CN111122321A - 一种光纤外涂覆层原位模量测试方法 - Google Patents

一种光纤外涂覆层原位模量测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤外涂覆层原位模量测试方法，包括以下步骤：(1)用握持部件将待测双层涂覆层的光纤一端以预设的预紧力握持预设长度从而固定，所述光纤其余部分为游离端；(2)在握持部分外侧形成环形涂覆层缺口，所述环形缺口暴露玻璃层；(3)将游离端沿光纤轴向施加剥离力，使得所述光纤玻璃纤芯与被握持部分的光纤外涂覆层分离，获得带有光纤外涂覆层的握持部件；(4)将光纤外涂覆层分离，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品；(5)进行杨氏模量测试，获得所述待测光纤的涂覆层原位模量。本发明对于成品光纤的真实光纤外涂覆层样品，实现了直接测试光纤外护层的拉伸模量的测试，能够取代之前薄膜制备的间接测试方法。

Description

一种光纤外涂覆层原位模量测试方法
技术领域
本发明属于光纤测试技术领域，更具体地，涉及一种光纤外涂覆层原位模量测试方法。
背景技术
杨氏模量，它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯·杨(ThomasYoung,1773-1829)所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。
杨氏模量的测定对研究光纤材料尤其是光纤外涂覆层材料的力学性质有着重要意义。光纤涂涂覆层对光纤起到了保护作用，可以抵御外部对光纤玻璃层的磨损和弯曲。涂覆层的模量需要在合适的水平，模量太小会导致涂覆层太软，对光纤保护作用减弱，而模量太大则导致涂覆层太硬，会引起光纤微弯等性能的劣化。涂覆层的模量除了受涂料配方影响外，还和光纤制备过程中的拉丝涂覆工艺有直接关系，可以反映出拉丝工艺是否合适。因而准确测试光纤外涂覆层的模量无论对光纤性能判定，还是拉丝工艺评估都很重要。
目前，光纤外涂覆层的杨氏模量无法直接测量获得，而是通过模拟制备的光纤外涂覆层材料，模拟测试获得的近似值。具体方法为：在已知光纤外涂覆层原料及制备方法的前提下，采用光纤外涂覆层原材料尽可能的按照光纤外涂覆层的制作工艺制成涂覆层材料薄膜，对特定规格的薄膜进行杨氏模量测试，测试方法主要参考GB/T1040.3《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件》。试样图片如下图1所示，拉伸条件，参见标准GB/T1040.3。
然而目前的测试方法有以下不可避免的缺陷：首先，必须要清楚的了解光纤外涂覆层的原材料和生产工艺，否则无法进行涂覆层制备的模拟；其次，即使能够模拟制备涂覆层，由于不能完全重复涂覆层的制备工艺，光纤外涂覆层是一种光敏材料，目前主要靠紫外照射来进行固化。光纤制作主要靠高速拉丝完成，在薄膜制样过程中很难保证固化条件能够模拟实际生产状况。因此，测试薄膜样品获得的杨氏模量并不能反映实际光纤外表面的涂覆层模量；另外，制备的形状也不是光纤外涂覆层的环形柱状，而是薄膜型。
由于以上缺陷，目前对光纤涂覆材料杨氏模量的测量，仅仅是一种模拟的替代测量方法，其测量对象并不是真实的光纤外涂覆层，因此无法获得光纤外涂覆层的原位模量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤外涂覆层原位模量测试方法，其目的在于从光纤成品上制取光纤外涂覆层测试样品然后进行杨氏模量测试，从而获得光纤外涂覆层原位模量，由此解决现有技术采用替代样品获得光纤外涂覆层杨氏模量、测量结果可靠性不佳的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤外涂覆层原位模量测试方法，包括以下步骤：
(1)用握持部件将待测双层涂覆层的光纤一端以预设的预紧力握持预设长度从而固定，所述光纤其余部分为游离端；
(2)对于步骤(1)中固定的光纤，在握持部分外侧形成环形涂覆层缺口，所述环形缺口暴露玻璃层；
(3)将步骤(2)中获得的环切涂覆层的光纤其游离端沿光纤轴向施加剥离力，使得所述光纤玻璃纤芯与被握持部分的光纤外涂覆层分离，获得带有光纤外涂覆层的握持部件；
(4)将光纤外涂覆层从步骤(3)中获得的带有光纤外涂覆层的握持部件中分离，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品；
