CN111171777A - 一种光纤陀螺用紫外光固化胶 - Google Patents
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Abstract
本发明将光纤环的温度性能和振动性能综合进行考虑,提供了一种光纤陀螺用紫外光固化胶。其包括以下成分:聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、活性稀释剂、光引发剂、硅烷偶联剂;上述各组分的质量比为:100~120∶30~50∶10~50∶4~6∶1~2;聚氨酯丙烯酸酯为芳香族聚氨酯丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯中的一种或两者的混合;且聚氨酯丙烯酸酯官能度为2~6,分子量小于10000,25℃时粘度小于8000mPa·s,玻璃化温度小于20℃;环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、环氧化油丙烯酸酯和改性环氧丙烯酸酯中的一种或多种混合;且环氧丙烯酸酯的官能度为2~4,分子量小于1000,60℃时粘度小于4000mPa·s,玻璃化温度大于20℃。
Description
技术领域
本发明属于胶粘剂领域,具体涉及一种光纤陀螺用紫外光固化胶。
背景技术
光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的新型角速率传感器,具有体积小、重量轻、精度范围广、寿命长等特点,已广泛应用于航天、航空、航海等领域。
光纤环是光纤陀螺的核心敏感元件,其环境适应性直接决定了光纤陀螺的应用。光纤环主要由石英(纤芯与包层)和高聚物材料(光纤内外涂层和固化胶)构成,光纤环的制造过程一般是:光纤在四极对称绕和十六级对称绕制环的同时,将固化胶涂覆于光纤表面,然后固化。在确定的绕环方式下,固化胶的性能很大程度上决定了成品光纤环装配陀螺后的精度。
目前,人们针对固化胶对光纤环影响的研究较多。既有热固化或者室温固化的聚氨酯、环氧、有机硅等,又有紫外光固化的聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、有机硅低聚物等。
中国专利CN 102965068A《双组分热固化型低粘度硅橡胶胶粘剂》(余晓梦等)中公开了一款双组分热固型低粘度硅橡胶胶粘剂,其具有粘度小,室温凝胶时间大于12h,固化后热膨胀系数小等性能。
黄星等在《光纤陀螺环纤胶匹配性探讨》中通过分析刷胶及灌胶过程的胶水与光纤外涂层的润湿机理,探讨了光纤与胶匹配问题。
陈军等在《光纤线圈固化对光纤陀螺性能的影响》中通过研究有骨架光纤环采用低模量的胶粘剂、浸胶的施胶方法。结果表明施胶的均匀性越好,固化后光纤环的温度性能也越好。
Sanders P E.Optical fiber coating system and monitoring method forimproved thermal performance in fiber optc sensors[P].US:7697144 B2,2010-4-13研究表明光纤纤芯与光纤涂层和固化胶之间热膨胀系数不匹配,随着环境温度的变化,使得光纤与骨架间产生挤压应力和收缩应力。固化胶填充光纤与光纤的缝隙后,增加了固化胶的热胀冷缩,光纤环产生的膨胀和收缩尺寸变形更大。
孟照魁等在《固胶对保偏光纤环的影响》中,研究表明固胶对光纤环和光纤陀螺的影响是由涂胶工艺不当带来的,涂胶量及涂胶的均匀度是产生影响的两个主要因素。固胶方式、方法对光纤环的温度性能的影响明显。
上述研究,主要从工艺、胶的热胀冷缩等因素考察固化胶绕制的光纤环温度性能,未能将光纤环的温度性能和振动性能综合进行考虑,提供紫外胶参数指标及配比。
发明内容
本发明将光纤环的温度性能和振动性能综合进行考虑,提供了一种新的光纤陀螺用紫外光固化胶。
为实现上述目的,本发明所提供的技术解决方案是:
一种光纤陀螺用紫外光固化胶,其特殊之处在于,包括以下成分:聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、活性稀释剂、光引发剂、硅烷偶联剂;
上述各组分的质量比为:100~120∶30~50∶10~50∶4~6∶1~2;
所述聚氨酯丙烯酸酯为芳香族聚氨酯丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯中的一种或两者的混合;且聚氨酯丙烯酸酯官能度为2~6,分子量小于10000,25℃时粘度小于8000mPa·s,玻璃化温度小于20℃;
所述环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、环氧化油丙烯酸酯和改性环氧丙烯酸酯中的一种或多种混合;且环氧丙烯酸酯的官能度为2~4,分子量小于1000,60℃时粘度小于4000mPa·s,玻璃化温度大于20℃。
优选地,所述聚氨酯丙烯酸酯为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯,官能度为2~3,分子量小于8000,25℃时粘度小于6000mPa·s,玻璃化温度小于0℃。
优选地,所述环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯,官能度为2~3,分子量小于800,60℃时粘度小于3000mPa·s,玻璃化温度大于40℃。
进一步地,所述活性稀释剂为1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸丁酯、三丙二醇类二丙烯酸酯和二丙二醇类二丙烯酸酯中的一种或多种混合。
优选地,所述活性稀释剂为新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和三丙二醇类二丙烯酸酯中的一种或多种混合。
进一步地,所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(1173)、1-羟基-环己基苯甲酮(184)、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、二苯甲酮(BP)、异丙基硫杂蒽酮类(ITX)、2-甲基1-(4-甲巯基苯基)-2-吗啉-1-丙酮(907)中的一种或多种混合。
优选地,所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯甲酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或多种混合。
进一步地,所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、A151和A171中的一种或多种混合。
优选地,包括以下成分:100份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、30份双酚A环氧丙烯酸酯、30份新戊二醇二丙烯酸酯、20份丙烯酸异冰片酯、5份1-羟基-环己基苯甲酮和1份KH560。
优选地,包括以下成分:110份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、40份双酚A环氧丙烯酸酯、20份1,6-己二醇二丙烯酸酯、20份三丙二醇类二丙烯酸酯、4份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和1份KH560。
本发明的优点是:
