一種耐高溫光纖的製作方法

2023-05-07 02:16:51

一種耐高溫光纖的製作方法
【專利摘要】一種耐高溫光纖，涉及光纖製造領域，包括光纖本體和覆蓋於其上的塗層，所述光纖本體由內至外覆有三層塗層，所述最外層的第三塗層為楊氏模量高於3GPa的聚醯亞胺，所述第一塗層為碳時，第二塗層為楊氏模量低於1GPa的聚醯亞胺；第一塗層為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，第二塗層為楊氏模量高於1GPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂。本發明在高溫環境下比常規的雙塗層光纖具有更優越的溫度性能、更好的衰減等傳輸特性，使光纖的整體特性滿足高溫環境的要求，最高耐溫達到350℃。
【專利說明】一種耐高溫光纖
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖製造領域，具體來講是一種耐高溫光纖。
【背景技術】
[0002]目前常規光纖的塗層結構普遍為雙塗層結構，即分為緊挨石英光纖的內塗層和包裹在內塗層外的外塗層，一般內塗層為較軟材質的材料，外塗層為較硬材質的材料。當光纖受到外力作用時，較硬的外層首先起到抵抗外力的作用，然後較軟的內層緩衝外力。現在主流光纖所用的光纖塗層的材料均為聚丙烯酸樹脂，內塗層和外塗層的區別只是部分成分不一樣，這樣做的好處是內塗層材料和外塗層材料可以較好的結合在一起，而不會輕易脫離開來。這樣的塗層結構設計在當前的常規通信使用環境下可以保證光纖有較長的使用壽命。這種環境下，光纖處於較平緩的狀態，受力較小，環境溫度控制在-40?60°C之間，溼度也較小。
[0003]但是，當使用環境為較為特殊的或較為惡劣的環境時，這種雙塗層結構設計則存在可靠性下降、光纖性能變差、甚至無法使用的現象。在有些應用場合，例如油井勘探等高溫環境也開始用到光纖進行信號傳輸，但是常規塗層適應的最高溫度到85°C，如果使用金屬塗層直接塗覆，一方面光纖的衰減等性能將會受到很大影響，而且塗覆層也存在難以剝離造成使用困難等現象。

【發明內容】

[0004]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種耐高溫光纖，使光纖的整體特性滿足高溫環境的要求。
[0005]為達到以上目的，本發明採取的技術方案是:一種耐高溫光纖，包括光纖本體和覆蓋於其上的塗層，所述光纖本體由內至外覆有三層塗層，所述最外層的第三塗層為楊氏模量高於3GPa的聚醯亞胺，所述第一塗層為碳時，第二塗層為楊氏模量低於IGPa的聚醯亞胺；第一塗層為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，第二塗層為楊氏模量高於IGPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂。
[0006]在上述技術方案的基礎上，所述第一塗層為碳時，第一塗層的厚度為3nm ;第二塗層厚度為20 μ m?35 μ m ;第三塗層厚度為25 μ m?45 μ m。
[0007]在上述技術方案的基礎上，所述耐高溫光纖的動態疲勞參數達到151,光纖1550nm衰減為0.210dB/km，最高耐溫溫度達到350°C。
[0008]在上述技術方案的基礎上，所述第一塗層為碳時，通過等離子體化學氣相沉積裝置沉積第一塗層，再通過密封壓力塗覆法塗覆第二塗層，使用此外光將其由液態固化為固態後，再次通過密封壓力塗覆法塗覆第三塗層，同樣使用紫外光將其由液態固化為固態。
[0009]在上述技術方案的基礎上，所述第一塗層2為碳，第二塗層3為楊氏模量0.SGPa的聚醯亞胺，第三塗層4為楊氏模量3.5GPa的聚醯亞胺。
[0010]在上述技術方案的基礎上，所述第一塗層為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，第一塗層的厚度為20 μ m?30 μ m ;第二塗層厚度為20 μ m?35 μ m ;第三塗層厚度為10 μ m ?30 μ m0
[0011]在上述技術方案的基礎上，所述耐高溫光纖1550nm衰減為0.190dB/km，在最小彎曲半徑達到15mm時，1550nm附加損耗小於0.1dB,最高耐溫溫度達到350°C。
[0012]在上述技術方案的基礎上，所述第一塗層為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，通過密封壓力塗覆法將第一塗層和第二塗層一起塗覆，再用紫外光將兩道塗層一起由液態固化為固態；塗覆第三塗層，再使用紫外光將其由液態固化為固態。
