CN1236333C - 渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续多层复合挤出法，一步完成渐变型塑料光纤的生产。本方法具有商业性、大规模生产性，所用的材料范围广泛，凡透明的高分子材料均可。渐变型塑料光纤的特点是折射率沿径向呈渐变的塑料光纤。折射率渐变分布的实现是通过采用具有不同折射率的可扩散分子作为折射率调节剂。聚合物基体中掺入不同量的调节剂，因而可得到具有不同折射率的聚合物。再由多台挤压机分布将它们进入一个具有中心圆孔和多层同心环形入料口、复合腔、和锥形挤出口的复合模具连续挤出。即可得到在其圆柱形的芯体上包复了多层具有不同折射率的透明聚合物，形成了折射率呈抛物线型分布的渐变型塑料光纤。

Description

渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法

技术领域

本发明涉及渐变型塑料光纤的生产方法。

背景技术

玻璃光纤已广泛地应用于长距离信息传播。但是由于玻璃光纤的芯径小，接口设备昂贵，连接困难，费工耗时，在光纤入户时极大地增加了玻璃光纤传输系统的综合成本，而难于作为光纤入户的首选材料。塑料光纤以其韧性好，可制成1毫米的大芯径光纤，使得联接容易，接口设备便宜，连结简便易行而引起了人们广泛的重视。早期的突变型塑料光纤，由于其纤芯具有均匀一致的折射率，引起较大的模色散，限制了传输速率。因而渐变型塑料光纤的开发研究成为人们研究的热点。目前已有大量的文献报道制造渐变型塑料光纤的技术，如界面凝胶法、扩散法等。但这些技术均采用分步的工艺，工艺繁琐难于形成连续化生产，并且产品质量难于稳定控制。

朗迅科技公司曾于2000年12月6日在中国申请了一项《用于生产塑料光纤的方法》发明专利(CN1275479A)。他们的工艺是采用二种不同折射率的高分子材料同时挤出，再通过一个高温腔体，使得高分子材料中的小分子在熔融状态下进行扩散来得到满意的折射率分布。这就需要扩散腔要有足够的长度或挤出速率足够的慢，才能得到较好的折射率分布，因此也限制了生产速度。这种完全靠小分子从一种高黏度的熔融体向另一种高黏度的熔融体扩散，是很难得到完美的折射率分布，而且无法随意调节折射率分布。

皮什特里光纤有限公司于1994年曾报道过聚合物光纤及其制作方法(专利公开号CN1087726)，他们的方法是分步的工艺。首先他们通过挤出第一和第二纯聚合物材料层来制成预制聚合物光纤，然后将得到的预制聚合物光纤冷却，采用的冷却装置是用来提供分子大小的水雾，使预制纤维通过。由于水雾接触了预制纤维，使分子开始了蒸发过程，因而使预制纤维的热量散去。第二步再将预制纤维置于另一装置中经过一加热炉，使得预制聚合物纤维变成所需梯度光折射率分布的最后聚合物光纤。由于他们的工艺是分布的并且在过程中用水雾来冷却预制纤维，这都增加了聚合物纤维被污染的机会，这是制造光学纤维致命的缺陷。另外，分步的工艺也难于控制每一批产品的重复性和性能的稳定性。采用纯聚合物之间的扩散来调节折射率是很难得到平滑的折射率分布的。

发明内容

鉴于上述，本发明的任务是提供一种具有工业化规模的可连续生产的渐变型塑料光纤的制造方法，它可对光纤的折射率分布进行有效地控制。

本发明的任务通过以下技术方案实现：

一种渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：

将n种具有不同折射率的透明聚合物母粒，分别加入n台挤出机，并分别被各自的挤出机经一个复合模具挤出，成为具有n层的纤维状，纤维的直径从0.2mm到3mm，其中，n≥3且n≤100，聚合物母粒是同种聚合物或不同种聚合物母粒，所述复合模具由一中心圆孔、n层同心的环形入料口、复合腔、锥型挤出口组成。

复合腔的长度从1mm到2M，其直径从0.2mm到50mm。

此外：

n种不同折射率的透明聚合物母粒分别被各自的挤出机经一个复合模具同步挤出后，可再经牵引机拉伸成为具有n层的纤维状。

n种聚合物母粒，其折射率变化为n₀＞n₁＞n₂＞n₃…＞n_n。或n₀＜n₁＜n₂＜n₃…＜n_n。或为任意的安排。

可将具有n₀折射率的聚合物置于中心圆孔处，具有n₁折射率的聚合物置于靠近中心圆孔的第一层，具有n₂折射率的聚合物置于靠近中心圆孔的第二层，依此类推。

本发明优点：

由于本发明的制造方法可改变挤出层数和每层的折射率高低，因而可得到理想的折射率分布。当控制层数足够多时，则不需要扩散腔这一过程也能得到平滑的抛物线型的折射率分布。通过任意改变每层的折射率可得特殊需要的折射率分布的塑料光纤。

