CN1773312A - 微结构聚合物光纤制造方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微结构聚合物光纤的制造方法及其装置。本发明的方法包括以下步骤：1)把原料单体在减压下蒸馏。2)将精馏过的单体搅拌、加热启动聚合反应，得到预聚物；3)将预聚物注入聚合塔，在55～80℃之间反应30～40小时后升温至100～120℃，保温4～6小时后，再升温到200℃～240℃；4)挤出：在压力下将预聚物从出棒口中恒速挤出，形成微结构光纤预制棒；5)拉丝：在牵引力的作用下将微结构光纤预制棒直接拉丝；6)收丝。本发明解决了背景技术中的微结构聚合物光纤制造方法存在的无法保持微结构光纤中微孔结构的贯通性和规整性、孔结构产生严重的形变、加工困难且孔的光学质量很难保证的技术问题。
Description
持微结构光纤中微孔结构的贯通性和规整性、孔结构产生严重的形变、加工困难且孔的光学质量很难保证的技术问题。
本发明的技术解决方案是：一种微结构聚合物光纤制造的新方法，该方法包括以下步骤：
1)单体精馏：把原料单体在减压下蒸馏；
2)预聚：将精馏过的单体以1000～2000rpm/min的速度下搅拌、加热启动聚合反应，温度控制在60～80℃，反应约2～5小时左右，得到预聚物；
3)聚合：将预聚物注入聚合塔，在55～80℃之间反应30～40小时后升温至100～120℃，保温4～6小时后，再升温到200℃～240℃；
4)挤出：在压力下将预聚物从具有微结构光纤特征的周期性分布的通孔结构的出棒口中恒速挤出，形成微结构光纤预制棒；
5)拉丝：在牵引力的作用下将微结构光纤预制棒直接拉丝；
6)收丝。
上述步骤4)中的出棒口的结构为：其包括有按微结构光纤特征周期性分布的小孔12，在每个小孔12上均放止了“子弹型”细棒4，小孔12间由骨架13固定，其余部分为空心。
上述步骤3)中，在聚合前，先将预聚物注入聚合塔，在真空状态下保持约2～3小时后再进行聚合。
上述步骤4)和步骤5)之间还包括保温步骤：将微结构光纤预制棒的温度保持在170-190℃，再进行拉丝。
上述步骤4)中，挤出的压力为螺旋推进器施加的压力或氮气的压力。
一种应用上述的微结构聚合物光纤制造方法的制造装置，其特殊之处在于：该装置包括聚合塔1、出棒口5、保温塔6、牵引装置7和收丝装置10，出棒口5设置在聚合塔1下方，在出棒口5下方设置有保温塔6，保温塔6外设置有牵引装置7和收丝装置10。
上述出棒口5中设置有按微结构光纤特征周期性分布的小孔12，每个小孔12上均放置了“子弹型”细棒4，小孔12间由骨架13固定，其余部分为空心。
上述保温塔6下方还设置有丝径监控装置8。
上述聚合塔1内设置有螺旋推进器2或氮气推进的活塞。
本发明具有以下优点：
1、本发明在传统的聚合物光纤本体聚合直接拉丝的生产工艺上做了改进，把出丝口改造成微结构聚合物光纤预制棒的出棒口，将传统聚合物光纤的生产工艺应用在微结构聚合物光纤的生产上，保持了高速制作的优点，简化了光子晶体光纤的堆积热拉伸工艺，克服了钻孔法只能制作有限长度光纤的缺点，实现高质量微结构聚合物光纤的大规模生产。
2、本发明比传统的毛细管堆积-热拉伸方法制作的微结构聚合物光纤光学结构更接近所设计的结构。
3、本发明的出棒口可以根据光学设计的需求，自由摆放“子弹型”金属细棒的位置和几何形状，从而得到各种不同的光纤断面结构，而不同端面结构的微结构光纤又具有不同的性能和用途。
4、本发明的方法及其装置适用于任何热塑性光学聚合物单体作为微结构聚合物光纤生产的材料。
5、由于本发明以单体为原料，精馏、预聚，聚合，拉丝在同一系统内按流水线进行，引入非固有损耗(灰尘杂质等)机会极小。
四、附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为本发明的出棒口结构示意图；
图3为本发明的“子弹型”细棒结构示意图；
图4、5分别本发明出棒口结构与微结构聚合物光纤端面的关系对应图。
五、具体实施方式
本发明的方法具体步骤如下：
1)单体精馏：把原料单体在减压下蒸馏；
2)预聚：将精馏过的单体以1000～2000rpm/min的速度下搅拌、加热启动聚合反应，温度控制在60～80℃，反应约2～5小时左右，得到分子量在数百到数千的预聚物；