(5)对步骤(4)获得的光纤外涂覆层原位模量测试样品，进行杨氏模量测试，获得所述待测光纤的涂覆层原位模量。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其步骤(1)预紧力大于等于30N，握持面积大于或等于光纤侧面50％，所述握持部件握持长度在1至3cm之间。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述握持部件包括上、下夹板，所述上下加班之间通过带有弹簧的螺栓施加预紧力，所述上下夹板中具有相互配合的圆弧凹槽，用于握持所述待测双层涂覆层光纤。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述凹槽深度略浅于所述待测光纤的半径。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述步骤(2)所述环形缺口沿光纤轴向长度在1-2mm之间，获得环切涂覆层的光纤。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述步骤(2)采用剥线钳形成所述环形切口。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述步骤(3)使得所述光纤处于竖直方向。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述步骤(3)使得所述握持部件处于光纤下方，则重力使得所述光纤处于竖直方向，所述游离端沿光纤轴向施加剥离力为游离端沿竖直方向施加剥离力。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述步骤(3)使得所述光纤玻璃纤芯于所述光纤外涂覆层以小于等于20mm/s的速度分离。
优选地，所述光纤外涂覆层原位模量测试方法，其所述步骤(3)将所述握持部件的上下夹板分离，从上夹板或下夹板上剥离所述光纤外涂覆层，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明对于成品光纤，拔出玻璃纤芯，从而制得成品光纤的真实光纤外涂覆层样品，直接进行杨氏模量测试，实现了直接测试光纤外护层的拉伸模量的测试，能够取代之前薄膜制备的间接测试方法，对光纤涂料的实际性能研究具有重要的意义。
附图说明
图1是杨氏模量测试标准示意图；
图2是本发明实施例提供的握持部件结构示意图；其中图2A是握持部件装配示意图；图2B是握持部件剖面示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1,光纤样品；2,光纤外涂覆层；3,光纤内涂覆层；4,光纤玻璃层；5,螺栓；6,上夹板；7，下夹板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的光纤外涂覆层原位模量测试方法，包括以下步骤：
(1)用握持部件将待测双层涂覆层的光纤一端以预设的预紧力握持预设长度从而固定，所述光纤其余部分为游离端；预紧力大于等于30N，握持面积大于或等于光纤侧面50％；所述握持部件握持长度在1至3cm之间；所述握持部件包括上、下夹板，所述上下加班之间通过带有弹簧的螺栓施加预紧力，所述上下夹板中具有相互配合的圆弧凹槽，用于握持所述待测双层涂覆层光纤，所述凹槽深度略浅于所述待测光纤的半径；
(2)对于步骤(1)中固定的光纤，在握持部分外侧形成环形涂覆层缺口，所述环形缺口暴露玻璃层；所述环形缺口沿光纤轴向长度在1-2mm之间，获得环切涂覆层的光纤；优选采用剥线钳形成所述环形切口；
(3)将步骤(2)中获得的环切涂覆层的光纤其游离端沿光纤轴向施加剥离力，使得所述光纤玻璃纤芯与被握持部分的光纤外涂覆层分离，获得带有光纤外涂覆层的握持部件；优选方案，使得所述光纤处于竖直方向，更优选使得所述握持部件处于光纤下方，则重力使得所述光纤处于竖直方向，所述游离端沿光纤轴向施加剥离力为游离端沿竖直方向施加剥离力；优选使得所述光纤玻璃纤芯于所述光纤外涂覆层以小于等于20mm/s的速度分离。
(4)将光纤外涂覆层从步骤(3)中获得的带有光纤外涂覆层的握持部件中分离，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品；优选方案，将所述握持部件的上下夹板分离，从上夹板或下夹板上剥离所述光纤外涂覆层，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品。
(5)对步骤(4)获得的光纤外涂覆层原位模量测试样品，进行杨氏模量测试，获得所述待测光纤的涂覆层原位模量。
对于双涂覆层的光纤，由于内涂覆层对原位模量的影响非常小，因此可以忽略不记。
以下为实施例：
本实施例采用的握持部件如图2所示，包括上下两个夹板，夹板中间开有245微米的圆弧槽，两圆弧槽的弧度略小于180°，将光纤夹放在中间后，两夹板间仍存在已经的间隙，便于两夹具能够夹紧光纤。
(1)将光纤夹放在所述握持部件上、下夹板中间的圆弧凹槽中，如图2所示，两夹板间仍存在已经的间隙，便于两夹具能够夹紧光纤；根据需要，预紧力35N。
