CN1183144A - 光纤和光纤带及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的光纤(1)是由用以传导此光纤所传光波绝大部分的光学芯子(2)、环绕此光学芯子的光学包层(3)以及环绕此光学包层的塑料保护覆盖层(4)组成,光纤(1)的特征在于,塑料材料(4)是可逆交联材料。

Description

光纤和光纤带及其制法

本发明涉及光纤、光纤带及其制法。

众所周知，光纤是用来传递光波的，并且是由二氧化硅为基质的材料制的光学芯子和同样由二氧化硅为基质的光学包层所环绕而构成。光学芯子用来可靠地导引光纤所传送的绝大部分光波。上述两个部分(光学芯子与光学包层)构成了称之为裸光纤的光纤的光学部分。这两部分极易受外部干扰的影响，这类影响有损于它们的传输特性，从而会损害光纤的功能。

为了保护裸光纤不受外部干扰，周知是给上述光学包层覆以称之为第一覆盖层的塑料保护层。在此第一覆盖层之上或可以还有其它的保护层，具体有称之为第二覆盖层的第二保护层以及通常是着色的标识层。

实际用来实现上述保护层的方法是，于光学包层之上覆以热固化树脂(即可以通过加热交联固化的树脂)，例如可在紫外光照射作用下固化的树脂。这种紫外光照射可为交联反应提供所需的热量(实际工作中，交联化时约需200℃的温度)。

依已知的方式，光纤带则是一批光纤的组合体，这批光纤是裸纤或覆以一个或多个保护层或是识别层，这些光纤是在大体上同一平面内相互平行地并排排列，这些光纤通过用塑料材料的共用基质(matrix)保持成组合件，而这种塑料也起到保护光纤免受外部干扰影响的作用。上述公用基质是由热固化树脂例如由在紫外光照射作用下交联的树脂组成。

为给光纤覆以热固化树脂覆盖层，或用这种树脂做成光纤带的保护基质，是让被处理的对象(光纤或光纤的组合体)伸展开，通过一个装有通常的流体的未交联树脂的涂敷模具，然后进入一个为之提供所需能量(以热的形式)的装置以实现交联。

这种装置需有复杂的加热设备，尤其是在用紫外辐射实现树脂交联的情况下，它需用配有反射镜的紫外灯，以便把射线聚焦到要处理物体上。此外，还要采取措施防止红外光射到被处理物体上，这红外光是和紫外光一起发出的，它会过分加热被处理物，损坏其机械性能和光学性能。

上述这类装置复杂，因而相当昂贵。

这类装置还需要经常维护，这也加大了费用。

本发明的目的是，不必用昂贵的花费，即设备本身的和它的维护费用都不昂贵，就可以制作光纤和光纤带。

为此，本发明所提出的光纤，包括一个用来传输通过此光纤中绝大部分光波的光学芯子，芯子之外环绕一光学包层，光学包层之外又环绕一塑料保护覆盖层，其特征在于所述塑料材料是一种可逆交联材料。

同样，本发明所提出的光纤带是由多条平行地并排排列在大体上同一个平面内的光纤组成，光纤则埋设在共用的塑料保护基质里，特征在于此种塑料是一种可逆交联材料。

可逆交联材料，又称为“热流”材料，它在温度高于其转变温度时，粘度很低，典型的这种材料的转变温度在50到300℃，这就是说，高于这个温度时，可逆交联材料是流体。说得更确切些，高于这一温度，化学结构便会“去交联化”(化学键断裂)，而只要简单地从转变温度逐渐降温，一般降到低于转变温度50℃左右，又会回到交联状态(化学键恢复)。这个反应是可逆的，就是说，可以从一个方向向另一个方向进行(从去交联到交联，或相反)。这类材料在交联状态下的物理性能，特别是机械性能都非常好，可以与热固化材料在交联态下的性能相比，这就是说，可逆交联材料完全适用于制做光纤的保护层或光纤带的基质。

