專利名稱：多層共擠出法連續(xù)制備階躍型塑料光纖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速光通訊網(wǎng)絡(luò)中的寬帶接入網(wǎng)領(lǐng)域與信息通訊的多媒體材 料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及折射率沿突變性的階躍型塑料光纖的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通訊正以突飛猛進(jìn)的速度向高速、大容量方向發(fā)展。多媒體通訊的 興起要求其傳輸?shù)男畔?nèi)容豐富、頻帶寬。為此對(duì)接入網(wǎng)的帶寬的要求與日 俱增。故需把通訊網(wǎng)絡(luò)，特別是家庭接入網(wǎng)拓寬，使之適合于通訊高速公路 的需要。目前，光纖通訊發(fā)展極為迅速，其觸角已經(jīng)遍及郵電通訊主干線、 鐵路、電力系統(tǒng)、廣播電訊、交通系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軍事、工業(yè)企業(yè)內(nèi)部 通訊等領(lǐng)域。但利用玻璃光纖為光信息的傳輸介質(zhì)在家庭接入網(wǎng)中，卻遇到 了綜合價(jià)格高、維護(hù)和安裝費(fèi)用昂貴等難題。所以目前世界各國均采用光纖
到路邊的方式(FTTC)。即采用玻璃光纖與電纜混合接入網(wǎng)。由于受到電纜的 低速限制，致使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)，所以無法實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。這便 是人們所熟知的"最后一英里問題"。己成為阻礙信息高速公路直達(dá)千家萬戶
最大的難題之一。
可提供寬帶接入業(yè)務(wù)的傳輸媒質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、石英光纖和塑 料光纖。石英光纖能完全滿足帶寬和電磁兼容性的要求，但其芯徑很小(8 65um)，連接中要求較高的對(duì)準(zhǔn)精度，從而給連接帶來諸多不便，成本高是 阻礙其在短距離通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的主要因素。因此，在短距離的通信網(wǎng)絡(luò)中 通常使用雙絞線。雙絞線的成本較低，但帶寬小、損耗大、電磁兼容性差。 塑料光纖(POF)在高速短距離通信網(wǎng)絡(luò)中具有顯著競(jìng)爭(zhēng)力，它東100 1000m 范圍內(nèi)帶寬可達(dá)數(shù)MHz，而成本與雙絞線相當(dāng)。塑料光纖的數(shù)值孔徑大(0.3 0.5)，連接時(shí)不必苛求精確對(duì)準(zhǔn)，且其芯徑大(0.5 lmm)，連接時(shí)易于對(duì)準(zhǔn)， 可以使用廉價(jià)的注塑連接器，因而塑料光纖的連接簡(jiǎn)便且成本較低。另外，
塑料光纖的重量輕，可撓性好，易于在狹窄的空間內(nèi)鋪設(shè)。因此，塑料光纖
將成為實(shí)現(xiàn)光纖到家(FTTH)的理想的終端傳輸媒質(zhì)，并可直接用于工業(yè)控 制，成為工控網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì)。
塑料光纖接入網(wǎng)的綜合成本(包括塑料光纖、網(wǎng)絡(luò)器件、網(wǎng)絡(luò)施工費(fèi)用、 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用等)將比利用玻璃光纖為介質(zhì)低得多，是未來光纖入戶和計(jì)算 機(jī)局域網(wǎng)光纖化的理想系統(tǒng)。塑料光纖的缺點(diǎn)是信號(hào)衰減稍大，只適用于短 途通信，使用壽命約為十年。所以如何降低塑料光纖對(duì)光信號(hào)的衰減是當(dāng)前 研究的主要方向。
