連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的方法及裝置的製作方法

2023-06-05 06:01:01

專利名稱：連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於高速光通訊網絡中的寬帶接入網領域，特別是涉及一種連續化製備折 射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維(漸變型有機聚合物光導纖維)的方法及用於製備 折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的裝置。
背景技術：
現代光通訊正以突飛猛進的速度向高速、大容量方向發展。光通訊的主幹線已經 由玻璃光纖鋪設完畢。但是在區域網還是由銅纜承擔。由於銅纜的傳輸帶寬低，限制了通 訊高速公路的真正實現。本發明中提及的折射率沿徑向呈漸變的有機聚合物光導纖維，俗稱「漸變型有機 聚合物光導纖維」。漸變型有機聚合物光導纖維由於折射率呈漸變，因而導致光導纖維的傳 輸帶寬可達1000兆赫茲以上。完全超過銅電纜的傳輸帶寬。是未來光纖到戶的首選介質。通常，製備漸變型有機聚合物光導纖維的方法大都無法實現連續化，因此在工業 生產量級上還是空白。已有的方法是採用首先製備折射率沿徑向呈漸變的有機聚合物預製 棒，然後再對該有機聚合物預製棒進行拉絲，得到漸變型有機聚合物光導纖維。該方法類似 於玻璃光纖的製備方法。也有採用多層共擠出的方法來製備漸變型有機聚合物光導纖維，但是一般的多層 共擠方法沒有解決層與層之間形成的界面，這將會造成光損耗偏大。另外，每臺擠出機擠出 的有機聚合物量是有波動的，這會導致漸變型有機聚合物光導纖維的折射率分布不理想， 影響傳輸帶寬。

發明內容
本發明的目的是為了解決以上技術方案存在的缺陷，從而提供一種連續化製備折 射率沿徑向呈漸變的有機聚合物光導纖維的製備方法。本發明的再一目的在於提供一種可實現上述目的用於製備折射率沿徑向漸變的 有機聚合物光導纖維的組合裝置。本發明方法得到的折射率沿徑向呈漸變的有機聚合物光導纖維的每一層都是由 透明有機共聚物或均聚物材料組成，雖然有機聚合物光導纖維的每層有機聚合物的折射率 不同但相差很小，呈折射率從光導纖維的中心向邊緣呈逐漸減低的形式(漸變的形式)，且 層與層之間無界面。由於所有各層都是以同心圓的結構設計的，因此可得到折射率沿徑向 呈漸變的有機聚合物光導纖維。層數越多，傳輸帶寬越大為了能夠更好的實現連續化製備折射率沿徑向呈漸變的漸變型(GI)有機聚合物 光導纖維，本發明的方法是在連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合 裝置上實現的，所述的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置是 在單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機的物料出口與共擠模頭的入口之間安裝有有機聚合物熔體齒輪泵。連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置可精確控制 物料流出量，該裝置的-有機聚合物熔體齒輪泵起到了穩定纖芯波動的重要作用。有機聚 合物熔體齒輪泵主要是由兩個相同的相互嚙合的設計精密的齒輪組成，具有單獨的驅動電 機，理想情況下是一種容積式輸送設備。有機聚合物熔體齒輪泵顯著的穩壓效果為實現精 密擠出有機聚合物成型過程提供了有力的技術保障。常規的單螺杆擠出機主要完成物料的 熔融、建壓和擠出，但由於在擠出工藝過程中，有機聚合物物料加料量的不均勻、機筒和機 頭溫度的波動、螺杆轉速的脈動等現象的發生是很難避免的，這些都會造成擠出的有機聚 合物物料量的不均勻，導致牽引拉制的光導纖維的纖徑波動嚴重，影響了纖維的質量。本發明提供的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置 包括螺杆擠出機、有機聚合物熔體齒輪泵、共擠模頭、牽引設備和收絲設備，如圖1所示，在 螺杆擠出機的物料出口與一具有η層同芯環形的共擠模頭的入口之間安裝有有機聚合物 熔體齒輪泵，在共擠模頭的出口前方安裝有纖維牽引設備和收絲設備；所述的螺杆擠出機是η臺，且每臺螺杆擠出機的物料出口與所述的具有η層同芯 環形的共擠模頭的入口之間都安裝有有機聚合物熔體齒輪泵；上述的η為彡4。所述的螺杆擠出機η為> 4臺時，所對應的具有η層同芯環形的共擠模頭具有相 同的η層，且每一臺螺杆擠出機的有機聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對應於具有η層同 芯環形的共擠模頭的各層入口。所述的有機聚合物熔體齒輪泵是由兩個相同的相互嚙合的齒輪組成，且該相互齧 合的齒輪與驅動電機相連接。所述的螺杆擠出機是單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機。