CN114315171B - 一种抗辐射光纤及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗辐射光纤,从内到外依次包括芯层、包层、内涂层和外涂层。所述外涂层的杨氏模量高于内涂层;所述芯层为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层;所述包层为氟掺杂的二氧化硅玻璃层;所述内涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体;所述外涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体。本发明的防辐射功能涂层给光纤增加了一道新的抗辐射保护层,通过吸收屏蔽部分高能射线进一步缓解辐照对光纤性能的影响,从而使得光纤的抗辐射性能得到提升。

Description

一种抗辐射光纤及制备方法
技术领域
本发明涉及一种光纤,尤其是涉及一种抗辐射光纤。
背景技术
随着现代通信技术的不断发展,光纤可能遇到核辐射的应用场合不仅包括战术的或战略的军事系统,而且还包括核废料和地下核试验的监测,热反应堆设备的直观观测、航天飞船通信、剂量计量学和医疗辐射学等。石英光纤受电离辐射(如γ射线或X射线)或粒子辐射(如电子、中子、质子或离子)的照射,形成电子或空穴,这些电子或空穴在缺陷或杂质的位置上被俘获从而形成“色心”。此外,高能粒子实际上可以置换光纤中的离子而产生另外的缺陷,还会使二氧化硅网格中疲劳键断裂或网格中氧移位形成“色心”,产生的辐射感应缺陷中心可能具有使光纤衰减增加的光吸收谱带。在辐照条件中,主要威胁通信设备和通信光纤的辐照射线是γ射线。
目前业内采取的提高光纤耐辐射光纤的普遍方法是:采用高纯度二氧化硅为纤芯以避免研制的耐辐射光纤在长期低剂量率和短期大剂量率的辐射下产生光吸收色心;采用在二氧化硅中掺入一定量氟元素制作低折射率包层,在保证光纤传输性能的同时避免辐射感应缺陷色心的形成。业内也有报道一种利用热处理和预辐照技术提高光纤耐辐射性能的方法,但具有较大的局限性。热处理技术是在玻璃假象温度附近温区进行长时间保温,利用热效应消除石英基质中的材料缺陷,从而减少“色心”的形成。预辐照技术利用γ射线与光纤中不稳定的格点作用,虽然会小幅提高光纤的固有损耗,但同样可以达到消除材料缺陷的目的。业内还有对光纤预制棒依次进行退火、载氢以及预辐照预处理;再对经预处理后的光纤预制棒进行拉丝,制得耐辐射光纤。鉴于现有的耐辐射光纤主要为“纯石英芯区+掺氟石英包层”的结构,且制备工艺主要涉及对光纤的处理,忽视了通过对涂层的防辐射功能化以进一步提高光纤的抗辐射性能。因此,目前存在的问题是急需研究开发出一种新型耐辐射光纤的制备方法,通过具有防辐射功能的涂层结构将高能射线吸收或阻挡在外,进一步缓解辐射对光纤性能的影响,从而提升光纤的耐辐射性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种抗辐射光纤。其技术方案如下:
一种抗辐射光纤,从内到外依次包括芯层、包层、内涂层和外涂层。
优选地,所述外涂层的杨氏模量高于内涂层;所述芯层为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层,其直径为47.5~52.5μm,不圆度不超过5%;所述包层为氟掺杂的二氧化硅玻璃层,其直径为124~126μm,不圆度不超过1%;所述内涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为190±10μm,不圆度不超过6%;所述外涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为245±10μm,不圆度不超过6%。
优选地,所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999%;所述防辐射功能单体在内涂层中的质量分数为1wt.%~10wt.%;所述防辐射功能单体在外涂层中的质量分数为1wt.%~10wt.%。
优选地,所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的一种或多种的组合。
优选地,所述芯层和包层为单模光纤或多模光纤。
优选地,所述单模光纤,未辐照的光纤在1300nm处的衰减系数不超过0.5dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过0.4dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过1dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过1dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过3dB/100m,在1550nm处的衰减系数不超过3dB/100m。
优选地,所述多模光纤,未辐照前光纤在850nm处的衰减系数不超过2.3dB/km,在953nm处的衰减系数不超过1.6dB/km,在1300nm处的衰减系数不超过0.6dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过2dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过6dB/100m。
一种抗辐射光纤的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:对光纤预制棒进行退火,制得退火后的光纤预制棒;将退火后的光纤预制棒置于箱式电阻炉中;将该箱式电阻炉升温至设定温度800~1100℃,保温3~5小时后,以1~2℃/min的退火速率降温至目标温度600~900℃,随后停止供热,密闭环境下随炉体自然冷却至室温;
步骤2:对经退火处理后的光纤预制棒进行熔融拉丝,制得自内而外由芯层和包层双层结构组成的裸纤;
步骤3:在包层外进行防辐射功能涂料涂覆,采取湿湿涂覆或湿干涂覆工艺,采用紫外线或LED固化工艺,固化过程中充入氮气保护涂层不被氧化。
优选地,所述步骤3的防辐射功能涂料的制备方法如下:选取防辐射功能单体中的一种或多种组合,称取100phr丙烯酸树脂、5phr防辐射功能单体及1phr脂肪酸类化合物于容器中,在50℃水浴加热条件下搅拌溶解约1h至混合均匀,对溶解后的树脂进行过滤后制得的透明澄清液体即为防辐射功能涂料;
所述防辐射功能单体包括甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆。
优选地,所述防辐射功能单体的制备方法如下:
(1)甲基丙烯酸铅(Pb(MAA)2)的合成制备
称取170phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的黄色氧化铅粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化铅反应完全至溶液澄清;对反应完全的溶液趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,制得甲基丙烯酸铅白色粉末;