近年來，塑料光纖在照明、燈飾、太陽能的利用等領(lǐng)域又有了新的應(yīng)用。 從而使塑料光纖的需求量大幅度增長(zhǎng)。在這些領(lǐng)域中，塑料光纖不但需要有 較好的傳光性能，同時(shí)要求塑料光纖有更好的柔韌性，以便滿足在上述領(lǐng)域 的使用過程中的需要。為使塑料光纖有較好的柔韌性，通常使用一種柔韌性 更好的外包層材料，比如在以聚甲基丙稀酸甲酯為芯材的塑料光纖體系中采 用聚偏氟乙烯為外包層材料。由于聚偏氟乙烯具有較好的柔韌性，使得塑料 光纖整體的柔韌性有較大的提高。但是由于兩種材料具有不同的物性，所以 在共擠出時(shí)，兩種不同種類的材料黏度、流變形能、乃至材料的相容性均有 所差異，導(dǎo)致在形成的兩層塑料光纖的接合處形成缺陷，所以勢(shì)必影響塑料 光纖的光學(xué)性質(zhì)。大量的實(shí)踐已經(jīng)表明上述問題的存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有工藝存在的缺陷，提供一種多層共擠出 法連續(xù)制備階躍型塑料光纖的方法，以得到低衰減且柔韌性好的階躍型塑料光纖。
階躍型塑料光纖的特點(diǎn)是折射率沿徑向呈突變分布的塑料光纖。階躍型 塑料光纖通常由兩層材料組成，兩層材料呈同心圓形的圓柱體。通常階躍型 塑料光纖由兩臺(tái)單螺桿擠出機(jī)經(jīng)共擠工藝制備。由于塑料光纖口徑較大，通 常纖徑高達(dá)lmm。從而造成塑料光纖的柔韌性能下降。為克服這種工藝的缺 點(diǎn)，本發(fā)明提出多層共擠出的方法，在通常兩層的基礎(chǔ)上，增加一層柔韌層， 以增加塑料光纖的柔韌性，此層包裹在光纖的最外層，從而不影響光纖的通 光性能，同時(shí)可大大增加塑料光纖的柔韌性。另外根據(jù)需要，也在拉制光纖
的同時(shí)，再增加外保護(hù)層，形成四層結(jié)構(gòu)，從而使塑料光纖光纜的生產(chǎn)在同 一機(jī)組上同時(shí)完成。
本發(fā)明提出在兩層結(jié)構(gòu)的塑料光纖體系中，增加一層反光層(通常稱為 包層)，然后在外層的反光層外再包裹一層柔韌層，以便在保持塑料光纖良好 的光學(xué)性能的同時(shí)，大幅度提高塑料光纖的柔韌性。如果在反光層與柔韌層 之間的結(jié)合仍有問題，也可以在它們之間再增加一層過渡層，形成四層結(jié)構(gòu) 的塑料光纖。三層材料或更多層材料的形成是同時(shí)在三個(gè)或更多的單螺桿擠 出機(jī)中經(jīng)共擠模頭擠出，形成塑料光纖。
本發(fā)明的多層共擠出法連續(xù)制備階躍型塑料光纖的方法包括以下步驟
(1) .將制備塑料光纖的芯層材料、反光層材料以及柔韌層材料的高聚物 母粒分別置于各自的單螺桿擠出機(jī)中；通常需要2 4個(gè)單螺桿擠出機(jī)。
(2) .分別將步驟(1)所述的單螺桿擠出機(jī)的出料口對(duì)接到一中心圓孔 與一個(gè)具有2 4個(gè)同芯環(huán)形的各層共擠圓管模具相連接的圓管，然后將具有 不同物性的透明或不透明的芯層材料、反光層材料以及柔韌層材料的高聚物 母粒在各自的擠出機(jī)中加熱熔融后(加熱溫度為所述的高聚物母粒所需熔融 溫度)，通過各自的擠出機(jī)分別經(jīng)同心環(huán)形的共擠模具的各自的各層出口同步 擠出，經(jīng)共擠模具機(jī)頭后，并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的纖維狀物 體，即多層纖維狀的階躍型塑料光纖，光纖的直徑從0.2mm到3mm。
在制備多層纖維狀的階躍型塑料光纖時(shí)，可進(jìn)一步加裝一臺(tái)單螺桿機(jī)， 此臺(tái)單螺桿擠出機(jī)裝有保護(hù)層聚合物材料，將該單螺桿擠出機(jī)的出料口連接 到與上述同心環(huán)形的各層共擠圓管模具相連接的圓管，經(jīng)一個(gè)共擠模具同步 擠出并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到帶有保護(hù)層材料的多層纖維狀的階躍型塑料光纖， 光纖的保護(hù)層厚度大于0.5mm。
本發(fā)明的方法可通過共擠出模具，可同時(shí)擠出2層至4層或更多層的同 心圓柱體結(jié)構(gòu)的纖維狀物體。
