉积装置，在其表面沉积3nm厚度的碳层，为第一涂层2。然后采用干+湿法涂覆另外两层涂层，先利用密封压力涂覆法涂覆第二涂层3，使用紫外光将其由液态固化为固态；然后再次通过密封压力涂覆法涂覆第三涂层4，同样使用紫外光将其由液态固化为固态。
由于所采用的碳元素与光纤本体1的硅元素为同族元素，并且为同族元素中原子量最小的元素，因此采用其涂覆在光纤本体1的表面时，其可以将光纤本体1表面断裂的硅氧键很容易的结合起来，起到“愈合”作用，同时碳的结晶体具有很高的硬度，可以有效避免光纤经过高强度的金属模具时被擦伤，另外，碳具有良好的阻水性能，可以适应大部分应用环境。但碳涂覆光纤本体1会表现有一定的亲氧特性，因此，其外仍需涂覆具有极强阻氧性能的两层聚酰亚胺双进行保护。本实施例中，耐高温光纤动态疲劳参数达到151，光纤1550nm衰减为0.210dB/km，可长期耐温达到350度，短时耐温达到450℃。
实施例2：
第一涂层2为杨氏模量1.2MPa的聚丙烯酸树脂，其厚度为20μm～30μm；第二涂层3为杨氏模量1100MPa的耐高温聚丙烯酸树脂，厚度为20μm～35μm；第三涂层4为杨氏模量4.0GPa的聚酰亚胺，厚度为10μm～30μm。
本实施例耐高温光纤形成方法为：首先利用高温炉将石英棒熔融拉制成光纤本体1，光纤直径为125微米，然后采用湿湿法涂第一涂层2和第二涂层3，通过密封压力涂覆法将第一涂层2和第二涂层3一起涂覆，再用紫外光将两道涂层一起由液态固化为固态，其中杨氏模量1.2MPa的聚丙烯酸树脂为第一涂层2，杨氏模量1100MPa的耐高温聚丙烯酸树脂为第二涂层3；利用密封压力涂覆法涂覆第三涂层4，再使用紫外光将其由液态固化为固态。
第一涂层2使用杨氏模量为1.1MPa的聚丙烯酸树脂，其玻璃化转变温度在零下43℃，当温度升高时，如果不与外界含氧空气接触，则性能将保持温度；第二涂层3使用的为耐高温聚丙烯酸树脂（杨氏模量1100MPa），其最高温度可达350℃，长期稳定温度达到200℃，其随温度的上升，会有一定的挥发物散发出去，温度越高，散发越明显；因此在第二涂层3外涂覆了聚酰亚胺作为第三涂层4。杨氏模量达到3GPa以上的聚酰亚胺具有长期耐温达到350℃，短时耐温达到450℃的良好温度性能。因此，当第三涂层4使用了杨氏模量4.0GPa的聚酰亚胺后，第二涂层3的耐高温聚丙烯酸树脂将能受到充分的保护，从而实现良好的高温工作性能。
所述三层涂层的耐高温光纤性能可完全满足G.652D光纤的各项要求，光纤1550nm衰减可达到0.190dB/km，同时其在最小弯曲半径达到15mm时，1550nm附加损耗小于0.1dB，其长期耐温达到200度以上，短时耐温可达到350度以上。本实施耐高温光纤具有与常规G.652D单模光纤一致的衰减性能，根据波导结构的优化，可实现达到G.657A1标准的抗弯性能，同时其工作温度远超过常规单模光纤的最高不超过85℃的温度范围，达到至少200℃，短时最高可达350℃的温度范围，从而可以满足有些特殊传感探测领域对相应的光纤性能的要求。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种耐高温光纤，包括光纤本体和覆盖于其上的涂层，其特征在于：所述光纤本体由内至外覆有三层涂层，最外层的第三涂层为杨氏模量高于3GPa的聚酰亚胺，第一涂层为碳时，第二涂层为杨氏模量低于1GPa的聚酰亚胺；第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，第二涂层为杨氏模量高于1GPa的耐高温聚丙烯酸树脂；
所述第一涂层为碳时，第一涂层的厚度为3nm；第二涂层厚度为20μm～35μm；第三涂层厚度为25μm～45μm；所述耐高温光纤的动态疲劳参数达到151，光纤1550nm衰减为0.210dB/km，最高耐温温度达到350℃；
所述第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，第一涂层的厚度为20μm～30μm；第二涂层厚度为20μm～35μm；第三涂层厚度为10μm～30μm；所述耐高温光纤1550nm衰减为0.190dB/km；在最小弯曲半径达到15mm时，1550nm附加损耗小于0.1dB，最高耐温温度达到350℃。
2.如权利要求1所述的耐高温光纤，其特征在于：所述第一涂层为碳时，通过等离子体化学气相沉积装置沉积第一涂层，再通过密封压力涂覆法涂覆第二涂层，使用紫外光将其由液态固化为固态后，再次通过密封压力涂覆法涂覆第三涂层，同样使用紫外光将其由液态固化为固态。
3.如权利要求1所述的耐高温光纤，其特征在于：所述第一涂层为碳，第二涂层为杨氏模量0.8GPa的聚酰亚胺，第三涂层为杨氏模量3.5GPa的聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述的耐高温光纤，其特征在于：所述第一涂层为杨氏模量低于1.5MPa的聚丙烯酸树脂时，通过密封压力涂覆法将第一涂层和第二涂层一起涂覆，再用紫外光将两道涂层一起由液态固化为固态；涂覆第三涂层，再使用紫外光将其由液态固化为固态。
5.如权利要求1所述的耐高温光纤，其特征在于：所述第一涂层为杨氏模量1.2MPa的聚丙烯酸树脂，第二涂层为杨氏模量1100MPa的耐高温聚丙烯酸树脂，第三涂层为杨氏模量4.0GPa的聚酰亚胺。
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