一種塑料光纖材料的製作方法

2023-10-10 19:27:54 3

專利名稱：：一種塑料光纖材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種塑料光纖材料，具體地說，涉及一種添加加工助劑的塑料光纖材料。
背景技術：
：塑料光纖(PlasticOpticalFiber簡稱POF)，又稱聚合物光纖(PolymerOpticalFiber,亦簡稱POF)，是採用聚合物材料製備而成的新型傳光介質。POF的研究始於二十世紀60年代，這是將纖芯和包層都使用塑料(聚合物)的光纖。早期產品主要用於裝飾照明和短距離數據傳輸。1968年美國杜邦公司用聚曱基丙烯酸甲酯為芯材製備出塑料光纖，但光損肆毛較大。1974年日本三菱人造絲公司以PMMA和聚苯乙烯為芯材、以低折射率的氟塑料為皮材開發出塑料光纖。自.然光透過率在80%以上的非晶態聚合物通常被稱為透明聚合物材料。而作為POF芯層，必須是高度無定形非結晶材料，其次要求自然光透過率在90%以上，這是由於POF主要在芯層中傳輸光或光信號，光損耗主要是由芯層材料決定的。POF芯層材料主要有聚笨乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氟化或氘化丙烯酸酯等聚合物材料。對於芯層來說，最常用的高性能聚合物光纖芯層為聚不飽和酸酯類，包括聚曱基丙烯酸甲酯(PMMA)及PMMA共聚物、氘代PMMA、卣代PMMA、卣氖代PMMA等。PS的折射率較高，因而得到的塑料光纖往往數值孔徑(NA)很大，透光性好，是僅次於PMMA的第二大類塑料光纖芯材料，包括PS均聚物、PS共聚物、卣代PS及其共聚物、氘代PS和卣氘代PS等。還有一類應用較多的是聚碳酸酯(PC),PC是非晶聚合物，折射率1.59,Tg為130。C左右；PC具有較強的柔韌性，與其他類型塑料光纖芯層材料相比，PC能耐較高的溫度。還有聚酯、氮雜環聚合物也可用作聚合物光纖芯層，但製造、提純方法及工藝都很複雜，綜合性能控制很困難。作為最理想的皮層，對它的要求與芯層相同，但實際上由於條件的限制，對皮層材料的要求可以適當地降低，但不能太低。這是由於光在POF傳輸過程中，每一次光的全反射，光在皮層中也有極短的行程。同聚合物光纖芯層用料一樣，聚合物光纖皮層材料對光纖的性能影響也很大。一般PMMA及其共聚物的芯層(折射率約為1.5)多選用含氟聚合物或共聚物為皮層，使用最廣泛的是聚曱基丙烯酸氟代烷基酯，並引入丙烯酸鏈段以增強對芯層的都附力。PS作為芯層的POF多選用PMMA作為皮層，是目前市場上裝飾用塑料光纖的主流材料。常見的POF皮層材料有PMMA、聚-4-曱基-戊烯-l(TPX)、PVDF(聚偏氟乙烯共聚物)、Teflon(無定型聚四氟乙烯)AF1600、全氟環狀聚合物CYTOP以及其它氟化透明樹脂等。作為POF芯皮層材料還要求它們有較好的耐候性能和耐老化性能，典型的芯皮層用料參見表1。表l典型的芯皮層用料基本參數芯皮層用料PSPMMAPCTPXTeflonAF1600CYTOP折射率1.5901.4901.587l.楊1.3101.34玻璃化溫度fC)80104130160108自然光透過率(。/。)9292卯卯96.595(200Lm)阿貝數553456.492.190長期使用溫度('c)<80<100<120吸水率(％)0.0250.30-15一」<0.01<0.1<0.01光纖用塑料，必須滿足以下幾方面的要求1、單體純淨度高，聚合物沒有副產物或副產物極少。2、折射率芯材折射率必須大於皮材折射率。3、採用共擠法拉制的塑料光纖，要求在同一模頭溫度下兩者有相近的加工粘度，最好芯材的粘度稍大於皮材的粘度，倘若兩者粘度相差太大，則無法保證芯皮結構的圓整性而產生較大的非固有損耗。4、滿足光纖加工工藝的要求。在生產塑料光纖時，使用的芯層材料如PS、PMMA、PC等必須在較高的加工溫度下進行加工，因為溫度不夠會導致塑料的熔融粘度太大，不能夠順利地擠出口模，無法保證光纖芯皮結構的圓整性，而產生較大的非固有損耗，降低塑料光纖對光的傳導性能。但是如果在加工時塑料的熔融溫度過高，光纖的韌性就會變差，尤其是在生產直徑較大的塑料光纖時就更是如此。因此，為了降低塑料光纖的加工溫度，提高擠出速度，降低塑料光纖的損耗，還需要對塑料光纖材料進一步進行改進。
