CN85108254B - 合成树脂涂层光导纤维制造方法和用该方法生产的合成树脂涂层光导纤维 - Google Patents

Abstract

本发明可提供一种给光导纤维快速涂上两层合成树脂层的方法，第一层是由活性熔融合成树脂材料所形成。该熔融合成树脂材料可用冷却凝固，然后涂上一般的可固化合成树脂组合物作为第二层。接着，可用紫外光照射等方法使两层涂层同时固化。活性熔融合成树脂材料每个分子中至少含有两个丙烯酸酯基团，例如它可以是聚氨酯丙烯酸酯化合物，并且它还可以含有一种光敏引发剂。

Description

合成树脂涂层光导纤维制造方法和用该方法生产的合成树脂涂层光导纤维

本发明涉及一种至少具有两层合成树脂涂层的光导纤维的制造方法，按照这一方法，光导纤维的形成之后，立刻包上了两层合成树脂层，第二层合成树脂层是由可固化合成树脂组合物形成，使组合物固化的方法是使其受电子或紫外光的辐照。

本发明还涉及按照本方法制造的具有合成树脂涂层的光导纤维。

光导纤维可用已知的从予制坯件拉制等方法或用双坩埚法生产。“在它形成之后立刻”的含义是指涂敷合成树脂涂层之前，光导纤维不需贮存、绕在卷轴上、沿导轮导引，也不需要经过任何其它机械处理。

本发明能被用于如制造无线电通信用的光导玻璃纤维等，其中，采用具有双层涂层的纤维是一种常规的作法。第一层（较软层）涂层用于防止由温度变化引起的光纤微弯曲或为了适应光纤由光缆弯曲引起的光纤微弯曲。第二层（较硬）涂层用于防止光纤损坏。

这种光导纤维及其制造方法，如在德国专利申请DE3106451号中已有报导。该申请报导的纤维的第一层和第二层涂层均由液体可固化合成树脂组合物组成。第一涂层是用紫外光辐照固化而成，在其上再涂第二层，然后再固化。为了防止光导纤维损坏，光纤在任何机械接触以前，必须至少先涂上一层包层。在光纤上的可固化合成树脂组合物充分固化之前，不能与其机械接触。在光导纤维生产中，其生产速率常常取决于辐照固化过程。获得不粘层所需时间一般超过0.5秒，还常常超过5秒。另一方面，还需要将从坯件拉制成玻璃纤维的速率增加至例如5米/秒以上。若两层合成树脂纤维均由可固化合成纤维组合物形成，则生产和涂敷光导纤维就需要一个不经济的大设备。

本发明的目的在于提供一种方法和用这种方法生产光导纤维，这种方法能使光纤高速生产，制得的光纤具有双层合成树脂涂层的优良性能。本发明的另一目的是提供一种可用于高温下进一步处理的光导纤维。

这一目的可按照本发明，通过前述段落所述方法而达到，在上述方法中，第一层合成树脂层可由每个分子内含有至少两个丙烯酸酯基团的熔融合成树脂材料形成，第二层合成树脂层需待第一涂层冷却并固化后再涂，两层涂层由射线照射同时固化。该熔融合成树脂材料最好是一种聚氨酯丙烯酸盐化合物。

当采用熔融合成树脂材料时，由于使用成品高聚物材料，可以达到高的涂敷速率。应当注意，在与光导纤维机械接触和涂敷第二涂层之前，第一涂层的温度低于所用合成树脂材料的熔融温度。当采用液体可固化合成树脂组合物时，应当避免机械接触，而只能等由辐照过程引发的聚合反应充分完成后才能涂第二层涂层。这会导致第一涂层和第二涂层位置之间有较大距离。当第一、二涂层的固化同时进行时，就无需附加的空间。

