CN107037537B - 一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法 - Google Patents

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Abstract

本专利涉及一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法，属于高分子材料表面处理技术领域。通过将利用激光的辐射使涂覆层表面的酸液快速升温沸腾，沸腾的酸液将聚酰亚胺涂覆层快速氧化分解，最终达到快速、彻底去除涂覆层的目的。本发明提供的方法不仅可以快速去除光纤的端头部位的涂覆层，还可以快速去除光纤中间任意部位、任意长度的涂覆层，同时大大减小了瞬间高温对光纤芯层的表面损伤，去除涂覆层更快速，使用的酸液量更少，操作更安全，在光纤光栅传感器封装、光纤光栅的刻写等相关领域，该方法具有比其它同类技术更广泛的应用潜力，特别适合于耐高温光纤的聚酰亚胺涂覆层精确去除。

Description

一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法
技术领域
本发明涉及耐高温光纤表面涂覆层去除方法，属于高分子材料表面处理技术领域。
背景技术
聚酰亚胺涂覆光纤具有优异的力学强度、较好柔韧性，较强的耐酸碱腐蚀性能，优异的耐高、低温性能，在光纤传感、光纤照明、光纤陀螺、光纤医疗等领域具有重要的应用。然而在光纤的实际使用过程中，经常需要除去部分聚酰亚胺涂覆层，便于实现光纤元件的焊接和传感器的封装。因此，快速、便捷、低损伤去除聚酰亚胺涂覆层在实现自动化生产和智能制造方面具有重要意义。
目前，聚酰亚胺涂覆层的去除方法主要有机械剥除、化学腐蚀、高温烧蚀以及高能烧蚀等。其中，机械剥除会对光纤芯层造成机械损伤；高温烧蚀法需要将光纤加热到500℃以上才能使聚酰亚胺涂层碳化分解实现去除，但光纤芯层的抗拉强度会受到影响；化学腐蚀法是将溶剂(强极性有机溶剂、强酸、强碱等)加热到一定温度，使涂层发生溶胀或氧化分解，最终得以去除。这种方法需要消耗较长时间来加热较多的溶剂，效率较低；高能烧蚀是利用瞬间高能(可高达500℃以上)将涂层碳化分解实现去除。瞬间的高能量也会使光纤芯层的强度受到影响。因此，如何快速、低损伤去除聚酰亚胺涂覆层是目前亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有的去除方法对光纤芯层极易造成损伤和影响光纤芯层的力学强度的问题，提供一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法，包括：
将激光器的光斑打在浸渍有酸液的光纤的一侧，所述光斑与所述光纤之间的距离为1～3mm；
以5×10-4～1×10-3m/s的速率移动所述光纤，直至去除所述光纤表面待去除的聚酰亚胺涂覆层。
在一可选实施例中，所述将激光器的光斑打在浸渍有酸液的光纤的一侧，包括：
将浸渍有酸液的光纤置于靶材上，将激光器的光斑打在所述靶材上，所述靶材为耐高温、耐酸腐蚀的导热材料。
在一可选实施例中，给所述光纤浸渍所述酸液的方法，包括：将光纤放在靶材上，在所述光纤的需要去除涂覆层的部位滴至少一滴酸液。
在一可选实施例中，所述将所述浸渍有酸液的光纤置于靶材上，包括：
将两根所述浸渍有酸液的光纤置于靶材上，所述两根浸渍有酸液的光纤平行，且间距为2～6mm。
在一可选实施例中，所述的激光器的功率为1～10W。
在一可选实施例中，所述的激光器与所述光纤表面涂覆层之间的垂直距离为所用功率下的激光的焦距。
在一可选实施例中，所述的酸液为质量分数为30～98％的硫酸。
在一可选实施例中，所述靶材为氮化硼或石墨填充的深色环氧树脂胶板。
在一可选实施例中，所述光纤的芯径为125μm，外径为155～165μm。
本发明提供的快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法，通过将利用激光的辐射使涂覆层表面的酸液快速升温沸腾，沸腾的酸液将聚酰亚胺涂覆层快速氧化分解，最终达到快速、彻底去除涂覆层的目的。
与激光直接照射光纤涂覆层相比，本发明提供的方法可以避免在涂覆层表面瞬间产生500℃以上高温(酸液沸腾温度在340℃以下)，大大减小了瞬间高温对光纤芯层的表面损伤。
与酸液溶解去除方法相比，本发明提供的方法可使酸液瞬间沸腾，去除涂覆层更快速，使用的酸液量更少，操作更安全。
本方法不仅可以快速去除光纤的端头部位的涂覆层，还可以快速去除光纤中间任意部位、任意长度的涂覆层。
