CN113728259B - 耐穿刺的直径减小的多模光纤 - Google Patents

耐穿刺的直径减小的多模光纤 Download PDF

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Abstract

本说明书提供了直径减小的多模光纤。光纤包括直径减小的玻璃光纤和/或厚度减小的涂层。光纤的总直径小于210μm并且呈现了直径小于160μm的实例。抗刺穿的次级涂层实现了在不损害对于玻璃光纤保护的情况下的次级涂层的薄化。光纤适用于数据中心应用并且特征在于高模态带宽、低衰减、低的微弯曲敏感性以及耐穿刺性，其处于紧凑型构造。

Description

耐穿刺的直径减小的多模光纤
本申请要求2019年2月22日提交的美国临时申请系列第62/809,234号的优先权，本文以其作为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本公开内容属于光纤。更具体来说，本公开内容属于多模光纤。最具体来说，本公开内容涉及特征在于高模态带宽和高的耐穿刺性的直径减小的多模光纤。
背景技术
数据中心(DC)正不断努力应对提供更多带宽的挑战，而该努力的关键部分将会是部署更高容量互连和具有更高带宽密度的光缆。提出的实现容量增长的技术包括更高的线速率、先进调制格式、波分复用、空分复用和直径减小的光纤。
直径减小的光纤对于降低给定光纤数量的光缆尺寸、增加给定直径光缆的光纤数量、降低光缆成本、有效利用现有基础设施升级光缆安装以及减少新光缆安装的占地面积具有吸引力。
光纤包括被涂层围绕的波导玻璃光纤。玻璃光纤包括被较低折射率包层区域围绕的较高折射率纤芯区域。涂层通常包括与玻璃光纤接触的软的(低模量)初级涂层以及围绕且接触初级涂层的硬的(高模量)次级涂层。次级涂层提供机械完整性并实现了能够将光纤搬运进行加工和安装在光缆中，而初级涂层起到消散外部作用力防止它们传输到玻璃光纤的作用。通过消退外部作用力，初级涂层防止了玻璃光纤发生破损并且使得由于微弯曲所导致的光线信号的衰减最小化。
降低光纤直径的策略包括：降低玻璃光纤的直径以及降低初级和/或次级涂层的厚度。但是，这些策略导致光纤性能受损。较小的包层直径倾向于使得微弯曲敏感性增加，并且增加了纤芯中传播的光学信号的衰减。例如，使得包层直径从125μm降低到90μm，导致现有光纤设计中的微弯曲敏感性增加约1个数量级。在加工过程中，较薄的初级涂层更容易发生剪切诱发的缺陷，而较薄的次级涂层更容易发生刺穿。
多模光纤广泛地用于数据中心。为了在数据中心中实现更高容量，希望开发直径减小的多模光纤。迄今为止，对于降低多模光纤的直径的努力所实现的成功是有限的。对于数据中心应用，仍然需要直径减小的多模光纤。具体来说，需要直径减小的多模光纤，其能够被整合成更高光纤数的光缆中并用更高密度的连接器端接。直径减小的多模光纤必须维持数据中心中的高传输容量所需的高模态带宽，并且必须具有对于减轻微弯曲进行了优化而没有牺牲耐穿刺性和其他机械性质的涂层。
发明内容
本说明书提供了直径减小的多模光纤。直径减小的多模光纤适用于数据中心应用并且特征在于高模态带宽、低衰减、低的微弯曲敏感性以及耐穿刺性，其处于紧凑型构造(compact form factor)。
本说明书延伸至：
一种光纤，其包括：
多模玻璃光纤，所述多模玻璃光纤包含：半径r1为17.5μm至32.5μm的纤芯区域，以及半径r4大于或等于60.0μm的包层区域；
围绕且与包层区域直接相邻的半径为r5的初级涂层，所述初级涂层的厚度r5-r4小于30.0μm且原位模量小于0.30MPa；以及
围绕且与初级涂层直接相邻的半径r6小于或等于110.0μm的次级涂层，所述次级涂层的厚度r6-r5小于或等于30.0μm且标准化的刺穿负荷大于3.6x10-3g/μm2；
其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于2000MHz-km。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。
要理解的是，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图是对本公开内容所选择方面的示意，并且与说明书一起用来对属于本公开内容的方法、产品和组合物的原理与操作进行解释。
附图说明
图1是根据一个实施方式的经涂覆的光纤的示意图。
图2是代表性光纤带的示意图。
图3是代表性光纤光缆的示意图。
图4显示多模光纤的横截面。
图5显示多模光纤的相对折射率分布。
图6显示对于三种次级涂层，刺穿负荷与横截面面积的依赖性关系。
图7显示外半径r6为100μm的代表性多模光纤所测得的相对折射率分布。
图8显示在从3μm延伸到22μm的径向位置上，采用α-分布和最小二乘极小化方法的纤芯区域拟合结果。
图9显示半径r4＝62.5μm且半径r6为100μm的代表性多模光纤的衰减。
具体实施方式
提供的本公开内容作为实现教导，并且可以通过参考以下描述、附图、实施例和权利要求更容易地理解。为此，本领域技术人员会意识和体会到，可以对本文所述的实施方式的各个方面进行各种变化，同时仍然获得有益结果。还显而易见的是，本实施方式所需的有益结果中的一部分可以通过选择一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会认识到，许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本公开的一部分。因此，要理解的是，除非另有说明，否则本公开内容不限于所揭示的具体组合物、制品、装置和方法。还要理解的是，本文所使用的术语的目的仅为了描述特定的方面而不是限制性的。
在本说明书和下面的权利要求书中提到许多术语，这些术语应定义为具有以下含义：
“包括”、“包含”、“包含有”或类似术语意为包括但不限于，即内含而非排他。
如本文所用，术语“约”表示量、尺寸、制剂、参数和其他变量和特性不是也不需要是确切的，而是可以按照需要是近似的和/或更大或更小的，反映了容差、转换因子、舍入和测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。当数值描述为约为或者约等于某个数字时，该数值与该数字相差在±10％之内。例如，约为10的数值指的是9至11之间的数值，包括端点。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本公开内容包括所参考的具体值或者端点。无论本说明书的数值或者范围的端点有没有陈述“约”，该数值或者范围的端点旨在包括两种实施方式：一种用“约”修饰，一种没有用“约”修饰。还会理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。
除非另有说明，否则术语“约”还修饰了所有范围内的术语。例如，约1、2或3相当于约1、约2或约3，并且还包括约1-3，约1-2以及约2-3。组成、组分、成分、添加剂和类似方面所公开的具体和优选数值及其范围仅用于说明；它们不排除其它定义的数值或定义范围内的其它数值。本公开内容的组成和方法可包括本文所述的任何数值或数值的任何组合、具体数值、更具体的数值和优选数值。
除非另外说明，否则本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图以及所提供的坐标轴而言，并不用来表示绝对的取向。
如本文所用，接触指的是直接接触或间接接触。直接接触指的是在没有居间材料的情况下的接触，以及间接接触指的是经由一种或多种居间材料的接触。处于直接接触的元件相互触及。间接接触的元件相互没有发生触碰，但是与居间材料或者一系列的居间材料触碰，其中，所述居间材料或者这一系列的居间材料中的至少一个相互触碰。处于接触的元件可以是刚性或者非刚性接合。进行接触指的是将两个元件放置成处于直接或间接接触。直接(间接)接触的元件可以被称作相互直接(间接)接触。
如本文所用，“直接相邻”指的是直接接触，而“间接相邻”指的是间接接触。术语“相邻”包括相互处于直接或间接相邻的元件。
“光纤”指的是玻璃部分围绕有涂层的波导。玻璃部分包括纤芯和包层，并且在本文中被称作“玻璃光纤”。
“径向位置”、“半径”或者径向坐标“r”指的是相对于光纤的中心线(r＝0)的径向位置。
术语“模”指的是导模。单模光纤是这样的光纤：其设计成在光纤的显著长度(例如，至少数米)上仅支持基础LP01模，但是在某些情况下，能够在短距离(例如，数十厘米)支持多模。假定光纤的双折射足够低从而假定LP01模的两个正交偏振分量退化并以相同的相速度传播。多模光纤是这样的光纤：其设计成在指定运行波长λop，在光纤的显著长度上支持基础LP01模和至少一个更高阶LPnm模，其中，满足以下任一种情况：n≠0或者m≠1。
光纤的“运行波长”λop是光纤运行的波长。运行波长对应于导模的波长。代表性的运行波长包括850nm、980nm、1060nm、1310nm和1550nm，它们常用于通讯系统、光学数据连接和数据中心。虽然对于光纤可能指定特定的运行波长，但是要理解的是，特定的光纤可以运行在多个运行波长和/或运行在连续的运行波长范围上。诸如模态带宽和模场直径之类的特性可能随着运行波长发生变化，以及特定光纤的相对折射率分布可以设计成在特定运行波长、运行波长的特定组合、或者运行波长的特定连续范围上提供最佳性能。
当光脉冲发射进入到多模光纤中，当其随时间从输入位置到输出位置传播通过多模光纤时，其逐步扩展或变宽。由于扩展，脉冲的特性沿着多模光纤发生变化，并且输出脉冲不同于输入脉冲。术语“带宽”用于对多模光纤中的光脉冲的扩展进行量化。由输出脉冲的傅里叶变换与输入脉冲的傅里叶变换之比来确定带宽。更具体来说，如果用强度分布I输入(t)来描述输入脉冲，以及用强度分布I输出(t)来描述输出脉冲，振幅比可以定义为：
振幅比＝|H输出(f)|/|H输入(f)| (1)
式中，f是频率，H输出(f)是I输出(t)的傅里叶变换，以及H输入(f)是I输入(t)的傅里叶变换。带宽定义为等式(1)中的振幅比下降到0.5时的频率。对于具有标准偏差σns/km的高斯输出脉冲I输出(t)，带宽近似为0.19/σGHz-km。
多模光纤的“模态带宽”是模态色散对带宽的贡献。“模态色散”指的是不同模组之间的时间延迟差异。模态带宽排除了诸如色散之类的其他对于带宽的贡献。模态带宽取决于不同模组的相对功率以及不同模组之间的相对时间延迟。由于模态带宽不仅取决于不同模组的相对延迟并且还取决于它们的相对功率，所以其取决于发射条件。例如，“满载发射”(其中，向每个单体模组发射等量的功率)可能导致对于从特定光源(例如，激光二极管或VCSEL)发射向不同模组传递不相等的功率所测得或计算得到的模态带宽是不同的。
光纤的“有效模态带宽”或者“EMB”指的是特定发射条件下的模态带宽。EMB结合了由光纤的折射率分布和模组中耦合的功率所决定的模组延迟，这是特定发射条件(例如，特定源(例如，VCSEL激光)的发射条件)或者特定功率分布的属性。
术语“EMBc”(或者“计算得到的EMB”)指的是采用DMD(差模延迟)脉冲的加权加和构建的输出脉冲。光纤的单DMD可以用于通过该采用不同加权函数来模拟不同激光的效应。术语“最小EMBc”(或者“最小计算得到的EMB”)指的是一组10个EMBc的最小EMBc，它们是通过TIA/EIA 455-220A和IEC60793-1-49标准化的10个不同加权函数产生的。通过DMD测量确定最小EMBc值，并且其与EMB以1.13因子相关(即，最小EMB＝1.13x最小EMBc)。
术语“带宽”和“模态带宽”是通用的，它们可以指代不同或者任意的发射条件。相反地，术语“有效模态带宽”指的是详细定义的特定发射条件。本领域技术人员熟悉这些术语并且可以从上下文推断出所要使用的术语。例如，在标准的上下文中对任何术语带宽、模态带宽、有效模态带宽或计算得到的有效模态带宽的讨论指的是该标准定义的该术语的含义。除非上下文另有特定或明确说明，否则如本文所用，术语“带宽”、“模态带宽”和“有效模态带宽”指的是根据TIA/EIA 455-204和IEC 60793-1-41标准的OFL带宽。
“折射率”指的是850nm波长处的折射率。
术语“折射率分布”是折射率或相对折射率与半径之间的关系。对于本文所示的在相邻纤芯和/或包层区域之间具有阶梯式边界的相对折射率分布，处理条件的正常变化可排除在相邻区域的界面处获得锋利阶梯式边界。要理解的是，虽然本文可能将折射率分布的边界显示为折射率的阶梯式变化，但是实践中，边界可能是圆化的或者任意其他方式偏离完美阶梯式功能特性。还要理解的是，在纤芯区域和/或任意包层区域内，相对折射率值可能随着径向位置发生变化。当在光纤的特定区域(例如，纤芯区域和/或任意包层区域)内，相对折射率随着径向位置发生变化时，它可以用其实际或近似的函数依赖性，或其在区域内的特定位置的值进行表示，或者以适用于该区域整体的平均值进行表示。除非另有说明，否则如果区域(例如，纤芯区域和/或任意包层区域)的相对折射率以单值或者作为适用于该区域作为整体的参数(例如，Δ或Δ％)进行表述时，要理解的是，该区域中的相对折射率是恒定的或者近似恒定的，并且对应于该单值，或者该单值或参数表示依赖于该区域中的径向位置的非恒定相对折射率的平均值。例如，如果“i”是玻璃光纤的一个区域，除非另有说明，否则参数Δi指的是该区域中通过如下等式(2)所定义的相对折射率的平均值。无论是通过设计还是正常制造变化的结果，相对折射率对于径向位置的依赖性可能是倾斜的、弯曲的、或者任意其他方式非恒定的。
如本文所用，“相对折射率”如等式(2)所定义：
Figure GDA0003314753880000071
除非另外说明，否则式中ni是玻璃光纤中径向位置ri处的折射率；以及除非另外说明，否则nref是纯二氧化硅玻璃的折射率。因此，如本文所用，相对折射率百分数是相对于纯二氧化硅玻璃的。除非另有说明，否则，如本文所用的相对折射率用Δ(或“Δ”)或者Δ％(或“Δ％”)表示，其数值的单位是“％”。相对折射率也可以表示为Δ(r)或Δ(r)％。
光纤的一个区域的平均相对折射率(Δ平均)由等式(3)决定：
Figure GDA0003314753880000072
式中，r内是该区域的内半径，r外是该区域的外半径，以及Δ(r)是该区域的相对折射率。
术语“α-分布”或者“α分布”指的是相对折射率分布Δ(r)，其具有等式(4)所限定的函数形式：
Figure GDA0003314753880000073
式中，ro是Δ(r)为最大值时的径向位置，Δ(r0)>0，rz>r0是Δ(r)减小到它最小值时的径向位置，以及r的范围是ri≤r≤rf，其中，ri是α-分布的起始径向位置，rf是α-分布的最终径向位置，以及α是实数。在本文中，α-分布的Δ(r0)可以被称作Δ最大值，或者当指的是光纤的具体区域i时，称作Δi,最大值。当光纤纤芯区域的相对折射率分布用α-分布描述时，且r0位于中心线(r＝0)以及rz对应纤芯区域的外半径r1并且Δ1(r1)＝0，等式(3)简化为等式(5)：
Figure GDA0003314753880000074
当纤芯区域具有等式(5)所描述的折射率时，可以通过如下方式从测得的相对折射率分布确定外半径r1。最大相对折射率Δ1最大值、α和外半径r1est的估算值是通过测得的相对折射率分布的检查得到的，并且用于产生r＝-r1est与r＝r1est之间的试探函数Δ试探。理想化的相对折射率如图5所示，并且纤芯由α-分布描述的代表性玻璃光纤的实际测得的相对折射率分布如图7-9所示。采用Nelder-Mead算法(Nelder,John A和R.Mead，“A simplexmethod for function minimization(函数最小化的归一化方法)”，计算机期刊，7:308-313(1965))，对0.1r1est与0.95r1est之间的范围上的数值最小化处理来得到试探函数与测量分布(Δ测量)的差异的平方之和(X2＝Σ(Δ试探-Δ测量)2)，从而确定Δ1最大值、α和r1。
“凹陷体积”定义如下：
Figure GDA0003314753880000081
式中，r凹陷，内是折射率分布的凹陷区域的内半径，r凹陷，外是折射率分布的凹陷区域的外半径，Δ凹陷(r)是折射率分布的凹陷区域的相对折射率，以及r是光纤中的径向位置。凹陷体积是绝对值并且是正数，在本文中表述的单位如下：％Δ微米2、％Δ-微米2、％Δ-μm2或％Δμm2，这些单位在本文中可互换使用。凹陷区域在本文中也被称作凹槽折射率包层区域，并且凹陷体积在本文中也被称作V3。
除非另外说明，否则在本文中，将“色散”称作“分散”，光纤的色散是材料色散、波导色散和模间色散之和。对于单模波导光纤，模间色散为零。双模体质中的色散值假设模间色散的色散值为零。零色散波长(λ0)是色散值等于零的波长。色散斜率表示色散相对于波长的变化率。
本文公开的光纤可以包括：纤芯区域，围绕了纤芯区域的包层区域，以及围绕了包层区域的涂层。纤芯区域和包层区域是玻璃。包层区域包括多个区域。所述多个包层区域优选是同心区域。包层区域包括内包层区域、凹槽折射率包层区域和外包层区域。内包层区域围绕且与纤芯区域直接相邻。凹槽折射率区域围绕且与内包层区域直接相邻。外包层区域围绕且与外包层区域直接相邻。凹槽折射率区域的相对折射率低于内包层和外包层区域。凹槽折射率包层区域在本文中也可以称作凹陷或者凹陷区域。内包层区域的相对折射率可以小于、等于、或者大于外包层区域的相对折射率。凹槽折射率包层区域可以起到降低弯曲损耗和微弯曲敏感性的作用。纤芯区域、内包层区域、凹槽折射率包层区域和外包层区域也分别被称作纤芯、包层、内包层、凹槽折射率包层和外包层。
如本文任何地方所用的那样，径向位置r1和相对折射率Δ1或Δ1(r)涉及的是纤芯区域，径向位置r2和相对折射率Δ2或Δ2(r)涉及的是内包层区域，径向位置r3和相对折射率Δ3或Δ3(r)涉及的是凹槽折射率包层区域，径向位置r4和相对折射率Δ4或Δ4(r)涉及的是外包层区域，径向位置r5涉及的是初级涂层，径向位置r6涉及的是次级涂层，以及径向位置r7涉及的是任选的第三级涂层。
相对折射率Δ1(r)具有最大值Δ1最大值和最小值Δ1最小值。相对折射率Δ2(r)具有最大值Δ2最大值和最小值Δ2最小值。相对折射率Δ3(r)具有最大值Δ3最大值和最小值Δ3最小值。相对折射率Δ4(r)具有最大值Δ4最大值和最小值Δ4最小值。在相对折射率在区域上是恒定或者近似恒定的实施方式中，相对折射率的最大值和最小值是相等或者近似相等的。除非另有说明，否则如果对于区域的相对折射率记录的是单值的话，则该单值对应于该区域的平均值。
要理解的是，中心纤芯区域是基本圆柱形形状，以及围绕的内包层区域、凹槽折射率包层区域、外包层区域、初级涂层和次级涂层是基本环状形状。环状区域可以用内半径和外半径进行表征。在本文中，径向位置r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7涉及的分别是纤芯、内包层、凹槽折射率包层、外包层、初级涂层、次级涂层和第三级涂层的最外半径。在没有第三级涂层的实施方式中，半径r6还对应于光纤的外半径。当存在第三级涂层时，半径r7对应于光纤的外半径。
当两个区域相互直接相邻时，两个区域中靠内那个的外半径与两个区域中靠外那个的内半径是一致的。例如，光纤包括凹槽折射率包层区域，其被外包层区域围绕且直接相邻。半径r3对应凹槽折射率包层区域的外半径和外包层区域的内半径。相对折射率分布还包括凹槽折射率包层区域，其围绕且与内包层区域直接相邻。径向位置r2对应内包层区域的外半径和凹槽折射率包层区域的内半径。类似地，径向位置r1对应于纤芯区域的外半径和内包层区域的内半径。