文件WO 95/00576中列出了一些可逆交联材料，其内容已综合于此作为参考，这个文件所描述的材料的转变温度都在50℃到300℃间。

只需约50℃的变温幅度就能观察到粘度有百分之百的变化，即上述这类材料依反应方向而定，几乎完全为流体或几乎完全固化。

文件US-3 435 003，US-3 678 016和US-3 872 057中还具体描述了其他一些材料例子，当然所述材料并不限于这些例子中的。

由于可逆交联化材料具有前面谈到的性质，即当温度超过转变温度时具有流动性，而且这一转变温度又很易实现，所以，例如使用传统的拉丝模具，就可用这类材料覆盖单根光纤或组合成带状的光纤带。

此后，经过简单的冷却就能使材料交联化，这就不需使用通常的交联化中所用的复杂装置。例如，可用传统的冷却系统，或将被处理物置于环境温度下，或将被处理物展在水浴中来实现冷却。

这样，实施发明的方法和设备就比先前工艺中的方法和设备都简单和便宜得多。

最后，由于交联反应能具有热固化材料不能具备的可逆性，当温度高于可逆转温度时，交联化材料就具有流动性(把可逆交联化材料和具有相同机械性能的热塑性塑料在高于转变温度时比较)，这样，在超过转变温度时也很容易把光纤或光纤带的包层去掉。

本发明的其它特点和优越性将通过后面对本发明制作的光纤或光纤带中及其制作工艺的描述中获得理解。

图1示明热塑材料、热固化材料和可逆交联材料的粘度随温度的变化关系。

图2示明依本发明制成的光纤的横截面。

图3示明依本发明制成的光纤带的横截面。

图4示意地表明依本发明用于制作光纤或光纤带的装置。

在所有这些图中，共有的部件采用同一标号。

在图1中：

曲线A表示热塑材料的粘度logη随温度T的变化。

曲线B表示热固化材料的粘度logη随温度T的变化。

曲线C表示可逆交联化材料的粘度logη随温度T的变化。

图1将可逆交联化材料的引为通常用来覆盖光纤的树脂类热固化材料，以及与热塑塑料的行为进行了比较。

可以看出，可逆交联化材料(曲线C)的粘度从转变Tt(图中例子约为175℃)开始迅速减小。以致超过转变温后成为流体，低于这个温度，粘度增大，即交联化，因而变硬。

至于热固化材料(曲线B)，现象恰恰相反，而且反应不是可逆的，以致一旦硬化便不能通过降温使之回到流体状态。

热塑材料(曲线A)，如聚乙烯、聚丙烯，尽管在温度升高时粘度减小，但其定形与交联化无关，当需进行压制成形时，就要用复杂的设备，同时，所需温度太高，以致不能把这类材料和光纤或光纤带同时使用，因为在此温度下，光纤或光纤带的光学性能遭到破坏。

在图2中，示出本发明制成的光纤1，外径约250μm，从内向外依次同轴排列的是：

光纤芯子2，采用石英基材料制成；

光学包层3，采用石英基材料制成；

第一覆盖层4，采用可逆交联材料制成；

第二覆盖层5，同样采用可逆交联化材料制成；

着色的标识层6，它还是用可逆交联材料制成。

按照本发明，不论是哪层保护层(第一覆盖层，第二覆盖层或是其它层)还是标识层，均可用可逆交联材料制作。

特别是用于保护层4和5的可逆交联材料是选自文件WO95/00576中所描述的，其最好的转变温度(溶化温度)在70℃左右，这些材料都是用一种含有至少三个酰亚胺官能团的非线性聚酰亚胺和一种至少含有两个伯胺或仲胺官能团的多胺反应生成的。

把转变温度选在70℃左右，即可保证由本发明制成的光纤或光纤带组成的光缆的使用温度可达70℃，而这是通信光缆的传统要求。

另一方面，要尽可能使转变温度不要过大的高于上面的推荐值，以便最大限度地简化加热所用可逆交联材料的设备。

别的已知的能满足机械性能要求的可逆交联材料也可是可用的。

从所有已知的可逆交联材料中来选取适用的可逆交联材料的事可交有关工艺人员去处理，他们能通过简单的常规操作就可确定应选用的这类材料。

按同样的方法，可以选择标识层6所用的可逆交联材料。

图3示出用本发明制成的光纤带7。光纤带7由五根光纤8组成，每根光纤包括一根以石英基材料制成的光学芯子9，其外包有同样是以石英基材料制成的光学包层10，包层10外面包有第一覆盖层11，此第一覆盖层依本发明，采用可逆交联材料，例如，前述图2光纤中的层4和层5所用的材料。

