CN114276026B - 光纤制备方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光纤的制备方法和设备，光纤的制备方法包括步骤：将第一涂层和第二涂层涂覆于纤芯的周侧；其中，所述第一涂层的弹性模量≤1.5Mpa，断裂伸长率≥130％，所述第一涂层由密度为0.95～1.2g/cm3、折射率≤1.52的涂料在温度≥0℃的环境下进行玻璃化得到，所述第一涂层在200℃的温度环境下48h后热失重≤10％；所述第二涂层的弹性模量≥650MPa，断裂伸长率≥10％，所述第二涂层由密度为0.95～1.3g/cm3、折射率≤1.54的涂料在温度≥50℃的环境下进行玻璃化得到，所述第二涂层在200℃下48h的温度环境下热失重≤10％，第一涂层和第二涂层两种涂层均有较高的玻璃化转变温度，使光纤具备在180℃下长期使用的能力，且具备较低的衰减值，在1550nm波段下衰减典型值可达到0.21dB/km以下。
Description
技术领域
本发明涉及电传导技术领域，尤其涉及一种光纤制备方法及设备。
背景技术
光纤由纤芯和涂层材料构成，涂层材料是为了保证光纤的各项性能指标可以满足使用需求。一般涂层材料为丙烯酸树脂材料，经过涂覆后光纤一般可以在-60～85℃稳定使用，但当继续升高温度时，涂层材料的分子结构被破坏导致光纤无法正常使用。
耐温光纤是一类特殊的光纤，通过改善光纤涂层材料的特性以及光纤的制备工艺，使光纤可以在更高的温度下进行工作，目前通过改性的丙烯酸树脂材料所制备的光纤只能在150℃的温度以下进行长期使用，若需要在更高温度下使用则需要使用硅基材料涂层，硅基材料涂层虽然提升了耐温性能，但是因为硅基材料涂层在固化后偏硬，弹性模量大，导致光纤衰减系数较大，通常在1550nm波段下衰减典型值为0.25dB/km，光纤的衰减值偏大严重限制了光纤的传输距离，不适合长距离传输。
发明内容
本发明提供了一种光纤制备方法及设备，以解决现有技术中的针对光纤的制备方法难以使光纤能在150℃的温度以上进行长期使用的技术问题。
本发明的第一方面提供的光纤的制备方法，包括步骤：
将第一涂层和第二涂层涂覆于纤芯的周侧；
其中，所述第一涂层的弹性模量≤1.5Mpa，断裂伸长率≥130％，所述第一涂层由密度为0.95～1.2g/cm3、折射率≤1.52的涂料在温度≥0℃的环境下进行玻璃化得到，所述第一涂层在200℃的温度环境下48h后热失重≤10％；
所述第二涂层的弹性模量≥650MPa，断裂伸长率≥10％，所述第二涂层由密度为0.95～1.3g/cm3、折射率≤1.54的涂料在温度≥50℃的环境下进行玻璃化得到，所述第二涂层在200℃下48h的温度环境下热失重≤10％。
进一步地，所述第一涂层和所述第二涂层由内到外依次设置于所述纤芯的周侧。
进一步地，用于形成所述第一涂层的涂料包括在25℃的温度下粘度为3500～7500cps的涂料，所述第一涂层的涂覆温度为28～60℃，用于形成所述第一涂层的涂料在涂覆过程中的粘度控制在1500～3500cps。
进一步地，用于形成所述第二涂层的涂料包括在25℃的温度下粘度为2500～6500cps的涂料，所述第二涂层的涂覆温度为25～55℃，用于形成所述第二涂层的涂料在涂覆过程中的粘度控制在1500～3500cps。
进一步地，以0.04～0.5Mpa的一次压力对所述第一涂层和/或所述第二涂层进行涂覆。
进一步地，将固化后的所述第一涂层的直径控制在180～200μm的范围内，将固化后的所述第二涂层的直径控制在235～255μm的范围内。
进一步地，用于形成所述第一涂层的涂料由40-80份的有机硅改性丙烯酸树脂、10-20份的丙烯酸酯低聚物、1-3份的有机硅粘附促进剂及1-10份的光引发剂混合而成。