以下术语适用于如下实施方式，其中，相对折射率分布包括：内包层区域，其围绕且与纤芯直接相邻；凹槽折射率包层区域，其围绕且与内包层区域直接相邻；外包层区域，其围绕且与凹槽折射率区域直接相邻；初级涂层，其围绕且与外包层区域直接相邻；以及次级涂层，其围绕且与初级涂层直接相邻。径向位置r2与径向位置r1之差在本文被称作内包层区域的厚度。径向位置r3与径向位置r2之差在本文被称作凹槽折射率包层区域的厚度。径向位置r4与径向位置r3之差在本文被称作外包层区域的厚度。径向位置r5与径向位置r4之差在本文被称作初级涂层的厚度。径向位置r6与径向位置r5之差在本文被称作次级涂层的厚度。
如下文进一步详述，纤芯区域、内包层区域、凹槽折射率包层区域和外包层区域的相对折射率可以是不同的。这些区域可以分别由经过掺杂或者未经掺杂的二氧化硅玻璃形成。可以采用本领域技术人员已知的技术，通过结合正掺杂剂或负掺杂剂，结合的水平设计成提供目标折射率或折射率分布，从而完成相对于未经掺杂的二氧化硅玻璃的折射率的变化。正掺杂剂是增加了玻璃相对于未掺杂的玻璃组合物的折射率的掺杂剂。负掺杂剂是降低了玻璃相对于未掺杂的玻璃组合物的折射率的掺杂剂。在一个实施方式中，未经掺杂的玻璃是二氧化硅玻璃。当未掺杂的玻璃是二氧化硅玻璃时，正掺杂剂包括Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb、和Ta，以及负掺杂剂包括F和B。可以通过不掺杂或者在区域的厚度上以均匀的浓度进行掺杂，来形成恒定折射率的区域。通过掺杂剂在区域厚度上的非均匀空间分布和/或通过在不同区域中结合不同掺杂剂，来形成折射率变化的区域。还可以通过在二氧化硅玻璃中结合空穴来完成负掺杂。空穴对应于填充了空气或其他气体(例如，N2、Ar、SO2、CO2、Kr、O2)的局部区域和/或长度小于玻璃光纤全长的真空空间。优选地，空穴沿着玻璃光纤的长度是随机分布或者非周期性分布。
一个实施方式涉及光纤。光纤包括被涂层围绕的玻璃光纤。图1以横截面示意图显示光纤的例子。光纤10包括被初级涂层16和次级涂层18环绕的玻璃光纤11。下面提供了对于玻璃光纤11、初级涂层16和次级涂层18的进一步描述。
图2显示光纤带30。光纤带30包括多个光纤20和包封所述多个光纤的基质32。光纤20包括：纤芯区域、包层区域、初级涂层和次级涂层，如上文所述。如上文所述，光纤20还可以包括第三级涂层。次级涂层可以包含颜料。光纤20以基本平面和平行关系相互对准。通过任意数种已知构造(例如，边缘粘结的带、薄包封的带、厚包封的带或者多层带)，通过制造光纤带的常规方法，用带基质32将光纤包封在光纤带中。在图2中，光纤带30含有十二(12)根光纤20；但是，对于本领域技术人员应该是显而易见的：可以使用任意数量的光纤20(例如，2根或更多根)来形成布置成用于特定用途的光纤带30。带基质32的拉伸性质类似于次级涂层的拉伸性质，并且可以通过与用于制备次级涂层相同、相似或者不同的组合物形成。
图3显示光纤光缆40。光缆40包括被夹套42围绕的多根光纤20。光纤20可以以致密或疏松的方式封装成被夹套42的内表面44包封的导管。夹套42中所放入的光纤的数量被称作光纤光缆40的“光纤数”。夹套42通过挤出的聚合物材料形成，并且可以包括聚合物或者其他材料的多层同心层。光纤光缆40可以包括嵌入在夹套42中或者放在被内表面44所限定的导管中的一个或多个强化元件(未示出)。强化元件包括比夹套42更为刚性的光纤或棒。强化元件由金属、编织钢、玻璃强化塑料、纤维玻璃或者其他合适材料制造。光纤光缆40可以包括被夹套42所围绕的其他层(例如，保护层、防潮层、撕裂线等)。光纤光缆40可以具有绞合松套管芯或其他光纤光缆构造。
玻璃光纤。玻璃光纤11包括纤芯区域12和包层区域14，这是本领域技术人员所熟知的。纤芯12的折射率高于包层区域14，以及玻璃光纤11起到波导的作用。
优选的玻璃光纤是渐变折射率玻璃光纤，其具有纤芯，所述纤芯的折射率随着相对于玻璃光纤中心的距离而变化。渐变折射率玻璃光纤的一个例子是具有纤芯区域的玻璃光纤，所述纤芯区域的相对折射率分布具有如上文等式(4)所限定的α-分布。在优选的实施方式中，渐变折射率玻璃光纤在纤芯区域中的相对折射率在玻璃光纤的中心线与纤芯区域的外半径r1之间是连续变化的。还优选渐变折射率玻璃光纤的相对折射率在靠近玻璃光纤的中心线处高于靠近纤芯区域的外半径r1处。
本文所述的光纤包括：被内包层区域围绕的纤芯，围绕内包层区域的凹槽折射率包层区域，围绕凹槽折射率包层区域的外包层区域，围绕外包层区域的初级涂层，以及围绕初级涂层的次级涂层。内包层区域与纤芯直接相邻，凹槽折射率包层区域与内包层区域直接相邻，外包层区域与凹槽折射率包层区域直接相邻，初级涂层与外包层区域直接相邻，以及次级涂层与初级涂层直接相邻。
如图4所示是光纤的示意性横截面图。在图4中，光纤46包括：纤芯区域48、包层区域50、初级涂层56和次级涂层58。包层区域50包括：内包层区域51、凹槽折射率包层区域53、和外包层区域55。第三级层(例如，墨层)任选地围绕或者与次级涂层直接相邻。
如图5所示是玻璃光纤的代表性相对折射率分布。图5显示玻璃光纤60的矩形凹陷分布，所述玻璃光纤60具有：纤芯区域(1)，其具有外半径r1和相对折射率Δ1，所述相对折射率Δ1具有最大相对折射率Δ1最大值；内包层区域(2)，其从径向位置r1延伸到径向位置r2并且具有相对折射率Δ2；凹槽折射率包层区域(3)，其从径向位置r2延伸到径向位置r3并且具有相对折射率Δ3；以及外包层区域(4)，其从径向位置r3延伸到径向位置r4并且具有相对折射率Δ4。在图5的分布中，凹槽折射率包层区域(3)可以在本文中被称作凹陷并且具有恒定或者平均的相对折射率，该折射率小于内包层区域(2)和外包层区域(4)的相对折射率。纤芯区域(1)在分布中具有最高平均和最大相对折射率。纤芯区域(1)可以在中心线或者靠近中心线处具有较低折射率区域(现有技术中已知为“中心线下沉”)(未示出)。
在图5的相对折射率分布中，玻璃光纤的纤芯区域(1)具有如α-分布所描述的渐变折射率相对折射率分布。α-分布的径向位置r0(对应于Δ1最大值)对应于光纤的中心线(r＝0)，而α-分布的径向位置rz对应于纤芯半径r1。在具有中心线下沉的实施方式中，径向位置r0略微偏离光纤的中心线。在另一个实施方式中，纤芯区域(1)具有并非如α-分布所限定的渐变式相对折射率分布。在一些实施方式中，在远离中心线的径向方向上，相对折射率Δ1持续减小。在其他实施方式中，相对折射率Δ1在中心线与r1之间的一些径向位置上变化，并且在中心线与r1之间的其他径向位置上还包括恒定或者近似恒定数值。
在图5中，从内包层区域(2)到凹槽折射率包层区域(3)的过渡区域62以及从凹槽折射率包层区域(3)到外包层区域(4)的过渡区域64显示为阶梯状变化。要理解的是，阶梯状变化是理想化的，在实践中，过渡区域62和/或过渡区域64可能不是如图5所示的严格垂直的情况。相反地，过渡区域62和/或过渡区域64可以具有斜率或者曲率。当过渡区域62和/或过渡区域64不是垂直的情况时，凹槽折射率包层区域(3)的内半径r2和外半径r3分别对应过渡区域62和64的中点。中点对应凹槽折射率包层区域(3)的深度67的一半处。
在如图5所示的相对折射率分布中的相对折射率Δ1、Δ2、Δ3和Δ4的相对次序满足如下条件：Δ1最大值>Δ4>Δ3且Δ1最大值>Δ2>Δ3。Δ2和Δ4的值可以相等或者一个比另一个大，但是Δ2和Δ4都在Δ1最大值与Δ3之间。
纤芯区域包括二氧化硅玻璃。纤芯区域的二氧化硅玻璃是未掺杂的二氧化硅玻璃、正掺杂的二氧化硅玻璃和/或负掺杂的二氧化硅玻璃。正掺杂的二氧化硅玻璃包括掺杂了GeO2、Al2O3、P2O5或者卤素(例如，Cl、Br)的二氧化硅玻璃。负掺杂二氧化硅玻璃包括掺杂了F的二氧化硅玻璃。在一些实施方式中，纤芯区域共掺杂了F以及以下一种或多种：GeO2、Al2O3和P2O5。纤芯中的Cl或Br的浓度是如下范围：0.5重量％至6.0重量％，或者1.0重量％至5.5重量％，或者1.5重量％至5.0重量％，或者2.0重量％至4.5重量％，或者2.5重量％至4.0重量％。
在一些实施方式中，纤芯区域包含正掺杂剂和负掺杂剂，其中，正掺杂剂的浓度在中心线(r＝0)处最高且在纤芯半径r1处最低，而负掺杂剂的浓度在中心线(r＝0)处最低且在纤芯半径r1处最高。在此类实施方式中，相对折射率Δ1会在靠近中心线(r＝0)具有正值，并降低到纤芯半径r1处的负值。对于多掺杂纤芯区域，GeO2是优选的正掺杂剂，而F是优选的负掺杂剂。
在一些实施方式中，玻璃光纤的纤芯的相对折射率通过α-分布描述，α值是如下范围：1.70至2.50，或者1.80至2.40，或者1.90至2.30，或者1.90至2.20，或者1.90至2.10，或者1.95至2.25，或者2.00至2.20，或者1.95至2.05，或者2.05至2.15。
半径r1定义为在从中心线(r＝0)开始径向位置增加的方向上，相对折射率Δ1从Δ1最大值减小到0.0％的径向位置。纤芯区域的半径r1是如下范围：15.0μm至35.0μm，或者17.5μm至32.5μm，或者17.5μm至27.5μm，或者17.5μm至22.5μm，或者20.0μm至30.0μm，或者22.5μm至27.5μm，或者23.0μm至27.0μm，或者23.5μm至26.5μm。
纤芯区域的最大相对折射率Δ1最大值是如下范围：0.50％至1.40％，或者0.60％至1.30％，或者0.70％至1.20％，或者0.80％至1.10％。纤芯区域的相对折射率Δ1是如下范围：-0.20％至1.40％，或者-0.10％至1.30％，或者-0.05％至1.20％。
内包层区域包括：未掺杂的二氧化硅玻璃、正掺杂的二氧化硅玻璃或者负掺杂的二氧化硅玻璃。正掺杂的二氧化硅玻璃包括掺杂了GeO2、Al2O3、P2O5或者卤素(例如，Cl、Br)的二氧化硅玻璃。负掺杂的二氧化硅玻璃包括掺杂了F的二氧化硅玻璃和具有空穴的二氧化硅玻璃。如果掺杂了正掺杂剂，则内包层区域中的正掺杂剂的平均浓度小于纤芯区域中的正掺杂剂的平均浓度。如果掺杂了负掺杂剂，则内包层区域中的负掺杂剂的平均浓度大于纤芯区域中的负掺杂剂的平均浓度。
内包层区域的相对折射率Δ2或者Δ2最大值是如下范围：-0.20％至0.20％，或者-0.15％至0.15％，或者-0.10％至0.10％，或者-0.05％至0.05％。相对折射率Δ2优选是恒定的或者近似恒定的。Δ1最大值-Δ2之差(或者Δ1最大值-Δ2最大值之差)是：大于0.80％，或者大于0.90％，或者大于1.00％，或者0.80％至1.20％的范围，或者0.90％至1.10％的范围。
内包层区域的半径r2是如下范围：15.5μm至38.0μm，或者18.0μm至35.5μm，或者18.0μm至30.5μm，或者18.0μm至25.5μm，或者20.5μm至33.0μm，或者23.0μm至30.5μm，或者23.5μm至30.0μm，或者24.0μm至29.5μm。内包层区域的厚度r2-r1是如下范围：0.3μm至3.0μm，或者0.5μm至2.5μm，或者0.5μm至2.0μm。
凹槽折射率包层区域包括负掺杂的二氧化硅玻璃。优选的负掺杂剂是F。F的浓度是如下范围：0.30重量％至2.50重量％，或者0.60重量％至2.25重量％，或者0.90重量％至2.00重量％。
相对折射率Δ3或Δ3最小值是如下范围：-0.10％至-0.80％，或者-0.20％至-0.70％，或者-0.30％至-0.60％。相对折射率Δ3优选是恒定的或者近似恒定的。Δ1最大值-Δ3之差(或者Δ1最大值-Δ3最小值之差，或者Δ1-Δ3之差，或者Δ1-Δ3最小值)是：大于0.90％、或者大于1.10％、或者大于1.30％，或者0.90％至1.80％的范围，或者1.00％至1.60％的范围。Δ2-Δ3之差(或者Δ2-Δ3最小值之差，或者Δ2最大值-Δ3之差，或者Δ2最大值-Δ3最小值)是：大于0.10％、或者大于0.30％、或者大于0.50％，或者0.10％至0.80％的范围，或者0.30％至0.60％的范围。
凹槽折射率包层区域的内半径是r2，并且具有上文规定的值。凹槽折射率包层区域的外半径r3是如下范围：16.0μm至48.0μm，或者18.5μm至45.5μm，或者18.5μm至40.5μm，或者21.0μm至43.0μm，或者23.5μm至40.5μm，或者23.5μm至35.5μm，或者24.0μm至40.0μm，或者24.5μm至39.5μm。凹槽折射率包层区域的厚度r3-r2是如下范围：0.5μm至10.0μm，或者1.0μm至8.0μm，或者1.5μm至7.0μm，或者2.0μm至6.0μm。
外包层区域的相对折射率Δ4或者Δ4最大值是如下范围：-0.20％至0.20％，或者-0.15％至0.15％，或者-0.10％至0.10％，或者-0.05％至0.05％。相对折射率Δ4优选是恒定的或者近似恒定的。Δ4-Δ3之差(或者Δ4-Δ3最小值之差，或者Δ4最大值-Δ3之差，或者Δ4最大值-Δ3最小值)是：大于0.10％、或者大于0.30％、或者大于0.50％，或者0.10％至0.80％的范围，或者0.30％至0.60％的范围。
外包层区域的内半径是r3，并且具有上文规定的值。外半径r4对应于或者接近对应于标准玻璃光纤的直径，并且通过采用如下文所述的涂料组合物的初级涂层和/或次级涂层的厚度降低来实现整体光纤直径的下降。在这个实施方式中，外半径r4是：大于或等于60.0μm，或者大于或等于62.5μm，或者大于或等于65.0μm，60.0μm至65.0μm，或者约为62.5μm。
具有如本文所述的玻璃光纤和涂层的多模光纤在850nm处具有如下数值孔径：大于0.160，或者大于0.180，或者大于0.200，或者大于0.220，或者大于0.240，或者大于0.260，或者0.160至0.240，或者0.170至0.230，或者0.180至0.220，或者0.185至0.215。在850nm波长处，采用如TIA SP3-2839-URV2 FOTP-177 IEC-60793-1-43，题为“MeasurementMethods and Test Procedures–Numerical Aperture(测量方法和测试方案：数值孔径)”所述的方法来测量数值孔径。
具有如本文所公开的玻璃光纤和涂层的多模光纤的一些实施方式具有通过OTDR所测得的850nm处的如下衰减：小于10.0dB/km，或者小于8.0dB/km，小于6.0dB/km，小于5.0dB/km，或者小于4.0dB/km，或者甚至小于3.5dB/km。具有如本文所公开的玻璃光纤的多模光纤的其他实施方式具有通过OTDR所测得的850nm处的如下衰减：小于3.0dB/km，小于2.5dB/km，小于2.4dB/km，或者小于2.3dB/km。具有如本文所公开的玻璃光纤的多模光纤的其他实施方式具有通过OTDR所测得的1300nm处的如下衰减：小于8.0dB/km，或者小于6.0dB/km，小于4.0dB/km，小于2.0dB/km，或者小于1.5dB/km。具有如本文所公开的玻璃光纤的多模光纤的其他实施方式具有通过OTDR所测得的1300nm处的如下衰减：小于1.0dB/km，小于0.8dB/km，小于0.7dB/km，或者小于0.6dB/km。具有如本文所公开的玻璃光纤的多模光纤的其他实施方式具有通过OTDR所测得的820至1600nm波长范围上的如下衰减：小于8.0dB/km，小于6.0dB/km，小于5.0dB/km，小于4.0dB/km，或者小于3.0dB/km，或者小于2.5dB/km。
多模光纤具有850nm处的如下最小EMB：大于2000MHz-km，或者大于4000MHz-km，或者大于4700MHz-km，或者大于6000MHz-km，或者大于8000MHz-km，或者大于10000MHz-km，或者2000MHz-km至13000MHz-km，或者3000MHz-km至10000MHz-km，或者4000MHz-km–8000MHz-km，或者4700MHz-km–8000MHz-km。
多模光纤具有980nm处的如下最小EMB：大于2000MHz-km，或者大于4000MHz-km，或者大于4700MHz-km，或者大于6000MHz-km，或者大于8000MHz-km，或者大于10000MHz-km，或者2000MHz-km至13000MHz-km，或者3000MHz-km至10000MHz-km，或者4000MHz-km–8000MHz-km，或者4700MHz-km–8000MHz-km。
多模光纤具有1060nm处的如下最小EMB：大于2000MHz-km，或者大于4000MHz-km，或者大于4700MHz-km，或者大于6000MHz-km，或者大于8000MHz-km，或者大于10000MHz-km，或者2000MHz-km至13000MHz-km，或者3000MHz-km至10000MHz-km，或者4000MHz-km–8000MHz-km，或者4700MHz-km–8000MHz-km。
涂层。光穿过光纤的传递系数高度取决于施涂到玻璃光纤的涂层的性质。涂层通常包括初级涂层和次级涂层，其中，次级涂层围绕初级涂层，以及初级涂层接触玻璃光纤(其包括被包层区域围绕的中心纤芯区域)。在典型构造中，初级涂层与玻璃光纤直接接触，而次级涂层与初级涂层直接接触。次级涂层是比初级涂层更硬的材料(更高的杨氏模量)，并且设计成用来保护玻璃光纤免受光纤的加工、搬运和安装过程中的磨损或外部作用力所导致的损坏。初级涂层是比次级涂层软的材料(低杨氏模量)，并且设计成用于缓冲或消散由于施加到次级涂层的外表面的作用力所导致的应力。初级涂层中的应力消散使得应力衰减，并且使得抵达玻璃光纤的应力最小化。初级涂层对于当布置成光缆时光纤所遭遇的微弯曲所引起的应力消散是特别重要的。需要使得传递到玻璃光纤的微弯曲应力最小化，因为微弯曲应力产生了玻璃光纤的折射率分布中的局部扰动。局部折射率扰动导致传输通过玻璃光纤的光的强度损失。通过消散掉应力，初级涂层使得由于微弯曲所导致的强度损失最小化。
多模光纤包括本文所公开的玻璃光纤以及初级涂层和次级涂层。初级涂层围绕并直接接触玻璃光纤，而次级涂层围绕并直接接触初级涂层。任选的第三级层(例如，墨层)围绕并直接接触次级涂层。
优选地，初级涂层的折射率高于玻璃光纤的包层区域，从而允许其将错误的光信号从纤芯区域剥离。初级涂层应当在热老化和水解老化过程中保持与玻璃光纤充分的粘附，但是出于拼接目的又是能够从玻璃光纤剥离的。
通常通过向玻璃光纤施涂作为粘性液体的可固化涂料组合物并固化形成初级和次级涂层。光纤还可以包括围绕次级涂层的第三级涂层。第三级涂层可以包括：颜料、墨或者其他着色剂，出于识别鉴定目的来对光纤进行标记，并且通常杨氏模量类似于次级涂层的杨氏模量。
涉及本文所述的涂层和涂料组合物使用如下术语。
本文所述的涂层由可固化涂料组合物形成。可固化涂料组合物包含一种或多种可固化组分。如本文所用，术语“可固化”旨在表示当暴露于合适的固化能量时，组分包括一种或多种能够形成共价键的可固化官能团，所述共价键参与将组分连接到其自身或涂料组合物的其它组分。通过对可固化涂料组合物进行固化所得到的产物在本文中被称作组合物的固化产物或者涂层。固化产物优选是聚合物。通过能量来诱发固化过程。能量的形式包括辐射能或者热能。在优选的实施方式中，通过辐射进行固化，其中，辐射指的是电磁辐射。在本文中，将辐射诱发的固化称作辐射固化或光固化。可辐射固化组分是当以足够长的时间段暴露于合适强度的合适波长的辐射下时，可以被诱发进行光化学固化反应的组分。合适的波长包括电磁谱中的红外部分、可见光部分或者紫外部分。辐射固化反应优选在存在光引发剂的情况下进行。可辐射固化组分也可以是可热固化的。类似地，可热固化组分是当以足够长的时间段暴露于足够强度的热能时可以被诱发进行固化反应的组分。可热固化组分也可以是可辐射固化的。