按照本发明的方法，它还具有其它优点，例如由于省略了辐照过程的第一步，可使紫外线或电子辐照装置的利用更为充分。

此外，熔融合成树脂材料在固化期间很少聚合收缩，因为它在固化之前已经具有很高的分子量。因而可以防止第一层合成树脂层内机械应力的发展。

若所用的光导纤维主要由石英或石英玻璃所组成，两层涂层涂好后，只需用紫外线辐照一次即可，因为这样可减少由紫外辐射所引起的石英或石英玻璃化学分解的危险。

同时固化两层合成树脂层的其它附加优点，是两层高聚物分子可以交联，两合成树脂层之间的粘性改进，因而增加了整个光导纤维的强度。

美国专利说明书4147407号公开了一种给光导纤维涂上涂层的方法，这一方法中，所述纤维通过熔融合成树脂材料拉制出，然后冷却并凝固而生成涂层。然而，在所述的方法中，光纤上未涂第二层涂层。而且，熔融合成树脂材料冷却后未用辐射固化。对于光导纤维的后续处理和贮存，例如该纤维必须涂上热塑性涂层，则该涂层也许需要承受更高温度。在一改进实施例中，将一层熔融合成树脂材料（每个分子内至少含有两个丙烯酸酯基团），在纤维形成之后，直接涂在该光导纤维周围，随后使这一层材料冷却凝固，接着由辐射使之固化。由于上述理由，合成树脂涂层一般最好含有至少两层不同机械性能的涂层。

为了改进该熔融合成树脂材料对光纤的湿润，该材料可适当含有0.1-2%（重量）的硬脂酸铝。

第二层合成树脂涂层可以由任何适合于本方法的可固化合成树脂组合物，如聚硅氧烷化合物或聚醚尿烷丙烯酸酯化合物而形成。

两种合成树脂涂层均能被制造成可用电子辐射固化。在此情况下，熔融合成树脂材料和可固化合成树脂组合物均不需要含有引发剂。这些合成树脂涂层能被制造成例如可用能量为100-500电子伏的电子辐射来固化。这种步骤可用电隔板（Electrocurtain）等设备（美国麻省（woburn）能量科学公司的产品）实现。

在本发明的方法的另一最佳实施例中，熔融合成树脂材料中含有一种光敏引发剂，两种合成树脂涂层被制成可用紫外线辐射所固化。在本方法的一个合适的实施例中，熔融合成树脂材料中含有1-5%（重量）的光敏引发剂，后者可选自2，2-二甲氧基-2-苯基-乙酰苯、2，2-二甲氧基-乙酰苯和2，2-二甲基-2-羟基-乙酰苯。例如一种能产生具有波长为200-400毫微米和强度为0.6瓦/厘米²（在合成树脂涂层上测得）的光的高压汞蒸汽灯，可用于紫外光辐照过程。

本发明的方法对用于制造必须做进一步处理（如绞合）的光导纤维极为有利。它有可能用挤压等方法，来提供热塑材料（如聚酰胺）包层，这种包层与光导纤维直接接触或象一个套管绕在其外。

参照附图，对本发明的方法和该方法生产的光导纤维的实例，下面将给以更详细的说明，其中：

图1示意表示出一种适用于应用本发明方法的设备，

图2表示出在室温下是固体的聚氨酯丙烯酸酯化合物，

图3表示出在室温下是液体的聚氨酯丙烯酸酯化合物，

图4a表示出2，2-二甲氧基-2-苯基-乙酰苯的结构式，

图4b表示出2，2-二乙氧基-乙酰苯，

图4c表示出2，2-二甲基-2-羟基-乙酰苯，

图5是本发明中带合成树脂涂层和热塑材料包层的一个可能实施例的剖面图。

本发明方法的实施例

图1示意表明适用于应用本方法的设备。玻璃纤维1按已知方式由炉3内的坯件2拉制出。形成玻璃纤维后，立即在其上涂上熔融合成树脂层。为此目的，可采用本身是已知的装置，如喷涂设备4及其加热设备5等。表示于图2中的聚氨酯丙烯酸酯化合物是一种合适的熔融合成树脂材料，其m的平均值在2-3之间。工业上可行的这类合适的合成树脂材料是Uvithane782（Thiokol Specialty Chemicals Division制造），其平均分子量为4760。其熔点为35℃，用扭摆装置测得其玻璃转化温度为-35℃。在80℃时将该材料涂到玻璃纤维上，此时该熔融合成树脂材料的粘度为12帕·秒。而且在该熔融合成树脂材料中已加入4%（重量）的2，2-二甲氧基-2-苯基-乙酰苯（见图4a）和1%（重量）的硬脂酸铝。其它光敏引发剂，如2，2-二乙氧基-乙酰苯（图4b）和2，2-二甲基-2-羟基乙酰苯（图4c）也是合用的。光导纤维涂上熔融合成树脂材料之后，使之冷却而使合成树脂材料固化。

其它熔融合成树脂材料也可用于本发明的方法，如果它们能用辐照方法进一步固化的话。所选的合成树脂材料最好是那些熔点略高于室温的材料。因此涂渍温度低，冷却时间短。而且可以避免热聚合作用发生。对于那些给光导纤维涂熔融合成树脂材料的先有技术的有关方法，合成树脂材料的熔点通常较高，以确保带涂层光导纤维有满意的耐用期。现在这一点的重要性已经降低，因为按照本发明的方法，合成树脂材料还将受到进一步的固化。

