小直径高强度光纤制造技术

一种涂敷层光纤，优选是ＧＧＰ光纤，它包含纤芯和在该纤芯上的二氧化硅色层，还含有非水解光敏引发剂的可光致固化组合物在紫外线辐照期间，在二氧化硅包层上形成的一层永久聚合物涂层。此涂敷光纤直径为１２０－１６０微米，动态疲劳测试在４９．２×１０↑［３］ｋｇ／ｃｍ↑［２］（７００ｋｐｓｉ）和６３．３×１０↑［３］ｋｇ／ｃｍ↑［２］（９００ｋｐｓｉ）之间的相对频数分布至少为８５％。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括地说涉及二氧化硅光纤，具体地说涉及平均直径小但强度可以和常规光纤相比的有永久薄涂层的光纤。
技术介绍
已经建立的现代化通讯网络能够提供并共享几乎不可思仪多的信息量。尽管通讯系统的现有容量很大，仍然需要有更多的信息通讯服务。使用额外的信号载体，如光纤，可以满足这种需求。每个额外载体都要增加在光纤和相关的光电装置之间建立连接所需的空间。这与目前所流行地为成功制造比目前系统占用更少空间的趋势相反。光纤的生产过程需要制造预制棒，包括用低折射率的二氧化硅层将高折射率的导波器包覆。将预制棒在炉内加热，升高温度使其熔化，然后从熔融预制棒中拉制出纤维。通常玻璃纤维包括一种或多种聚合物涂层，也称为缓冲涂层，这种涂层施加在光纤的外直径上即是包层上。一种有涂层的光纤，称为GGP纤维，在施加上述额外缓冲涂层之前，在其二氧化硅包层上施加一层永久聚合物(P-涂层)。美国专利U.S.5,381和U.S.RE36,146描述了一种常用的商购GGP纤维(意思是该为光纤的纤芯为玻璃，包层为二氧化硅玻璃，再外面的涂层为聚合物)，这种纤维包含掺杂二氧化硅的纤芯，二氧化硅包层和环绕在包层周围的永久聚合物涂层即P-涂层。构成商购GGP纤维的各材料层产生的纤维直径约为250微米，其中二氧化硅纤芯和减薄的二氧化硅包层占100微米。加上P-涂层使直径增加到约125微米。加上两层标准缓冲涂层(第一层提供微弯曲保护，第二层提供抗磨性)后，此涂敷的光纤的最终直径达到约250微米。称为标准纤维其它类型纤维，不包含永久聚合物层，也就是说它们是非GGP纤维。普通的非GGP纤维包含合并直径为125微米的二氧化硅纤芯和包层，然后有两层标准缓冲涂层，使最终涂敷的光纤直径达到约250微米。内部或第一缓冲涂层的肖氏硬度通常比外部或第二缓冲涂层低。美国专利U.S.5,644,670描述了一种包含纤芯、包层和聚合物涂层的所谓裸露光纤的制备方法。多次报导表明，裸露光纤优选直径小于128微米，其聚合物涂层的肖氏硬度为D55或更大。对裸露纤维直径进行限制是为了使其与截面积通常为125微米的光纤连接器相配。使用高肖氏硬度的聚合物涂层能避免卷曲连接器损坏裸露光纤的涂层。将卷曲连接器与裸露光纤末端相连，首先要去除使用裸露纤维作为波导元件的夹套宽玻带光纤电缆上的第一和第二保护涂层。欧洲专利申请EP0953857A1描述了一种类似保护的125微米波导元件，在此情况下一光纤带子包括多根光纤排列成束。每根光纤包括一个纤芯、一个包层和在包层周围厚为2-15微米、由合成树脂构成的非剥离薄层。这种非剥离薄层在纤维与光纤连接器连或平板波导线路(PLC)连接时为下面的包层和玻璃纤芯提供保护。该光纤带子上有厚度达光纤直径两倍的第一涂层和可能厚为20-100微米的第二涂层。U.S.5,644,670和EP0953857 A1都研究了在已去除第一和第二涂层的光纤末端与卷曲连接器夹紧时，聚合物涂层或非剥离涂层的厚度对包层损坏的影响。这两个专利中没有关于该裸露纤维总体机械强度的信息。在许多光电装置和装有光纤的结构中，能容纳上述的包含第一和第二涂层的大直径光纤的空间有限。这就需要有一种更细的光纤，优选能够在通讯应用范围内承受小半径的弯曲。所述的通讯用途指的是需要使用标准光纤连接器来相互连接的光纤网络。一种标准连接器通常包括一个125微米的套圈，光纤能够插入其中牢固地与另一根光纤或相关的光电装置相连。如上所述，标准涂敷的光纤直径通常约为250微米。只有将纤维上的涂层去除使纤维的直径小到能够插入标准套圈中时才能将纤维相互连接。纤维损伤通常发生在从光纤上剥离缓冲涂层的剥离过程中。