五根光纤8平行地并排排列在大体上同一平面内，嵌在用可逆交联材料制成的公用的保护基质12中。

更具体地说，用于公用保护基质12的可逆交联材料是选自文件WO95/00576描述的材料，其转变温度(熔化温度)约70℃，这些材料是用至少有三个酰亚胺官能团的非线性聚酰亚胺与至少有两个伯胺或仲胺官能团的多胺反应而成。

还需指出，基于上面所说的理由，转变温度最好接近70℃。

选择合适的可逆交联材料的事同样可由有关工艺人员去处理。

图4示意性地给出了用于制作光纤1的第一覆盖层4和第二覆盖层5以及标识层6的装置100。

装置100同样可用于制作光纤带7中光纤8的第一覆盖层11和基质12。

装置100包括一个涂敷模具101，其中盛有温度高于70℃的流体状的可逆交联材料，沿被处理物(如未涂覆盖层的光纤)的运动方向，即箭头F指示方向，设有一熟知的空气冷却系统102，使将被处理物处于环境温度中。

这样，裸光纤首先通过涂敷模具101，从涂敷模具出来时即覆盖上一层未交联化的可逆交联材料，然后进入冷却系统，从此系统出来后，覆盖层便交联化。

当然，装置100适用于依本发明由可逆交联材料制作的任何覆盖层。

但是，本发明并不限于前面描述的实现方式。

首先，依本发明，可以在同一根光纤上或同一光纤带上形成上面所述的一或多个覆盖层或层(第一覆盖层，第二覆盖层，着色标识层)。注意，保护层不需要是透明的。

还有，在用本发明制作光纤带时，所用光纤可以是裸光纤，还是有各自的第一覆盖层保护的，或者是通常还有着了色的标识层的，这都不是重要的。

如有需要，着色标识层可以由在可逆交联材料中添加所需颜料构成。

非常明显，前述的某些层可以采用可逆交联材料，而另一些层则不行。任何时候都应注意，只要材料层不允许达到所考虑的可逆交联材料的转变温度，就不能涂制这样的材料层。

最后，在不超出本发明的范围的前提下，可以用一个等效方法代替所有方法。

Claims (8)

1.一种光纤，包括用以传导该光纤所传输的绝大部分光波的光学芯子(2)、环绕该光学芯子的光学包层(3)，以及环绕该光学包层的塑件保护覆盖层材料(4)，其特征在于，前述塑料材料(4)是可逆交联材料。

2.如权利要求1所述的光纤，特征在于上述材料(4)的转变温度约为70℃。

3.如权利要求1或2所述的光纤，特征在于上述材料(4)是由至少含有三个酰亚胺官能团的非线性聚酰亚胺和至少含有二个伯胺或仲胺官能团的多胺反应而成。

4.一种光纤带(7)，它是由多根平行地并排排列在近于同一平面内的光纤(10)嵌入同一塑料材料的保护基质(12)中而成，特征在于，前述塑料材料(12)是可逆交联材料。

5.如权利要求4所述的光纤带，特征在于，前述材料(12)的转变温度约为70℃。

6.如权利要求4或5所述的光纤带，特征在于前述材料(12)是由含有至少三个酰亚胺官能团的非线性聚酰亚胺和含有至少二个伯胺或仲胺官能团的多胺反应而成。

7.如权利要求1至6中任一个所述的光纤或光纤带，特征在于，所有的光纤(10)都覆盖有用可逆交联材料制的标识层。

8.制造权利要求1至7中任一个所述的光纤或光纤带的方法，此方法包含一个对前述塑料进行沉积的步骤，特征在于，所述沉积步骤是在高于70℃的温度下完成的，在此温度下，前述材料是流体，而前述覆盖层的交联化则是在接近于环境温度下冷却实现的。

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