在光纤光栅传感器封装、光纤光栅的刻写等相关领域，该方法具有比其它同类技术更广泛的应用潜力，特别适合于耐高温光纤的聚酰亚胺涂覆层精确去除。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法的操作示意图；
图2为去除聚酰亚胺涂覆层后光纤芯层的光学显微照片(放大80倍)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。以下具体实施例皆在进一步说明本发明内容，而非限制本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法，包括：
步骤1：将激光器的光斑打在浸渍有酸液的光纤的一侧，所述光斑与所述光纤之间的距离为1～3mm；
具体地，参见图1，本发明实施例中，光纤1的保护层为聚酰亚胺涂覆层，酸液a浸渍在所述聚酰亚胺涂覆层上，酸液L为30～98％之间质量分数的硫酸酸液；所述光斑为激光器2的激光束α在承接光纤1的底板上形成光点，肉眼所见为一点，该点到光纤1的距离为1～3mm；
步骤2：以5×10-4～1×10-3m/s的速率移动所述光纤，直至去除所述光纤表面待去除的聚酰亚胺涂覆层。
具体地，本发明实施例中，保持光斑与光纤1的距离基本不变，平行移动光纤，逐步去除光纤上待去除的聚酰亚胺涂覆层。可以通过电机转动或手动移动方式，移动光纤。
本发明提供的快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法，通过将利用激光的辐射使涂覆层表面的酸液快速升温沸腾，沸腾的酸液将聚酰亚胺涂覆层快速氧化分解，最终达到快速、彻底去除涂覆层的目的。
与激光直接照射光纤涂覆层相比，本发明提供的方法可以避免在涂覆层表面瞬间产生500℃以上高温(酸液沸腾温度在340℃以下)，大大减小了瞬间高温对光纤芯层的表面损伤。
与酸液直接溶解去除方法相比，本发明提供的方法可使酸液瞬间沸腾，去除涂覆层更快速，使用的酸液量更少，操作更安全。
本方法不仅可以快速去除光纤的端头部位的涂覆层，还可以快速去除光纤中间任意部位、任意长度的涂覆层。
在光纤光栅传感器封装、光纤光栅的刻写等相关领域，该方法具有比其它同类技术更广泛的应用潜力，特别适合于耐高温光纤的聚酰亚胺涂覆层精确去除。
在本发明的一可选实施例中，步骤1中，将激光器2的光斑打在浸渍有酸液L的光纤2的一侧，包括：
将浸渍有酸液a的光纤1置于靶材3上，将激光器2的光斑打在靶材3上，靶材3为颜色较深、耐高温、耐酸腐蚀的导热材料。本发明实施例中，靶材3优选为石墨或氮化硼填充的、表面光滑的颜色较深的导热环氧树脂胶板。
通过将浸渍有酸液的光纤和激光光斑均设置靶材上，可在靶材表面上实现更好的热传导，使酸液快速沸腾。
参见图1，在本发明的一可选实施例中，将两根浸渍有酸液a的光纤1置于靶材3上，所述两根浸渍有酸液a的光纤1平行，且间距为2～6mm。通过将两根甚至多根光纤一同置于靶材上，通过调整光纤间的距离，实现利用同一激光光斑同时去除多根光纤上的涂覆层的目的，提高了去除效率。
本发明实施例中，给所述光纤浸渍所述酸液的方法，包括：将光纤1放在靶材3上，在所述光纤的需要去除涂覆层的部位滴至少一滴酸液a。
当酸液过多时，操作安全性降低；酸液过少时，酸液不能充分浸润光纤涂覆层，去除后光纤表面会残留部分聚酰亚胺涂覆层，本发明实施例中，优选用滴管在所述光纤的需要去除涂覆层的部位滴2～3滴酸液。本发明实施例中，所述的酸液为质量分数为30～98％的硫酸。该范围内酸液的沸点在107～338℃之间，能保证快速、全面的去除涂覆层。
具体地，本发明实施例中，激光器2的功率为1～10W。该范围内激光的既能保证与酸液配合有效去除涂覆层，又可以可避免大功率激光对人体的损伤。
具体地，本发明实施例中，激光器2与光纤1表面涂覆层之间的垂直距离为所用功率下的激光的焦距。在焦距下，光斑面积最小，能量最大，加热酸液沸腾时间最短。
具体地，本发明实施例中，光纤1的芯径为125μm，外径为155～165μm。该类型的光纤不适合使用普通机械剥除方法去除涂覆层。
以下为本发明的几个具体实施例：
实施例1
将激光器的功率调至2W，激光器与光纤表面涂覆层之间的距离调整为该功率下的激光的焦距。在激光光斑的一侧放置外径为155～165μm，芯径为125μm的光纤，光斑与聚酰亚胺涂覆层的间距调整为1.5mm，并在待去除部位的表面滴2～3滴质量分数为98％的浓硫酸。打开激光器，调整光纤的运动速率为5×10-4m/s，使光纤待去除涂覆层的部位依次经过光斑附近，去除涂覆层，得到单根去除涂覆层后的光纤。
本发明实施例去除涂覆层后的光纤芯层表面光滑(如图2a所示)，抗拉强度为30N。
实施例2