使用不需要剥离缓冲涂层就能适合装入125微米套圈连接器的强度光纤可以避免这种损伤。而纤维能在摩擦或化学侵蚀的作用下都看不出纤维有磨损或降解迹象则是中车个优点。在GGP纤维上的P-涂层通常包含一种可以阳离子固化，优选可以使用一种合适的光化辐射固化的环氧树脂。其他已知可阳离子固化树脂结构中有脂环系环氧基团或乙烯基醚。生产GGP涂敷的光纤在从炉子中拉制出来接着涂上P-涂层时需要二氧化硅包层的固化。P-涂层通常含有作为阳离子光敏引发剂的、能与合适的辐射相互作用以固化聚合物的碘盐。施加在固化的P-涂层上的一个或多个保护性缓冲涂层起到保护作用和抗耐磨性，此时都将GGP纤维结构的直径提高到约250微米。下面的讨论是关于其它一些阳离子光敏引发剂，这些引发剂大部分用于与生产涂敷光纤无关的领域中。美国专利U.S.5,340,898，U.S.5,468,902，U.S.5,550,265和U.S.5,668,192讨论了将硼酸碘鎓和有机金属硼酸盐作为光敏引发剂。但是，这些专利没有提到将含有硼酸根阴离子的光敏引发剂作为施加在光纤上的聚合物材料的固化剂。美国专利U.S.6,011,180公开了适用于含有酸基官能团的单体进行光聚合的有机硼光敏引发剂。该光敏引发剂通式为G+(R)4B-，这里G+包括鎓阳离子，特别包括锍阳离子或碘鎓阳离子，(R)4代表取代的烷基和芳基。有些参考文献，如EP775706，U.S.5,807,905和WO9852952描述了包含聚硼酸根阴离子的光敏引发剂。欧洲专利EP834492描述了包含聚碘鎓阳离子的光敏引发剂，但没有提到将这些材料用在涂敷的光纤中。美国专利U.S.4,655,545公开了用于纤维光学传送网络的一种玻璃纤维，讨论了用含氟树脂挤出涂敷的光纤。大家知道，与类似的用不含氟的树脂涂敷的光纤相比，含氟树脂能降低光纤的机械强度。该文献将机械性能的降低归因于在熔融挤出时产生了氟气体或氟化氢。根据该文献，这些酸性气体穿过首先烘干的涂层到达玻璃表面，通过腐蚀玻璃或破坏烘干挤出的涂层和玻璃表面的化学键而使玻璃纤维强度降低。美国专利U.S.5,181,269提出了一种相反的发现，表明使用含有可水解成份如六氟代砷酸根和六氟代磷酸根阴离子的可酸性阳离子光固化的涂层能够提高光纤的强度。这个专利(U.S.5,181,269)虽然讲到了材料和涂敷方法，但是没有提供与光纤强度有关的支持数据。美国专利U.S.5,554,664描述了带碳氟阴离子的能量活化的盐。该专利讨论了带非水解阴离子的催化剂用于电子领域中的胶粘剂和相关涂层的优点。如六氟代磷酸根(PF6-)和六氟代锑酸根(SbF6-)这些可水解阴离子在有水分的条件下会反应产生腐蚀性氢氟酸。另一方面，该专利陈述了含有甲基化物和二酰亚胺阴离子的鎓盐并给出了硼酸根阴离子引发剂的例子。如果选择的固化聚合物纤维涂层的光敏引发剂不合适，则可能会对涂敷的光纤的机械性能和使用寿命造成不利影响。上述氟化光敏引发剂的讨论描述了在有水分条件下会形成氢氟酸。在腐蚀性物质，如氢氟酸存在的条件下，当把GGP纤维放在高温高湿的环境中时，有些GGP纤维在动态疲劳测试中，纤维强度降低。不幸的是，在目前或可能使用光纤和相关装置的包括潜水艇和相关的军舰、宇宙飞船、飞机和其他运载工具的操作中，高温和高湿条件比较普通。在此情况下，避免腐蚀性物质是很重要的。由于希望增加使用高保留强度信号载体的通讯网络传输的信息量，需要有一种在高温和高湿条件下仍能保留强度的小直径涂敷的光纤。小直径涂敷光纤为生产比现有使用直径为250微米纤维的装置容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂敷光纤，它包含：二氧化硅包层；施加在所述包层上的涂层，形成其直径为１２０－１５０微米的所述涂覆光纤，所述涂敷光纤动态疲劳测试在４９．２×１０↑［３］ｋｇ／ｃｍ↑［２］－６３．３×１０↑［３］ｋｇ／ｃｍ↑［２］之间的相对 频数分布至少为８５％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CB小沃尔克，JW劳莫，JK马克伦德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]