本發明提供的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置 通過有機聚合物物料在各自的螺杆擠出機中加熱熔融後，通過各自的螺杆擠出機分別經同 芯環形的共擠模頭的各層的各自出口同步擠出，經共擠模頭的機頭出口後，並經牽引設備 (如牽引機)拉伸，得到同心圓柱體多層結構的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維。如需製備η層折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維，首先則需準備η臺螺杆 擠出機，每臺螺杆擠出機的物料出口端連接一臺有機聚合物熔體齒輪泵。η臺有機聚合物熔 體齒輪泵的出口端連接到同一個同芯環形的共擠模頭上。從同芯環形的共擠模頭出來的圓 柱型有機聚合物圓棒經牽引機拉伸、再經收絲機收絲，得到η層結構的折射率沿徑向漸變 的有機聚合物光導纖維。本發明的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的方法。將η種具有不同折射率的透明有機聚合物材料分別置於η臺各自的螺杆擠出機中 加熱熔融後，分別通過各自的螺杆擠出機和在螺杆擠出機出口處安裝的有機聚合物熔體齒 輪泵，由各自的有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別進入一具有η層同芯環形的共擠模頭的 各層的進口，並分別由具有η層同芯環形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經共擠模頭的 機頭出口後，形成多層同心的圓棒，並經牽引設備(如牽引機)拉伸，得到同心圓柱體結構 的具有η層折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維；其中η種具有不同折射率的透明有機聚合物材料中作為第一層的芯層透明有機 聚合物材料進入具有η層同芯環形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層(緊挨第一層)透明有機聚合物材料進入具有η層同芯環形的共擠模頭的第二層入口(緊挨第一層)，第三層 (緊挨第二層)透明有機聚合物材料進入具有η層同芯環形的共擠模頭的第三層入口(緊 挨第二層)，第四層(緊挨第三層)透明有機聚合物材料進入具有η層同芯環形的共擠圓管 模頭的第四層入口(緊挨第三層)；如此類推，第η層(緊挨著第η-1層)透明有機聚合物 材料進入具有η層同芯環形的共擠模頭的第η層入口。上述的η彡4。所述的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的直徑為0. 2mm 3mm。所述的作為第一層的芯層透明有機聚合物材料的折射率(Ii1)大於第二層透明有 機聚合物材料的折射率(n2)，第二層透明有機聚合物材料的折射率(n2)大於第三層透明有 機聚合物材料的折射率(n3)，第三層透明有機聚合物材料的折射率( )大於第四層透明有 機聚合物材料的折射率(n4)；以此類推，第η-1層透明有機聚合物材料的折射率(IV1)大於
第η層透明有機聚合物材料的折射率(rin)；即折射率變化為Ii1 > n2 > n3 > n4......> Hn^1
> ηη。可根據製備的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的層數來確定每層之間的折 射率差。所述的作為第一層的芯層透明有機聚合物材料選自透明的有機聚合物材料，例如 選自聚甲基丙烯酸蒽甲酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚 苯乙烯、聚碳酸酯以及上述有機聚合物的二元或多元共聚物等中的一種。所述的第二層透明有機聚合物材料選自折射率低於芯層材料的透明有機聚合物 或共聚物，例如選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚甲基丙 烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以及上述有機聚合物的二 元或多元共聚物等中的一種。所述的第三層透明有機聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、 聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以及上述有機聚 合物的二元或多元共聚物等中的一種；當第三層透明有機聚合物材料選自共聚物材料時， 第三層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量要高於第二層的透明共聚物材料中的 含氟材料的百分數含量。所述的第四層透明有機聚合物材料所選材料與第三層的材料相同，只是當第四層 透明有機聚合物材料選自共聚物材料時，第四層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含 量要高於第三層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量。