(2)甲基丙烯酸钐(Sm(MAA)3)的合成制备
称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钐粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钐反应完全至溶液澄清;对反应完全的溶液趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钐白色粉末;
(3)甲基丙烯酸钆(Gd(MAA)3)的合成制备
称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,80℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钆粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钆反应完全至溶液澄清;对反应完全的溶液趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钆白色粉末。
本发明的良好效果在于:本发明方法对光纤预制棒进行退火,制得经退火后的光纤预制棒。选取清洁完整的商用单模光纤或多模光纤预制棒,将其置于箱式电阻炉中;首先将该箱式电阻炉升温至设定温度800~1100℃,保温3~5h后,以1~2℃/min的退火速率降温至目标温度600~900℃,随后停止供热,密闭环境下随炉体自然冷却至室温。退火工艺可以调整石英玻璃的假想温度,改变其微观结构弛豫,从而消除石英的内应力,可以从整体消除弥合石英玻璃内部的材料缺陷、抑制光纤预制棒内部应力分布不均匀的情况、降低所拉制光纤的衰减;同时适用于常规光纤生产工艺,有助于实现抗辐射光纤的快速制备;附加的防辐射功能涂层还可以通过吸收屏蔽高能射线以提高拉制光纤的整体抗辐射水平,有利于实现抗辐射光纤的大规模制造。此外,本发明方法对光纤预制棒的种类适用范围广。
附图说明
图1是本发明中的抗辐射光纤的结构示意图;
芯层-1;包层-2;内涂层-3;外涂层-4。
具体实施方式
结合附图和本发明应用实例来说明具体的实施内容。如图1所示。一种抗辐射光纤,从内到外依次包括芯层1、包层2、内涂层3和外涂层4。
所述外涂层4的杨氏模量高于内涂层3;所述芯层1为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层,其直径为47.5~52.5μm,不圆度不超过5%;所述包层2为氟掺杂的二氧化硅玻璃层,其直径为124~126μm,不圆度不超过1%;所述内涂层3为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为190±10μm,不圆度不超过6%;所述外涂层4为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为245±10μm,不圆度不超过6%。
所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999%;所述防辐射功能单体在内涂层3中的质量分数为1wt.%~10wt.%;所述防辐射功能单体在外涂层4中的质量分数为1wt.%~10wt.%。
所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的任一种。所述芯层1为单模光纤或多模光纤。
所述单模光纤,未辐照的光纤在1300nm处的衰减系数不超过0.5dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过0.4dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过1dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过1dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过3dB/100m,在1550nm处的衰减系数不超过3dB/100m。
所述多模光纤,未辐照前光纤在850nm处的衰减系数不超过2.3dB/km,在953nm处的衰减系数不超过1.6dB/km,在1300nm处的衰减系数不超过0.6dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过2dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过6dB/100m。
一种抗辐射光纤的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:对光纤预制棒进行退火,制得退火后的光纤预制棒;将退火后的光纤预制棒置于箱式电阻炉中;将该箱式电阻炉升温至设定温度800~1100℃,保温3~5小时后,以1~2℃/min的退火速率降温至目标温度600~900℃,随后停止供热,密闭环境下随炉体自然冷却至室温;
步骤2:对经退火处理后的光纤预制棒进行熔融拉丝,制得自内而外由芯层和包层双层结构组成的裸纤;
步骤3:在包层外进行防辐射功能涂料涂覆,采取湿湿涂覆或湿干涂覆工艺,采用紫外线或LED固化工艺,固化过程中充入氮气保护涂层不被氧化。
防辐射功能单体的制备
(1)甲基丙烯酸铅(Pb(MAA)2)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化铅(PbO)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是2:1,将甲基丙烯酸与黄色氧化铅按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取170phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的黄色氧化铅粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化铅反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸铅白色粉末。
(2)甲基丙烯酸钐(Sm(MAA)3)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化钐(Sm2O3)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是6:1,将甲基丙烯酸与氧化钐按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钐粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钐反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钐白色粉末。