發明內容本發明的目的在於提供一種塑料光纖材料，該塑料光纖材料可以降低拉制光纖時的加工溫度，增加擠出速度，從而保證光纖芯皮結構的圓整性，降低塑料光纖的非固有損耗。為了實現本發明目的，本發明提供一種塑料光纖材料，99.1-90重量份樹脂和0.9-10重量份加工助劑，所述樹脂為聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸曱酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、氟塑料、全氟環狀聚合物(CYTOP)或聚-4-曱基-戊烯-l(TPX),所述加工助劑為有機矽類或含氟彈性體。其中，優選的為，包含99.5~95重量份樹脂，0.55重量份加工助劑。所述重量份可為本領域常用的重量單位，比如克、千克、噸、兩等。對於熱塑性塑料的MFR(熔體流動速率)是指在一定的溫度和負荷下，塑料熔體每10min通過標準口模的質量。較高的MFR可以增加塑料的流動性，有利於光纖的加工；但是MFR也不能過高，過高的MFR，會導致塑料的重均分子量低，力學性能差，本發明的樹脂的MFR多在0.560g/10min之間。對於PS來i兌，優選的分子量為9-25萬，分子量分布為1~5，MFR為1~10g/10min。對於PMMA來說，其分子量為9-25萬，分子量分布為1~5,MFR為1—10g/10min。所述有^L矽類為高分子量聚矽氧烷系列(粉狀、顆粒狀和膠狀物)產品，比如GM系列矽酮塑料添加劑(如GM50、GMIOO)、矽氧烷類塑料添加劑(如德固賽(degussa)公司的TegomerE525)。本發明選擇添加有機矽類可提高樹脂的加工流動性，改善擠出加工成型中的熔體破裂現象。與傳統的低分子量助劑相比，超高分子量固態矽氧烷不會降5低產品的力學性能，提高流變分散效能高，不遷移，製品表面不油膩，滑爽、耐磨效能高，手感好，終身有效。同時固態產品使用方便，不易被汙染，也不汙染其他物質，有效降低廢品率。GM系列矽酮塑料添加劑由超高分子量聚矽氧烷製成，外觀為白色顆粒或粉末。主要用作塑料加工助劑，克服了傳統的二曱基矽油加工上的麻煩和性能上的不足，GM系列矽酮添加劑使用安全、混合方便、性能穩定，在樹脂中容易分散，且具有以下功能提高塑料加工流動性和脫模性。降低扭矩，減小設備磨損，降低製品不良率；明顯降低摩擦係數，提高滑爽性，改善表面光澤，增進表面絲質觸感，提高耐刮擦性能；提高阻燃性，降低煙密度，提高阻燃材料(高填充)沖擊強度和表面光澤度；具有良好的穩定性和非遷移性。所述含氟彈性體(PolymerProcessAids,PPA)是一類以高分子聚合物為基礎結構的添加劑。PPA是一個或多個氟代烯烴的共聚物或氟代烯烴與其他烯烴的共聚物，如偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯的二元共聚物或三元共聚物，偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯與乙烯或丙烯的共聚物。還有的是與其他聚合物如聚氧化乙烯、無機物等復配，形成組分更為多樣的複合型PPA。氟彈性體加工助劑中含有一種與基礎樹脂不相容的氟聚合物，這種與樹脂不相容的聚合物對金屬材料卻有很強的"親合性"，能夠均勻地分散在樹脂熔體中，逐漸析出，緊緊地粘附在擠出機模頭的內壁上，形成一層具有特殊性能的的氟聚合物薄膜。該膜的作用是阻隔塑料熔體與擠出機模頭的直接接觸，防止粘連，在提高擠出速度時，可防止熔體破裂現象，還可以降低擠出所需的壓力、熔化溫度，提高工作效率。氟彈性體加工助劑可以在多種擠出工藝和樹脂中使用，能夠提高產量和降低能耗，減少表面缺陷，如熔體破裂現象，使製品的表面光滑，減少模口積料現象，提高製品的透明性和光澤度等。FreeFlowZ00和Z200，這兩種PPA是流變改性的氟彈性體，它們所需用量比傳統加工助劑來得少，其顆粒更圓、粒徑更大，使它們能更有效地包覆在鑄模表面。還有DYNEON公司PPA牌號為FX-5920、FX-59U、FX-5924、FX-5912,ATOFINA公司的KynarFlex等。6本發明所述的塑料光纖材料的製備方法，包括如下步驟先將各組分按配比進行混合，然後經擠出造粒而成。本發明混合設備採用攪拌機，混合時間在10300秒之間。造粒設備可以單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機等造粒設備。