所述的芯層聚合物材料的折射率大于反光層聚合物材料的折射率，反光 層聚合物材料的折射率大于或等于柔韌層聚合物材料的折射率；保護(hù)層聚合 物材料的折射率不作要求。
所述的芯層聚合物材料置于同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔處，反光層 聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第--層，柔韌層聚合
物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第二層；即得到芯層聚合 物材料的外層為反光層聚合物材料層，反光層聚合物的外層為柔韌層聚合物
材料層。
所述的芯層聚合物材料置于同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔處，反光層 聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第一層，柔韌層聚合 物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第二層，保護(hù)層聚合物材 料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第三層；即得到芯層聚合物材 料的外層為反光層聚合物材料層，反光層聚合物的外層為柔韌層聚合物材料 層，柔韌層聚合物的外層為保護(hù)層聚合物材料層。
所述的芯層聚合物材料選自聚甲基丙稀酸甲酯、聚甲基丙稀酸乙酯、聚 甲基丙稀酸異丙酯、聚甲基丙稀酸苯酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等。
所述的反光層聚合物材料選自聚甲基丙稀酸三氟乙酯、聚甲基丙稀酸三 氟丙酯、聚甲基丙稀酸五氟丙酯、甲基丙稀酸甲酯與甲基丙稀酸三氟乙酯或 甲基丙稀酸甲酯與甲基丙稀酸五氟丙酯所形成的共聚物等。
所述的柔韌層聚合物材料選自聚偏氟乙烯、氟塑料或四氟乙烯與六氟丙 烯的共聚物(THV類氟塑料)等。
所述的保護(hù)層聚合物材料選自聚乙烯或聚氯乙烯等。
本發(fā)明的多層共擠出法連續(xù)制備階躍型塑料光纖的方法，可一步完成階 躍型塑料光纖的生產(chǎn)，本方法可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)階躍型塑料光纖。


圖l.本發(fā)明實(shí)施例1的光纖截面示意圖。 圖2.本發(fā)明實(shí)施例2、 3的光線截面示意圖。 附圖標(biāo)記
l.芯層 2.反光層 3.柔韌層 4.保護(hù)層
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.
首先將3種高聚物母粒分別置于三臺(tái)單螺桿擠出機(jī)中，其中聚甲基丙烯
酸甲酯為芯層材料，聚甲基丙烯酸五氟丙酯為反光層材料，聚偏氟乙烯為柔
韌層材料。
分別將上述的單螺桿擠出機(jī)的出料口對(duì)接到一中心圓孔與一個(gè)具有4個(gè) 同心環(huán)形的4層共擠圓管模具相連接的圓管，然后將芯層材料、反光層材料 與柔韌層材料的高聚物母粒在各自的擠出機(jī)中加熱熔融后(均為230°C)，通 過各自的擠出機(jī)分別經(jīng)同心環(huán)形的共擠模具的各自的各層出口 ，以芯層材料 擠出機(jī):反光層材料擠出機(jī):柔韌層材料擠出機(jī)的出料擠出比為10:0.5:0.5同步 擠出，其中，芯層聚合物材料置于同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔處，反光 層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第一層，柔韌層聚 合物材料置于靠近同芯環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第二層；經(jīng)共擠模具機(jī) 頭后，并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的lmm的纖維狀的階躍型塑料光 纖。光纖的形態(tài)如圖1所示。經(jīng)測(cè)試所得的光纖光衰減為H0dB/km，柔韌性 指標(biāo)為30次折返。
實(shí)施例2.
