光纤的制作方法

本发明涉及，特别是指一种耐温300-350℃的光纤。

背景技术：

相比于传统的各类传感器，光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、结构简单、体积小等优点。随着传感技术的发展，光纤传感器向着极端应用环境方向发展，如石油天然气、蒸汽管道监测、航空航天、船舶等。在这些环境下，现有常规的紫外固化聚丙烯酸酯涂层光纤的涂层材料会老化失效，失去对光纤的保护作用，引起故障，造成传输问题。为此，国内外光纤光缆厂商展开了针对耐高温光纤的设计和开发。

目前，耐高温光纤的涂层材料主要有四种：耐高温聚丙烯酸脂、有机硅胶、聚酰亚胺及金属。其中，聚酰亚胺综合性能极佳，理论上，其在300℃环境下可以长期使用，在350～400℃下可短期使用；同时其能够在高压或真空环境中保持良好的性能，具有生物友好性，被应用于航空航天及生物医药等领域。但是，现有双层聚酰亚胺涂覆光纤生产工艺相对复杂，成品光纤衰减大且机械强度较差。

技术实现要素：

鉴于以上内容，有必要提供一种改进的光纤，具备300-350℃的耐温等级，衰减小且机械强度好。

本发明提供的技术方案为：一种光纤，由芯层至外层依次包括石英芯层和石英包层、采用粘度为5000-8000cps的第一聚酰亚胺涂料形成的一次涂层和采用粘度为6000-7000cps的第二聚酰亚胺涂料成型的二次涂层，所述光纤的耐温等级300-350℃。

进一步的，所述第一聚酰亚胺涂料包括改性聚酰亚胺或/和光敏性聚酰亚胺，粘度分别为5000-6500cps和5000-8000cps。

进一步的，所述改性聚酰亚胺主要由四羧酸二酐类化合物与二胺类化合物为原料在第一溶剂中反应制得；所述光敏性聚酰亚胺包括在二酐和二胺共聚后采用丙烯酸酐或丙烯酰氯封端改性所得。

进一步的，所述四羧酸二酐类化合物包括均苯四甲酸二酐、3,3'4,4'-二苯醚四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-三苯双醚四甲酸二酐、4,4'-(六氟亚异丙基)邻苯二甲酸酐中的一种或多种。

进一步的，所述二胺类化合物包括对苯二胺、间苯二胺、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯醚、氨基改性聚硅氧烷、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯中的一种或多种。

进一步的，所述第一溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二乙基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种。

进一步的，所述第二聚酰亚胺涂料包括普通聚酰亚胺或主要由四羧酸二酐类化合物与二胺类化合物为原料在第二溶剂中反应制得的改性聚酰亚胺。所述四羧酸二酐类化合物为3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四甲酸二酐、4,4'-(六氟亚异丙基)邻苯二甲酸酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、3,4,3',4'-联苯四甲酸二酐中的一种或多种。所述二胺类化合物为对苯二胺、间苯二胺、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二(4-氨基苯氧基)联苯的一种或多种。所述第二溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二乙基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种。

进一步的，所述第一聚酰亚胺涂料的固含量为10-25％，第二聚酰亚胺料的固含量为10-28％。

进一步的，所述光纤为单模光纤或多模光纤。

进一步的，所述一次涂层和所述二次涂层的单边厚度之和为15-23μm。

与现有技术相比，本发明提供的光纤具有双层聚酰亚胺涂层，通过控制聚酰亚胺的粘度和材料设计，使得光纤既具有聚酰亚胺材料的耐高温特性，又具有较低的衰减和较好的机械性能，满足在恶劣环境下使用，耐腐蚀，可靠性高，也可以在海底进行使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一实施方式中光纤的结构示意图。

附图标记说明:

光纤100

石英纤芯101

石英包层102

一次涂层103

二次涂层104

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。

请参阅图1示出的本发明提供的一种光纤100的结构示意图，由芯层至外层依次包括石英芯层101和石英包层102、采用粘度为5000-8000cps的第一聚酰亚胺涂料形成的一次涂层103和采用粘度为6000-7000cps的第二聚酰亚胺涂料成型的二次涂层104，所述光纤的耐温等级300-350℃。其中形成的一次涂层103和二次涂层的单边厚度之和(涂层总厚度)为15-23μm，在具体实施方式中，涂层总厚度不宜太薄，涂覆光纤强度无法达到100kpsi；涂层总厚度太厚也不好，厚涂层对石英玻璃光纤的积压(内应力)较大，使光纤的衰减、翘曲度特性发生恶化，光纤在后续使用过程中更容易发生脆断。

在具体实施方式中，该光纤100可以是单模或多模的石英玻璃。

在具体实施方式中，所述第一聚酰亚胺涂料包括改性聚酰亚胺，粘度为5000-6500cps，所述第一聚酰亚胺涂料的固含量为10-25％。

其中，

所述改性聚酰亚胺主要由四羧酸二酐类化合物与二胺类化合物为原料在第一溶剂中反应制得；所述四羧酸二酐类化合物包括均苯四甲酸二酐、3,3'4,4'-二苯醚四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-三苯双醚四甲酸二酐、4,4'-(六氟亚异丙基)邻苯二甲酸酐中的一种或多种。所述二胺类化合物包括对苯二胺、间苯二胺、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯醚、氨基改性聚硅氧烷、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯中的一种或多种。所述第一溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二乙基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种。

在另一具体实施方式中，所述第一聚酰亚胺涂料还可以是光敏性聚酰亚胺，粘度为5000-8000cps。所述光敏性聚酰亚胺包括在二酐和二胺共聚后采用丙烯酸酐或丙烯酰氯封端改性所得。

在又一具体实施方式中，所述第一聚酰亚胺涂料也可以是光敏性聚酰亚胺和上述改性聚酰亚胺的组合物。

在具体实施方式中，所述第二聚酰亚胺涂料包括普通聚酰亚胺(即是市购、商业购买直接取得的聚酰亚胺涂料)或主要由四羧酸二酐类化合物与二胺类化合物为原料在第二溶剂中反应制得的改性聚酰亚胺。所述第二聚酰亚胺涂料的固含量为10-28％，粘度为6000-7000cps。其中，

所述四羧酸二酐类化合物为3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四甲酸二酐、4,4'-(六氟亚异丙基)邻苯二甲酸酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、3,4,3',4'-联苯四甲酸二酐中的一种或多种。所述二胺类化合物为对苯二胺、间苯二胺、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯、4,4'-二(4-氨基苯氧基)联苯的一种或多种。所述第二溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二乙基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种。

本发明设计过程中严格控制涂料的粘度范围，具体的可以通过外加温的方式进行调节，如涂料粘度太大，需要加温处理，且温度不宜太高。本发明中涂料粘度太小，会导致涂料流挂，热固化效果不好；而涂料粘度太大时涂覆，一方面粘附力不好，固化时间长，另一方面固化后易产生内应力，造成脆裂。

下面举例对本发明的光纤的性能与现有产品进行比较。

本发明以按下述实验条件配制的第一聚酰亚胺涂料和第二聚酰亚胺涂料为例，对光纤进行涂覆后性能进行表征。

在一个装有搅拌器的四口烧瓶中加入4,4'-二(4-氨基苯氧基)联苯123.06g和n,n-二甲基乙酰胺500ml，安装温度计，在50℃-60℃进行搅拌溶解，随后分批加入4,4'-(六氟亚异丙基)邻苯二甲酸酐222.12g，然后在40℃下反应18h，得到改性聚酰亚胺，也即第二聚酰亚胺涂料。