(3)甲基丙烯酸钆(Gd(MAA)3)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化钆(Gd2O3)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是6:1,将甲基丙烯酸与氧化钆按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,80℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钆粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钆反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钆白色粉末。
防辐射功能涂料的配制
选取防辐射功能单体(如甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆等)中的一种或数种组合,称取100phr丙烯酸树脂、5phr防辐射功能单体及1phr脂肪酸类化合物于容器中,在50℃水浴加热条件下搅拌溶解约1h至混合均匀,对溶解后的树脂进行过滤,配制的防辐射功能涂料为透明澄清液体。
实施例一
一种抗辐射光纤,从内到外依次包括芯层1、包层2、内涂层3和外涂层4。
所述外涂层4的杨氏模量高于内涂层3;所述芯层1为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层,其直径为52.5μm,不圆度不超过5%;所述包层2为氟掺杂的二氧化硅玻璃层,其直径为126μm,不圆度不超过1%;所述内涂层3为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为185μm,不圆度不超过6%;所述外涂层4为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为255μm,不圆度不超过6%。
所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999%;所述防辐射功能单体在内涂层3中的质量分数为1wt.%;所述防辐射功能单体在外涂层4中的质量分数为1wt.%。
所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的任一种。所述芯层1为单模光纤或多模光纤。
所述单模光纤,未辐照的光纤在1300nm处的衰减系数不超过0.5dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过0.4dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过1dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过1dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过3dB/100m,在1550nm处的衰减系数不超过3dB/100m。
所述多模光纤,未辐照前光纤在850nm处的衰减系数不超过2.3dB/km,在953nm处的衰减系数不超过1.6dB/km,在1300nm处的衰减系数不超过0.6dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过2dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过6dB/100m。
实施例二
一种抗辐射光纤,从内到外依次包括芯层1、包层2、内涂层3和外涂层4。
所述外涂层4的杨氏模量高于内涂层3;所述芯层1为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层,其直径为47.5μm,不圆度不超过5%;所述包层2为氟掺杂的二氧化硅玻璃层,其直径为124μm,不圆度不超过1%;所述内涂层3为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为195μm,不圆度不超过6%;所述外涂层4为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为250μm,不圆度不超过6%。
所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999%;所述防辐射功能单体在内涂层3中的质量分数为3wt.%;所述防辐射功能单体在外涂层4中的质量分数为6wt.%。
所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的任一种。所述芯层1为单模光纤或多模光纤。
所述单模光纤,未辐照的光纤在1300nm处的衰减系数不超过0.5dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过0.4dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过1dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过1dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过3dB/100m,在1550nm处的衰减系数不超过3dB/100m。
所述多模光纤,未辐照前光纤在850nm处的衰减系数不超过2.3dB/km,在953nm处的衰减系数不超过1.6dB/km,在1300nm处的衰减系数不超过0.6dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过2dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过6dB/100m。
实施例三
一种抗辐射光纤,从内到外依次包括芯层1、包层2、内涂层3和外涂层4。
所述外涂层4的杨氏模量高于内涂层3;所述芯层1为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层,其直径为50μm,不圆度不超过5%;所述包层2为氟掺杂的二氧化硅玻璃层,其直径为125μm,不圆度不超过1%;所述内涂层3为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为190μm,不圆度不超过6%;所述外涂层4为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为245μm,不圆度不超过6%。
所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999%;所述防辐射功能单体在内涂层3中的质量分数为8wt.%;所述防辐射功能单体在外涂层4中的质量分数为2wt.%。
所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的任一种。所述芯层1为单模光纤或多模光纤。