[0013]在上述技術方案的基礎上，所述第一塗層為楊氏模量1.2MPa的聚丙烯酸樹脂，第二塗層為楊氏模量IlOOMPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂，第三塗層為楊氏模量4.0GPa的聚醯亞胺。
[0014]本發明的有益效果在於:所述耐高溫光纖具有三層塗層，在高溫環境下比常規的雙塗層光纖具有更優越的溫度性能、更好的衰減等傳輸特性，使光纖的整體特性滿足高溫環境的要求，最高耐溫達到350°C。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為發明耐高溫光纖的端面結構示意圖。
[0016]附圖標記:
[0017]光纖本體I，第一塗層2，第二塗層3，第三塗層4。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，本發明耐高溫光纖，包括光纖本體I和覆蓋於其上的三層塗層，所述光纖本體I由內至外最外層的第三塗層4為楊氏模量高於3GPa的聚醯亞胺，所述第一塗層2為碳時，第二塗層3為楊氏模量低於IGPa的聚醯亞胺；第一塗層2為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，第二塗層3為楊氏模量高於IGPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂。
[0020]實施例1:
[0021]所述第一塗層2為碳，其厚度為3nm ;第二塗層3為楊氏模量0.8GPa的聚醯亞胺，厚度為20 μ m?35 μ m ;第三塗層4為楊氏模量3.5GPa的聚醯亞胺，厚度為25 μ m?45 μ m。
[0022]本實施例耐高溫光纖形成方法為:首先利用高溫爐將石英棒熔融拉製成光纖本體1，並通過緊挨高溫爐下爐口布置的等離子體化學氣相沉積裝置，在其表面沉積3nm厚度的碳層，為第一塗層2。然後採用幹+溼法塗覆另外兩層塗層，先利用密封壓力塗覆法塗覆第二塗層3，使用紫外光將其由液態固化為固態；然後再次通過密封壓力塗覆法塗覆第三塗層4，同樣使用紫外光將其由液態固化為固態。
[0023]由於所採用的碳元素與光纖本體I的矽元素為同族元素，並且為同族元素中原子量最小的元素，因此採用其塗覆在光纖本體I的表面時，其可以將光纖本體I表面斷裂的矽氧鍵很容易的結合起來，起到「癒合」作用，同時碳的結晶體具有很高的硬度，可以有效避免光纖經過高強度的金屬模具時被擦傷，另外，碳具有良好的阻水性能，可以適應大部分應用環境。但碳塗覆光纖本體I會表現有一定的親氧特性，因此，其外仍需塗覆具有極強阻氧性能的兩層聚醯亞胺雙進行保護。本實施例中，耐高溫光纖動態疲勞參數達到151，光纖1550nm衰減為0.210dB/km，可長期耐溫達到350度，短時耐溫達到450°C。
[0024]實施例2:
[0025]第一塗層2為楊氏模量1.2MPa的聚丙烯酸樹脂，其厚度為20 μ m?30 μ m ;第二塗層3為楊氏模量IlOOMPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂，厚度為20 μ m?35 μ m ;第三塗層4為楊氏模量4.0GPa的聚醯亞胺，厚度為10 μ m?30 μ m。
[0026]本實施例耐高溫光纖形成方法為:首先利用高溫爐將石英棒熔融拉製成光纖本體1，光纖直徑為125微米，然後採用溼溼法塗第一塗層2和第二塗層3，通過密封壓力塗覆法將第一塗層2和第二塗層3 —起塗覆，再用紫外光將兩道塗層一起由液態固化為固態，其中楊氏模量1.2MPa的聚丙烯酸樹脂為第一塗層2，楊氏模量IlOOMPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂為第二塗層3 ;利用密封壓力塗覆法塗覆第三塗層4，再使用紫外光將其由液態固化為固態。
[0027]第一塗層2使用楊氏模量為1.1MPa的聚丙烯酸樹脂，其玻璃化轉變溫度在零下43°C，當溫度升高時，如果不與外界含氧空氣接觸，則性能將保持溫度；第二塗層3使用的為耐高溫聚丙烯酸樹脂(楊氏模量llOOMPa)，其最高溫度可達350°C，長期穩定溫度達到200°C，其隨溫度的上升，會有一定的揮發物散發出去，溫度越高，散發越明顯；因此在第二塗層3外塗覆了聚醯亞胺作為第三塗層4。楊氏模量達到3GPa以上的聚醯亞胺具有長期耐溫達到350°C，短時耐溫達到450°C的良好溫度性能。因此，當第三塗層4使用了楊氏模量4.0GPa的聚醯亞胺後，第二塗層3的耐高溫聚丙烯酸樹脂將能受到充分的保護，從而實現良好的高溫工作性能。