可固化组分包括一个或多个可固化官能团。仅具有一个可固化官能团的可固化组分在本文中被称为单官能可固化组分。具有两个或更多个可固化官能团的可固化组分在本文中被称为多官能可固化组分。多官能可固化组分包括在固化过程中能够形成共价键的两个或更多个官能团，并且能将交联引入在固化过程中形成的聚合物网络中。多官能可固化组分在本文中也可以被称为“交联剂”或“可固化交联剂”。可固化组分包括可固化单体和可固化低聚物。在固化过程中参与共价键形成的官能团的例子在下文中被标识。
术语“(甲基)丙烯酸酯”表示甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯与丙烯酸酯的组合。
杨氏模量、％拉伸和撕裂强度的数值指的是通过本文所述方案的测量条件下确定的数值。
初级涂层-组成。初级涂层是可固化初级涂料组合物的固化产品。可固化初级涂料组合物提供了用于光纤的初级涂层，其展现出低的杨氏模量、低的拔出力和强的内聚力。可固化初级涂料组合物还实现了形成初级涂层，所述初级涂层的特征是可以被干净地剥离以及对于剥离操作过程中缺陷形成的高抗性。低的拔出力有助于初级涂层的干净剥离，具有最少量的残留物；而当其经受剥离力时，强的内聚力抑制了在初级涂层中引发和传播缺陷。初级涂层甚至在厚度减小的情况下展现出这些优点。
初级涂层是可辐射固化初级涂料组合物的固化产物，其包含低聚物、单体、光引发剂以及任选的添加剂。以下公开内容描述了：用于可辐射固化初级涂料组合物的低聚物，含有所述低聚物中的至少一种的可辐射固化初级涂料组合物，包含所述低聚合物中的至少一种的可辐射固化初级涂料组合物的固化产物，涂覆了含有所述低聚合物中的至少一种的可辐射固化初级涂料组合物的玻璃光纤，以及涂覆了含有所述低聚合物中的至少一种的可辐射固化初级涂料组合物的固化产物的玻璃光纤。
低聚物优选包括聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和二加合物化合物。在一个实施方式中，聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物具有直链分子结构。在一个实施方式中，由二异氰酸酯化合物、多元醇化合物与羟基丙烯酸酯化合物之间的反应形成低聚物，其中，该反应产了聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物作为初级产物(主要产物)和二加合物化合物作为副产物(次要产物)。在二异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团与多元醇的醇基团反应之后，反应形成了氨基甲酸酯连接键。羟基丙烯酸酯化合物反应使得由于二异氰酸酯化合物与多元醇化合物的反应形成的组合物中存在的残留异氰酸酯基团猝灭。如本文所用，术语“猝灭”指的是异氰酸酯基团通过与羟基丙烯酸酯化合物的羟基的化学反应发生转化。用羟基丙烯酸酯化合物对残留异氰酸酯基团进行猝灭将端基异氰酸酯基团转化为端基丙烯酸酯基团。
优选的二异氰酸酯化合物通过化学式(I)表示：
O＝C＝N-R1-N＝C-O (I)
其包括被连接基团R1分开的两个端基异氰酸酯基团。在一个实施方式中，连接基团R1包括亚烷基基团。连接基团R1的亚烷基基团是直链(例如，亚甲基或亚乙基)、支链(例如，异亚丙基)或者环状(例如，环亚己基、亚苯基)。环状基团是芳族或者不是芳族。在一些实施方式中，连接基团R1是4,4'-亚甲基二(环己基)基团，以及二异氰酸酯化合物是4,4'-亚甲基二(环己基异氰酸酯)。在一些实施方式中，连接基团R1不含芳基，或者不含亚苯基，或者不含氧代亚苯基。
多元醇通过分子式(II)表示：
Figure GDA0003314753880000181
式中，R2包括亚烷基基团，-O-R2-是重复的亚烷氧基基团，以及x是整数。优选地，x大于20，或者大于40，或者大于50，或者大于75，或者大于100，或者大于125，或者大于150，或者是20至500，或者是20至300，或者是30至250，或者是40至200，或者是60至180，或者是70至160，或者是80至140。R2优选是直链或支链亚烷基基团，例如亚甲基、亚乙基、亚丙基(正亚丙基、异亚丙基或其组合)或者亚丁基(正亚丁基、异亚丁基、仲亚丁基、叔亚丁基或其组合)。多元醇可以是聚环氧烷，例如聚环氧乙烷或者聚亚烷基二醇，例如聚丙二醇。聚丙二醇是优选的多元醇。多元醇的分子量是：大于1000g/摩尔，或者大于2500g/摩尔，或者大于5000g/摩尔，或者大于7500g/摩尔，或者大于10000g/摩尔，或者1000g/摩尔至20000g/摩尔，或者2000g/摩尔至15000g/摩尔，或者2500g/摩尔至12500g/摩尔，或者2500g/摩尔至10000g/摩尔，或者3000g/摩尔至7500g/摩尔，或者3000g/摩尔至6000g/摩尔，或者3500g/摩尔至5500g/摩尔。在一些实施方式中，多元醇是多分散的，并且包括跨越一定分子量范围的分子，从而全体分子结合起来以提供上文所规定的数均分子量。
多元醇的不饱和度是：小于0.25meq/g，或者小于0.15meq/g，或者小于0.10meq/g，或者小于0.08meq/g，或者小于0.06meq/g，或者小于0.04meq/g，或者小于0.02meq/g，或者小于0.01meq/g，或者小于0.005meq/g，或者0.001meq/g至0.15meq/g，或者0.005meq/g至0.10meq/g，或者0.01meq/g至0.10meq/g，或者0.01meq/g至0.05meq/g，或者0.02meq/g至0.10meq/g，或者0.02meq/g至0.05meq/g。如本文所用，不饱和度指的是通过ASTM D4671-16记录的标准方法确定的数值。在该方法中，多元醇与甲醇溶液中的乙酸汞和甲醇反应，以产生乙酰氧基汞甲氧基化合物和乙酸。多元醇与乙酸汞的反应是等摩尔的，以及通过含醇氢氧化钾的滴定来确定释放的乙酸量，从而提供本文所用的不饱和度的测量。为了防止过量乙酸汞对于乙酸滴定的干扰，添加溴化钠将乙酸汞转化为溴化物。
形成低聚物的反应还包括添加羟基丙烯酸酯化合物，从而与未反应的起始材料(例如，二异氰酸酯化合物)中存在的端基异氰酸酯基团或者二异氰酸酯化合物与多元醇的反应中形成的产物(例如，具有端基异氰酸酯基团的氨基甲酸酯化合物)进行反应。羟基丙烯酸酯化合物与端基异氰酸酯基团反应从而为低聚物的一个或多个组分提供端基丙烯酸酯基团。在一些实施方式中，存在的羟基丙烯酸酯化合物超过将端基异氰酸酯基团完全转化为端基丙烯酸酯基团所需的量。低聚物包括单种聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物或者两种或更多种聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物的组合。
羟基丙烯酸酯化合物通过分子式(III)表示：
Figure GDA0003314753880000201
式中，R3包括亚烷基基团。R3的亚烷基基团是直链(例如，亚甲基或亚乙基)、支链(例如，异亚丙基)或者环状(例如，亚苯基)。在一些实施方式中，羟基丙烯酸酯化合物包括丙烯酸酯基团的烯键式不饱和基团的取代。烯键式不饱和基团的取代基包括烷基基团。具有经取代的烯键式不饱和基团的羟基丙烯酸酯化合物的一个例子是羟基甲基丙烯酸酯化合物。如下讨论对羟基丙烯酸酯化合物进行描述。但是，应理解的是，该讨论适用于经过取代的羟基丙烯酸酯化合物并且具体来说适用于羟基甲基丙烯酸酯化合物。
在不同实施方式中，羟基丙烯酸酯化合物是羟基烷基丙烯酸酯，例如2-羟基乙基丙烯酸酯。羟基丙烯酸酯化合物可以包含残留水平或更高水平的水。在羟基丙烯酸酯化合物中存在水可以有助于异氰酸酯基团的反应以减少最终反应组合物中未反应的异氰酸酯基团的浓度。在各种实施方式中，羟基丙烯酸酯化合物的水含量是：至少300ppm，或者至少600ppm，或者至少1000ppm，或者至少1500ppm，或者至少2000ppm，或者至少2500ppm。
在前述的示例性分子式(I)、II)和(III)中，基团R1、R2和R3独立地是如下情况：全部相同的，全部不同的，或者包括两个相同的基团和一个不同的基团。
二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇同时结合和反应，或者(以任意顺序)依次结合和反应。在一个实施方式中，通过二异氰酸酯化合物与羟基丙烯酸酯化合物的反应以及使得所得到的产物组合物与多元醇反应，来形成低聚物。在另一个实施方式中，通过二异氰酸酯化合物与多元醇化合物的反应以及使得所得到的产物组合物与羟基丙烯酸酯化合物反应，来形成低聚物。
从二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇的反应形成低聚物，其中，反应过程中，二异氰酸酯化合物-羟基丙烯酸酯化合物-多元醇的摩尔比是n:m:p，n、m和p在本文中分别指的是二异氰酸酯、羟基丙烯酸酯和多元醇的摩尔数或者摩尔比例。摩尔数n、m和p是正整数，或者是正的非整数的数字。在实施方式中，当p是2.0时，n是如下范围：3.0至5.0，或者3.2至4.8，或者3.4至4.6，或者3.5至4.4，或者3.6至4.2，或者3.7至4.0；以及m是如下范围：1.5至4.0，或者1.6至3.6，或者1.7至3.2，或者1.8至2.8，或者1.9至2.4。对于p的值是2.0之外的情况，摩尔比n:m:p是成比例缩放。例如，摩尔比n:m:p＝4.0:3.0:2.0相当于摩尔比n:m:p＝2.0:1.5:1.0。
可以对摩尔数字m进行选择，从而提供的羟基丙烯酸酯化合物的量与未反应的异氰酸酯基团发生化学计量比反应，所述未反应的异氰酸酯基团存在于用于形成低聚物的二异氰酸酯化合物与多元醇的反应形成的产物组合物中。异氰酸酯基团可以存在于未反应的二异氰酸酯化合物(未反应的起始材料)中，或者存在于二异氰酸酯化合物与多元醇的反应形成的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯化合物中。或者，可以对摩尔数字m进行选择，从而提供的羟基丙烯酸酯化合物的量超过与任何未反应的异氰酸酯基团发生化学计量比反应所需的量，所述未反应的异氰酸酯基团存在于二异氰酸酯化合物与多元醇的反应形成的产物组合物中。作为单等分试样(single aliquot)或多等分试样(multiple aliquots)添加羟基丙烯酸酯化合物。在一个实施方式中，羟基丙烯酸酯的初始等分式样包含在用于形成低聚物的反应混合物中，以及可以对形成的产物组合物进行测试是否存在未反应的异氰酸酯基团(例如，使用FTIR谱来检测是否存在异氰酸酯基团)。可以向产物组合物添加额外的羟基丙烯酸酯化合物的等分试样，从而与未反应的异氰酸酯基团发生化学计量比反应(随着羟基丙烯酸酯化合物对异氰酸酯基团进行转化，采用例如FTIR谱来监测特性异氰酸酯频率(例如，处于2260cm-1至2270cm-1)的降低)。在替代实施方式中，添加的羟基丙烯酸酯化合物的等分试样超过与未反应的异氰酸酯基团进行化学计量比反应所需的量。如下文更详细描述，对于给定的p值，摩尔数字m与摩尔数字n的比例对于低聚物中存在的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和二加合物化合物的相对比例具有影响，以及聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和二加合物化合物的相对比例的差异导致从低聚物形成的涂层的撕裂强度和/或临界应力的差异。
在一个实施方式中，从反应混合物形成低聚物，所述反应混合物包含：4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、2-羟基乙基丙烯酸酯和聚丙二醇，它们具有如上文所规定的摩尔比n:m:p，其中，聚丙二醇的数均分子量是如下范围：2500g/摩尔至6500g/摩尔，或者3000g/摩尔至6000g/摩尔，或者3500g/摩尔至5500g/摩尔。
低聚物包含两种组分。第一组分是具有如下分子式(IV)的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物：
Figure GDA0003314753880000221
以及第二组分是具有如下分子式(V)的二加合物化合物：
Figure GDA0003314753880000222
式中，基团R1、R2、R3和整数x如上文所述，y是正整数，并且要理解的是，分子式(IV)和(V)中的基团R1与分子式(I)中的基团R1是相同的，分子式(IV)中的基团R2与分子式(II)中的基团R2是相同的，以及分子式(IV)和(V)中的基团R3与分子式(III)中的基团R3是相同的。二加合物化合物对应于通过分子式(I)的二异氰酸酯化合物的两个端基异氰酸酯基团与分子式(II)的羟基丙烯酸酯化合物的反应形成的化合物，其中，二异氰酸酯化合物没有经过与分子式(II)的多元醇的反应。
通过用于形成低聚物的反应过程中的二异氰酸酯化合物与羟基丙烯酸酯化合物的反应形成二加合物化合物。或者，二加合物化合物的形成不依赖于用于形成低聚物的反应，并且被添加到用于形成聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物的反应的产物，或者被添加到纯化形式的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物。羟基丙烯酸酯化合物的羟基基团与二异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团反应，以提供端基丙烯酸酯基团。在二异氰酸酯化合物的每个异氰酸酯基团发生反应，以形成二加合物化合物。低聚物中存在的二加合物化合物的量是：至少1.0重量％，或者至少1.5重量％，或者至少2.0重量％，或者至少2.25重量％，或者至少2.5重量％，或者至少3.0重量％，或者至少3.5重量％，或者至少4.0重量％，或者至少4.5重量％，或者至少5.0重量％，或者至少7.0重量％，或者至少9.0重量％，或者1.0重量％至10.0重量％，或者2.0重量％至9.0重量％，或者2.5重量％至6.0重量％，或者3.0重量％至8.0重量％，或者3.0重量％至5.0重量％，或者3.0重量％至5.5重量％，或者3.5重量％至5.0重量％，或者3.5重量％至7.0重量％。要注意的是，二加合物的浓度表述为低聚物的重量％，而不是涂料组合物的重量％。
根据本公开内容的用于合成低聚物的示意性反应包括：二异氰酸酯化合物(4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)，其在本文中也被称作H12MDI)与多元醇(Mn约4000g/摩尔的聚丙二醇，其在本文中也被称作PPG4000)的反应，以形成具有化学式(VI)的聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯化合物：
H12MDI～PPG4000～H12MDI～PPG4000～H12MDI (VI)
式中，“～”指的是通过H12MDI的端基异氰酸酯基团与PPG4000的端基醇基团反应形成的氨基甲酸酯连接键；以及～H12MDI、～H12MDI～和～PPG4000～指的是反应之后留下的H12MDI和PPG400的残基；以及Mn指的是数均分子量。聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯化合物具有～(H12MDI～PPG4000)～类型的重复单元。所示的具体聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯包含2个PPG4000单元。反应还可以提供具有1个PPG4000单元或者3个或更多个PPG4000单元的产物。聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯和任意未反应的H12MDI包含端基异氰酸酯基团。根据本公开内容，在反应中包含羟基丙烯酸酯化合物(例如，2-羟基乙基丙烯酸酯，本文称作HEA)，从而与端基异氰酸酯基团反应将它们转化为端基丙烯酸酯基团。将端基异氰酸酯基团转化为端基丙烯酸酯基团实现了异氰酸酯基团的猝灭。包含在反应中的HEA的量可以是与未反应的异氰酸酯基团的预期浓度发生化学计量比反应的估算量，或者这个量可以超过预期化学计量比的量。HEA与聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯化合物反应形成具有化学式(VII)的聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物：
HEA～H12MDI～PPG4000～H12MDI～PPG4000～H12MDI (VII)
和/或具有化学式(VIII)的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物：
HEA～H12MDI～PPG4000～H12MDI～PPG4000～H12MDI～HEA(VIII)
以及HEA与未反应的H12MDI的反应形成具有化学式(IX)的二加合物化合物：
HEA～H12MDI～HEA (IX)
式中，如上文那样，～表示氨基甲酸酯连接键，以及～HEA表示在反应形成氨基甲酸酯连接键之后留下的HEA残基(对于化学式(IV)和(V)是一致的)。在产物组合物中的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物与二加合物化合物的组合构成了根据本公开内容的低聚物。如下文更详细描述，当在涂料组合物中使用一种或多种低聚物时，涂层具有改善的撕裂强度和临界应力特性结果。具体来说，证实具有高比例的二加合物化合物的低聚物提供了具有高撕裂强度和/或高临界应力值的涂层。
虽然出于示意性显示了H12MDI、HEA和PPG4000的组合，但是前述反应可以被一般化至二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇的任意组合，其中，羟基丙烯酸酯化合物与端基异氰酸酯基团反应以形成端基丙烯酸酯基团，以及其中，异氰酸酯基团与多元醇或羟基丙烯酸酯化合物的醇基团的反应形成氨基甲酸酯连接键。
低聚物包含：具有化学式(X)的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物的化合物：
(羟基丙烯酸酯)～(二异氰酸酯～多元醇)x～二异氰酸酯～(羟基丙烯酸酯)(X)
以及具有化学式(XI)的二加合物化合物的化合物：
(羟基丙烯酸酯)～二异氰酸酯～(羟基丙烯酸酯) (XI)
式中，用于形成低聚物的反应中的二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇的相对比例对应于上文所揭示的摩尔数n、m和p。
例如，上文分子式(I)和(II)所表示的化合物反应形成分子式(XII)所表示的聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯化合物：
Figure GDA0003314753880000241
式中，y与化学式(IV)中的y相同，并且是1或2或3或4或更高；以及x由多元醇的重复单元的数字所决定(如上文所述)。