将激光器的功率调至2W，激光器与光纤表面涂覆层之间的垂直距离调整为该功率下的激光的焦距。在激光光斑的两侧分别放置外径为155～165μm的光纤，芯径为125μm光斑与聚酰亚胺涂覆层的间距调整为1.5mm，并在要去除部位的表面滴2～3滴质量分数为98％的浓硫酸。打开激光器，调整光纤的运动速率为5×10-4m/s，使光纤待去除涂覆层的部位依次经过光斑附近，得到两根同时去除涂覆层后的光纤。
本发明实施例去除涂覆层后的光纤芯层表面光滑(如图2b所示)，抗拉强度为24N。
实施例3
将激光器的功率调至1W，激光器与光纤表面涂覆层之间的距离调整为该功率下的激光的焦距。在激光光斑的一侧放置外径为155～165μm，芯径为125μm的光纤，光斑与聚酰亚胺涂覆层的间距调整为1mm，并在待去除部位的表面滴2～3滴质量分数为30％的硫酸。打开激光器，调整光纤的运动速率为8×10-4m/s，使光纤待去除涂覆层的部位依次经过光斑附近，去除涂覆层，得到单根去除涂覆层后的光纤。
本发明实施例去除涂覆层后的光纤芯层表面光滑，抗拉强度为19N。
实施例4
将激光器的功率调至10W，激光器与光纤表面涂覆层之间的距离调整为该功率下的激光的焦距。在激光光斑的一侧放置外径为155～165μm，芯径为125μm的光纤，光斑与聚酰亚胺涂覆层的间距调整为3mm，并在待去除部位的表面滴2～3滴质量分数为60％的硫酸。打开激光器，调整光纤的运动速率为1×10-3m/s，使光纤待去除涂覆层的部位依次经过光斑附近，去除涂覆层，得到单根去除涂覆层后的光纤。
本发明实施例去除涂覆层后的光纤芯层表面光滑，抗拉强度为12N。
对比例1
将激光器的功率调至2W，激光器与光纤表面涂覆层之间的垂直距离调整为该功率下的激光的焦距。在激光光斑下直接放置外径为155～165μm的光纤。打开激光器，调整光纤的运动速率为5×10-4m/s，光纤最后熔断。
对比例2
使用3ae公司提供的三电极电弧烧蚀仪去除外径为155～165μm光纤的聚酰亚胺涂覆层，得到的光纤芯层表面如图2c所示，去除后的芯层表面存在瑕疵(如图2c虚线圈注位置所示)，拉伸强度为13N。
对比例3
浓硫酸直接去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层
将少量质量分数为98％的浓硫酸预先加热至120℃，将直径为125μm的光纤浸入到上述热的浓硫酸中，10min后取出，得到去除聚酰亚胺涂覆层的光纤。光纤芯层表面如图2d所示，光纤芯层存在大量瑕疵(如图2d虚线圈注位置所示)，拉伸强度为4N。
表1去除聚酰亚胺涂覆层的光纤的性能参数对比表
序号 实施例 断裂时的拉力值N 表面完整程度
1 本发明实施例 12～30 完好
2 电弧烧蚀法 3～13 偶有瑕疵
3 强酸腐蚀法 3.5～4 有瑕疵
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种快速、低损伤去除耐高温光纤聚酰亚胺涂覆层的方法，其特征在于，包括：
将浸渍有酸液的光纤置于靶材上，将激光器的光斑打在所述靶材上，所述光斑与所述光纤之间的距离为1～3mm，所述的酸液为质量分数为30～98％的硫酸，所述靶材为耐高温、耐酸腐蚀的导热材料；
以5×10-4～1×10-3m/s的速率移动所述光纤，直至去除所述光纤表面待去除的聚酰亚胺涂覆层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，给所述光纤浸渍所述酸液的方法，包括：将光纤放在靶材上，在所述光纤的需要去除涂覆层的部位滴至少一滴酸液。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将浸渍有酸液的光纤置于靶材上，包括：
将两根所述浸渍有酸液的光纤置于靶材上，所述两根浸渍有酸液的光纤平行，且间距为2～6mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光器的功率为1～10W。
5.如权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述的激光器与所述光纤表面涂覆层之间的垂直距离为所用功率下的激光的焦距。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述靶材为氮化硼或石墨填充的深色环氧树脂胶板。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤的芯径为125μm，外径为155～165μm。
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