[0028]所述三層塗層的耐高溫光纖性能可完全滿足G.652D光纖的各項要求，光纖1550nm衰減可達到0.190dB/km,同時其在最小彎曲半徑達到15mm時，1550nm附加損耗小於
0.ldB，其長期耐溫達到200度以上，短時耐溫可達到350度以上。本實施耐高溫光纖具有與常規G.652D單模光纖一致的衰減性能，根據波導結構的優化，可實現達到G.657A1標準的抗彎性能，同時其工作溫度遠超過常規單模光纖的最高不超過85°C的溫度範圍，達到至少200°C，短時最高可達350°C的溫度範圍，從而可以滿足有些特殊傳感探測領域對相應的光纖性能的要求。
[0029]本發明不局限於上述實施方式，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.一種耐高溫光纖，包括光纖本體和覆蓋於其上的塗層，其特徵在於:所述光纖本體由內至外覆有三層塗層，所述最外層的第三塗層為楊氏模量高於3GPa的聚醯亞胺，所述第一塗層為碳時，第二塗層為楊氏模量低於IGPa的聚醯亞胺；第一塗層為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，第二塗層為楊氏模量高於IGPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂。
2.如權利要求1所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述第一塗層為碳時，第一塗層的厚度為3nm ;第二塗層厚度為20 μ m?35 μ m ;第三塗層厚度為25 μ m?45 μ m。
3.如權利要求2所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述耐高溫光纖的動態疲勞參數達到151，光纖1550nm衰減為0.210dB/km，最高耐溫溫度達到350°C。
4.如權利要求1或2所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述第一塗層為碳時，通過等離子體化學氣相沉積裝置沉積第一塗層，再通過密封壓力塗覆法塗覆第二塗層，使用此外光將其由液態固化為固態後，再次通過密封壓力塗覆法塗覆第三塗層，同樣使用紫外光將其由液態固化為固態。
5.如權利要求1或2所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述第一塗層2為碳，第二塗層3為楊氏模量0.8GPa的聚醯亞胺，第三塗層4為楊氏模量3.5GPa的聚醯亞胺。
6.如權利要求1所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述第一塗層為楊氏模量低於1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，第一塗層的厚度為20 μ m?30 μ m ;第二塗層厚度為20 μ m?35 μ m ;第三塗層厚度為10 μ m?30 μ m。
7.如權利要求6所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述耐高溫光纖1550nm衰減為.0.190dB/km ;在最小彎曲半徑達到15mm時，1550nm附加損耗小於0.1dB,最高耐溫溫度達到350。。。
8.如權利要求1或6所述的耐高溫光纖,其特徵在於:所述第一塗層為楊氏模量低於.1.5MPa的聚丙烯酸樹脂時，通過密封壓力塗覆法將第一塗層和第二塗層一起塗覆，再用紫外光將兩道塗層一起由液態固化為固態；塗覆第三塗層，再使用紫外光將其由液態固化為固態。
9.如權利要求1或6所述的耐高溫光纖，其特徵在於:所述第一塗層為楊氏模量.1.2MPa的聚丙烯酸樹脂，第二塗層為楊氏模量IlOOMPa的耐高溫聚丙烯酸樹脂，第三塗層為楊氏模量4.0GPa的聚醯亞胺。
【文檔編號】G02B6/02GK103777269SQ201410017136
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】羅文勇, 李詩愈, 陳偉, 柯一禮, 杜城, 張濤, 莫琦, 胡福明 申請人:烽火通信科技股份有限公司