分子式(VI)的聚醚氨基甲酸酯异氰酸酯与分子式(III)的羟基丙烯酸酯的进一步反应提供了上文被称作分子式(IV)所表示的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物，并且重复如下：
Figure GDA0003314753880000242
式中，y是1或2或3或4或更高；以及x由多元醇的重复单元的数字所决定(如上文所述)。
在实施方式中，二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物与多元醇之间的反应得到y不同的一系列的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物，从而在最终反应混合物中存在的化合物分布上的y的平均值不是整数。在实施方式中，分子式(VI)和(IV)的聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯和聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯的y的平均值对应于p或p-1(其中，p如上文所定义)。在实施方式中，分子式(XII)和(IV)的聚醚氨基甲酸酯二异氰酸酯和聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯中存在的R1基团的平均数对应于n(其中，n如上文所定义)。
反应中产生的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯与二加合物化合物的相对比例通过改变摩尔数字n、m和p的摩尔比进行控制。举例来说，考虑p＝2.0的情况。在完全反应的理论极限中，二当量p的多元醇会与三当量n的二异氰酸酯反应以形成具有分子式(VI)的化合物(其中，y＝2)。化合物包含两个端基异氰酸酯基团，其可以通过以理论极限后续添加二当量m的羟基丙烯酸酯化合物猝灭，以形成y＝2的对应的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物(IV)。对于这种情况，限定了n:m:p＝3.0:2.0:2.0的理论摩尔比。
在前述示例性理论极限中，二异氰酸酯、羟基丙烯酸酯和多元醇以理论摩尔比n:m:p＝3.0:2.0:2.0进行反应提供了分子式(IV)的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物(其中，y＝2)而没有形成二加合物化合物。改变摩尔数字n、m和p，提供了对于反应中形成的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯和二加合物的相对比例的控制。例如，相对于摩尔数字m或摩尔数字p增加摩尔数字n，这可以增加反应中形成的二加合物化合物的量。例如，二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物与多元醇化合物以摩尔比n:m:p进行反应(其中，n是3.0至5.0，m是2n-4(±15％之内)或者2n-4(±10％之内)或者2n-4(±5％之内)，以及p是2.0)，这产生了低聚物中的二加合物化合物的量足以实现优选的初级涂层性质。例如，在n＝4.0，m是2n-4(±15％之内)以及p＝2.0的实施方式中，这意味着n＝4.0，m是4的±15％之内，以及p＝2.0，这意味着n＝4.0，m是3.4至4.6，以及p＝2.0。
通过改变摩尔数字n、m和p，获得了二加合物与聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯的相对比例的变化，并且通过此类变化，可以对从包含低聚物的涂料组合物形成的涂层的杨氏模量、原位模量、撕裂强度、临界应力、拉伸韧性和其他机械性质进行精确控制。在一个实施方式，能够通过改变聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物中的多元醇单元的数字(例如，p＝2.0与p＝3.0与p＝4.0)实现对性质的控制。在另一个实施方式中，通过改变聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物与二加合物的比例来实现对撕裂强度、拉伸韧性和其他机械性质的控制。对于具有给定数字的多元醇单元的聚醚氨基甲酸酯化合物，可以制备具有变化的二加合物化合物比例的低聚物。可以对二加合物化合物的比例的变化进行精细控制，从而提供基于具有固定的多元醇单元的数字的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物的低聚物，其提供的涂层具有撕裂强度、临界应力、拉伸韧性或者其他机械性质的精确值或者目标值。
当采用结合了包含分子式(IV)表示的聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物和分子式(V)表示的二加合物化合物的低聚物的涂料组合物时，得到改进的光纤初级涂层结果，其中，低聚合物中的二加合物化合物的浓度是：至少1.0重量％，或者至少1.5重量％，或者至少2.0重量％，或者至少2.25重量％，或者至少2.5重量％，或者至少3.0重量％，或者至少3.5重量％，或者至少4.0重量％，或者至少4.5重量％，或者至少5.0重量％，或者至少7.0重量％或者至少9.0重量％，或者1.0重量％至10.0重量％，或者2.0重量％至9.0重量％，或者3.0重量％至8.0重量％，或者3.5重量％至7.0重量％或者2.5重量％至6.0重量％，或者3.0重量％至5.5重量％，或者3.5重量％至5.0重量％。要注意的是，二加合物的浓度表述为低聚物的重量％，而不是涂料组合物的重量％。在一个实施方式中，通过改变二异氰酸酯：羟基丙烯酸酯：多元醇的摩尔比n:m:p来增加二加合物化合物的浓度。在一个方面中，相对于多元醇更富含二异氰酸酯的摩尔比n:m:p有助于形成二加合物化合物。
在上文所述的示例性化学计量比n:m:p＝3:2:2中，进行的反应具有p当量多元醇，n＝p+1当量二异氰酸酯，和2当量羟基丙烯酸酯。如果摩尔数字n超过p+1，则相对于多元醇化合物的量，存在的二异氰酸酯化合物的量超过形成分子式(IV)的聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯所需的情况。存在过量的二异氰酸酯使得反应产物分布朝向增强二加合物化合物的形成偏移。
为了促进从过量二异氰酸酯化合物形成二加合物化合物，还可以增加羟基丙烯酸酯的量。对于高于化学计量摩尔数字n＝p+1的每当量二异氰酸酯，需要二当量的羟基丙烯酸酯来形成二加合物化合物。在任意摩尔数字p(多元醇)的情况下，化学计量摩尔数n(二异氰酸酯)和m(羟基丙烯酸酯)分别是p+1和2。随着摩尔数字n增加到高于化学计量值，完成过量二异氰酸酯反应以形成二加合物化合物所需的羟基丙烯酸酯的当量可以表述为m＝2+2[n–(p+1)]，式中，前面那项“2”表示需要封端聚醚氨基甲酸酯丙烯酸酯化合物(分子式(V)的化合物)所需的羟基丙烯酸酯的当量，以及2[n–(p+1)]那项表示将过量的起始二异氰酸酯转化为二加合物化合物所需的羟基丙烯酸酯的当量。如果摩尔数字m的实际值小于这个当量数字，则可用的羟基丙烯酸酯与低聚物上存在的异氰酸酯基团或者二异氰酸酯的自由分子反应以形成端基丙烯酸酯基团。这两种反应途径的相对动力学表明可以对形成的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯和二加合物化合物的相对量以及相对于需要猝灭所有未反应的异氰酸酯基团所需的量的羟基丙烯酸酯的不足进行控制，以进一步影响反应中的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯和二加合物的相对比例。
在一些实施方式中，反应包括对从二异氰酸酯化合物、羟基丙烯酸酯化合物和多元醇形成的反应组合物进行加热。加热通过羟基丙烯酸酯化合物与端基异氰酸酯基团的反应促进了端基异氰酸酯基团转化为端基丙烯酸酯基团。在不同实施方式中，羟基丙烯酸酯化合物在起始反应混合物中以过量存在和/或以任意其他方式可用或者以未反应形式添加，以实现将端基异氰酸酯基团转化为端基丙烯酸酯基团。加热的进行如下：在高于40℃的温度持续至少12小时，或者在高于40℃的温度持续至少18小时，或者在高于40℃的温度持续至少24小时，或者在高于50℃的温度持续至少12小时，或者在高于50℃的温度持续至少18小时，或者在高于50℃的温度持续至少24小时，或者在高于60℃的温度持续至少12小时，或者在高于60℃的温度持续至少18小时，或者在高于60℃的温度持续至少24小时。
在实施方式中，通过向反应混合物添加补充量的羟基丙烯酸酯化合物，来促进聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物上的端基异氰酸酯基团或者起始二异氰酸酯化合物上的端基异氰酸酯基团(未反应的起始量或者以过量存在)转化为端基丙烯酸酯基团。如上文所述，由于例如为了不完全反应或者希望控制聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物与二加合物化合物的相对比例，需要对端基异氰酸酯基团进行猝灭(中和)所需的羟基丙烯酸酯化合物的量可能与理论当量数存在偏差。如上文所述，一旦反应进行至完成或者其他终点，优选对残留的异氰酸酯基团进行猝灭(中和)以提供稳定的反应产物。在实施方式中，添加补充量的羟基丙烯酸酯以实现这个目标。
在实施方式中，补充的羟基丙烯酸酯化合物的量是在起始反应过程中所包含的量之外的。通过例如FTIR谱(例如，采用接近2265cm-1的特征异氰酸酯拉伸模式)，对反应的任意阶段存在的端基异氰酸酯基团进行监测，并且按需添加补充羟基丙烯酸酯化合物，直到异氰酸酯基团的特征拉伸模式强度是可忽略不计或者低于预定阈值。在实施方式中，添加的补充量的羟基丙烯酸酯化合物超过将端基异氰酸酯基团完全转化为端基丙烯酸酯基团所需的量。在不同实施方式中，补充的羟基丙烯酸酯化合物是：包含在起始反应混合物中的(量高于从二异氰酸酯和多元醇的摩尔量预期的理论量)，随着反应过程进行添加，和/或在二异氰酸酯与多元醇化合物反应进行至完成或者预定程度之后添加。
在本文中，将高于完全转化异氰酸酯基团所需的羟基丙烯酸酯化合物的量称作过量的羟基丙烯酸酯化合物。当添加时，过量的羟基丙烯酸酯化合物是：将端基异氰酸酯基团完全转化为端基丙烯酸酯基团所需的补充量的羟基丙烯酸酯化合物的至少20％，或者将端基异氰酸酯基团完全转化为端基丙烯酸酯基团所需的补充量的羟基丙烯酸酯化合物的至少40％，或者将端基异氰酸酯基团完全转化为端基丙烯酸酯基团所需的补充量的羟基丙烯酸酯化合物的至少60％，或者将端基异氰酸酯基团完全转化为端基丙烯酸酯基团所需的补充量的羟基丙烯酸酯化合物的至少90％。
在实施方式中，补充的羟基丙烯酸酯化合物的量可能足以完全或者近乎完全猝灭反应中形成的低聚物中存在的残留异氰酸酯基团。异氰酸酯基团的猝灭是合乎希望的，因为异氰酸酯基团较为不稳定，并且常常随时间的推移发生反应。此类反应改变了反应组合物或者低聚物的特性，并且可能导致由此形成的涂层的非一致性。由起始二异氰酸酯和多元醇化合物形成的不含残留异氰酸酯基团的反应组合物和产物预期具有更高的稳定性和可预测的特性。
初级涂料组合物的低聚物包括如上文所述的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和二加合物化合物。在一些实施方式中，低聚物包括两种或更多种聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物和/或两种或更多种二加合物化合物。初级涂料组合物的低聚物含量包括所述一种或多种聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物与所述一种或多种二加合物化合物的总量，并且是：大于20重量％，或者大于30重量％，或者大于40重量％，或者20重量％至80重量％，或者30重量％至70重量％，或者40重量％至60重量％，其中，低聚物含量中的二加合物化合物的浓度如上文所述。
可固化初级涂料组合物还包含一种或多种单体。对所述一种或多种单体进行选择从而与低聚物相容，来控制初级涂料组合物的粘度以促进加工和/或影响形成为初级涂料组合物的固化产品的涂层的物理或化学性质。单体包括可辐射固化的单体，例如：烯键式不饱和化合物、乙氧基化丙烯酸酯、乙氧基化烷基酚单丙烯酸酯、环氧丙烷丙烯酸酯、n-环氧丙烷丙烯酸酯、环氧异丙烷丙烯酸酯、单官能丙烯酸酯、单官能脂族环氧丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯、多官能脂族环氧丙烯酸酯，及其组合。
代表性的可辐射固化烯键式不饱和单体包括具有一个或多个丙烯酸酯基团或者甲基丙烯酸酯基团的烷氧基化单体。烷氧基化单体是这样一种物质，其包括一个或多个亚烷氧基基团，其中，亚烷氧基基团的形式是-O-R-，以及R是直链或支链亚烷基基团。亚烷氧基基团的例子包括：亚乙氧基(-O-CH2-CH2-)、正亚丙氧基(-O-CH2-CH2-CH2-)、异亚丙氧基(-O-CH2-CH(CH3)-或者-O-CH(CH3)-CH2-)等。如本文所用，烷氧基化程度指的是单体中的亚烷氧基基团的数量。在一个实施方式中，亚烷氧基基团在单体中连续地键合。
在一些实施方式中，初级涂料组合物包含：R4-R5-O-(CH(CH3)CH2-O)q-C(O)CH＝CH2形式的烷氧基化单体，式中，R4和R5是脂族、芳族或者这两种的混合物，以及q＝1至10；或者R4-O-(CH(CH3)CH2-O)q-C(O)CH＝CH2，式中，C(O)是羰基，R1是脂族或芳族，以及q＝1至10。
单体的代表性例子包括：烯键式不饱和单体，例如丙烯酸月桂酯(例如，购自沙多玛有限公司(Sartomer Company,Inc)的SR335、购自巴斯夫公司(BASF)公司的AGEFLEXFA12，以及购自IGM树脂公司(IGM Resins)的PHOTOMER 4812)；乙氧基化壬基酚丙烯酸酯(例如，购自Miwon特种化学品有限公司(Miwon Specialty Chemical Company Ltd.)的M164、购自沙多玛有限公司的SR504，以及购自IGM树脂公司的PHOTOMER 4066)；己内酯丙烯酸酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR495，以及购自陶氏化学品公司(Dow Chemical)的TONE M-100)；丙烯酸苯氧基乙酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR339，购自巴斯夫公司的AGEFLEX PEA，以及购自IGM树脂公司的PHOTOMER 4035)，丙烯酸异辛基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR440，以及购自巴斯夫公司的AGEFLEX FA8)；丙烯酸十三烷基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR489)；丙烯酸异冰片基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR506，以及购自CPS化学品公司(CPS Chemical Co)的AGEFLEX IBOA)；丙烯酸四氢化糠基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR285)；丙烯酸硬脂基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR257)；丙烯酸异癸基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR395，以及购自巴斯夫公司的AGEFLEX FA10)；丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR256)；环氧丙烯酸酯(例如，购自沙多玛有限公司的CN120，以及购自赛泰克工业有限公司的EBECRYL 3201和3604)；丙烯酸月桂氧基缩水甘油基酯(例如，购自沙多玛公司的CN130)；以及丙烯酸苯氧基缩水甘油基酯(例如，购自沙多玛公司的CN131)，及其组合。
在一些实施方式中，初级涂料组合物的单体组分包括多官能(甲基)丙烯酸酯。多官能烯键式不饱和单体包括多官能丙烯酸酯单体和多官能甲基丙烯酸酯单体。多官能丙烯酸酯是每个分子具有两个或更多个可聚合的丙烯酸酯部分或者每个分子具有三个或更多个可聚合的丙烯酸酯部分的丙烯酸酯。多官能(甲基)丙烯酸酯的例子包括：五丙烯酸二季戊四醇单羟基酯(例如，购自IGM树脂公司的PHOTOMER 4399)；烷氧基化和没有烷氧基化的羟甲基丙烷聚丙烯酸酯，例如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(例如，IGM树脂公司的PHOTOMER 4355)；三丙烯酸烷氧基化甘油基酯，例如丙氧基化大于或等于3的三丙烯酸丙氧基化甘油基酯(例如，IGM树脂公司的PHOTOMER 4096)；以及烷氧基化和没有烷氧基化的赤藓醇聚丙烯酸酯，例如季戊四醇四丙烯酸酯(例如，购自宾夕法尼亚州威彻斯特市(Westchester,Pa.)的沙多玛有限公司的SR295)；乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如，沙多玛公司的SR494)；二季戊四醇五丙烯酸酯(例如，IGM树脂公司的PHOTOMER 4399和沙多玛有限公司的SR399)；三丙二醇二丙烯酸酯，丙氧基化己二醇二丙烯酸酯，四丙二醇二丙烯酸酯，五丙二醇二丙烯酸酯，前述那些的甲基丙烯酸酯类似物，及其组合。
在一些实施方式中，初级涂料组合物包含N-乙烯酰胺单体，例如：N-乙烯内酰胺或N-乙烯吡咯烷酮或N-乙烯己内酰胺，其中，涂料组合物中存在的N-乙烯酰胺单体的浓度是：大于1.0重量％，或者大于2.0重量％，或者大于3.0重量％，或者1.0重量％至15.0重量％，或者2.0重量％至10.0重量％，或者3.0重量％至8.0重量％。
在实施方式中，初级涂料组合物包含一种或多种单官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体，它的量是15重量％至90重量％，或者30重量％至75重量％，或者40重量％至65重量％。在另一个实施方式中，初级涂料组合物可以包含一种或多种单官能脂族环氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体，它的量是5重量％至40重量％或者10重量％至30重量％。
在实施方式中，初级涂料组合物的单体组分包括羟基官能单体。羟基官能单体是除了其他反应性官能度(例如(甲基)丙烯酸酯)之外，还具有侧接羟基部分的单体。包含侧接羟基基团的羟基官能单体的例子包括：己内酯丙烯酸酯(购自陶氏化学品公司，TONE M-100)；聚(亚烷基二醇)单(甲基)丙烯酸酯，例如聚(乙二醇)单丙烯酸酯、聚(丙二醇)单丙烯酸酯和聚(丁二醇)单丙烯酸酯(分别购自单体、聚合物和Dajac实验室(Monomer,Polymer&Dajac Labs))；(甲基)丙烯酸2-羟乙基酯、(甲基)丙烯酸3-羟丙基酯和(甲基)丙烯酸4-羟丁基酯(分别购自艾尔德瑞奇公司(Aldrich))。