进一步地，用于形成所述第二涂层的涂料由50-80份的有机硅改性环氧丙烯酸树脂、5-20份的丙氧基化甘油三丙烯酸酯、1-3份的有机硅粘附促进剂和两种不同的光引发剂混合而成，两种不同的所述光引发剂的份数分别为1-10份和1-5份。
具体地，光引发剂可以选择以下一种或两种：(1)2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦，简称TPO；(2)2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，俗称1173；(3)2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，俗称907。
本发明的第二方面提供一种用于执行第一方面所述光纤制备方法的光纤制备设备，包括第一涂覆单元、第一固化单元、第二涂覆单元和第一固化单元，所述第一涂覆单元将用于形成所述第一涂层的涂料涂覆于纤芯的周侧，所述第一固化单元将涂覆于纤芯的周侧的用于形成所述第一涂层的涂料进行玻璃化，以形成所述第一涂层，所述第二涂覆单元将用于形成所述第二涂层的涂料涂覆于纤芯的周侧，所述第二固化单元将涂覆于纤芯的周侧的用于形成所述第二涂层的涂料进行玻璃化，以形成所述第一涂层。
进一步地，所述第一涂覆单元包括第一供料系统、第一模具、第一涂料管和第一涂杯，所述第一供料系统存储有用于形成所述第一涂层的涂料，所述第一模具供纤芯贯穿并与纤芯之间形成用于形成所述第一涂层的型腔，所述第一涂杯的输入端通过所述涂料管连通所述供料系统，所述第一涂杯的输出端连通所述第一模具，所述第一涂料管的周侧设有用于容置调温介质的第一腔体，所述第一腔体内的调温介质与流经所述第一涂料管的涂料进行热交换以使流经所述第一涂料管的涂料的温度保持恒定。
具体地，所述第二涂覆单元包括第二供料系统、第二模具、第二涂料管和第二涂杯，所述第二供料系统存储有用于形成所述第二涂层的涂料，所述第二模具供纤芯贯穿并与纤芯之间形成用于形成所述第二涂层的型腔，所述第二涂杯的输入端通过所述涂料管连通所述供料系统，所述第二涂杯的输出端连通所述第二模具，所述第二涂料管的周侧设有用于容置调温介质的第二腔体，所述第二腔体内的调温介质与流经所述第二涂料管的涂料进行热交换以使流经所述第二涂料管的涂料的温度保持恒定。
本发明提供的光纤制备方法及设备的有益效果为：
第一涂层和第二涂层两种涂层均有较高的玻璃化转变温度，使光纤具备在180℃下长期使用的能力，且具备较低的衰减值，在1550nm波段下衰减典型值可达到0.21dB/km以下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例一提供的光纤的截面结构示意图；
图2是实施例二提供的光纤制备设备的整体结构示意图；
图3是实施例二提供的光纤制备设备的第一涂覆单元的结构示意图；
图4是图3的A-A结构示意图；
图5是本实施例在180℃的温度下长期耐温附加衰减变化的测试结果图；
附图标记说明：
1、第一涂层；2、第二涂层；3、纤芯；4、第一涂覆单元；41、第一供料系统；42、第一模具；43、第一涂料管；431、第一腔体；44、第一涂杯；5、第一固化单元；6、第二涂覆单元；7、第一固化单元。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“第一方面实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1-图5描述本发明提供的光纤制备方法和设备。
如图1所示，本发明的实施例一提供了一种光纤的制备方法，包括步骤：
将第一涂层和第二涂层涂覆于纤芯的周侧；
其中，所述第一涂层的弹性模量≤1.5Mpa，断裂伸长率≥130％，所述第一涂层由密度为0.95～1.2g/cm3、折射率≤1.52的涂料在温度≥0℃的环境下进行玻璃化得到，所述第一涂层在200℃的温度环境下48h后热失重≤10％；