以此類推，第η層透明有機聚合物材料所選材料與第η-1層透明有機聚合物材料 相同，只是當第η層透明有機聚合物材料選自共聚物材料時，第η層透明共聚物材料中的含 氟材料的百分數含量要高於第η-1層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量(即每 一層共聚物材料中的含氟材料的百分數含量要高於前一層的共聚物材料中的含氟材料的 百分數含量)。通常折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維是由分步完成的，本發明提出的連 續的多層共擠的工藝，並配合有機聚合物材料的合理選擇，避免了層與層形成的界面，降低 了折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的傳輸損耗。由於本發明的連續共擠層至少為 四層，層數越多越好，但是層數多了會增加加工難度並影響加工精密度，這是由於不同物種 的流變性能不同，導致折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的生產難於精密控制，為克服這個問題，本發明通過在所用的每臺螺杆擠出機上添加定量控制裝備(有機聚合物熔 體齒輪泵)，完成了對生產折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的精密控制。本發明的優勢在於在螺杆擠出機的出口與同芯環形的共擠模頭的入口之間安裝 了有機聚合物熔體齒輪泵，物料通過有機聚合物熔體齒輪泵後，可大幅度減弱上遊的波動， 起到穩壓和定量的作用。各層的物料被定量和穩定的送入同芯環形的共擠圓管模頭，後經 牽引得到所需尺寸的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維。本發明的方法能一步完成折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的製備，能精 密控制折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的生產，能實現批量生產折射率沿徑向漸 變的有機聚合物光導纖維。本發明的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維 的組合裝置，通過在傳統的螺杆擠出機上添加定量控制裝備，能完成對生產折射率沿徑向 漸變的有機聚合物光導纖維的精密控制，達到了提高折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導 纖維的品質，如纖芯直徑的波動減低(纖芯波動小於2%)。滿足通訊級折射率沿徑向漸變 的有機聚合物光導纖維的要求。本發明具有以下特點1.在於所選的不同折射率的透明有機聚合物材料是屬於同種類型的共聚合的有 機聚合物材料，因此層與層之間相容性好，沒有明顯的界面，可大大降低由於界面而引起的 傳輸損耗。2.將所選的不同折射率的透明有機聚合物材料進入螺杆擠出機的次序顛倒，就可 以製備出折射率的變化從纖維的中心到邊緣逐漸降低或逐漸升高的漸變型有機聚合物纖維。


圖1.本發明的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置 示意圖。附圖標記A.單螺杆擠出機 B.有機聚合物熔體齒輪泵 C.共擠模頭D.牽引機E.收絲設備
具體實施例方式實施例1用於製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置如圖1所示，包括 單螺杆擠出機A、有機聚合物熔體齒輪泵B、共擠模頭C、牽引機D和收絲設備E。在四臺單螺杆擠出機A的物料出口與一具有4層同芯環形的共擠模頭C的入口之 間分別各自安裝有由兩個相同的相互嚙合的齒輪組成的有機聚合物熔體齒輪泵B，且所述 的相互嚙合的齒輪與驅動電機相連接；四臺有機聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對應於具 有4層同芯環形的共擠模頭C的各層入口(四臺單螺杆擠出機分別與四臺有機聚合物熔體 齒輪泵相連，四臺有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別與具有4層進口的同芯環形的共擠出 模頭連接)，在共擠模頭C的出口前方安裝有纖維牽引機D和收絲設備E。首先將4種高聚物母粒分別置於四臺單螺杆擠出機中，其中聚甲基丙烯酸甲酯為芯層材料(第一層)，三種不同折射率的透明共聚物(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸三氟 乙酯的共聚物)分別置於其它螺杆擠出機中，緊挨著中心層的為第二層，緊挨著第二層為 第三層，緊挨著第三層的為第四層。其中第二層的透明共聚物是由80wt%的甲基丙烯酸甲 酯和20wt%的甲基丙烯酸三氟乙酯組成，第三層的共聚物是由70wt%的甲基丙烯酸甲酯 和30wt%的甲基丙烯酸三氟乙酯組成，第四層的共聚物是由60wt%的甲基丙烯酸甲酯和 40wt %的甲基丙烯酸三氟乙酯組成。裝有第一層材料的單螺杆擠出機裝有第二層材料的單螺杆擠出機裝有第三 層材料的單螺杆擠出機裝有第四層材料的單螺杆擠出機的物料擠出比(重量比)為 1 1. 2 1.4 1.6。