在实施方式中，羟基官能单体存在的量足以改善初级涂层与光纤的粘附。在涂料组合物中存在的羟基官能单体的量是约0.1重量％至约25重量％，或者约5重量％至约8重量％。使用羟基官能单体可以降低使初级涂层与光纤充分粘附所需的粘合促进剂的量。使用羟基官能单体还可以倾向于增加涂层的亲水性。羟基官能单体参见美国专利第6,563,996号更详细的描述，其全文通过引用结合入本文。
在不同实施方式中，初级涂料组合物的单体总含量是约15重量％至约90重量％，或者约30重量％至约75重量％，或者约40重量％至约65重量％。
除了可固化单体和可固化低聚物以外，可固化的初级涂料组合物还包含聚合引发剂。聚合引发剂促进了与初级涂料组合物的固化相关的聚合过程的引发，以形成涂层。聚合引发剂包括热引发剂、化学引发剂、电子束引发剂和光引发剂。光引发剂包括酮类光引发剂和/或氧化膦光引发剂。当用于涂料组合物的固化时，光引发剂的存在量足以提供快速辐射固化。
代表性的光引发剂包括：1-羟基环己基苯基酮(例如，购自巴斯夫公司的IRGACURE184)；二(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基膦氧化物(例如，购自巴斯夫公司的商用掺混物IRGACURE 1800、1850和1700)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如，购自巴斯夫公司的IRGACURE 651)；二(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物(IRGACURE 819)；(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基膦氧化物(购自德国慕尼黑巴斯夫公司的LUCIRIN TPO)；乙氧基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物(购自巴斯夫公司的LUCIRIN TPO-L)；及其组合。
涂料组合物包含单种光引发剂或者两种或更多种光引发剂的组合。涂料组合物的光引发剂的总含量最高至约10重量％，或者是约0.5重量％至约6重量％。
可固化的初级涂料组合物任选地包括一种或多种添加剂。添加剂包括：粘合促进剂、强度添加剂、抗氧化剂、催化剂、稳定剂、光学增亮剂、性质强化添加剂、胺协合剂、蜡、润滑剂和/或顺滑剂。一些添加剂具有控制聚合过程的作用，从而影响由涂料组合物形成的聚合产物的物理性质(例如模量、玻璃转化温度)。其它添加剂影响初级涂料组合物的固化产物的完整性(例如保护其免受解聚或氧化劣化)。
粘合促进剂是促进初级涂层和/或初级组合物与玻璃(例如，玻璃光纤的包层部分)的粘附的化合物。合适的粘合促进剂包括烷氧基硅烷、巯基官能硅烷、有机钛酸盐和锆酸盐。代表性的粘合促进剂包括：巯基烷基硅烷或者巯基烷氧基硅烷，例如3-巯基丙基-三烷氧基硅烷(例如购自宾夕法尼亚州塔利镇的格勒斯特公司(Gelest(Tullytown,Pa.))的3-巯基丙基-三甲氧基硅烷)；二(三烷氧基甲硅烷基-乙基)苯；丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷(例如，购自格勒斯特公司的(3-丙烯酰氧基丙基)-三甲氧基硅烷)；甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷、二(三烷氧基甲硅烷基乙基)己烷、烯丙基三烷氧基硅烷、苯乙烯基乙基三烷氧基硅烷和二(三甲氧基甲硅烷基乙基)苯(购自宾夕法尼亚州布里斯托尔的联合化学品科技公司(United Chemical Technologies(Bristol,Pa.))；参见美国专利第6,316,516号，其全文通过引用结合入本文。
初级涂料组合物中存在的粘合促进剂的量是：0.02重量％至10.0重量％，或者0.05重量％至4.0重量％，或者0.1重量％至4.0重量％，或者0.1重量％至3.0重量％，或者0.1重量％至2.0重量％，或者0.1重量％至1.0重量％，或者0.5重量％至4.0重量％，或者0.5重量％至3.0重量％，或者0.5重量％至2.0重量％，或者0.5重量％至1.0重量％。
代表性的抗氧化剂是硫代二亚乙基二[3-(3,5-二叔丁基)-4-羟基-苯基)丙酸酯(例如，购自巴斯夫公司的IRGANOX 1035)。在一些方面中，涂料组合物中存在的抗氧化剂的量是：大于0.25重量％，或者大于0.50重量％，或者大于0.75重量％，或者大于1.0重量％，或者0.25重量％至3.0重量％，或者0.50重量％至2.0重量％，或者0.75重量％至1.5重量％。
代表性的光学增亮剂包括TINOPAL OB(购自巴斯夫公司)；Blankophor KLA(购自拜耳公司(Bayer))；双苯并噁唑化合物；苯基香豆素化合物；以及二(苯乙烯基)二苯基化合物。在实施方式中，涂料组合物中存在的光学增亮剂的浓度是0.005重量％至0.3重量％。
代表性的胺协合剂包括：三乙醇胺、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABCO)、三乙基胺和甲基二乙醇胺。在实施方式中，胺协合剂存在的浓度是0.02重量％至0.5重量％。
初级涂层-性质。初级涂层的相关性质包括：半径、厚度、杨氏模量和原位模量。
初级涂层的半径r5是：小于或等于85.0μm，或者小于或等于80.0μm，或者小于或等于75.0μm，或者小于或等于70.0μm，或者小于或等于65.0μm，或者小于或等于60.0μm，或者小于或等于55.0μm，或者小于或等于50.0μm，或者47.5μm至85.0μm，或者50.0μm至80.0μm，或者55.0μm至75.0μm，或者75.0μm至85.0μm，或者77.5μm至82.5μm，或者57.5μm至67.5μm，或者60.0μm至65.0μm，或者47.5μm至52.5。
为了有助于光纤直径的减小，优选使得初级涂层的厚度r5-r4最小化。初级涂层的厚度r5-r4是：小于或等于30.0μm，或者小于或等于25.0μm，或者小于或等于20.0μm，或者小于或等于15.0μm，或者小于或等于10.0μm，或者7.5μm至30.0μm，或者10.0μm至30.0μm，或者12.5μm至27.5μm，或者12.5μm至25.0μm，或者15.0μm至30.0μm，或者15.0μm至27.5μm，或者15.0μm至25.0μm，或者15.0μm至20.0μm，或者20.0μm至35.0μm，或者7.5μm至12.5μm。
在一些实施方式中，光纤包括半径r4是60.0μm至65.0μm的光纤以及半径r5是如下情况的初级涂层：小于或等于90.0μm，或者小于或等于85.0μm，或者小于或等于80.0μm，或者小于或等于75.0μm，或者75.0μm至85.0μm，或者77.5μm至82.5μm。
在一些实施方式中，光纤包括半径r4是60.0μm至65.0μm的光纤以及厚度r5-r4是如下情况的初级涂层：小于或等于30.0μm，或者小于或等于25.0μm，或者小于或等于20.0μm，或者10.0μm至30.0μm，或者12.5μm至27.5μm，或者12.5μm至25.0μm，或者15.0μm至30.0μm，或者15.0μm至27.5μm，或者15.0μm至20.0μm。
为了有助于对于玻璃光纤的有效应力缓冲和保护，优选初级涂层具有低的杨氏模量和/或低的原位模量。初级涂层的杨氏模量是：小于或等于0.7MPa，或者小于或等于0.6MPa，或者小于或等于0.5MPa，或者小于或等于0.4MPa，或者0.1MPa至0.7MPa，或者0.3MPa至0.6MPa。初级涂层的原位模量是：小于或等于0.30MPa，或者小于或等于0.25MPa，或者小于或等于0.20MPa，或者小于或等于0.15MPa，或者小于或等于0.10MPa，或者0.05MPa至0.25MPa，或者0.10MPa至0.20MPa。
次级涂层-组成。次级层是可固化次级涂料组合物的固化产物，所述次级涂料组合物包含单体、光引发剂以及任选的添加剂。在优选实施方式中，次级涂层和可固化的次级涂料组合物是不含氨基甲酸酯的。本公开内容描述了可辐射固化的次级涂料组合物、可辐射固化的次级涂料组合物的固化产品、涂覆了可辐射固化的次级涂料组合物的光纤、以及涂覆了可辐射固化的次级涂料组合物的固化产品的光纤。
作为可辐射固化的次级涂料组合物的固化产品形成次级涂层，所述可辐射固化的次级涂料组合物包含单体组分与一种或多种单体。单体优选包括烯键式不饱和化合物。所述一种或多种单体存在的量是：50重量％或更大，或者约60重量％至约99重量％，或者约75重量％至约99重量％，或者约80重量％至约99重量％，或者约85重量％至约99重量％。在优选实施方式中，单体组分中没有单体包含氨基甲酸酯连接键。
单体包括官能团，所述官能团是可聚合基团和/或促进或实现交联的基团。单体是单官能单体或者多官能单体。在两种或更多种单体的组合中，组成单体是单官能单体、多官能单体或者单官能单体和多官能单体的组合。在一个实施方式中，可固化次级涂料组合物的单体组分包括烯键式不饱和单体。烯键式不饱和单体的合适官能团包括但不限于，(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺、N-乙烯基酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、乙烯基酯、酸酯，及其组合。
用于可固化的次级涂料组合物的示例性单官能烯键式不饱和单体包括但不限于：丙烯酸羟烷基酯，例如2-羟乙基-丙烯酸酯、2-羟丙基-丙烯酸酯和2-羟丁基-丙烯酸酯；长链和短链丙烯酸烷基酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十一烷基酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八烷基酯和丙烯酸硬脂基酯；丙烯酸氨基烷基酯，例如丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸二乙基氨基乙基酯和丙烯酸7-氨基-3,7-二甲基辛基酯；丙烯酸烷氧基烷基酯，例如丙烯酸丁氧基乙基酯、丙烯酸苯氧基乙基酯(例如，购自沙多玛有限公司的SR339)和丙烯酸乙氧基乙氧基乙基酯；单环和多环的环状芳族或非芳族丙烯酸酯，例如丙烯酸环己基酯、丙烯酸苄基酯、双环戊二烯丙烯酸酯、丙烯酸二环戊烷酯(dicyclopentanyl acrylate)、丙烯酸三环癸烷酯、丙烯酸保米磷酯(bomyl acrylate)、丙烯酸异冰片酯(例如，SR423，沙多玛有限公司)、丙烯酸四氢糠基酯(例如，SR285，沙多玛有限公司)、己内酯丙烯酸酯(例如，SR495，沙多玛有限公司)和丙烯酰吗啉；基于醇的丙烯酸酯，例如聚乙二醇单丙烯酸酯、聚丙二醇单丙烯酸酯、甲氧基乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、乙氧基二乙二醇丙烯酸酯，以及各种烷氧基化的烷基酚丙烯酸酯，例如乙氧基化(4)壬基酚丙烯酸酯(例如，Photomer 4066，IGM树脂公司)；丙烯酰胺，例如双丙酮丙烯酰胺、异丁氧基甲基丙烯酰胺、N,N’-二甲基-氨基丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N二乙基丙烯酰胺和叔辛基丙烯酰胺；乙烯基化合物，例如N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基己内酰胺；以及酸酯，例如马来酸酯和富马酸酯。对于上文所列的长链和短链烷基丙烯酸酯，短链烷基丙烯酸酯是具有小于或等于6个碳的烷基，以及长链烷基丙烯酸酯是具有大于或等于7个碳的烷基。
其他代表性的可辐射固化烯键式不饱和单体包括具有一个或多个丙烯酸酯基团或者甲基丙烯酸酯基团的烷氧基化单体。烷氧基化单体是这样一种物质，其包括一个或多个亚烷氧基基团，其中，亚烷氧基基团的形式是-O-R-，以及R是线性或支化烃。亚烷氧基基团的例子包括：亚乙氧基(-O-CH2-CH2-)、正亚丙氧基(-O-CH2-CH2-CH2-)、异亚丙氧基(-O-CH2-CH(CH3)-)等。
如本文所用，烷氧基化程度指的是在单体分子中，亚烷氧基基团的数量除以丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯基团的数量。对于单官能烷氧基化单体，烷氧基化程度对应于单体分子中的亚烷氧基基团的数量。在优选实施方式中，单官能烷氧基化单体的亚烷氧基基团连续地键合。对于双官能烷氧基化单体，烷氧基化程度对应于单体分子中的亚烷氧基基团的数量的一半。在优选实施方式中，在双官能烷氧基化单体中的亚烷氧基基团在两个基团的每一个中连续地键合，其中，这两个基团被化学键分开并且每个基团包含分子中一半或者大约一半数量的亚烷氧基基团。对于三官能烷氧基化单体，烷氧基化程度对应于单体分子中的亚烷氧基基团的数量的三分之一。在优选实施方式中，在三官能烷氧基化单体中的亚烷氧基基团在三个基团中连续地键合，其中，这三个基团被化学键分开并且每个基团包含分子中三分之一或者大约三分之一数量的亚烷氧基基团。
用于可固化的次级涂料组合物的代表性的多官能烯键式不包含单体包括但不限于：烷氧基化双酚A二丙烯酸酯，例如：乙氧基化双酚A二丙烯酸酯；以及烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，例如：乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，烷氧基化程度是：2或更大，或者4或更大，或者6或更大，或者小于16或者小于12，或者小于8，或者小于5，或者2至16，或者2至12，或者2至8，或者2至4，或者3至12，或者3至8，或者3至5，或者4至12，或者4至10，或者4至8。
可固化次级涂料组合物的多官能烯键式不包含单体包括：乙氧基化程度是2至16的乙氧基化双酚A二丙烯酸酯(例如，购自宾夕法尼亚州西切斯特市(West Chester,Pa.)沙多玛有限公司的SR349、SR601和SR602，以及购自IGM树脂公司的Photomer 4028)，或者丙氧基化程度大于或等于2(例如2至约16或者3-10)的丙氧基化双酚A二丙烯酸酯；烷氧基化和没有烷氧基化的羟甲基丙烷聚丙烯酸酯，例如烷氧基化或乙氧基化程度大于或等于2(例如2至16)的烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或者乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，Photomer 4149，IGM树脂公司，以及SR499，沙多玛有限公司)；丙氧基化程度大于或等于2(例如2至16)的丙氧基化-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，Photomer 4072，IGM树脂公司，以及SR492，沙多玛公司)；二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(例如，Photomer 4355，IGM树脂公司)；烷氧基化甘油基三丙烯酸酯，例如丙氧基化程度大于或等于2(例如，2至16)的丙氧基化甘油基三丙烯酸酯(例如，Photomer 4096，IGM树脂公司，以及SR9020，沙多玛公司)；烷氧基化和没有烷氧基化的赤藓醇聚丙烯酸酯，例如季戊四醇四丙烯酸酯(例如，购自宾夕法尼亚州西切斯特市沙多玛有限公司的SR295)，乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，沙多玛有限公司)和二季戊四醇五丙烯酸酯(例如，Photomer 4399，IGM树脂公司，以及SR399，沙多玛有限公司)；通过合适官能的异氰脲酸酯与丙烯酸或丙烯酰氯反应形成的异氰脲酸酯聚丙烯酸酯，例如：三-(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯(例如，SR368，沙多玛有限公司)和三-(2-羟乙基)异氰脲酸酯二丙烯酸酯；烷氧基化和没有烷氧基化的醇聚丙烯酸酯，例如三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯(例如，CD406，沙多玛有限公司)和乙氧基化程度大于或等于2(例如2至16)的乙氧基化聚乙二醇二丙烯酸酯；通过双酚A二缩水甘油醚等与丙烯酸酯的加合形成的环氧丙烯酸酯(例如，Photomer 3016，IGM树脂公司)；以及单环和多环环状芳族或非芳族聚丙烯酸酯，例如二环戊二烯二丙烯酸酯和二环戊烷二丙烯酸酯。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物包含具有三个或更多个可固化官能团的多官能单体，包含的量是：大于2.0重量％，或者大于5.0重量％，或者大于7.5重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者大于20重量％，或者2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，所述三个或更多个可固化官能团中的每一个是丙烯酸酯基团。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物包含三官能单体，包含的量是：大于2.0重量％，或者大于5.0重量％，或者大于7.5重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者大于20重量％，或者2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，三官能单体是三丙烯酸酯单体。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物包含双官能单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含三官能单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，双官能单体是二丙烯酸酯单体以及三官能单体是三丙烯酸酯单体。优选的二丙烯酸酯单体包括烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。优选的三丙烯酸酯单体包括烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异氰脲酸酯三丙烯酸酯。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物不含单官能单体并且包含双官能单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含三官能单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，双官能单体是二丙烯酸酯单体以及三官能单体是三丙烯酸酯单体。优选的二丙烯酸酯单体包括烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。优选的三丙烯酸酯单体包括烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异氰脲酸酯三丙烯酸酯。