接着，带第一层合成树脂层的光导纤维可用包复设备6涂上一层可固化的合成树脂化合物。然后，再使可固化的合成树脂组合物固化，便形成了第二层合成树脂层。适于可固化的合成树脂组合物包括示于图3的聚氨酯丙烯酸酯化合物（按重量计为70%）（该化合物中n的平均值为20），向其中加入了15%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，10%的三聚丙烯二醇二丙烯酸酯，4%的2，2-二甲氧基-2-苯基-乙酰苯（图4a）和1%的三乙醇胺（作加速剂）。其它合成树脂组合物也可以使用，如聚环氧基-丙烯酸酯化合物，聚酯-丙烯酸酯化合物和聚醚-丙烯酸酯化合物，也已向其中加入了己烷丙烯酸二酯。工业上可用的合成树脂组合物，如Desolite950z042或Desolite950×078（D₆s₀t₀公司制造）也可用于本发明的方法。它们是基于聚氨酯丙烯酸酯化合物的可用紫外线固化的合成树脂组合物。

将可固化合成树脂组合物，与第一层合成树脂层一起制成，用紫外光照射0.5秒钟使之固化，紫外光是由高压汞蒸汽灯7产生，所产生光的波长范围为200至400毫微米，在合成树脂层上测得光的强度为0.6瓦/厘米²，在合成树脂层固化后，光导纤维可以绕于卷轴8上。

此外，可在光导纤维外面包上一层热塑性包层，包层可以由尼龙、聚偏二氟乙烯或聚丁烯对-邻苯二甲酸酯。这种包层可与涂上合成树脂的光导纤维直接接触。另一方面，也有可能采用一根管子作为包层，光导纤维在管中还可自由移动。

按本发明光导纤维的实施例

图5是光导玻璃纤维11的剖面图，该光纤有双层合成树脂涂层12和13，还有象管子一样包在光纤外面的热塑包层14。涂层12是由熔融合成树脂材料制成，涂层13是由可固化合成树脂组合物制成。合适的尺寸可以是：玻璃纤维的直径为125微米，涂层12和12每层厚30微米，包层直径1毫米，壁厚150微米。

玻璃纤维11可由具有不同折射率的芯层和包层（图5中未示出）组成，然而，根据玻璃纤维的不同类型，折射率也可以作为纤维表面到玻璃纤维中心轴之间的距离的函数而逐渐改变。图5中示出的纤维具有一圆形截面，但其它任何形状，如椭圆形等也是可能的。

按本发明的方法及用该方法制出的光导纤维不限于现在所举的实施例。例如，第二层合成树脂层通常可由可固化液体合成树脂组合物所组成，但是，在本发明的范围内，也有可能采用类似于第一层合成树脂层所用的可固化熔融合成树脂材料，只是固化后具有的刚度和硬度不同。

Claims (7)

1、一种具有合成树脂涂层（至少由两层组成）光导纤维的制造方法，按照这一方法，光纤在形成后，立即被两层合成树脂层所包围，第二层合成树脂是由可固化的合成树脂组合物在电子或紫外光下照射可固化形成。其特征在于，第一层合成树脂层是由每个分子中至少含有两个丙烯酸酯基团的熔融合成树脂材料形成，其中的第二层合成树脂层是在第一层冷却并硬化后涂复的，两层树脂层由射线照射同时固化。

2、一种如权利要求书所要求的方法，其特征在于所用的熔融合成树脂材料是聚氨酯丙烯酸酯化合物。

3、一种如权利要求1或2所述的方法，其特征在于熔融合成树脂材料含有自0.1至2%（重量）的硬脂酸铝。

4、一种如权利要求1至3中任一种所述的方法，其特征在于两层合成树脂涂层制成为可用电子射线固化。

5、一种如权利要求1至3中任一种所述的方法，其特征在于熔融合成树脂材料包含一种光敏引发剂，两层合成树脂层均制成为可用紫外光辐照固化。

6、一种如权利要求5所述的方法，其特征在于熔融合成树脂材料包含1-5%的光敏引发剂，它可选自2，2-二甲氧基-2-苯基-乙酰苯酮、2，2-二乙氧基-乙酰苯和2，2-二甲基-2-羟基-乙酰苯。

7、一种具有按权利要求1至6任一种所述的方法制成的合成树脂涂层的光导纤维，其特征在于该光导纤维上还可形成一层热塑性包层。

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