光敏性的聚酰亚胺涂料在上面步骤中反应后再在不大于5℃条件下加入90g丙烯酰氯进行反应即可得到，也即第一聚酰亚胺涂料。其中不大于5℃，优选5℃-0℃。

第一聚酰亚胺涂料的制备还可以是：在一个装有搅拌器的四口烧瓶中加入氨基改性聚硅氧烷333.46g和n,n-二甲基乙酰胺500ml，安装温度计，在50℃-60℃进行搅拌溶解，随后分批加入4,4'-(六氟亚异丙基)邻苯二甲酸酐111.06g和3,3',4,4'-三苯双醚四甲酸二酐101.32g，然后在40℃下反应18h，得到有机硅改性聚酰亚胺。此中，聚酰亚胺的树脂中引入有机硅的片段，有利于降低聚酰亚胺的模量。

实施例1

通信用单模光纤100，其石英芯层101直径为9μm，石英包层102直径125μm。预制棒熔融后在30m/min的牵引速度下，依次经过装有粘度为5000cps的光敏性的聚酰亚胺涂料及粘度为6000cps的普通聚酰亚胺涂料的模具，二次涂覆后涂层直径达到155μm，也就是说，一次涂层103和二次涂层104的单边厚度之和为15μm，光纤100结构如图1所示，且包/涂同心度误差≤4％(一般≤6％)。光纤在1310nm处的衰减值为0.428db/km，1550nm处的衰减值为0.312db/km，光纤的筛选强度100kpsi，光纤的疲劳为nd＝22。

实施例2

通信用单模光纤，其石英芯层101直径为9μm，石英包层102直径125μm。预制棒熔融后，由上至下依次分别穿过装有粘度为6500cps的有机硅改性聚酰亚胺涂料和粘度为7000cps的改性聚酰亚胺涂料的模具，二次涂覆后涂层直径达到165μm，也就是说，一次涂层103和二次涂层104的单边厚度之和为20μm，光纤100结构如图1所示，且包/涂同心度误差≤4％。光纤在1310nm处的衰减值为0.342db/km，1550nm处的衰减值为0.228db/km，光纤的筛选强度200kpsi，光纤的疲劳为nd＝23。

实施例3

将实施例2中单模光纤替换为多模光纤，石英芯层101直径为62.5μm，石英包层102直径125μm，二次涂覆后，光纤的涂层直径达到165μm也就是说，一次涂层103和二次涂层104的单边厚度之和为20μm。光纤100在850nm处的衰减值为2.73db/km，1300nm处的衰减值为0.78db/km，光纤的筛选强度100kpsi。

对比例1

基本与实施例1设定相同，区别在于将二次涂覆的涂料均采用热固化商业化聚酰亚胺涂料(普通聚酰亚胺)。所制得的光纤100，耐温性能较好，达到350℃，但是光纤的涂层直径只有140μm，也就是说，一次涂层和二次涂层的单边厚度之和为7.5μm，涂料的固含量低，光纤的筛选强度小于100kpsi，光纤在1310nm处的衰减值为2.68db/km，1550nm处的衰减值为2.12db/km。

比较实施例1与对比例1，可以看出，双层均采用普通聚酰亚胺涂料的光纤筛选强度低，达不到100kpsi；尤其是衰减特性远不如本发明的产品(1310nm≤0.8db/km，1550nm≤0.6db/km)。结合实施例1-3可见，本发明采用的聚酰亚胺涂料制成光纤的双聚酰亚胺涂层，既保留了聚酰亚胺的耐高温特性，又解决了双层普通聚酰亚胺涂覆的光纤衰减大、筛选强度低等性能上的不足，制备出综合性能优异的光纤。在其他具体实施方式中，本发明聚酰亚胺涂料可以是上述提及的其他配方或复合配方组成，均能得到实施例1-3相当的性能，即耐温300-350℃，衰减(1310nm≤0.8db/km，1550nm≤0.6db/km)，光纤的筛选强度高于100kpsi。

综上，本发明通过改进涂覆涂料配方和其粘度可以有效控制涂层总厚度，生产出可耐300-350℃高温的光纤，衰减(1310nm≤0.8db/km，1550nm≤0.6db/km)，光纤的筛选强度高于100kpsi，满足在恶劣环境下使用，耐腐蚀，可靠性高，也可以在海底进行使用。

以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。