所述第二涂层的弹性模量≥650MPa，断裂伸长率≥10％，所述第二涂层由密度为0.95～1.3g/cm3、折射率≤1.54的涂料在温度≥50℃的环境下进行玻璃化得到，所述第二涂层在200℃下48h的温度环境下热失重≤10％。
具体地，对涂层材料采用光固化的方式进行固化，固化光源为紫外光源或LED光源中的一种，经反射罩反射后光斑截面积≤0.2cm2,固化后一次相对固化度为88％～96％，二次固化度为92％～100％，其中一次固化度≤二次固化度且两次固化度差≤8％，光纤固化环境在氧气含量≤100ppm的无氧或接近无氧的环境中进行，固化环境用不含氧元素的气体排除氧气，使用的气体为氦气、氩气、氮气、氢气中的一种，单节固化炉的气流量为≤25L/min，采用进气方式为上进下抽(上方进气下方抽气以保证气体流动性和充盈性)或下进上抽中的一种。
更具体的，本实施例制备的光纤的参数如下所示：
针对于本实施例的光纤的长期耐温后光纤衰减参数的测试结果如下：
图5是本实施例在180℃的温度下长期耐温附加衰减变化的测试结果图。
第一涂层和第二涂层两种涂层均有较高的玻璃化转变温度，使光纤具备在180℃下长期使用的能力，且具备较低的衰减值，在1550nm波段下衰减典型值可达到0.21dB/km以下。
根据本发明提供的一种实施方式，所述第一涂层和所述第二涂层由内到外依次设置于所述纤芯的周侧。
第一涂层和第二涂层之间的位置关系如此分布可进一步提高光纤的耐高温效果。
根据本发明提供的一种实施方式，用于形成所述第一涂层的涂料包括在25℃的温度下粘度为3500～7500cps的涂料，所述第一涂层的涂覆温度为28～60℃，用于形成所述第一涂层的涂料在涂覆过程中的粘度控制在1500～3500cps。
根据本发明提供的一种实施方式，用于形成所述第二涂层的涂料包括在25℃的温度下粘度为2500～6500cps的涂料，所述第二涂层的涂覆温度为25～55℃，用于形成所述第二涂层的涂料在涂覆过程中的粘度控制在1500～3500cps。
根据本发明提供的一种实施方式，以0.04～0.5Mpa的一次压力对所述第一涂层和/或所述第二涂层进行涂覆。
根据本发明提供的一种实施方式，将固化后的所述第一涂层的直径控制在180～200μm的范围内，将固化后的所述第二涂层的直径控制在235～255μm的范围内。
根据本发明提供的一种实施方式，用于形成所述第一涂层的涂料由40-80份的有机硅改性丙烯酸树脂、10-20份的丙烯酸酯低聚物、1-3份的有机硅粘附促进剂及1-10份的光引发剂混合而成。
根据本发明提供的一种实施方式，用于形成所述第二涂层的涂料由50-80份的有机硅改性环氧丙烯酸树脂、5-20份的丙氧基化甘油三丙烯酸酯、1-3份的有机硅粘附促进剂和两种不同的光引发剂混合而成，两种不同的所述光引发剂的份数分别为1-10份和1-5份。
具体地，光引发剂可以选择以下一种或两种：(1)2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦，简称TPO；(2)2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，俗称1173；(3)2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，俗称907。
如图2-图4，本发明的实施例二提供一种用于执行实施例一所述光纤制备方法的光纤制备设备，包括第一涂覆单元、第一固化单元、第二涂覆单元和第一固化单元，所述第一涂覆单元将用于形成所述第一涂层的涂料涂覆于纤芯的周侧，所述第一固化单元将涂覆于纤芯的周侧的用于形成所述第一涂层的涂料进行玻璃化，以形成所述第一涂层，所述第二涂覆单元将用于形成所述第二涂层的涂料涂覆于纤芯的周侧，所述第二固化单元将涂覆于纤芯的周侧的用于形成所述第二涂层的涂料进行玻璃化，以形成所述第一涂层。