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物包含两种或更多种双官能单体，包含的总量是：大于70重量％，或者大于75重量％，或者大于80重量％，或者大于85重量％，或者70重量％至95重量％，或者75重量％至90重量％；以及还包含三官能单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，双官能单体是二丙烯酸酯单体以及三官能单体是三丙烯酸酯单体。优选的二丙烯酸酯单体包括烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。优选的三丙烯酸酯单体包括烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异氰脲酸酯三丙烯酸酯。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物不含单官能单体并且包含两种或更多种双官能单体，包含的总量是：大于70重量％，或者大于75重量％，或者大于80重量％，或者大于85重量％，或者70重量％至95重量％，或者75重量％至90重量％；以及还包含三官能单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，双官能单体是二丙烯酸酯单体以及三官能单体是三丙烯酸酯单体。优选的二丙烯酸酯单体包括烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。优选的三丙烯酸酯单体包括烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异氰脲酸酯三丙烯酸酯。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物包含两种或更多种双官能单体，包含的总量是：大于70重量％，或者大于75重量％，或者大于80重量％，或者大于85重量％，或者70重量％至95重量％，或者75重量％至90重量％；以及还包含两种或更多种三官能单体，包含的总量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，所述两种或更多种双官能单体分别是二丙烯酸酯单体，以及所述两种或更多种三官能单体分别是三丙烯酸酯单体。优选的二丙烯酸酯单体包括烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。优选的三丙烯酸酯单体包括烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异氰脲酸酯三丙烯酸酯。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一些实施方式中，可固化的次级涂料组合物不含单官能单体并且包含两种或更多种双官能单体，包含的总量是：大于70重量％，或者大于75重量％，或者大于80重量％，或者大于85重量％，或者70重量％至95重量％，或者75重量％至90重量％；以及还包含两种或更多种三官能单体，包含的总量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。在优选实施方式中，双官能单体分别是二丙烯酸酯单体，以及三官能单体分别是三丙烯酸酯单体。优选的二丙烯酸酯单体包括烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。优选的三丙烯酸酯单体包括烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异氰脲酸酯三丙烯酸酯。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
优选的双官能单体是烷氧基化双酚A二丙烯酸酯。烷氧基化双酚A二丙烯酸酯具有如下通式(XIII)：
Figure GDA0003314753880000391
式中，R1和R2是亚烷基基团，R1-O和R2-O是亚烷氧基基团，以及R3是H。基团R1、R2和R3中的任意两个是相同或不同的。在一个实施方式中，基团R1和R2是相同的。基团R1和R2中的碳数分别是1至8，或者2至6，或者2至4。烷氧基化程度是1/2(x+y)。x和y的值是相同或不同的。在一个实施方式中，x和y是相同的。
优选的三官能单体是烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯具有如下通式(XIV)：
Figure GDA0003314753880000401
式中，R1和R2是亚烷基基团，O-R1、O-R2和O-R3是亚烷氧基基团。基团R1、R2和R3中的任意两个是相同或不同的。在一个实施方式中，基团R1、R2和R3是相同的。基团R1、R2和R3中的碳数分别是1至8，或者2至6，或者2至4。烷氧基化程度是1/3(x+y+z)。x、y和z中的任意两个的数值是相同或不同的。在一个实施方式中，x、y和z是相同的。
另一种优选的三官能单体是三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯。三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯也被称作三[n-羟烷基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯。代表性的三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯是三[2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯，其具有如下通式(XV)：
Figure GDA0003314753880000402
在式(III)中，亚乙基连接键(-CH2-CH2-)将每个丙烯酰氧基基团连接到异氰脲酸酯环的氮。在三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯的其他实施方式中，亚烷基连接键(而不是亚乙基)将丙烯酰氧基基团键合到异氰脲酸酯环的氮原子。这三个亚烷基连接键中的任意两个亚烷基连接键是相同或不同的。在一个实施方式中，这三个亚烷基连接键是相同的。亚烷基连接键中的每一个的碳数范围是1至8，或者2至6，或者2至4。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％；以及还包含三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯单体，包含的量是：2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含烷氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
在一个实施方式中，可固化的次级组合物包含双酚A环氧二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于5.0重量％，或者大于10重量％，或者大于15重量％，或者5.0重量％至20重量％或者8重量％至17重量％，或者10重量％至15重量％；以及还包含乙氧基化双酚A二丙烯酸酯单体，包含的量是：大于55重量％，或者大于60重量％，或者大于65重量％，或者大于70重量％，或者55重量％至80重量％，或者60重量％至75重量％，以及还包含三(2-羟乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯单体，包含的量是2.0重量％至25重量％，或者5.0重量％至20重量％，或者8.0重量％至15重量％。优选地，可固化的次级涂料组合物不含具有如下烷氧基化程度的烷氧基化双酚A二丙烯酸酯：大于17，或者大于20，或者大于25，或者15至40，或者20至35。
代表性的光引发剂包括：1-羟基环己基苯基酮(例如，购自巴斯夫公司的IRGACURE184)；二(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基膦氧化物(例如，购自巴斯夫公司的商用掺混物IRGACURE 1800、1850和1700)；2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如，购自巴斯夫公司的IRGACURE 651)；二(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物(IRGACURE 819)；(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基膦氧化物(购自德国慕尼黑巴斯夫公司的LUCIRIN TPO)；乙氧基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦氧化物(购自巴斯夫公司的LUCIRIN TPO-L)；及其组合。
可固化的次级涂料组合物包含单种光引发剂或者两种或更多种光引发剂的组合。可固化的次级涂料组合物的光引发剂的总含量最高至约10重量％，或者约0.5重量％至约6重量％。
任选的添加剂包括：强度添加剂、抗氧化剂、催化剂、稳定剂、光学增亮剂、性质强化添加剂、胺协合剂、蜡、润滑剂和/或顺滑剂。一些添加剂具有控制聚合过程的作用，从而影响由涂料组合物形成的聚合产物的物理性质(例如模量、玻璃转化温度)。其它添加剂影响可固化的次级涂料组合物的固化产物的完整性(例如保护其免受解聚或氧化劣化)。
代表性的抗氧化剂是硫代二亚乙基二[3-(3,5-二叔丁基)-4-羟基-苯基)丙酸酯(例如，购自巴斯夫公司的IRGANOX 1035)。在一些方面中，可固化的次级涂料组合物中存在的抗氧化剂的量是：大于0.25重量％，或者大于0.50重量％，或者大于0.75重量％，或者大于1.0重量％，或者0.25重量％至3.0重量％，或者0.50重量％至2.0重量％，或者0.75重量％至1.5重量％。
代表性的光学增亮剂包括TINOPAL OB(购自巴斯夫公司)；Blankophor KLA(购自拜耳公司(Bayer))；双苯并噁唑化合物；苯基香豆素化合物；以及二(苯乙烯基)二苯基化合物。在实施方式中，可固化的次级涂料组合物中存在的光学增亮剂的浓度是0.005重量％至0.3重量％。
代表性的胺协合剂包括：三乙醇胺、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABCO)、三乙基胺和甲基二乙醇胺。在实施方式中，胺协合剂存在的浓度是0.02重量％至0.5重量％。
次级涂层-性质。次级涂层的相关性质包括：半径、厚度、杨氏模量、拉伸强度、屈服强度、屈服拉伸、玻璃转化温度和耐穿刺性。
次级涂层的半径r6是：小于或等于110.0μm，或者小于或等于100.0μm，或者小于或等于90.0μm，或者小于或等于85.0μm，或者小于或等于80.0μm，或者小于或等于75.0μm，或者小于或等于70.0μm，或者小于或等于65.0μm，或者小于或等于62.5μm，或者62.5μm至110.0μm，或者72.5μm至100.0μm，或者75.0μm至90.0μm，或者95.0μm至105.0μm，或者75.0μm至85.0μm，或者62.5μm至67.5μm。
为了有助于光纤直径的减小，优选使得次级涂层的厚度r6-r5最小化。次级涂层的厚度r6-r5是：小于或等于30.0μm，或者小于或等于25.0μm，或者小于或等于20.0μm，或者小于或等于15.0μm，或者小于或等于10.0μm，或者7.5μm至30.0μm，或者10.0μm至30.0μm，或者10.0μm至20.0μm，或者10.0μm至15.0μm，或者12.5μm至27.5μm，或者12.5μm至25.0μm，或者12.5μm至22.5μm，或者15.0μm至30.0μm，或者15.0μm至27.5μm，或者15.0μm至25.0μm。
在一些实施方式中，光纤包括：半径r4的范围是60.0μm至65.0μm的玻璃光纤；具有如下半径r5的初级涂层：小于或等于90.0μm，或者小于或等于85.0μm，或者小于或等于80.0μm，或者小于或等于75.0μm，或者75.0μm至85.0μm，或者77.5μm至82.5μm；以及具有如下半径r6的次级涂层：小于或等于至110.0μm，或者小于或等于100.0μm，或者小于或等于90.0μm，或者小于或等于85.0μm，或者小于或等于80.0μm，或者小于或等于75.0μm，或者小于或等于70.0μm，或者70.0μm至110.0μm，或者80.0μm至110.0μm，或者90.0μm至105.0μm，或者95.0μm至105.0μm。
在一些实施方式中，光纤包括：半径r4的范围是60.0μm至65.0μm的玻璃光纤；具有如下厚度r5-r4的初级涂层：小于或等于30.0μm，或者小于或等于25.0μm，或者小于或等于20.0μm，或者小于或等于15.0μm，或者10.0μm至30.0μm，或者12.5μm至27.5μm，或者12.5μm至25.0μm，或者15.0μm至30.0μm，或者15.0μm至27.5μm，或者15.0μm至25.0μm；以及具有如下半径r6的次级涂层：小于或等于110.0μm，或者小于或等于100.0μm，或者小于或等于90.0μm，或者小于或等于85.0μm，或者小于或等于80.0μm，或者小于或等于75.0μm，或者小于或等于70.0μm，或者70.0μm至110.0μm，或者72.5μm至100.0μm，或者75.0μm至90.0μm。
光纤拉制工艺。在光纤连续制造工艺中，从经过加热的预制件拉制玻璃光纤并且尺寸调节至目标直径。然后，玻璃光纤冷却并被引导到涂覆系统，所述涂覆系统向玻璃光纤施涂液体初级涂料组合物。在向玻璃光纤施涂了液体初级涂料组合物之后，存在两种可行的加工选项。在一个加工选项中(干碰湿工艺)，液体初级涂料组合物固化以形成凝固的初级涂层，液体次级涂料组合物施涂到固化的初级涂层，以及液体次级涂料组合物固化以形成凝固的次级涂层。在第二种加工选项中(湿碰湿工艺)，液体次级涂料组合物施涂到液体初级涂料组合物，并且这两种液体涂料组合物同时固化以提供凝固的初级和次级涂层。在光纤离开涂覆系统之后，对光纤进行收集并室温储存。光纤的收集通常需要将光纤卷绕到卷轴上并储存卷轴。
在一些工艺中，涂覆系统还向次级涂层施涂第三级涂料组合物，并且使得第三级涂料组合物固化以形成固结的第三级涂层。通常来说，第三级涂层是出于鉴别目的对光纤进行标记的墨层，并且具有包含颜料以及其他方面来说与次级涂层类似的组成。将第三级涂层施涂到次级涂层并固化。通常来说，在施涂第三级涂层的时候，次级涂层已经固化了。可以在共用的连续制造工艺中施涂并固化初级、次级和第三级涂料组合物。或者，可以在共用的连续制造工艺中施涂并固化初级和次级涂料组合物，对经过涂覆的光纤进行收集，以及在分开的离线式工艺中施涂并固化第三级涂料组合物以形成第三级涂层。
固化辐射的波长是红外、可见光或者紫外(UV)。代表性波长包括如下波长范围：250nm至1000nm，或者250nm至700nm，或者250nm至450nm，或者275nm至425nm，或者300nm至400nm，或者320nm至390nm，或者330nm至380nm，或者340nm至370nm。可以通过光源(其包括：灯源(例如，Hg灯)，LED源(例如，UVLED、可见光LED或者红外LED)，或者激光源完成固化。
初级、次级和第三级组合物对于上文所涉及的任何波长和任何光源都是可固化的。可以使用相同的波长或源来分别对初级、次级和第三级组合物进行固化，或者可以使用不同的波长和/或不同的源来对初级、次级和第三级组合物进行固化。可以采用单波长或者两种或更多种波长的组合来完成初级、次级和第三级组合物的固化。
为了改善加工效率，希望增加光纤沿着从预制件延伸到收集点的工艺路径的拉制速度。但是，随着拉制速度增加，涂料组合物的固化速度必须增加。本文所公开的涂料组合物与拉制速度运行在大于35m/s、或者大于40m/s、或者大于45m/s、或者大于50m/s、或者大于55m/s、或者大于60m/s、或者大于65m/s、或者大于70m/s的光纤拉制工艺相兼容。
本公开内容延伸至涂覆了可固化的次级涂料组合物的固化产品的光纤。光纤包括波导玻璃光纤，其具有被较低折射率玻璃包层区域围绕的较高折射率玻璃纤芯区域。作为可固化的次级涂料组合物的固化产品所形成的涂层围绕并直接接触初级涂层，所述初级涂层与玻璃包层直接接触。可固化的次级涂料组合物的固化产品也可以起到玻璃光纤的第三级涂层的功能。
实施例
以下实施例阐述了代表性的可固化次级涂料组合物的制备，由可固化的次级组合物制得的固化产品，以及涂覆了可固化的次级涂料组合物的固化产品的多模光纤的属性。还呈现了具有比较例次级涂层的多模光纤的对应属性。
测量技术。采用如下所述的测量技术来确定初级和次级涂层的性质。
拉伸性质。可固化的次级涂料组合物固化并构造成固化棒样品的形式用于测量杨氏模量、屈服拉伸强度、屈服强度和屈服伸长。通过将可固化的次级组合物注入到内直径约为0.025”的
Figure GDA0003314753880000481
管中，以制备固化棒。采用Fusion D灯泡(Fusion D bulb)以约为2.4J/cm2(通过购自国际光公司(International Light)的Light Bug型号IL390在225-424nm的波长范围上测量)的剂量固化棒样品。在固化后，剥除/>
Figure GDA0003314753880000482
管，以提供次级涂料组合物的固化棒样品。在测试之前，固化的棒在23℃和50％相对湿度的条件下放置18-24小时。采用Sintech MTS拉伸测试仪，在标距长度为51mm的无缺陷棒样品上测量杨氏模量、断裂拉伸强度、屈服强度和屈服拉伸，测试速度为250mm/分钟。根据ASTM标准D882-97测量拉伸性质。以至少五个样品的平均值确定性质，取平均值时排除有缺陷的样品。
原位玻璃转化温度。在从经涂覆的光纤获得的剥除光纤管的样品上进行初级和次级涂层的原位Tg测量。经过涂覆的光纤包括：直径为125μm的玻璃光纤，围绕且直接接触玻璃光纤的厚度为32.5μm的初级涂层，以及围绕且直接接触玻璃光纤的厚度为26.0μm的次级涂层。对于所有测量的样品，玻璃光纤和初级涂层都是相同的。通过下文所述的参照初级涂料组合物来形成初级涂层。对具有比较例次级涂层和根据本公开内容的次级涂层的样品进行测量。
采用如下方案获得剥除光纤管的样品：0.0055”米勒剥离器被夹在距离经过涂覆的光纤端部大约1英寸处。将光纤的该1英寸区域投入液氮流中，并在液氮中保持3秒。然后从液氮流取出经过涂覆的光纤，并快速剥离以去除涂层。检查光纤的剥离端是否有残留涂层。如果在玻璃光纤上留有残留涂层，则丢弃该样品并制备新的样品。剥除过程的结果是干净的玻璃光纤以及剥除的涂层的空心管(其包括完好的初级和次级涂层)。空心管被称作“管剥除样品”。从未进行剥除的光纤的端面测量玻璃、初级和次级涂层的直径。
以9至10mm的样品标距长度，采用Rheometrics DMTA IV测试仪器来运行管剥除样品的原位Tg。将管剥除样品的宽度、厚度和长度输入到测试仪器的运行程序中。安装管剥除样品，然后冷却到约-85℃。一旦稳定之后，采用如下参数运行升温：
频率：1Hz
应变：0.3％
加热速率：2℃/分钟
最终温度：150℃
初始静力＝20.0g
静态力比动态力大10.0％
将涂层的原位Tg定义为tanδ与温度的函数图中的tanδ的最大值，其中，tanδ定义为：
tanδ＝E”/E'