(2)在伸出夹具的上方，在伸出夹具的样品上，使用剥线钳小心剥除1-2mm的光纤外涂覆层，只保留有玻璃层；
(3)在缺口上方保留有足够长度的光纤，便于在竖直向上方向施加一定的力值F(1～20N)，逐渐拔出夹具中光纤样品的玻璃层，施力方式可以采用人工手动或者拉力机上进行，速度1～20mm/s。
(4)待光纤玻璃层拔出夹具后，小心打开夹具，获得光纤外涂覆层样品。
(5)对步骤(4)获得的光纤外涂覆层原位模量测试样品，进行杨氏模量测试，获得所述待测光纤的涂覆层原位模量；
外涂覆层原位模量测试在DMA(动态热机械分析仪)上进行。测试夹具采用常规DMA拉伸夹具。测试参数如下表：
表1.外涂覆层原位模量测试参数
Figure BDA0002337431030000061
Figure BDA0002337431030000071
实际在制样中，会有部分光纤内涂覆层残留在样品内。但由于光纤内外涂覆层拉伸模量差异达几个数量级，内涂覆层拉伸模量一般小于1Mpa,外涂覆层拉伸模量一般大于1Gpa。因此，内涂覆层残留对测试结果的影响，基本可以忽略不计。
拉伸模量计算：
Figure BDA0002337431030000072
拉伸模量计算参见上式(1)，其中E为拉伸模量，F为振动中力峰值，S为样品截面积。μ为振幅，Gap为夹具间距。
实际使用DMA测试时，μ和Gap为试验参数，F为测试结果，S可以通过光纤几何参数算出。在DMA测试外涂覆层原位模量时，准确输入样品的截面积，则设备可以直接输出测试结果。
实施例1至3选取商用的3个光纤样品进行测试(编号A,B,C)，各样品重复测试5次，测试温度为常温(23℃)。测试结果如下表。
Figure BDA0002337431030000073
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用握持部件将待测双层涂覆层的光纤一端以预设的预紧力握持预设长度从而固定，所述光纤其余部分为游离端；
(2)对于步骤(1)中固定的光纤，在握持部分外侧形成环形涂覆层缺口，所述环形缺口暴露玻璃层；
(3)将步骤(2)中获得的环切涂覆层的光纤其游离端沿光纤轴向施加剥离力，使得所述光纤玻璃纤芯与被握持部分的光纤外涂覆层分离，获得带有光纤外涂覆层的握持部件；
(4)将光纤外涂覆层从步骤(3)中获得的带有光纤外涂覆层的握持部件中分离，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品；
(5)对步骤(4)获得的光纤外涂覆层原位模量测试样品，进行杨氏模量测试，获得所述待测光纤的涂覆层原位模量。
2.如权利要求1所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，步骤(1)预紧力小于等于30N，握持面积大于或等于光纤侧面50％，所述握持部件握持长度在1至3cm之间。
3.如权利要求1所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述握持部件包括上、下夹板，所述上下夹板之间通过带有弹簧的螺栓施加预紧力，所述上下夹板中具有相互配合的圆弧凹槽，用于握持所述待测双层涂覆层光纤。
4.如权利要求3所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述凹槽深度略浅于所述待测光纤的半径。
5.如权利要求1所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述步骤(2)所述环形缺口沿光纤轴向长度在1-2mm之间，获得环切涂覆层的光纤。
6.如权利要求1所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述步骤(2)采用剥线钳形成所述环形切口。
7.如权利要求1所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述步骤(3)使得所述光纤处于竖直方向。
8.如权利要求7所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述步骤(3)使得所述握持部件处于光纤下方，则重力使得所述光纤处于竖直方向，所述游离端沿光纤轴向施加剥离力为游离端沿竖直方向施加剥离力。
9.如权利要求1所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述步骤(3)使得所述光纤玻璃纤芯于所述光纤外涂覆层以小于等于20mm/s的速度分离。
10.如权利要求3所述的光纤外涂覆层原位模量测试方法，其特征在于，所述步骤(3)将所述握持部件的上下夹板分离，从上夹板或下夹板上剥离所述光纤外涂覆层，获得光纤外涂覆层原位模量测试样品。
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