造粒工藝條件如下4齊出才幾溫度160300°C,切粒才幾轉速110.0HZ,餵料速度110.0HZ,才幾頭壓力110MPa。採用本發明塑料光纖材料製備塑料光纖使用的生產工藝為共擠複合法，這也是目前塑料光纖成型的主要方法。芯材和皮材分別由不同的擠出機擠出，在機頭中通過共擠模頭複合，後經過冷卻、牽引、巻曲等步驟完成。本發明塑料光纖材料由於使用塑料加工助劑改善了塑料光纖的加工性能，降低拉制光纖時的加工溫度，增加擠出速度，從而保證光纖芯皮結構的圓整性，降低塑料光纖的非固有損耗，生產出高質量的塑料光纖。具體實施例方式下面用實施例進一步描述本發明，有利於對本發明及其優點、效果對比例1本對比例的塑料光纖材料包含IOO重量份PS(分子量為15萬，分子量分布為5,MFR為8g/10min)作為芯層，100重量份PMMA(分子量為20萬，分子量分布為4,MFR為5g/10min)作為皮層材料。實施例1本實施例的塑料光纖材料95重量份PS和5重量份德固賽(degussa)公司的Tegomer⑧E525作為芯層；95重量份PMMA和5重量份德固賽(degussa)公司的Tegomer⑧E525作為皮層材料。基礎樹脂同對比例1。其採用單螺杆擠出機進行造粒，芯層材料的造粒工藝條件如下擠出機溫度180土20。C，切粒機轉速6.0HZ，餵料速度5.0HZ,機頭壓力8MPa。皮層材料的造粒工藝條件如下擠出機溫度200土20。C,切粒機轉速8.0HZ,餵料速度10.0HZ,機頭壓力8MPa。光纖拉制工藝M造粒後將芯層和皮層材料分別加入兩個擠出機中，加熱後經過一個共擠模頭，後經過冷卻、牽引、巻曲等步驟完成。將各段工藝條件對比如表2-4。表2皮層擠出機的溫度(。C)tableseeoriginaldocumentpage8表3芯層擠出機的溫度(。C)tableseeoriginaldocumentpage8表4電流(A)tableseeoriginaldocumentpage8從表1、表2及表3可以看出，加工助劑Tegomer⑧E525的加入，降低了皮層和芯層擠出機的加工溫度和電流。實施例2本實施例的塑料光纖材料包含95重量份PS和5重量份DYNEON公司PPA牌號FX-5911作為芯層；95重量份PMMA和5重量份DYNEON公司PPA牌號FX-5911作為皮層材料。基礎樹脂同對比例1。其採用單螺杆擠出機進行造粒，芯層材料的造粒工藝條件如下擠出機溫度200±20°C,切粒機轉速5.0HZ，餵料速度8.0HZ,氺幾頭壓力lOMPa。皮層材料的造粒工藝條件如下擠出機溫度220土20。C,切粒機轉速6.0HZ，餵料速度5.0HZ，機頭壓力5MPa。光纖拉制工藝^造粒後將芯層和皮層材料分別加入兩個擠出機中，加熱後經過一個共擠模頭，後經過冷卻、牽引、巻曲等步驟完成。將各段工藝條件對比如表5-7。表5層擠出機的溫度(。C)tableseeoriginaldocumentpage9表6芯層擠出機的溫度(。C)tableseeoriginaldocumentpage9表7電流(A)tableseeoriginaldocumentpage9從表5-7—可以看出，加工助劑FX-5911的加入，降低了皮層和芯層擠出機的加工溫度和電流o塑料光纖性能測試光纖的傳輸損耗是光纖的重要特徵參數之一。對於以PS作為芯層材料的塑料光纖，衡量光纖損耗性能的重要指標是白光透過率，其測試方法是選用一定長度POF,—端用帶有稜鏡組的卣鴒燈光源相連接，另一端同測試光纖輸出的功率計相連，從而測試出白光透過率，見表8。表8加工助劑對PS塑料光纖性能的影響tableseeoriginaldocumentpage10從表8可見，本發明的塑料光纖的白光透過率高於對比例1的白光透過率，也就是說，降低了塑料光纖的非固有損耗。對比例2本對比例的塑料光纖材料包含100重量份PMMA(分子量為18萬，分子量分布為5，MFR為6g/10min)作為芯層，IOO重量份氟塑料(分子量為25萬，分子量分布為5，MFR為5g/10min)作為皮層材料。實施例3本實施例的塑料光纖材料99.1重量份PMMA和0.9重量份德固賽(degussa)公司的Tegomer⑧E525作為芯層；99.5重量份氟塑料和0.5重量份德固賽(degussa)公司的Tegomer⑧E525作為皮層材料。基礎樹脂同對比例2。其採用單螺杆擠出機進行造粒，皮層材料的造粒工藝條件如下擠出機溫度200土20。C,切粒機轉速8.0HZ，餵料速度10.0HZ,才幾頭壓力8MPa。