本发明的多层复合共挤出制造光纤方法具有折射率随意可调性及可控性，由于制造方法本身具有连续性，故减少了光纤在生产过程中的被污染机会。

附图说明

图1为复合模具的结构的横向剖面图；

图2是渐变型塑料光纤折射率分布图。

具体实施方式

本发明提供了一种多层复合挤出制作渐变型塑料光纤的连续生产方法。在该方法中：n种具有不同折射率的透明聚合物母粒分别加入n台挤出机，并分别被各自的挤出机经一个复合模具挤出，成为具有n层的纤维状，纤维的直径从0.2mm到3mm，其中，n≥3且n≤100，聚合物母粒是同种聚合物或不同种聚合物母粒。

复合模具由一个中心孔及n个大小不同的同心圆组成，由此，围绕着中心孔由里向外分为n层，最里层为第一层，其次为第二层，依次类推，可多达100层。

最高折射率的聚合物被挤入复合模具中的中心孔部分，第二高折射率的聚合物被挤入复合模具中的第一层，第三高折射率的聚合物被挤入复合模具中的第二层，依次类推，如此而形成折射率呈渐变的塑料光纤。这种结构的塑料光纤具有折射率从中心沿径向至圆周边逐渐变小的分布状况，其结果产生自聚焦型光传播的塑料光纤。

另外，也可采用折射率反向分布的工艺，即最低折射率的聚合物被挤入复合模具中的中心孔部分，第二低的折射率的聚合物被挤入复合模具中的第一层，第三低的折射率的聚合物被挤入复合模具中的第二层，依次类推，可多达100层。如此便得到折射率从中心沿径向至圆周边逐渐增大的分布状况，其结果产生光发散传播的渐变型塑料光纤。

通过对挤出工艺的参数如温度、流速，及复合模具机头、复合腔、挤出端口温度的精确控制，可以形成折射率分布呈抛物线型均匀平稳的变化，达到预期设计要求的渐变型塑料光纤。

本发明所涉及的方法由下列几个步骤组成：

首先配制含有不同浓度折射率调节剂的聚合物单体溶液，聚合后，得到具有不同折射率的高聚物母粒。通常需要制备n种以上的不同折射率的聚合母粒(n＞2)。

然后将这些具有不同折射率的高聚物母粒分别置于各自的挤出机中，通常需要n个以上的挤出机。这些挤出机被分别连接到中心圆孔和各层同心环形入料口的复合模具上，高聚物母粒经过各挤出机挤出进入复合腔中，沿复合腔运动到复合腔的端头模具上，再经牵引得到纤维状的光纤。其中复合腔长度从1mm到2m，其直径从0.2mm到50mm。

实施例：

首先配制6种含有不同浓度折射率调节剂的甲基丙烯酸甲酯溶液。调节剂的质量百分浓度分别为：25％、20％、15％、10％、5％、0％。选择溴苯为折射率调节剂。在130℃下聚合10小时，得到具有不同折射率的高聚物母粒。然后将这6种具有不同折射率的高聚物母粒分别置于各自的挤压机中。经复合模具机头被挤到一个复合腔中。沿复合腔运动到复合腔端头模具。复合模具机头的横向剖面示意图由图1给出。复合腔的直径为20mm，长度为10mm，出口处的直径为3mm。经牵引得到1mm纤维状的光纤。光纤的折射率分布由图2给出。

图1中：

PN0：具有最高折射率n₀的聚合物层；

PN1：第一层具有n₁折射率的聚合物；

PN2：第二层具有n₂折射率的聚合物；

PN3：第三层具有n₃折射率的聚合物；

PN4：最外层具有n₄折射率的聚合物。

上述实施例仅为说明本发明而为，并非用于限制本发明的专利保护范围，对于依照上述实施例所作的任何等同变换，均应在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：

将n种具有不同折射率的透明聚合物母粒，分别加入n台挤出机，并分别被各自的挤出机经一个复合模具挤出，成为具有n层的纤维状，纤维的直径从0.2mm到3mm，其中：

n≥3且n≤100，聚合物母粒是同种聚合物或不同种聚合物母粒，所述复合模具由一中心圆孔、n层同心的环形入料口、复合腔、锥型挤出口组成。

2.如权利要求1所述的渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：

n种不同折射率的透明聚合物母粒分别被各自的挤出机经一个复合模具同步挤出后，可再经牵引机拉伸成为具有n层的纤维状。

3.如权利要求1或2所述的渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：n种聚合物母粒，其折射率变化为n₀＞n₁＞n₂＞n₃…＞n_n，其中：具有n₀折射率的聚合物置于所述复合模具的中心圆孔处，具有n₁折射率的聚合物置于靠近中心圆孔的第一层，具有n₂折射率的聚合物置于靠近中心圆孔的第二层，依此类推。

4.如权利要求1或2所述的渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：n种聚合物母粒，其折射率变化为n₀＜n₁＜n₂＜n₃…＜n_n，其中：具有n₀折射率的聚合物置于所述复合模具的中心圆孔处，具有n₁折射率的聚合物置于靠近中心圆孔的第一层，具有n₂折射率的聚合物置于靠近中心圆孔的第二层，依此类推。

5.如权利要求1或2所述的渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：n种不同折射率的透明聚合物母粒，其折射率变化为任意的安排。

6.如权利要求1所述的渐变型塑料光纤多层复合挤出成型方法，其特征在于：所述复合腔的长度从1mm到2M，其直径从0.2mm到50mm。

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