CN110133797B - 一种可见光三层波浪内衬多彩光纤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可见光三层波浪内衬多彩光纤及其制造方法，该多彩光纤由外部的氟单体甲基丙烯酸‑2,2,2‑三氟乙酯聚合物与气泡复合材料的套壳、中部的聚甲基丙烯酸甲酯与玻璃渣粒复合的中间层和内部的芳香族聚碳酸脂芯材组成，套壳与中间层第二分层面的纵截面呈正弦波状；中间层和芯材第一分层面的纵截面呈锯齿状；本光纤应用时光线以一个齿形论光线传播路线为从阴坡面与齿根连线结合处向阳坡面与齿根连线结合处单向传播。本发明的多彩光纤适用于混合光源、无需滤镜自然色散、色彩炫丽多变、可随光纤位移自然变光。

Description

一种可见光三层波浪内衬多彩光纤及其制造方法

技术领域

本发明涉及塑料光纤照明领域，尤其涉及一种可见光三层波浪内衬多彩光纤及其制造方法。

背景技术

现有技术中光纤本身的导体主要是由玻璃材料(SiO2)所抽丝而制成，它的传输是利用光经由高折射率的介质，以高于临界角的角度进入低折射率介质会产生全反射的原理，让光在这个介质里能够维持光波形的特性来进行传输。其中高折射率的核心部分，就是光传输的主要通道。而低折射率的外壳，则包覆住整个核心，由于核心的折射率比外壳高出很多，所以会产生全反射，光也因此可以在核心里来传输。保护层的目的，主要是为了保护外壳与核心不易损坏，同时也可以增加光纤的强度。但这种光纤的保护层一般是不透光材料，且由于是玻璃材质的芯材，弯折后易损坏。

但现有技术中特殊彩色照明的照明光纤其光源都必须是特制光源，且一般都是单色彩，多色彩的照明光纤多要采用多股照明光纤配合多个单色光源，很麻烦且彩光照射比较静宓、死板，不够鲜活、灵动。

而目前在国内已申请的相关专利中，没有专门针对普通混合光源炫彩照明的现有技术，因而市场上需要一种适用于混合光源、无需滤镜自然色散、色彩炫丽多变、可随光纤位移自然变光的多彩光纤。

发明内容

本发明旨在提供适用于混合光源、无需滤镜自然色散、色彩炫丽多变、可随光纤位移自然变光的多彩光纤及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法，该多彩光纤由外部的氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯聚合物与气泡复合材料的套壳、中部的聚甲基丙烯酸甲酯与玻璃渣粒复合的中间层和内部的芳香族聚碳酸脂芯材组成，套壳与中间层第二分层面的纵截面呈正弦波状，正弦波长20cm-24cm，波高0.3mm-0.4mm，正弦波形状的基准轴与芯材的轴线平行；中间层和芯材第一分层面的纵截面呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与芯材的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为0.1°-0.12°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为1°-1.2°，相邻齿根间距距离为10cm-12cm；本光纤应用时光线以一个齿形论光线传播路线为从阴坡面与齿根连线结合处向阳坡面与齿根连线结合处单向传播。

上述的可见光三层波浪内衬多彩光纤，外径12mm-15mm。

一种可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法，包括以下步骤：

1)制造前准备

①原材料准备：准备间苯二酚8份-10份、双酚A 20份-24份、碳酸二苯脂28份-30份、甲基丙烯酸甲酯单体120份-150份、过氧化二苯甲酰1.2份-1.4份、氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体50份-60份、粒径不大于0.5mm的玻璃渣粒2.5份-3份、碳酸氢钠粉末0.5份-0.6份；

②设备准备：准备真空连续反应挤出装置、第一包层挤出装置、第二包层挤出装置；其中所述真空连续反应挤出装置和第一包层挤出装置的出料口处均设置有控制挤出物直径的控径伸缩结构；

2)芯部制造

①将阶段1)步骤①获得的间苯二酚、双酚A、碳酸二苯脂均匀混合并搅拌均匀后投入阶段1)步骤②准备的真空连续反应挤出装置，抽真空至真空度1×10^-3Pa-1×10^-2Pa，然后升温至160℃-165℃进行熔脂交换，反应时伴随20rpm/min-25rpm/min的机械搅拌，持续32min-35min后获得预聚熔融流体；

②将步骤①获得的预聚熔融流体通过真空连续反应挤出装置的出料口连续均匀挤出，挤出物进入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置，通过设置在出料口的控径伸缩结构控制挤出物的外形，使挤出物与中间层结合处的第一分层面纵截面上下表面外形呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与挤出物的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为1°-1.2°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为0.1°-0.12°，相邻齿根间距距离为10cm-12cm，获得芯材；