根据本发明提供的一种实施方式，所述第一涂覆单元包括第一供料系统、第一模具、第一涂料管和第一涂杯，所述第一供料系统存储有用于形成所述第一涂层的涂料，所述第一模具供纤芯贯穿并与纤芯之间形成用于形成所述第一涂层的型腔，所述第一涂杯的输入端通过所述涂料管连通所述供料系统，所述第一涂杯的输出端连通所述第一模具，所述第一涂料管的周侧设有用于容置调温介质的第一腔体，所述第一腔体内的调温介质与流经所述第一涂料管的涂料进行热交换以使流经所述第一涂料管的涂料的温度保持恒定。
第一供料系统输出的涂料依次经过第一涂料管和第一涂杯后进入第一模具并涂覆至纤芯表面，由于涂料黏度对温度极其敏感，且黏度对光纤涂覆效果有较大的影响，因此在涂覆时，将第一供料系统、第一涂料管、第一涂杯和第一模具共置于同一温度环境下，各部分温度差异不可超过1℃以保证涂覆的稳定性和均匀性，可通过水浴循环等方式实现此目的，即将一定温度的液体作为调温介质置入第一腔体中，经验证，通过此方法涂覆后涂层起伏可控制在±1μm。
具体地，所述第二涂覆单元包括第二供料系统、第二模具、第二涂料管和第二涂杯，所述第二供料系统存储有用于形成所述第二涂层的涂料，所述第二模具供纤芯贯穿并与纤芯之间形成用于形成所述第二涂层的型腔，所述第二涂杯的输入端通过所述涂料管连通所述供料系统，所述第二涂杯的输出端连通所述第二模具，所述第二涂料管的周侧设有用于容置调温介质的第二腔体，所述第二腔体内的调温介质与流经所述第二涂料管的涂料进行热交换以使流经所述第二涂料管的涂料的温度保持恒定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种光纤的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将第一涂层和第二涂层涂覆于纤芯的周侧，所述第一涂层和所述第二涂层由内到外依次设置于所述纤芯的周侧；
其中，所述第一涂层的弹性模量≤1.5Mpa，断裂伸长率≥130％，所述第一涂层由密度为0.95～1.2g/cm3、折射率≤1.52的涂料在温度≥0℃的环境下进行玻璃化得到，所述第一涂层在200℃的温度环境下48h后热失重≤10％；
所述第二涂层的弹性模量≥650MPa，断裂伸长率≥10％，所述第二涂层由密度为0.95～1.3g/cm3、折射率≤1.54的涂料在温度≥50℃的环境下进行玻璃化得到，所述第二涂层在200℃的温度环境下48h后热失重≤10％；
用于形成所述第一涂层的涂料由40-80份的有机硅改性丙烯酸树脂、10-20份的丙烯酸酯低聚物、1-3份的有机硅粘附促进剂及1-10份的光引发剂混合而成；
用于形成所述第二涂层的涂料由50-80份的有机硅改性环氧丙烯酸树脂、5-20份的丙氧基化甘油三丙烯酸酯、1-3份的有机硅粘附促进剂和两种不同的光引发剂混合而成，两种不同的所述光引发剂的份数分别为1-10份和1-5份。
2.根据权利要求1所述的光纤制备方法，其特征在于，用于形成所述第一涂层的涂料包括在25℃的温度下粘度为3500～7500cps的涂料，所述第一涂层的涂覆温度为28～60℃，用于形成所述第一涂层的涂料在涂覆过程中的粘度控制在1500～3500cps。
3.根据权利要求1所述的光纤制备方法，其特征在于，用于形成所述第二涂层的涂料包括在25℃的温度下粘度为2500～6500cps的涂料，所述第二涂层的涂覆温度为25～55℃，用于形成所述第二涂层的涂料在涂覆过程中的粘度控制在1500～3500cps。
4.根据权利要求1所述的光纤制备方法，其特征在于，以0.04～0.5Mpa的一次压力对所述第一涂层和/或所述第二涂层进行涂覆。
5.根据权利要求1所述的光纤制备方法，其特征在于，将固化后的所述第一涂层的直径控制在180～200μm的范围内，将固化后的所述第二涂层的直径控制在235～255μm的范围内。
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