光纖拉制工藝M造粒後將芯層和皮層材料分別加入兩個擠出機中，加熱後經過一個共擠模頭，後經過冷卻、牽引、巻曲等步驟完成。將各段工藝條件對比如表9-11。表9皮層擠出機的溫度(°C)tableseeoriginaldocumentpage11表10芯層擠出機的溫度(。c)tableseeoriginaldocumentpage11表11電流(A)tableseeoriginaldocumentpage11從表8-11可以看出，加工助劑Tegomer⑧E525的加入，降低了皮層和芯層擠出機的加工溫度和電流。實施例4本實施例的塑料光纖材料包含90重量份PMMA和10重量份DYNEON公司PPA牌號FX-5911作為芯層；99.5重量份氟塑料和0.5重量份DYNEON公司PPA牌號FX-5911作為皮層材料。基礎樹脂同對比例2。其採用單螺杆擠出機進行造粒，皮層材料的造粒工藝條件如下擠出機溫度200士20。C，切粒機轉速6.0HZ，餵料速度5.0HZ，機頭壓力5MPa。光纖拉制工藝M造粒後將芯層和皮層材料分別加入兩個擠出機中，加熱後經過一個共擠模頭，後經過冷卻、牽引、巻曲等步驟完成。光纖的規格為直徑1mm。將各段工藝條件對比如表12-14。表12皮層擠出機的溫度(°C)樣品號1筒體2筒體3筒體4筒體1#2202452452453#210240240243表13芯層擠出機的溫度(°C)樣品號1234561#2202202252352352303#215215220232230220表14電流(A)N^機皮擠出機芯擠出機樣品號1#471533#42147從表12-14可以看出，加工助劑FX-5911的加入，降低了皮層和芯層擠出才幾的加工溫度和電流。塑料光纖性能測試光纖的傳輸損耗是光纖的重要特徵參數之一。對於以PMMA作為芯層材料的塑料光纖，衡量光纖損耗性能的重要指標是衰減，其測試方法是剪斷法，採用波長為650nm的紅光光源，見表15。表15加工助劑對PMMA塑料光纖性能的影響樣品號衰減dB/km拉伸強度直徑波動範圍對比例2220合格合格實施例3198合格合格實施例4190合格合格從表15可見，本發明的塑料光纖材料衰減低於對比例2的衰減:也就是說，本發明塑料光纖的傳輸損耗小。儘管對本發明已作了詳細的說明並引證了一些具體實例，但對本領域技術人員來說，只要不離開本發明的精神和範圍，作各種變化或修正是顯然的。權利要求1.一種塑料光纖材料，其特徵在於，其由99.1～90重量份樹脂和0.9～10重量份加工助劑組成，所述樹脂為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、氟塑料、全氟環狀聚合物、聚-4-甲基-戊烯-1，所述加工助劑為有機矽類或含氟彈性體。2.根據權利要求1所述的塑料光纖材料，其特徵在於，其由99.5~95重量份樹脂和0.5~5重量份加工助劑組成。3.根據權利要求1或2所述的塑料光纖材料，其特徵在於，所述樹脂的MFR在0.5~60g/10min之間。4.根據權利要求1或2所述的塑料光纖材料，其特徵在於，所述聚苯乙烯的分子量為9~25萬，分子量分布為15，MFR為110g/10min。5.根據權利要求1或2所述的塑料光纖材料，其特徵在於，所述聚甲基丙烯酸曱酯分子量為925萬，分子量分布為15，MFR為110g/10min。6.根據權利要求1-5所述的塑料光纖材料，其特徵在於，所述有機矽類為高分子量聚矽氧烷系列。7.根據權利要求6所述的塑料光纖材料，其特徵在於，所述高分子量聚矽氧烷系列為GM系列矽酮塑料添加劑或矽氧烷類塑料添加劑。8.根據權利要求1-7所述的塑料光纖材料，其特徵在於，所述含氟彈性體為--個或多個氟代烯烴的共聚物或氟代烯烴與其他烯烴的共聚物。全文摘要本發明提供了一種塑料光纖材料，其由99.1～90重量份樹脂和0.9～10重量份加工助劑組成，所述樹脂為PS、PMMA、氟塑料、PC、TPX、CYTOP，所述加工助劑為有機矽類或含氟彈性體。本發明塑料光纖由於使用塑料加工助劑改善了塑料光纖的加工性能，降低了拉制光纖時的加工溫度，增加擠出速度，從而保證光纖芯皮結構的圓整性，降低塑料光纖的非固有損耗，生產出高質量的塑料光纖。文檔編號G02B1/04GK101458340SQ200810141860公開日2009年6月17日申請日期2008年9月10日優先權日2008年9月10日發明者王亞輝,鄭徐平申請人:深圳市中技源專利城有限公司