3)中间层制造

①将阶段1)步骤①获得的甲基丙烯酸甲酯单体、玻璃渣粒和0.6份-0.7份过氧化二苯甲酰混合并搅拌除气15min-18min，然后静置3min-5min，获得待用原料；

②将待用原料投入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置中，升温至68℃-72℃，保温6.5h-7h后待用，当阶段2)步骤②所述“挤出物进入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置中”这一动作开始发生时，同时开始第一包层挤出装置的挤出动作，使从第一包层挤出装置中挤出的聚合物紧密贴合在芯材表面因而获得集成有芯材的复合挤出物，集成有芯材的复合挤出物挤出并冷却后进入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中，第一包层挤出装置通过控制控径伸缩结构的伸缩量控制挤出物的直径，使其与芯部紧密胶合且与表层结合处的第二分层面纵截面呈正弦波形状，正弦波长20cm-24cm，波高0.3mm-0.4mm，正弦波形状的基准轴与芯材的轴线平行；

4)表层制造

①将阶段1)步骤①准备的氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体、碳酸氢钠粉末与剩余过氧化二苯甲酰投入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中，加热并保温至聚合物粘度130mPa·s-140mPa·s待用；

②当阶段3)步骤②所述“集成有芯材的复合挤出物挤出并冷却后进入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中”这一动作开始发生时，开始第二包层挤出装置的挤出动作，将步骤①获得的聚合物紧密包裹在阶段3)步骤②获得的复合挤出物表面同时将最终组合物缓慢均匀挤出，完全挤出完毕后获得三层复合结构，该三层复合结构即为预制光纤；

③稳定化处理：将步骤②获得的预制光纤置于紫外线照射灯下照射30s-35s，获得稳定化处理光纤，该稳定化处理光纤即为所需可见光三层波浪内衬多彩光纤。

上述的可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法中，所述控径伸缩结构实质为能耐受300℃温度的硅橡胶环，在机械装置的控制下伸缩收紧和张开。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明的多彩光纤不同于现有技术中的彩色光纤需要采用特殊的单彩或分光光源，而是采用普通的混合光源(LED光源、卤素光源或疝气光源均可)利用复杂反射面构建出的不同折射角度导致经历不同长短的光通路距离(类似棱镜原理，但光散不如棱镜精确，也完全不可控)及中间层中的多棱结构玻璃及表层中的气泡带来的棱镜效应和多个不规则反射面，使原始混合光分散成不同颜色交错的、动态的彩色光雾，当然，由于添加了杂质及扰乱了光路，使本发明的光损相较于现有技术明显增大，光纤长度仅能做到现有技术同功率单一光源的2/5-1/2照明长度，即仅可用作观赏照明，不能用作功能照明。(2)本发明通过耐高温、柔性的控径伸缩结构控制芯材部分的外径变化，使本发明获得锯齿状截面，并在锯齿上构建短而陡的阳坡面和长而平的阴坡面，由于本发明明确规定使用时的光传导方向，因而本发明中所述的阴坡面实质上是增加了光从本发明芯材向套壳传播的全反角，使照射在阴坡面的光线更大比例地透射出去，由于三层材料之间折射率都有一定差距，构建了两个界面分层，使混合光的光散更明晰、彻底；而阳坡面实质上就是透光面，相当于一个个单独的透光环，由于阳坡面长度占长度的10/11，配合程度较高的漫散射，因而整条光带几乎查觉不出明显的断带，甚至阴坡部分的低透光面还能丰富本发明照明光纤透射光的层次感。(3)本发明是塑料材质的光纤，因而无惧弯折，甚至弯折后由于弯折区域光的光路角度变化，会使局部的透光率、散光程度均明显变化，使得本发明被风吹拂或人为摇动时光线会自动变幻，呈现动态的美感。(4)本发明所采用的材料不通电、耐水浸、耐腐蚀，可应用于各类恶劣的环境。因此本发明的多彩光纤具有适用于混合光源、无需滤镜自然色散、色彩炫丽多变、可随光纤位移自然变光的特性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明芯材第一出料口或第二出料口局部结构示意图；

图中：套壳1、中间层2、芯材3、控径伸缩结构4、出料口5、第一分层面6、第二分层面7。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一种可见光三层波浪内衬多彩光纤，该多彩光纤由外部的氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯聚合物与气泡复合材料的套壳1、中部的聚甲基丙烯酸甲酯与玻璃渣粒复合的中间层2和内部的芳香族聚碳酸脂芯材3组成，套壳1与中间层2第二分层面7的纵截面呈正弦波状，正弦波长20cm，波高0.3mm，正弦波形状的基准轴与芯材3的轴线平行；中间层2和芯材3第一分层面6的纵截面呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与芯材3的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为0.12°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为1.2°，相邻齿根间距距离为12cm；本光纤应用时光线以一个齿形论光线传播路线为从阴坡面与齿根连线结合处向阳坡面与齿根连线结合处单向传播；整条多彩光纤的外径为12mm；