所述单模光纤,未辐照的光纤在1300nm处的衰减系数不超过0.5dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过0.4dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过1dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过1dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过3dB/100m,在1550nm处的衰减系数不超过3dB/100m。
所述多模光纤,未辐照前光纤在850nm处的衰减系数不超过2.3dB/km,在953nm处的衰减系数不超过1.6dB/km,在1300nm处的衰减系数不超过0.6dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过2dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过6dB/100m。
实施例四
一种抗辐射光纤的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:对光纤预制棒进行退火,制得退火后的光纤预制棒;将退火后的光纤预制棒置于箱式电阻炉中;将该箱式电阻炉升温至设定温度800℃,保温5小时后,以1℃/min的退火速率降温至目标温度600℃,随后停止供热,密闭环境下随炉体自然冷却至室温;
步骤2:对经退火处理后的光纤预制棒进行熔融拉丝,制得自内而外由芯层和包层双层结构组成的裸纤;
步骤3:在包层外进行防辐射功能涂料涂覆,采取湿湿涂覆或湿干涂覆工艺,采用紫外线或LED固化工艺,固化过程中充入氮气保护涂层不被氧化。
防辐射功能单体的制备
(1)甲基丙烯酸铅(Pb(MAA)2)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化铅(PbO)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是2:1,将甲基丙烯酸与黄色氧化铅按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取170phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的黄色氧化铅粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化铅反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸铅白色粉末。
(2)甲基丙烯酸钐(Sm(MAA)3)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化钐(Sm2O3)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是6:1,将甲基丙烯酸与氧化钐按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钐粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钐反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钐白色粉末。
(3)甲基丙烯酸钆(Gd(MAA)3)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化钆(Gd2O3)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是6:1,将甲基丙烯酸与氧化钆按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,80℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钆粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钆反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钆白色粉末。
实施例五
一种抗辐射光纤的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:对光纤预制棒进行退火,制得退火后的光纤预制棒;将退火后的光纤预制棒置于箱式电阻炉中;将该箱式电阻炉升温至设定温度1100℃,保温3小时后,以2℃/min的退火速率降温至目标温度900℃,随后停止供热,密闭环境下随炉体自然冷却至室温;
步骤2:对经退火处理后的光纤预制棒进行熔融拉丝,制得自内而外由芯层和包层双层结构组成的裸纤;
步骤3:在包层外进行防辐射功能涂料涂覆,采取湿湿涂覆或湿干涂覆工艺,采用紫外线或LED固化工艺,固化过程中充入氮气保护涂层不被氧化。
防辐射功能单体的制备
(1)甲基丙烯酸铅(Pb(MAA)2)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化铅(PbO)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是2:1,将甲基丙烯酸与黄色氧化铅按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取170phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的黄色氧化铅粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化铅反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸铅白色粉末。
(2)甲基丙烯酸钐(Sm(MAA)3)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化钐(Sm2O3)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是6:1,将甲基丙烯酸与氧化钐按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钐粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钐反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钐白色粉末。
(3)甲基丙烯酸钆(Gd(MAA)3)的合成制备