上述4種具有不同折射率的透明高聚物材料分別在各自的螺杆擠出機中加熱 (190°C -230°C )熔融後，分別通過各自的螺杆擠出機和在螺杆擠出機出口處安裝的有機聚 合物熔體齒輪泵，由各自的有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別進入一具有4層同芯環形的 共擠模頭的各層的進口 ；並分別由具有4層同芯環形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經 共擠模頭的機頭出口後，形成4層同心的圓棒，並經牽引設備拉伸，得到直徑為Imm纖維狀 的同心圓柱體結構的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維；光導纖維的折射率沿中心 到纖維的邊緣是漸變的，層與層之間沒有明顯的界面。纖芯波動小於2%其中上述4種具有不同折射率的透明高聚物材料中作為第一層的芯層材料進入 具有4層同芯環形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層材料進入具有4層同芯環形的共擠 模頭的第二層入口，第三層材料進入具有4層同芯環形的共擠模頭的第三層入口，第四層 材料進入具有4層同芯環形的共擠圓管模頭的第四層入口。實施例2用於製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置如圖1所示，包括 單螺杆擠出機A、有機聚合物熔體齒輪泵B、共擠模頭C、牽引機D和收絲設備E。在五臺單螺杆擠出機A的物料出口與一具有5層同芯環形的共擠模頭C的入口之 間分別各自安裝有由兩個相同的相互嚙合的齒輪組成的有機聚合物熔體齒輪泵B，且所述 的相互嚙合的齒輪與驅動電機相連接；五臺有機聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對應於具 有5層同芯環形的共擠模頭C的各層入口(五臺單螺杆擠出機分別與五臺有機聚合物熔體 齒輪泵相連，五臺有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別與具有5層進口的同芯環形的共擠出 模頭連接)，在共擠模頭C的出口前方安裝有纖維牽引機D和收絲設備E。首先將5種高聚物母粒分別置於五臺單螺杆擠出機中，其中聚甲基丙烯酸苯酯為 芯層材料(第一層)，聚甲基丙烯酸甲酯為第二層材料(緊挨著芯層)，甲基丙烯酸甲酯 和甲基丙烯酸五氟丙酯的共聚物分別依次置於其它三臺螺杆擠出機中，緊挨著第二層為 第三層，緊挨著第三層的為第四層，緊挨著第四層的為第五層。其中第三層的透明共聚物 是由80wt%的甲基丙烯酸甲酯和20wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯組成，第四層的共聚物是 由70wt%的甲基丙烯酸甲酯和30wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯組成，第五層的共聚物是由 60wt %的甲基丙烯酸甲酯和40wt %的甲基丙烯酸五氟丙酯組成。裝有第一層材料的單螺杆擠出機裝有第二層材料的單螺杆擠出機裝有第三層 材料的單螺杆擠出機裝有第四層材料的單螺杆擠出機裝有第五層材料的單螺杆擠出機 的物料擠出比(重量比)為1 1.2 1.4 1.6 1.8。
上述5種具有不同折射率的透明高聚物材料分別在各自的螺杆擠出機中加熱 (190°C -230°C )熔融後，分別通過各自的螺杆擠出機和在螺杆擠出機出口處安裝的有機聚 合物熔體齒輪泵，由各自的有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別進入一具有5層同芯環形的 共擠模頭的各層的進口 ；並分別由具有5層同芯環形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經 共擠模頭的機頭出口後，形成5層同心的圓棒，並經牽引設備拉伸，得到直徑為1.0mm纖維 狀的同心圓柱體結構的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維；光導纖維的折射率沿中 心到纖維的邊緣是漸變的，層與層之間沒有明顯的界面。纖芯波動小於2%其中上述5種具有不同折射率的透明高聚物材料中作為第一層的芯層材料進入 具有5層同芯環形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層材料進入具有5層同芯環形的共擠 模頭的第二層入口，第三層材料進入具有5層同芯環形的共擠模頭的第三層入口，第四層 材料進入具有5層同芯環形的共擠圓管模頭的第四層入口，第五層材料進入具有5層同芯 環形的共擠圓管模頭的第五層入口。實施例3用於製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置如圖1所示，包括 單螺杆擠出機A、有機聚合物熔體齒輪泵B、共擠模頭C、牽引機D和收絲設備E。在六臺單螺杆擠出機A的物料出口與一具有6層同芯環形的共擠模頭C的入口之 間分別各自安裝有由兩個相同的相互嚙合的齒輪組成的有機聚合物熔體齒輪泵B，且所述 的相互嚙合的齒輪與驅動電機相連接；六臺有機聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對應於具 有6層同芯環形的共擠模頭C的各層入口(六臺單螺杆擠出機分別與六臺有機聚合物熔體 齒輪泵相連，六臺有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別與具有6層進口的同芯環形的共擠出 模頭連接)，在共擠模頭C的出口前方安裝有纖維牽引機D和收絲設備E。