上述可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制造前准备

①原材料准备：准备间苯二酚100g、双酚A 200g、碳酸二苯脂300g、甲基丙烯酸甲酯单体1200g、过氧化二苯甲酰12g、氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体600g、粒径不大于0.5mm的玻璃渣粒30g、碳酸氢钠粉末6g；

②设备准备：准备真空连续反应挤出装置、第一包层挤出装置、第二包层挤出装置；其中所述真空连续反应挤出装置和第一包层挤出装置的出料口5处均设置有能耐受300℃温度硅橡胶环材质的控制挤出物直径的控径伸缩结构4；

2)芯部制造

①将阶段1)步骤①获得的间苯二酚、双酚A、碳酸二苯脂均匀混合并搅拌均匀后投入阶段1)步骤②准备的真空连续反应挤出装置，抽真空至真空度1×10^-3Pa-1×10^-2Pa，然后升温至160℃-165℃进行熔脂交换，反应时伴随20rpm/min-25rpm/min的机械搅拌，持续32min-35min后获得预聚熔融流体；

②将步骤①获得的预聚熔融流体通过真空连续反应挤出装置的出料口5连续均匀挤出，挤出物进入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置，通过设置在出料口5的控径伸缩结构4控制挤出物的外形，使挤出物与中间层结合处的第一分层面6纵截面上下表面外形呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与挤出物的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为1.2°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为0.12°，相邻齿根间距距离为12cm，获得芯材3；

3)中间层制造

①将阶段1)步骤①获得的甲基丙烯酸甲酯单体、玻璃渣粒和6g份过氧化二苯甲酰混合并搅拌除气15min-18min，然后静置3min-5min，获得待用原料；

②将待用原料投入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置中，升温至68℃-72℃，保温6.5h-7h后待用，当阶段2)步骤②所述“挤出物进入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置中”这一动作开始发生时，同时开始第一包层挤出装置的挤出动作，使从第一包层挤出装置中挤出的聚合物紧密贴合在芯材3表面因而获得集成有芯材3的复合挤出物，集成有芯材3的复合挤出物挤出并冷却后进入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中，第一包层挤出装置通过控制控径伸缩结构4的伸缩量控制挤出物的直径，使其与芯部紧密胶合且与表层结合处的第二分层面7纵截面呈正弦波形状，正弦波长20cm，波高0.3mm，正弦波形状的基准轴与芯材3的轴线平行；

4)表层制造

①将阶段1)步骤①准备的氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体、碳酸氢钠粉末与剩余过氧化二苯甲酰投入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中，加热并保温至聚合物粘度130mPa·s-140mPa·s待用；

②当阶段3)步骤②所述“集成有芯材3的复合挤出物挤出并冷却后进入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中”这一动作开始发生时，开始第二包层挤出装置的挤出动作，将步骤①获得的聚合物紧密包裹在阶段3)步骤②获得的复合挤出物表面同时将最终组合物缓慢均匀挤出，完全挤出完毕后获得三层复合结构，该三层复合结构即为预制光纤；

③稳定化处理：将步骤②获得的预制光纤置于紫外线照射灯下照射30s-35s，获得稳定化处理光纤，该稳定化处理光纤即为所需可见光三层波浪内衬多彩光纤。

本发明的芯材为聚碳酸脂，折射率1.57-1.59；中间层是聚甲基丙烯酸甲酯与玻璃渣粒复合的材料，整体折射率1.49-1.53；套壳为内有发泡气泡的高透明氟树脂聚合物，折射率1.38-1.43；本发明在端部设置200W光源且简单集束、聚焦的条件下，可承担50m长度以内的照明任务，且随着光纤本身角度变幻色彩会自然变幻，无需特别光源，下同。

实施例2

整体与实施例1一致，差异之处在于：

套壳1与中间层2第二分层面7的纵截面呈正弦波状，正弦波长24cm，波高0.4mm；

第一分层面6的纵截面呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与芯材3的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为0.1°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为1°，相邻齿根间距距离为10cm；

整条多彩光纤的外径为15mm；

上述可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制造前准备

①原材料准备：准备间苯二酚80g、双酚A 240g、碳酸二苯脂280g、甲基丙烯酸甲酯单体1500g、过氧化二苯甲酰14g、氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体500g、粒径不大于0.5mm的玻璃渣粒25g、碳酸氢钠粉末5g。