通过列出甲基丙烯酸(MAA)与氧化钆(Gd2O3)的化学反应方程式,计算得出两者的反应摩尔比是6:1,将甲基丙烯酸与氧化钆按照摩尔比换算成对应的质量来称取反应物,甲基丙烯酸适当过量5%~10%,这样有助于整个反应的充分进行。称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,80℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钆粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钆反应完全至溶液澄清。对反应完全的溶液进行趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,会有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钆白色粉末。
通过实施例4-5制备的产品如实施例1-3的性能,大大优异于常规产品。本发明研发的防辐射功能涂料在搅拌过程中容易产生气泡,可以通过在50℃烘箱内静置至少8h或者抽真空除气泡或两者相结合的方法,去除涂料中混入的气泡。本发明的防辐射功能涂层给光纤增加了一道新的抗辐射保护层,通过吸收屏蔽部分高能射线进一步缓解辐照对光纤性能的影响,从而使得光纤的抗辐射性能得到提升。本发明中的防辐射除了可以与抗辐射裸纤配合使用外,也可以单独用于普通光纤,适用于常规拉丝工艺,适用范围广。
上述抗辐射光纤的防辐射高能涂料,可以选用类似于甲基丙烯酸钐等不饱和羧酸盐中的一种或多种组合。
上述抗辐射光纤的生产工艺,除了适用于本发明之外,适用于其他光纤产品的生产开发。

Claims (7)

1.一种抗辐射光纤,其特征在于:从内到外依次包括芯层、包层、内涂层和外涂层;所述外涂层的杨氏模量高于内涂层;所述芯层为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO2、P2O5和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层,其直径为47.5~52.5μm,不圆度不超过5%;所述包层为氟掺杂的二氧化硅玻璃层,其直径为124~126μm,不圆度不超过1%;所述内涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为190±10μm,不圆度不超过6%;所述外涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体,直径为245±10μm,不圆度不超过6%;所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的一种或多种的组合。
2.根据权利要求1所述的抗辐射光纤,其特征在于:所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999%;所述防辐射功能单体在内涂层中的质量分数为1wt.%~10wt.%;所述防辐射功能单体在外涂层中的质量分数为1wt.%~10wt.%。
3.根据权利要求1所述的抗辐射光纤,其特征在于:所述芯层和包层为单模光纤或多模光纤。
4.根据权利要求3所述的抗辐射光纤,其特征在于,所述单模光纤,未辐照的光纤在1300nm处的衰减系数不超过0.5dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过0.4dB/km;经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过1dB/km,在1550nm处的衰减系数不超过1dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过3dB/100m,在1550nm处的衰减系数不超过3dB/100m。
5.根据权利要求3所述的抗辐射光纤,其特征在于,所述多模光纤,未辐照前光纤在850nm处的衰减系数不超过2.3dB/km,在953nm处的衰减系数不超过1.6dB/km,在1300nm处的衰减系数不超过0.6dB/km;
经过1kGy辐照剂量的γ射线辐照后,光纤在1300nm处的衰减系数不超过2dB/km;经过10kGy辐照剂量的γ射线辐照后,在1300nm处的衰减系数不超过6dB/100m。
6.一种抗辐射光纤的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:对光纤预制棒进行退火,制得退火后的光纤预制棒;将退火后的光纤预制棒置于箱式电阻炉中;将该箱式电阻炉升温至设定温度800~1100℃,保温3~5小时后,以1~2℃/min的退火速率降温至目标温度600~900℃,随后停止供热,密闭环境下随炉体自然冷却至室温;
步骤2:对经退火处理后的光纤预制棒进行熔融拉丝,制得自内而外由芯层和包层双层结构组成的裸纤;
步骤3:在包层外进行防辐射功能涂料涂覆,采取湿湿涂覆或湿干涂覆工艺,采用紫外线或LED固化工艺,固化过程中充入氮气保护涂层不被氧化;所述步骤3的防辐射功能涂料的制备方法如下:选取防辐射功能单体中的一种或多种组合,称取100phr丙烯酸树脂、5phr防辐射功能单体及1phr脂肪酸类化合物于容器中,在50℃水浴加热条件下搅拌溶解1h至混合均匀,对溶解后的树脂进行过滤后制得的透明澄清液体即为防辐射功能涂料;
所述防辐射功能单体包括甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述防辐射功能单体的制备方法如下:
(1)甲基丙烯酸铅(Pb(MAA)2)的合成制备
称取170phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的黄色氧化铅粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化铅反应完全至溶液澄清;对反应完全的溶液趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,制得甲基丙烯酸铅白色粉末;
(2)甲基丙烯酸钐(Sm(MAA)3)的合成制备
称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,70℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钐粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钐反应完全至溶液澄清;对反应完全的溶液趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钐白色粉末;
(3)甲基丙烯酸钆(Gd(MAA)3)的合成制备
称取160phr的甲基丙烯酸及200phr的去离子水倒入容器中,80℃水浴加热搅拌,搅拌速度设置为350rad/min,称取100phr的氧化钆粉末分批缓慢加入容器中,边加热搅拌边减压蒸馏以除去反应液中的水分,直至氧化钆反应完全至溶液澄清;对反应完全的溶液趁热抽滤以滤除不溶杂质,往滤液中加入100phr无水乙醇并于5℃中静置冷却12h,有大量针状晶体析出,对产物进行抽滤,置于鼓风干燥箱中50℃烘干至恒重,得到甲基丙烯酸钆白色粉末。
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