首先將6種高聚物母粒分別置於六臺單螺杆擠出機中，其中聚苯乙烯為芯層材料 (第一層)，聚甲基丙烯酸苯酯為第二層材料(緊挨著芯層)，聚甲基丙烯酸甲酯為第三層 材料(緊挨著第二層)，由80wt %的甲基丙烯酸甲酯和IOwt %的甲基丙烯酸五氟丙酯以及 10wt%甲基丙烯酸三氟丙酯的共聚物為第四層材料(緊挨著第三層)，由70wt%的甲基丙 烯酸甲酯和30wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯組成的共聚物為第五層材料(緊挨著第四層)， 由60wt%的甲基丙烯酸甲酯和30wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯以及IOwt%的甲基丙烯酸三 氟乙酯組成的共聚物為第六層材料(緊挨著第五層)。裝有第一層材料的單螺杆擠出機裝有第二層材料的單螺杆擠出機裝 有第三層材料的單螺杆擠出機裝有第四層材料的單螺杆擠出機裝有第五層材 料的單螺杆擠出機裝有第六層材料的單螺杆擠出機的物料擠出比(重量比)為 0.8 1.0 1. 2 1.4 1.6 1.8。上述6種具有不同折射率的透明高聚物材料分別在各自的螺杆擠出機中加熱 (190°C -230°C )熔融後，分別通過各自的螺杆擠出機和在螺杆擠出機出口處安裝的有機聚 合物熔體齒輪泵，由各自的有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別進入一具有6層同芯環形的 共擠模頭的各層的進口 ；並分別由具有6層同芯環形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經 共擠模頭的機頭出口後，形成6層同心的圓棒，並經牽引設備拉伸，得到直徑為1.0mm纖維 狀的同心圓柱體結構的折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維；光導纖維的折射率沿中 心到纖維的邊緣是漸變的，層與層之間沒有明顯的界面。纖芯波動小於2%
其中上述6種具有不同折射率的透明高聚物材料中作為第一層的芯層材料進入 具有6層同芯環形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層材料進入具有6層同芯環形的共擠 模頭的第二層入口，第三層材料進入具有6層同芯環形的共擠模頭的第三層入口，第四層 材料進入具有6層同芯環形的共擠圓管模頭的第四層入口，第五層材料進入具有6層同芯 環形的共擠圓管模頭的第五層入口，第六層材料進入具有6層同芯環形的共擠圓管模頭的 第六層入口。
權利要求
1.一種連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的方法，其特徵是將η種具有不同折射率的透明有機聚合物材料分別置於η臺各自的螺杆擠出機中加 熱熔融後，分別通過各自的螺杆擠出機和在螺杆擠出機出口處安裝的有機聚合物熔體齒輪 泵，由各自的有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別進入一具有η層同芯環形的共擠模頭的各 層的進口，並分別由具有η層同芯環形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經共擠模頭的機 頭出口後，形成多層同心的圓棒，並經牽引設備拉伸，得到同心圓柱體結構的具有η層折射 率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維；其中η種具有不同折射率的透明有機聚合物材料中作為第一層的芯層透明有機聚合 物材料進入具有η層同芯環形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層透明有機聚合物材料進 入具有η層同芯環形的共擠模頭的第二層入口，第三層透明有機聚合物材料進入具有η層 同芯環形的共擠模頭的第三層入口，第四層透明有機聚合物材料進入具有η層同芯環形的 共擠圓管模頭的第四層入口 ；如此類推，第η層透明有機聚合物材料進入具有η層同芯環形 的共擠模頭的第η層入口；上述的η彡4。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述的折射率沿徑向漸變的有機有機聚合 物光導纖維的直徑為0. 2mm 3mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述的作為第一層的芯層透明有機聚合物 材料的折射率(Ii1)大於第二層透明有機聚合物材料的折射率(n2)，第二層透明有機聚合物 材料的折射率( )大於第三層透明有機聚合物材料的折射率(n3)，第三層透明有機聚合物 材料的折射率(n3)大於第四層透明有機聚合物材料的折射率(ri4)；以此類推，第n-1層透 明有機聚合物材料的折射率Ov1)大於第η層透明有機聚合物材料的折射率(rin)；即折射 率變化為 Ii1 > η2 > η3 > η4......> Iilri > ηη。