以及E”是损耗模量，随着变形循环中的加热，其与能量损耗成比例，以及E’是储能模量或弹性模量，其与变形循环中储存的能量成比例。
对于初级和次级涂层，管剥除样品在tanδ图中展现出不同的最大值。在较低温度(约-50℃)时的最大值对应于初级涂层的原位Tg，而在较高温度(大于50℃)时的最大值对应于次级涂层的原位Tg。
初级涂层的原位模量。采用如下方案测量原位模量。获得光纤的6英寸样品，并从光纤的中心窗口剥除一英寸的区段，并用异丙醇擦拭。将窗口剥除的光纤安装到装配有10mm x 5mm矩形铝片的样品支架/对准站，其用于固定光纤。两片水平取向并放置成使得短的5mm侧相对并间隔5mm间隙。窗口剥除的光纤水平放在样品支架上跨过所述片以及将片分隔开的间隙。光纤的窗口剥除区域的一侧的涂覆端放在一个片上并延伸一半进入片之间的5mm间隙中。一英寸窗口剥除区域在余下的一半间隙上延伸并跨过相对的片。在对准之后，样品移动，并向每个片最靠近5mm间隙的那一半施涂小的胶水点。然后，光纤返回至位置并且对齐工作台升高直到胶水正好触碰到光纤。然后通过胶牵拉涂覆端远离间隙，使得片之间的5mm间隙中的大部分被光纤的窗口剥除区域占据。窗口剥除区域留在相对片上的部分与胶水接触。使涂覆端的最顶端延伸超过片并进入片之间的间隙中。涂覆端的这个部分没有嵌入胶水中，并且是进行原位模量测量的物体。使胶水干燥，处于这个构造的光纤样品使得光纤与片固定。在干燥之后，将与每个片固定的光纤的长度修整成5mm。测量嵌入胶水中的涂覆长度、未嵌入的涂覆长度(延伸进入片之间的间隙中的部分)和初级直径(primarydiameter)。
在Rheometrics DMTA IV动态机械测试设备上，以恒定的9e-6 1/s的应变持续45分钟的时间在室温(21℃)下进行原位模量测量。标距长度为15mm。记录作用力和长度变化，并用于计算初级涂层的原位模量。通过从片去除任意会干扰测试设备的15mm夹持长度的环氧化物来制备安装了片的光纤样品，以确保夹具与光纤之间没有接触，并且确保样品与夹具方形地固定。仪器作用力清零。然后，将与光纤的未涂覆端固定的片安装到测试设备的下夹具(测量探针)，以及将与光纤的涂覆端固定的片安装到测试设备的上(固定)夹具。然后进行测试，一旦完成分析取出样品。
次级涂层的原位模量。对于次级涂层，采用由光纤样品制备的光纤管剥除(fibertube-off)样品来测量原位模量。将0.0055英寸米勒剥离器(miller stripper)夹持到光纤样品的端部下方约1英寸处。将光纤样品的这个1英寸区域浸入液氮流中，并保持3秒。然后取出光纤样品并快速进行剥离。然后检查光纤样品的剥离端。如果涂层留在光纤样品的玻璃部分上，则脱管样品视作有缺陷的，并制备新的脱管样品。合适的脱管样品是清楚地剥离了玻璃并且由初级和次级涂层的中空管构成的那种。从未剥离光纤样品的端面测量玻璃、初级和次级涂层的直径。
采用Rheometrics DMTA IV仪器，以11mm的样品标距长度运行光纤脱管样品，以获得次级涂层的原位模量。确定宽度、厚度和长度，并作为输入提供到仪器的操作软件。安装样品，并采用时基扫描程序在环境温度(21℃)运行，参数如下：
频率：1转/秒
应变：0.3％
总时间＝120秒
每次测量的时间＝1秒
初始静力＝15.0g
静态力比动态力大10.0％
一旦完成，对最后5个E’(储存模量)数据点取平均值。每个样品运行3次(每次运行新鲜样品)，总共15个数据点。记录3次运行的平均值。
次级涂层的耐穿刺性。在包含玻璃光纤、初级涂层和次级涂层的样品上进行耐穿刺性测量。玻璃光纤的直径是125μm。通过下表1所列的参照初级涂料组合物来形成初级涂层。如下文所述制备具有各种次级涂层的样品。对初级涂层和次级涂层的厚度进行调节以改变次级涂层的横截面面积，如下文所述。对于所有样品，次级涂层的厚度与初级涂层的厚度之比维持在约0.8。
采用G.Scott Glaesemann和Donald A.Clark发表在第52届国际电线和光缆缆研讨会论文集，第237-245页的题为“量化光纤涂层的耐穿刺性(Quantifying the PunctureResistance of Optical Fiber Coatings)”(2003)的文章中描述的技术来测量耐穿刺性。本文提供了该方法的简述。该方法是压痕方法。将4厘米长的光纤放置在3mm厚的载玻片上。光纤的一端附连到实现了光纤以受控方式转动的装置。在100倍放大倍数下检查光纤的透射率并旋转，直到玻璃光纤的两侧平行于载玻片的方向上的次级涂层厚度相等。在这个位置，光纤的两侧上平行于载玻片的方向上的次级涂层的厚度是相同的。次级涂层在垂直于载玻片且高于或低于玻璃光纤上的厚度与平行于载玻片的方向上的次级涂层的厚度是不同的。垂直于载玻片的方向上的一个厚度大于平行于载玻片的方向上的厚度，而垂直于载玻片的方向上的另一个厚度小于平行于载玻片的方向上的厚度。通过将光纤固定贴在载玻片的两端来固定这个位置，并且这个位置是用于压痕测试的光纤位置。
采用通用测试机器(Instron型号5500R或者等价物)来进行压痕。将倒置显微镜放置在测试机器的十字头下方。显微镜的物镜位于安装在测试机器中的75°金刚石楔形压头的正下方。将贴有光纤的载玻片放在显微镜工作台上面，并且位于压头的正下方，从而压头楔形物的宽度与光纤的方向垂直。在光纤放置好之后，钻石楔形物下探直到与次级涂层的表面接触。然后，钻石楔形物受驱动以0.1mm/分钟的速率进入到次级涂层中，并测量次级涂层上的负荷。随着钻石楔形物受驱动更深入到次级涂层中，次级涂层上的负荷增加，直到发生穿刺，在这时，观察到负荷的急剧减小。记录观察到刺穿时的压痕负荷并在本文中记录为克作用力(g)，在本文中被称作“刺穿负荷”。光纤以相同的取向重复进行实验以获得10个测量点，对其取平均值来确定该取向的刺穿负荷。通过光纤取向转动180°来获得第二组的10个测量点。
宏弯曲损耗。采用标准IEC 60793-1-47所规定的心轴缠绕测试来确定宏弯曲损耗。在心轴缠绕测试中，光纤在具有规定直径的圆柱形心轴上缠绕一次或多次，确定由于弯曲导致的规定波长处的衰减增加。心轴缠绕测试中的衰减的单位为dB/圈，其中一圈指的是光纤绕着心轴一次回转。对于下文所述的选定的例子，采用直径为15mm和30mm的心轴来确定850nm和1300nm波长处的宏弯曲损耗。
满载发射(OFL)带宽。根据标准ISO/IEC 11801和ANSI/TIA-568-C.3所述方案来确定满载发射(OFL)带宽。
衰减。通过如下方式确定衰减：采用25g的卷绕张力，在测量卷轴上卷绕规定长度的多模光纤，将规定波长的光发射进入到光纤中，并采用光时域反射计(OTDR)来确定衰减。使用来自测量线轴上的多模光纤的过卷绕(overwarp)和不足卷绕(underwarp)的发射完成了分开的测量。测量作为沿着多模光纤的距离的函数的衰减，并确定沿着多模光纤的两个位置之间的平均斜率。选择的这两个位置离开多模光纤的端部足够远，从而避免端部缺陷。平均衰减对应于平均斜率。采用OTDR来确定衰减的方法如IEC 61746-2所述，“光时域反射计(OTDR)的校准：第2部分：多模光纤的OTDR(Calibration of optical time-domainreflectometers(OTDR)–Part 2:OTDR for multimode fibers)”。
参照初级涂层。在原位玻璃转化温度(Tg)和耐穿刺性的测量中，测量样品在玻璃光纤与次级涂层之间包含初级涂层。初级涂料组合物具有表1给出的配方，并且是典型的市售可得初级涂料组合物。
表1：参照初级涂料组合物
组分 量
低聚物材料 50.0重量％
SR504 46.5重量％
NVC 2.0重量％
TPO 1.5重量％
Irganox 1035 1.0pph
3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 0.8pph
季戊四醇四-(3-巯基丙酸酯) 0.032pph
其中，如本文所述从H12MDI、HEA和PPG4000采用摩尔比n:m:p＝3.5:3.0:2.0来制备低聚物材料；SR504是乙氧基化(4)壬基酚丙烯酸酯(购自沙多玛公司)；NVC是N-乙烯基己内酰胺(购自奥德里奇公司(Aldrich))；TPO(光引发剂)是(2,4,6-三甲基苯甲酰)-二苯基氧化膦(购自巴斯夫公司)；Irganox 1035(抗氧化剂)是苯丙酸,3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基硫代二-2,1-乙烷二基酯(购自巴斯夫公司)；3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷是粘合促进剂(购自格勒斯特公司(Gelest))；以及季戊四醇四-(3-巯基丙酸酯)(也被称作四硫醇，购自奥德里奇公司)是链转移剂。浓度单位“pph”指的是相对于包含所有单体、低聚物和光引发剂的基础组合物的量。例如，1.0pph浓度的Irganox 1035对应于每100g的低聚物材料、SR504、NVC和TPO的总量，具有1g的Irganox 1035。
通过在室温下的500mL烧瓶中混合H12MDI(4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯))、二月桂基二丁基锡和2,6-二叔丁基-4甲基酚来制备低聚物材料。该500mL烧瓶配有热电偶、CaCl2干燥管和搅拌器。在对烧瓶内含物进行持续搅拌的同时，使用加料漏斗在30-40分钟的时间段上加入PPG4000。在添加PPG4000时，监测反应混合物的内部温度，并且对PPG4000的引入进行控制，以防止(由于反应的放热特性而产生的)过度加热。在添加了PPG4000之后，在约70℃至75℃的油浴中，加热反应混合物持续约1至1.5小时。在各种时间间隔，取样反应混合物，通过红外光谱(FTIR)分析，通过确定未反应的异氰酸酯基团的浓度来监测反应进程。基于接近2265cm-1的特征异氰酸酯拉伸模式的强度，来评估未反应的异氰酸酯基团的浓度。从油浴取出烧瓶，并使得内含物自然冷却至低于65℃。进行加入补充HEA，以确保异氰酸酯基团的完全猝灭。使用加料漏斗，在2-5分钟的时间段上，逐滴加入补充的HEA。在添加了补充的HEA之后，烧瓶返回至油浴，并且其内含物再次加热到约70℃至75℃，持续约1至1.5小时。对反应混合物进行FTIR分析，以评估是否存在异氰酸酯基团，并且重复该过程直到添加了足够的补充HEA与任意未反应的异氰酸酯基团发生完全反应。当在FTIR测量中没有检测到可察觉的异氰酸酯拉伸强度时，视作完全反应。
次级涂层-组成。表2中列出了比较例可固化次级涂料组合物(A)和本公开内容范围内的三种代表性的可固化次级涂料组合物(SB、SC和SD)。
表2：次级涂料组合物
Figure GDA0003314753880000541
PE210是双酚A环氧二丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；M240是乙氧基化(4)双酚A二丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；M2300是乙氧基化(30)双酚A二丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；M3130是乙氧基化(3)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(购自韩国Miwon特种化学品公司)；TPO(光引发剂)是(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦(购自巴斯夫公司)；Irgacure 184(光引发剂)是1-羟基环己基苯基酮(购自巴斯夫公司)；Irganox 1035(抗氧化剂)是苯丙酸,3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基硫代二-2,1-乙烷二基酯(购自巴斯夫公司)。DC190(顺滑剂)是硅酮-环氧乙烷/环氧丙烷共聚物(购自陶氏化学品公司)。浓度单位“pph”指的是相对于包含所有单体和光引发剂的基础组合物的量。例如，对于次级涂料组合物A，1.0pph浓度的DC-190对应于每100g的PE210、M240、M2300、TPO和Irgacure 184的总量，具有1g的DC-190。
次级涂层-拉伸性质。采用上文所述技术来测量由次级组合物A、SB、SC和SD制得的次级涂层的杨氏模量、屈服拉伸强度、屈服强度和屈服伸长。结果总结在表3中。
表3：次级涂层的拉伸性质
Figure GDA0003314753880000551
结果显示由组成SB、SC和SD制备得到的次级涂层展现出比由比较例组成A制备得到的次级涂层更高的杨氏模量和更高的屈服强度。更高的数值代表了如下改进：由本文公开的可固化的涂料组合物制得的次级涂层对于直径减小的多模光纤是更合适的。更具体来说，更高的数值能够在多模光纤上使用更薄的次级涂层而没有牺牲性能。更薄的次级涂层降低了光纤的整体直径并且在给定横截面面积中提供了更高的光纤数。
从本文公开的作为可固化的次级涂料组合物的固化产品制备得到的次级涂层的杨氏模量和/或原位模量是：大于1600MPa，或者大于1800MPa，或者大于2000MPa，或者大于2200MPa，或者大于2500MPa，或者大于2600MPa，或者大于2700MPa，或者1600MPa至3000MPa，或者1800MPa至2800MPa，或者2000MPa至2800MPa，或者2400MPa至2800MPa。
从本文公开的作为可固化的次级涂料组合物的固化产品制备得到的次级涂层的屈服强度是：大于55MPa，或者大于60MPa，或者大于65MPa，或者大于70MPa，或者55MPa至75MPa，或者60MPa至70MPa。
在实施方式中，从本文公开的可固化的次级涂料组合物制备得到的次级涂层的杨氏模量和/或原位模量大于2200MPa以及屈服强度大于55MPa。在另一个实施方式中，从本文公开的可固化的次级涂料组合物制备得到的次级涂层的杨氏模量和/或原位模量大于2500MPa以及屈服强度大于60MPa。在另一个实施方式中，从本文公开的可固化的次级涂料组合物制备得到的次级涂层的杨氏模量和/或原位模量大于2600MPa以及屈服强度大于65MPa。
次级涂层：性质，原位玻璃转化温度(Tg)。确定两种光纤样品的原位玻璃转化温度。每个光纤样品包括直径为125μm的玻璃光纤以及上文所述的参考初级涂层(厚度为32.5μm，形成为与玻璃光纤直接接触的形式)。一个光纤样品包括由比较例可固化次级组合物A形成的次级涂层，以及另一个光纤样品包括由可固化次级组合物SD形成的次级涂层。每个次级涂层组合物与参考初级涂层直接接触且具有26.0μm的厚度。
根据上文所述方案测量这两种光纤样品的玻璃转化温度。结果表明：(1)参考初级涂层的原位玻璃转化温度在两种光纤样品中都约为-50℃；(2)由比较例可固化次级涂料组合物A形成的次级涂层的原位玻璃转化温度约为74℃；以及(3)由可固化次级涂料组合物SD形成的次级涂层的原位玻璃转化温度约为113℃。对于由本文公开的可固化次级涂料组合物形成的次级涂层，观察到明显更高的原位玻璃转化温度。更高的原位玻璃转化温度是有利的，因为这有助于在拼接和连接应用期间从玻璃光纤剥离涂层。
由作为本文公开的可固化次级涂料组合物的固化产品形成得到的次级涂层的原位玻璃转化温度是：大于80℃，或者大于90℃，或者大于100℃，或者大于110℃，或者大于80℃至125℃，或者大于85℃至120℃，或者大于90℃至110℃。
次级涂层：性质，耐穿刺性。根据上文所述方法确定：比较例可固化次级涂料组合物A、市售可得可固化次级涂料组合物(CPC6e，购自商业供应商(DSM Desotech公司)，私有组成)、以及由可固化次级涂料组合物SD制得的次级涂层的耐穿刺性。这三种次级涂层分别制备数个光纤样品。每个光纤样品包括：直径为125μm的玻璃光纤，由表1列出的参考初级涂料组合物形成的初级涂层，以及所述次级涂层中的一种。对初级涂层和次级涂层的厚度进行调节以改变次级涂层的横截面面积，如图6所示。对于所有样品，次级涂层的厚度与初级涂层的厚度之比维持在约0.8。
对于每种次级涂层，制备具有一定厚度范围的光纤样品，来确定刺穿负荷对于次级涂层厚度的依赖性关系。在光缆中实现更高的光纤数的一种策略是降低次级涂层的厚度。但是，随着次级涂层的厚度减小，其性能下降并且其保护功能受损。耐穿刺性是对于次级涂层的保护功能的测量。具有高的耐穿刺性的次级涂层经受住更大的冲击而不发生失效，并且为玻璃光纤提供了更好的保护。
如图6所示的对于这三种涂层的刺穿负荷与横截面面积的函数关系。将横截面面积选定作为记录刺穿负荷的参数的原因在于，观察到刺穿负荷与次级涂层的横截面面积之间具有近似线性相关性。迹线72、74和76分别显示对于通过固化比较例CPC6e次级涂料组合物获得的比较例次级涂层、比较例可固化次级涂料组合物A和可固化次级涂料组合物SD的刺穿负荷对于横截面面积的近似线性依赖性。提供竖的虚线作为所指示的10000μm2、15000μm2和20000μm2横截面面积的人眼引导。
迹线72所示的CPC6e次级涂层对应于本领域已知的常规次级涂层。迹线74中所示的比较例次级涂层A显示对于高横截面面积的刺穿负荷的改善。但是，该改善随着横截面面积的减小而下降。这表明通过比较例可固化次级涂料组合物A的固化产品所获得的次级涂层不可能适合用于低直径的高光纤数应用。相反地，迹线76显示通过可固化初级涂料组合物SD的固化产物得到的次级涂层的刺穿负荷的明显增加。例如，在7000μm2的横截面面积，从可固化次级涂料组合物SD获得的次级涂层的刺穿负荷比其他两种次级涂层中的任一种都高了50％或更多。
从本文公开的可固化次级涂料组合物固化产品形成的次级涂层的刺穿负荷在10000μm2的横截面面积时是：大于36g，或者大于40g，或者大于44g，或者大于48g，或者36g至52g，或者40g至48g。从本文公开的可固化次级涂料组合物固化产品形成的次级涂层的刺穿负荷在15000μm2的横截面面积时是：大于56g，或者大于60g，或者大于64g，或者大于68g，或者56g至72g，或者60g至68g。从本文公开的可固化次级涂料组合物固化产品形成的次级涂层的刺穿负荷在20000μm2的横截面面积时是：大于68g，或者大于72g，或者大于76g，或者大于80g，或者68g至92g，或者72g至88g。实施方式包括具有前述刺穿负荷的任意组合的次级涂层。
如本文所用，标准化刺穿负荷指的是刺穿负荷与横截面面积之比。本文公开的可固化次级涂料组合物的固化产品形成的次级涂层的刺穿负荷具有如下标准化刺穿负荷：大于3.2x10-3g/μm2，或者大于3.6x10-3g/μm2，或者大于4.0x10-3g/μm2，或者大于4.4x10-3g/μm2，或者大于4.8x10-3g/μm2，或者3.2x10-3g/μm2至5.6x10-3g/μm2，或者3.6x10-3g/μm2至5.2x10-3g/μm2，或者4.0x10-3g/μm2至4.8x10-3g/μm2。
涂层：建模结果。本文公开的实验实例和原理表明，通过改变摩尔数字n、m和p，可以在宽范围上控制低聚物中的二加和化合物的相对量以及由初级涂料组合物形成的固化膜的性质，包括本文规定的杨氏模量和原位模量的范围。类似地，次级组合物中的不同单体的类型和浓度变化导致本文所揭示的范围上的杨氏模量的变化。固化剂量是可以用于改变由本文公开的可固化组合物形成的初级和次级涂层的模量的另一个参数。