采用本发明配方制备的紫外光固化胶作为光纤环绕制用胶,其热膨胀系数小于200×10-6/K(-40℃~60℃),也就是在光纤环变温过程中胶对光纤应力作用小,可以较好的提高光纤环的温度性能。弹性模量小于1000MPa(25℃),对光纤环温度性能影响较小的同时有效提高光纤环的振动性能。玻璃化温度大于60℃,可以避开光纤陀螺使用温度区间内,由于胶玻璃化转变温度而造成的应力变化对光纤环的影响。固化收缩小于8%,较小的固化收缩对光纤环较弱的内应力。整体性能均衡,既可以保障温度性能,又可以提高光纤环的振动性能,进而提高光纤陀螺的精度及稳定性。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述:
实施例1
100份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、30份双酚A环氧丙烯酸酯、30份新戊二醇二丙烯酸酯、20份丙烯酸异冰片酯、5份184、1份KH560混合后搅拌均匀,然后抽真空,待绕环。
实施例2
120份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、50份双酚A环氧丙烯酸酯、25份三丙二醇类二丙烯酸酯、15份甲基丙烯酸异冰片酯、6份1173、2份KH560混合后搅拌均匀,然后抽真空,待绕环。
实施例3
110份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、40份双酚A环氧丙烯酸酯、20份1,6-己二醇二丙烯酸酯、20份三丙二醇类二丙烯酸酯、4份TPO、1份KH560混合后搅拌均匀,然后抽真空,待绕环。
实施例4
110份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、45份双酚A环氧丙烯酸酯、25份甲基丙烯酸异冰片酯、10份甲基丙烯酸缩水甘油酯、4份BP、1份KH570混合后搅拌均匀,然后抽真空,待绕环。
实施例5
120份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、50份双酚A环氧丙烯酸酯、30份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、10份甲基丙烯酸月桂酸酯、6份BP和1173(二者质量比1:2)、1份A151混合后搅拌均匀,然后抽真空,待绕环。
实施例6
100份芳香族聚氨酯丙烯酸酯、40份改性环氧丙烯酸酯、10份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、10份甲基丙烯酸月桂酸酯、4份异丙基硫杂蒽酮类、1份A171混合后搅拌均匀,然后抽真空,待绕环。
为了进一步验证本发明紫外光固化胶的温度性能和振动性能,采用外购胶和上述各实施例的自制胶绕制某型号光纤环,并对温度与振动性能进行了对比,具体详见表1:
表1
由表1可以看出,采用本发明制得的紫光外固化胶绕制的光纤环零偏稳定性以及零偏变化量明显较市场外购胶绕制的光纤环性能优异,尤其是实施例1和实施例3中自制较的综合性能最好;由此可以确定采用本发明配方制得的紫光外固化胶绕制的光纤环温度性能和振动性能均较市场外购胶绕制的光纤环好。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于,包括以下成分:聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、活性稀释剂、光引发剂、硅烷偶联剂;
上述各组分的质量比为:100~120∶30~50∶10~50∶4~6∶1~2;
所述聚氨酯丙烯酸酯为芳香族聚氨酯丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯中的一种或二者混合;且聚氨酯丙烯酸酯的官能度为2~6,分子量小于10000,25℃时粘度小于8000mPa·s,玻璃化温度小于20℃;
所述环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、环氧化油丙烯酸酯和改性环氧丙烯酸酯中的一种或多种混合;且环氧丙烯酸酯的官能度为2~4,分子量小于1000,60℃时粘度小于4000mPa·s,玻璃化温度大于20℃。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述聚氨酯丙烯酸酯为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯,官能度为2~3,分子量小于8000,25℃时粘度小于6000mPa·s,玻璃化温度小于0℃。
3.根据权利要求1所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯,官能度为2~3,分子量小于800,60℃时粘度小于3000mPa·s,玻璃化温度大于40℃。
4.根据权利要求1-3任一所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述活性稀释剂为1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸丁酯、三丙二醇类二丙烯酸酯和二丙二醇类二丙烯酸酯中的一种或多种混合。
5.根据权利要求4所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述活性稀释剂为新戊二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和三丙二醇类二丙烯酸酯中的一种或多种混合。
6.根据权利要求5所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮类、2-甲基1-(4-甲巯基苯基)-2-吗啉-1-丙酮中的一种或多种混合。
7.根据权利要求6所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯甲酮和2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或多种混合。
8.根据权利要求7所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:
所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、A151和A171中的一种或多种混合。
9.根据权利要求8所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:包括以下成分:100份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、30份双酚A环氧丙烯酸酯、30份新戊二醇二丙烯酸酯、20份丙烯酸异冰片酯、5份1-羟基-环己基苯甲酮和1份KH560。
10.根据权利要求8所述的光纤陀螺用紫外光固化胶,其特征在于:包括以下成分:110份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、40份双酚A环氧丙烯酸酯、20份1,6-己二醇二丙烯酸酯、20份三丙二醇类二丙烯酸酯、4份2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦和1份KH560。
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GR01 | Patent grant | ||
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