3)聚合：将预聚物注入聚合塔，在真空状态下保持约2～3小时后进行聚合反应，聚合反应在55～80℃之间反应30～40小时后升温至100～120℃，保温4～6小时后，再升温到200℃～240℃；
4)挤出：在螺旋推进器或氮气的压力下将预聚物从具有微结构光纤特征的周期性分布的通孔结构的出棒口中恒速挤出，形成微结构光纤预制棒；
5)保温：将微结构光纤预制棒的温度保持在170-190℃；
6)拉丝：在牵引力的作用下将热的微结构光纤预制棒直接拉丝；
7)收丝。
本发明的方法适用于任何热塑性光学聚合物，其中的聚合塔为任何具有加热能力的容器。
参见图1本发明包括聚合塔1、出棒口5、保温塔6、牵引装置7、丝径监控装置8和收丝装置10，聚合塔1内设置有螺旋推进器2或氮气推进的活塞，出棒口5设置在聚合塔1下方，在出棒口5下方设置有保温塔6，保温塔6外设置有牵引装置7和收丝装置10。
参见图2、3，本发明的出棒口5中设置有按微结构光纤特征周期性分布的小孔11，小孔11间由骨架12固定，其余部分为空心。在出棒口5的小孔11上均放置了“子弹型”细棒4，用以形成光纤包层中的孔结构。
参见图4、5，出棒口5可以根据需求设计成各种不同的结构，这些不同的出棒口5结构可以制出不同性能的微结构聚合物光纤。
本发明的装置工作时，首先在聚合塔1中加入预聚物3，经完全聚合后，加热到聚合物的融化温度，聚合物完全融化后，在螺旋推进器2(或是氮气推动活塞)的推动下，聚合物缓慢从出棒口5中挤出。聚合物挤出出棒口5以后，直接送入恒温塔6，形成具有周期性空孔结构的微结构光纤预制棒，微结构光纤预制棒在牵引装置7的作用下被拉伸，得到微结构光纤9，再由收丝装置10进行收丝。
Claims (9)
1、一种微结构聚合物光纤制造方法，该方法包括以下步骤：
1)单体精馏：把原料单体在减压下蒸馏；
2)预聚：将精馏过的单体以1000～2000rpm/min的速度下搅拌、加热启动聚合反应，温度控制在60～80℃，反应约2～5小时左右，得到预聚物；
3)聚合：将预聚物注入聚合塔，在55～80℃之间反应30～40小时后升温至100～120℃，保温4～6小时后，再升温到200℃～240℃；
4)挤出：在压力下将预聚物从具有微结构光纤特征的周期性分布的通孔结构的出棒口中恒速挤出，形成微结构光纤预制棒；
5)拉丝：在牵引力的作用下将微结构光纤预制棒直接拉丝；
6)收丝。
2、根据权利要求1所述的微结构聚合物光纤高速纺丝制造方法，其特征在于：所述步骤4)中的出棒口的结构为：其包括有按微结构光纤特征周期性分布的小孔(12)，在每个小孔(12)上均放止了“子弹型”细棒(4)，小孔(12)间由骨架(13)固定，其余部分为空心。
3、根据权利要求1或2所述的微结构聚合物光纤高速纺丝制造方法，其特征在于：所述步骤3)中，在聚合前，先将预聚物注入聚合塔，在真空状态下保持约2～3小时后再进行聚合。
4、根据权利要求3所述的微结构聚合物光纤高速纺丝制造方法，其特征在于：所述步骤4)和步骤5)之间还包括保温步骤：将微结构光纤预制棒的温度保持在170-190℃，再进行拉丝。
5、根据权利要求4所述的微结构聚合物光纤高速纺丝制造方法，其特征在于：所述步骤4)中，挤出的压力为螺旋推进器施加的压力或氮气的压力。
6、一种应用权利要求1所述的微结构聚合物光纤制造方法的制造装置，其特征在于：该装置包括聚合塔(1)、出棒口(5)、保温塔(6)、牵引装置(7)和收丝装置(10)，所述出棒口(5)设置在聚合塔(1)下方，在出棒口(5)下方设置有保温塔(6)，保温塔(6)外设置有牵引装置(7)和收丝装置(10)。
7、根据权利要求6所述的微结构聚合物光纤制造装置，其特征在于：所述出棒口(5)中设置有按微结构光纤特征周期性分布的小孔(12)，每个小孔(12)上均放置了“子弹型”细棒(4)，小孔(12)间由骨架(13)固定，其余部分为空心。
8、根据权利要求7所述的微结构聚合物光纤制造装置，其特征在于：所述保温塔(6)下方还设置有丝径监控装置(8)。
9、根据权利要求8所述的微结构聚合物光纤制造装置，其特征在于：所述聚合塔(1)内设置有螺旋推进器(2)或氮气推进的活塞。
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