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种可见光三层波浪内衬多彩光纤，其特征在于：该多彩光纤由外部的氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯聚合物与气泡复合材料的套壳(1)、中部的聚甲基丙烯酸甲酯与玻璃渣粒复合的中间层(2)和内部的芳香族聚碳酸脂芯材(3)组成，套壳(1)与中间层(2)第二分层面(7)的纵截面呈正弦波状，正弦波长20cm-24cm，波高0.3mm-0.4mm，正弦波形状的基准轴与芯材(3)的轴线平行；中间层(2)和芯材(3)第一分层面(6)的纵截面呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与芯材(3)的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为0.1°-0.12°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为1°-1.2°，相邻齿根间距距离为10cm-12cm；本光纤应用时光线以一个齿形论光线传播路线为从阴坡面与齿根连线结合处向阳坡面与齿根连线结合处单向传播。

2.根据权利要求1所述的可见光三层波浪内衬多彩光纤，其特征在于：所述多彩光纤外径12mm-15mm。

3.一种可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制造前准备

①原材料准备：准备间苯二酚8份-10份、双酚A 20份-24份、碳酸二苯脂28份-30份、甲基丙烯酸甲酯单体120份-150份、过氧化二苯甲酰1.2份-1.4份、氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体50份-60份、粒径不大于0.5mm的玻璃渣粒2.5份-3份、碳酸氢钠粉末0.5份-0.6份；

②设备准备：准备真空连续反应挤出装置、第一包层挤出装置、第二包层挤出装置；其中所述真空连续反应挤出装置和第一包层挤出装置的出料口(5)处均设置有控制挤出物直径的控径伸缩结构(4)；

2)芯部制造

①将阶段1)步骤①获得的间苯二酚、双酚A、碳酸二苯脂均匀混合并搅拌均匀后投入阶段1)步骤②准备的真空连续反应挤出装置，抽真空至真空度1×10^-3Pa-1×10^-2Pa，然后升温至160℃-165℃进行熔脂交换，反应时伴随20rpm/min-25rpm/min的机械搅拌，持续32min-35min后获得预聚熔融流体；

②将步骤①获得的预聚熔融流体通过真空连续反应挤出装置的出料口(5)连续均匀挤出，挤出物进入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置，通过设置在出料口(5)的控径伸缩结构(4)控制挤出物的外形，使挤出物与中间层结合处的第一分层面(6)纵截面上下表面外形呈锯齿状，所有齿间相对应齿根的齿根连线均与挤出物的轴线平行，所述锯齿的齿面分为阳坡面和阴坡面，其中阳坡面与其对应齿根连线的夹角为1°-1.2°，阴坡面与其对应齿根连线的夹角为0.1°-0.12°，相邻齿根间距距离为10cm-12cm，获得芯材(3)；

3)中间层制造

①将阶段1)步骤①获得的甲基丙烯酸甲酯单体、玻璃渣粒和0.6份-0.7份过氧化二苯甲酰混合并搅拌除气15min-18min，然后静置3min-5min，获得待用原料；

②将待用原料投入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置中，升温至68℃-72℃，保温6.5h-7h后待用，当阶段2)步骤②所述“挤出物进入阶段1)步骤②准备的第一包层挤出装置中”这一动作开始发生时，同时开始第一包层挤出装置的挤出动作，使从第一包层挤出装置中挤出的聚合物紧密贴合在芯材(3)表面因而获得集成有芯材(3)的复合挤出物，集成有芯材(3)的复合挤出物挤出并冷却后进入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中，第一包层挤出装置通过控制控径伸缩结构(4)的伸缩量控制挤出物的直径，使其与芯部紧密胶合且与表层结合处的第二分层面(7)纵截面呈正弦波形状，正弦波长20cm-24cm，波高0.3mm-0.4mm，正弦波形状的基准轴与芯材(3)的轴线平行；

4)表层制造

①将阶段1)步骤①准备的氟单体甲基丙烯酸-2,2,2-三氟乙酯单体、碳酸氢钠粉末与剩余过氧化二苯甲酰投入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中，加热并保温至聚合物粘度130mPa·s-140mPa·s待用；

②当阶段3)步骤②所述“集成有芯材(3)的复合挤出物挤出并冷却后进入阶段1)步骤②准备的第二包层挤出装置中”这一动作开始发生时，开始第二包层挤出装置的挤出动作，将步骤①获得的聚合物紧密包裹在阶段3)步骤②获得的复合挤出物表面同时将最终组合物缓慢均匀挤出，完全挤出完毕后获得三层复合结构，该三层复合结构即为预制光纤；

③稳定化处理：将步骤②获得的预制光纤置于紫外线照射灯下照射30s-35s，获得稳定化处理光纤，该稳定化处理光纤即为所需可见光三层波浪内衬多彩光纤。

4.根据权利要求3所述的可见光三层波浪内衬多彩光纤的制造方法，其特征在于：其中所述控径伸缩结构(4)实质为能耐受300℃温度的硅橡胶环，在机械装置的控制下伸缩收紧和张开。

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