为了检查初级和次级涂层的厚度和模量对于向玻璃光纤的径向作用力的传输的影响，考虑了一系列的建模实例。在模型中，向光纤的次级涂层的表面施加径向外部负荷P，并计算所得到的玻璃光纤的表面处的负荷。建模的玻璃光纤的杨氏模量为73.1GPa(与二氧化硅玻璃一致)以及直径为125μm。初级和次级涂层的泊松比νp和νs分别固定在0.48和0.33。考虑比较例样品C1和根据本公开内容的6个样品M1-M6。比较例样品包括具有与本领域已知的光纤一致的厚度和模量的初级和次级涂层。样品M1-M6是厚度减小的初级和次级涂层的实例。表4总结了对初级和次级涂层的构造进行描述的参数。
表4：建模光纤的涂层性质
Figure GDA0003314753880000581
Figure GDA0003314753880000591
表5总结了在玻璃光纤的外表面处的负荷P1与施加到次级涂层的表面的负荷P的比例。比例P1/P在本文中被称作负荷传输参数且对应于传输通过初级和次级涂层到达玻璃光纤表面的外部负荷P的比例。负荷P是径向负荷，并且从基于等式(7)至(9)的模型计算负荷传输参数P1/P：
其中，
Figure GDA0003314753880000592
Figure GDA0003314753880000593
以及
B＝((1-2νp(r4/r5)2+(r4/r5)2)(1-2vs(r5/r6)2+(r5/r6)2)) (9)
在等式(7)至(9)中，νp和νs是初级和次级涂层的泊松比，r4是玻璃光纤的外半径，r5是初级涂层的外半径，r6是次级涂层的外半径，Ep是初级涂层的原位模量，以及Es是次级涂层的杨氏模量。表5中的比例尺负荷传输参数P1/P(比例尺)对应于每个样品相对于比较例样品C1的比例P1/P。
表5：玻璃光纤表面处的负荷传输参数(P1/P)
样品 P1/P P1/P(比例尺)
C1 0.0178 1.00
M1 0.0171 0.97
M2 0.0175 0.98
M3 0.0172 0.97
M4 0.0170 0.95
M5 0.0167 0.94
M6 0.0166 0.94
建模实例显示尽管具有较小的涂层厚度，但是具有如本文所述的初级和次级涂层的光纤相比于具有常规厚度的常规初级和次级涂层的比较例光纤展现出玻璃光纤所经受的作用力的下降。作为结果，本文所述光纤的整体尺寸减小实现了给定尺寸光缆中更高的光纤数(或者对于给定光纤数更小的光缆直径)，而没有增加由于外部作用力所导致的玻璃光纤发生破损的风险。
次级涂层的比例尺负荷传输参数P1/P(比例尺)小于0.99，或者小于0.97，或者小于0.95。次级涂层的负荷传输参数P1/P是：小于0.0200，或者小于0.0180，或者小于0.0178，或者小于0.0176，或者小于0.0174，或者小于0.0172，或者小于0.0170，或者小于0.0168，或者0.0160–0.0180，或者0.0162–0.0179，或者0.0164–0.0178，或者0.0166–0.0177，或者0.0168–0.0176。
多模光纤。数种代表性多模光纤的构造如下表6所示并标记为实施例1-5。表6列出了：玻璃光纤的半径r4；初级涂层的原位模量、厚度和半径r5；以及次级涂层的原位模量、厚度和半径r6。通过本文所述的可固化的初级和次级涂料组合物能够获得具有所列出的原位模量值的初级和次级涂层。数个实例包括第三级涂层。第三级涂层具有与次级涂层相同的原位模量。表6还列出了初级涂层的弹簧常数Xp。从等式(10)计算弹簧常数Xp：
Figure GDA0003314753880000601
式中，Ep是初级涂层的原位模量，tp是初级涂层的厚度，以及dg是玻璃光纤的直径2r4。弹簧常数是描述了初级涂层减轻次级涂层对于玻璃光纤的耦合程度的现象参数。(参见J.Baldauf等人的“双涂覆单模光纤的机械特性与微弯曲损耗的关系(Relationship ofMechanical Characteristics of Dual Coated Single Mode Optical Fibers andMicrobending Loss)”，IEICE通信事务，第E76-B卷，第4期，第352-357页(1993))。在该现象模型中，将初级涂层的缓冲效果建模作为具有等式(10)所给出的弹簧常数的弹簧。低弹簧常数导致更大的抗微弯曲性。通过弹簧常数反映了在建立初级涂层的抗微弯曲性时的原位模量与厚度的妥协。
常规光纤具有如下玻璃光纤，半径r4约为62.5μm以及外半径r6约为121μm(在没有第三级涂层的实施方式中)或者r7约为125μm(在具有第三级涂层的实施方式中)。表6列出了具有如下玻璃光纤的代表性多模光纤，其具有：常规的62.5μm的半径r4，各种厚度的初级涂层，以及100μm的外半径r6或者104μm的外半径r7(其相比于常规外半径是减小的)。图7显示具有62.5μm的半径r4和100μm的半径r6的代表性多模光纤所测得的相对折射率分布(以IFA-100相对折射率分布仪进行测量)。图8显示对于半径r4为62.5μm以及半径r6为100μm的代表性多模光纤，采用上文所述的α-分布和最小二乘极小化方法的图7中绘制的相对折射率分布的纤芯区域的拟合结果。在从3μm延伸到22μm的径向位置上进行拟合，并且表7中列出了Δ1最大值、α和r1的数值。所有的代表性多模光纤都具有相比于常规光纤减小的外直径，并且相比于常规光纤全都展现出改进的微弯曲抗性。在表6中，Ep是初级涂层的原位模量，以及Es是次级涂层的原位模量。第三级涂层的原位模量与次级涂层的原位模量相同。
表6
Figure GDA0003314753880000611
Figure GDA0003314753880000621
弹簧常数Xp的优选值是：小于1.90MPa，或者小于1.70MPa，或者小于1.50MPa，或者小于1.10MPa，或者0.90MPa至1.90MPa，或者1.00MPa至1.80MPa，或者1.10MPa至1.70MPa。
对具有半径r6＝100μm的代表性多模光纤以及具有标准r6＝121μm的比较例多模光纤的OFL带宽和OTDR衰减进行测量。表7显示对于这两种多模光纤的初级和次级涂层的性质以及玻璃光纤的相对折射率数值。表8显示对于每种多模光纤，通过850nm和1300nm处的OTDR以及850nm和1300nm处的OFL带宽和850nm处的最小EMBc所确定的衰减。
表7
Figure GDA0003314753880000622
Figure GDA0003314753880000631
表8
Figure GDA0003314753880000632
图9显示具有表8所列出的属性的代表性多模光纤在800nm至1600nm波长范围上的衰减。将代表性多模光纤布置在测量卷轴上，并采用根据FOTP78：“多模光纤的镜面衰减测量方案(Procedure to Measure Spectral Attenuation of Multimode Fibers)”的有限相空间发射来测量衰减。
说明书的第1项公开了：
一种光纤，其包括：
多模玻璃光纤，所述多模玻璃光纤包含：半径r1为17.5μm至32.5μm的纤芯区域，以及半径r4大于或等于60.0μm的包层区域；
围绕且与包层区域直接相邻的半径为r5的初级涂层，所述初级涂层的厚度r5-r4小于30.0μm且原位模量小于0.30MPa；以及
围绕且与初级涂层直接相邻的半径为r6小于或等于110.0μm的次级涂层，所述次级涂层的厚度r6-r5小于或等于30.0μm且标准化的刺穿负荷大于3.6x10-3g/μm2；
其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于2000MHz-km。
说明书的第2项公开了：
如项1所述的光纤，其中，半径r1是17.5μm至27.5μm。
说明书的第3项公开了：
如项1或2所述的光纤，其中，纤芯区域具有通过α-分布描述的相对折射率Δ1，α的范围是1.90至2.30。
说明书的第4项公开了：
如项3所述的光纤，其中，相对折射率Δ1具有范围是0.50％至1.40％的最大Δ1最大值。
说明书的第5项公开了：
如项1-4中任一项所述的光纤，其中，包层区域包括：具有半径r2以及相对折射率Δ2的范围是-0.20％至0.20％的内包层区域；具有半径r3以及相对折射率Δ3的最小相对折射率Δ3最大值的范围是-0.10％至-0.80％的凹槽折射率包层区域；以及具有半径r4以及相对折射率Δ4的范围是-0.20％至0.20％的外包层区域。
说明书的第6项公开了：
如项5所述的光纤，其中，内包层区域的厚度r2-r1是0.3μm至6.0μm。
说明书的第7项公开了：
如项5或6所述的光纤，其中，凹槽折射率包层区域的厚度r3-r2是1.0μm至8.0μm。
说明书的第8项公开了：
如项1-7中任一项所述的光纤，其中，半径r5小于或等于90.0μm。
说明书的第9项公开了：
如项1-7中任一项所述的光纤，其中，半径r5小于或等于85.0μm。
说明书的第10项公开了：
如项1-9中任一项所述的光纤，其中，厚度r5-r4小于或等于25.0μm。
说明书的第11项公开了：
如项1-10中任一项所述的光纤，其中，初级涂层的原位模量小于0.20MPa。
说明书的第12项公开了：
如项1-11中任一项所述的光纤，其中，初级涂层是初级涂料组合物的固化产品，所述初级涂料组合物包含：具有下式的分子式的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物
Figure GDA0003314753880000651
和具有下式的二加合物化合物
Figure GDA0003314753880000652
其中，R1、R2和R3包括亚烷基基团。
说明书的第13项公开了：
如项1-12中任一项所述的光纤，其中，半径r6小于或等于100.0μm。
说明书的第14项公开了：
如项13所述的光纤，其中，半径r4小于或等于45.0μm。
说明书的第15项公开了：
如项1-14中任一项所述的光纤，其中，厚度r6-r5小于或等于25.0μm。
说明书的第16项公开了：
如项15所述的光纤，其中，厚度r5-r4小于或等于20.0μm。
说明书的第17项公开了：
如项1-16中任一项所述的光纤，其中，次级涂层具有大于4.0x10-3g/μm2的标准化刺穿负荷。
说明书的第18项公开了：
如项1-16中任一项所述的光纤，其中，次级涂层具有大于4.4x10-3g/μm2的标准化刺穿负荷。
说明书的第19项公开了：
如项1-16中任一项所述的光纤，其中，次级涂层具有大于4.8x10-3g/μm2的标准化刺穿负荷。
说明书的第20项公开了：
如项1-19中任一项所述的光纤，其中，次级涂层具有小于0.97的比例尺负荷传输参数P1/P(比例尺)。
说明书的第21项公开了：
如项1-19中任一项所述的光纤，其中，次级涂层具有小于0.0178的负荷传输参数P1/P。
说明书的第22项公开了：
如项1-21中任一项所述的光纤，其中，次级涂层是次级涂料组合物的固化产品，所述次级涂料组合物包含量为2.0重量％至25重量％的三丙烯酸酯单体，所述三丙烯酸酯单体包括烷氧基化程度是2至16的烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体或者三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯单体。
说明书的第23项公开了：
如项1-22中任一项所述的光纤，其中，次级涂层的杨氏模量大于1600MPa。
说明书的第24项公开了：
如项1-23中任一项所述的光纤，其中，光纤在850nm处的数值孔径大于0.160。
说明书的第25项公开了：
如项1-23中任一项所述的光纤，其中，光纤在850nm处的数值孔径大于0.180。
说明书的第26项公开了：
如项1-25中任一项所述的光纤，其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于4700MHz-km。
说明书的第27项公开了：
如项1-25中任一项所述的光纤，其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于8000MHz-km。
说明书的第28项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为15mm的心轴缠绕时，光纤在850nm处的宏弯曲损耗小于0.20dB/圈。
说明书的第29项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为15mm的心轴缠绕时，光纤在850nm处的宏弯曲损耗小于0.10dB/圈。
说明书的第30项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为30mm的心轴缠绕时，光纤在850nm处的宏弯曲损耗小于0.10dB/圈。
说明书的第31项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为30mm的心轴缠绕时，光纤在850nm处的宏弯曲损耗小于0.05dB/圈。
说明书的第32项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为15mm的心轴缠绕时，光纤在1300nm处的宏弯曲损耗小于0.50dB/圈。
说明书的第33项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为15mm的心轴缠绕时，光纤在1300nm处的宏弯曲损耗小于0.25dB/圈。
说明书的第34项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为30mm的心轴缠绕时，光纤在1300nm处的宏弯曲损耗小于0.20dB/圈。
说明书的第35项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，当绕着直径为30mm的心轴缠绕时，光纤在1300nm处的宏弯曲损耗小于0.15dB/圈。
说明书的第36项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，光纤通过OTDR测得的850nm处的平均衰减小于10.0dB/km。
说明书的第37项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，光纤通过OTDR测得的850nm处的平均衰减小于6.0dB/km。
说明书的第38项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，光纤通过OTDR测得的1300nm处的平均衰减小于8.0dB/km。
说明书的第39项公开了：
如项1-27中任一项所述的光纤，其中，光纤通过OTDR测得的1300nm处的平均衰减小于4.0dB/km。
除非另有明确表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (28)

1.一种光纤，其包括：
多模玻璃光纤，所述多模玻璃光纤包含：半径r1为17.5μm至32.5μm的纤芯区域，以及半径r4大于或等于60.0μm的包层区域；
围绕且与包层区域直接相邻的半径为r5的初级涂层，所述初级涂层的厚度r5-r4小于30.0μm且原位模量小于0.30MPa；以及
围绕且与初级涂层直接相邻的半径r6小于或等于110.0μm的次级涂层，所述次级涂层的厚度r6-r5小于或等于30.0μm且标准化的刺穿负荷大于3.6x10-3g/μm2；
其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于2000MHz-km。
2.如权利要求1所述的光纤，其中，半径r1是17.5μm至27.5μm。
3.如权利要求1所述的光纤，其中，纤芯区域具有通过α-分布描述的相对折射率Δ1，α的范围是1.90至2.30。
4.如权利要求3所述的光纤，其中，相对折射率Δ1具有范围是0.50％至1.40％的最大Δ1最大值。
5.如权利要求1所述的光纤，其中，包层区域包括：具有半径r2以及相对折射率Δ2的范围是-0.20％至0.20％的内包层区域；具有半径r3以及相对折射率Δ3的最小相对折射率Δ3最大值的范围是-0.10％至-0.80％的凹槽折射率包层区域；以及具有半径r4以及相对折射率Δ4的范围是-0.20％至0.20％的外包层区域。
6.如权利要求5所述的光纤，其中，内包层区域的厚度r2-r1是0.3μm至6.0μm。
7.如权利要求5所述的光纤，其中，凹槽折射率包层区域的厚度r3-r2是1.0μm至8.0μm。
8.如权利要求1所述的光纤，其中，半径r5小于或等于90.0μm。
9.如权利要求1所述的光纤，其中，半径r5小于或等于85.0μm。
10.如权利要求1所述的光纤，其中，厚度r5-r4小于或等于25.0μm。
11.如权利要求1所述的光纤，其中，初级涂层是初级涂料组合物的固化产品，所述初级涂料组合物包含：具有下式的分子式的聚醚氨基甲酸酯二丙烯酸酯化合物
Figure FDA0003314753870000021
和具有下式的二加合物化合物
Figure FDA0003314753870000022
其中，R1、R2和R3包括亚烷基基团。
12.如权利要求1所述的光纤，其中，半径r6小于或等于100.0μm。
13.如权利要求12所述的光纤，其中，半径r4小于或等于45.0μm。
14.如权利要求1所述的光纤，其中，厚度r6-r5小于或等于25.0μm。
15.如权利要求14所述的光纤，其中，厚度r5-r4小于或等于20.0μm。
16.如权利要求1所述的光纤，其中，次级涂层具有大于4.0x10-3g/μm2的标准化刺穿负荷。
17.如权利要求1所述的光纤，其中，次级涂层具有小于0.0178的负荷传输参数P1/P。
18.如权利要求1所述的光纤，其中，次级涂层是次级涂料组合物的固化产品，所述次级涂料组合物包含量为2.0重量％至25重量％的三丙烯酸酯单体，所述三丙烯酸酯单体包括烷氧基化程度是2至16的烷氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体或者三[(丙烯酰氧基)烷基]异氰脲酸酯单体。
19.如权利要求1所述的光纤，其中，次级涂层的杨氏模量大于1600MPa。
20.如权利要求1所述的光纤，其中，光纤在850nm处的数值孔径大于0.160。
21.如权利要求1所述的光纤，其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于4700MHz-km。
22.如权利要求1所述的光纤，其中，在选自850nm、980nm和1060nm中的一个或多个波长处，光纤的最小有效模态带宽(最小EMB)大于8000MHz-km。
23.如权利要求1所述的光纤，其中，当绕着直径为15mm的心轴缠绕时，光纤在850nm处的宏弯曲损耗小于0.20dB/圈。
24.如权利要求1所述的光纤，其中，当绕着直径为30mm的心轴缠绕时，光纤在850nm处的宏弯曲损耗小于0.10dB/圈。
25.如权利要求1所述的光纤，其中，当绕着直径为15mm的心轴缠绕时，光纤在1300nm处的宏弯曲损耗小于0.50dB/圈。
26.如权利要求1所述的光纤，其中，当绕着直径为30mm的心轴缠绕时，光纤在1300nm处的宏弯曲损耗小于0.15dB/圈。
27.如权利要求1所述的光纤，其中，光纤通过OTDR测得的850nm处的平均衰减小于6.0dB/km。
28.如权利要求1所述的光纤，其中，光纤通过OTDR测得的1300nm处的平均衰减小于8.0dB/km。
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