4.根據權利要求1或3所述的方法，其特徵是所述的作為第一層的芯層透明有機聚 合物材料選自聚甲基丙烯酸蒽甲酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸 乙酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及上述有機聚合物的二元或多元共聚物中的一種；所述的第二層透明有機聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲 基丙烯酸苯酯、聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以 及上述有機聚合物的二元或多元共聚物中的一種；所述的第三層透明有機聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲 基丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以及上述有機聚合物 的二元或多元共聚物中的一種；當第三層透明有機聚合物材料選自共聚物材料時，第三層 透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量要高於第二層的透明共聚物材料中的含氟材 料的百分數含量；所述的第四層透明有機聚合物材料所選材料與第三層的材料相同，只是當第四層透明 有機聚合物材料選自共聚物材料時，第四層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量要 高於第三層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量；以此類推，第η層透明有機聚合物材料所選材料與第n-1層透明有機聚合物材料相同， 只是當第η層透明有機聚合物材料選自共聚物材料時，第η層透明共聚物材料中的含氟材 料的百分數含量要高於第n-1層透明共聚物材料中的含氟材料的百分數含量。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述的有機聚合物熔體齒輪泵是由兩個相 同的相互嚙合的齒輪組成，且該相互嚙合的齒輪與驅動電機相連接。
6.一種連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組合裝置，其包括螺杆 擠出機、有機聚合物熔體齒輪泵、共擠模頭、牽引設備和收絲設備；其特徵是在螺杆擠出機的物料出口與一具有η層同芯環形的共擠模頭的入口之間安裝有有機 聚合物熔體齒輪泵，在共擠模頭的出口前方安裝有纖維牽引設備和收絲設備；所述的螺杆擠出機是η臺，且每臺螺杆擠出機的物料出口與所述的具有η層同芯環形 的共擠模頭的入口之間都安裝有有機有機聚合物熔體齒輪泵；上述的η為> 4。
7.根據權利要求6所述的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的組 合裝置，其特徵是所述的螺杆擠出機η為> 4臺時，所對應的具有η層同芯環形的共擠模 頭具有相同的η層，且每一臺螺杆擠出機的有機聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對應於具 有η層同芯環形的共擠模頭的各層入口。
8.根據權利要求6或7所述的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的 組合裝置，其特徵是所述的有機聚合物熔體齒輪泵是由兩個相同的相互嚙合的齒輪組成， 且該相互嚙合的齒輪與驅動電機相連接。
9.根據權利要求6或7所述的連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的 組合裝置，其特徵是所述的螺杆擠出機是單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機。
全文摘要
本發明涉及連續化製備折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維的方法及裝置。本發明的方法是將n種具有不同折射率的透明有機聚合物材料分別置於n臺各自的螺杆擠出機中加熱熔融後，分別通過各自的螺杆擠出機和在螺杆擠出機出口處安裝的有機聚合物熔體齒輪泵，由各自的有機聚合物熔體齒輪泵的出口分別進入一具有n層同芯環形的共擠模頭的各層的進口，並分別由具有n層同芯環形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經共擠模頭的機頭出口後，形成多層同心的圓棒，並經牽引設備拉伸，得到同心圓柱體結構的具有n層折射率沿徑向漸變的有機聚合物光導纖維。有機聚合物光導纖維的每層有機聚合物材料的折射率不同但相差很小，呈漸變的形式，且層與層之間無界面。
文檔編號B29C47/36GK102114708SQ200910222999
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者劉新厚, 甄珍 申請人:中國科學院理化技術研究所