首先將4種高聚物母粒分別置于四臺(tái)單螺桿擠出機(jī)中，其中聚甲基丙烯 酸甲酯為芯層材料，聚甲基丙烯酸五氟丙酯為反光層材料，聚偏氟乙烯為柔 韌層材料，聚氯乙烯為外保護(hù)層材料。
分別將上述的單螺桿擠出機(jī)的出料口對(duì)接到一中心圓孔與一個(gè)具有4個(gè) 同心環(huán)形的4層共擠圓管模具相連接的圓管，然后將芯層材料、反光層材料、 柔韌層材料與保護(hù)層材料的高聚物母粒在各自的擠出機(jī)中加熱熔融后，通過 各自的擠出機(jī)分別經(jīng)同心環(huán)形的共擠模具的各自的各層出口 ，以芯層材料擠 出機(jī):反光層材料擠出機(jī):柔韌層材料擠出機(jī):保護(hù)層材料的擠出機(jī)的出料擠出 比為10:0.5:0.5:20同步擠出，其中，芯層聚合物材料置于同心環(huán)形的共擠模具 的中心圓孔處，反光層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔 的第一層，柔韌層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第 二層，保護(hù)層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第三層; 經(jīng)共擠模具機(jī)頭后，并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的1.5mm的纖維狀 的階躍型塑料光纖。光纖的形態(tài)如圖2所示。經(jīng)測(cè)試所得的光纖光衰減為 187dB/km，柔韌性指標(biāo)為30次折返。 實(shí)施例3.
首先將4種高聚物母粒分別置于四臺(tái)單螺桿擠出機(jī)中，其中聚苯乙烯為 芯層材料，聚甲基丙烯酸甲酯為反光層材料，聚偏氟乙烯為柔韌層材料，聚 氯乙烯為外保護(hù)層。
分別將上述的單螺桿擠出機(jī)的出料口對(duì)接到一中心圓孔與一個(gè)具有4個(gè)
同心環(huán)形的4層共擠圓管模具相連接的圓管，然后將芯層材料、反光層材料、
柔韌層材料與保護(hù)層材料的高聚物母粒在各自的擠出機(jī)中加熱烙融后，通過 各自的擠出機(jī)分別經(jīng)同心環(huán)形的共擠模具的各自的各層出口，以芯層材料擠
出機(jī):反光層材料擠出機(jī):柔韌層材料擠出機(jī):保護(hù)層材料的擠出機(jī)的出料擠出 比為10:0.5:0.5:20同步擠出，其中，芯層聚合物材料置于同心環(huán)形的共擠模具 的中心圓孔處，反光層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔 的第一層，柔韌層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第 二層，保護(hù)層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔的第三層； 經(jīng)共擠模具機(jī)頭后，并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的2.5mm的纖維狀 的階躍型塑料光纖。光纖的形態(tài)如圖2所示。經(jīng)測(cè)試所得的光纖光衰減為 850dB/km，柔韌性指標(biāo)為40次折返。
權(quán)利要求
1.一種多層共擠出法連續(xù)制備階躍型塑料光纖的方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1).將制備塑料光纖的芯層材料、反光層材料與柔韌層材料的高聚物母粒分別置于各自的單螺桿擠出機(jī)中；(2).分別將步驟(1)所述的單螺桿擠出機(jī)的出料口對(duì)接到一中心圓孔與一個(gè)具有2～4個(gè)同芯環(huán)形的各層共擠圓管模具相連接的圓管，然后將具有不同物性的透明或不透明的芯層材料、反光層材料與柔韌層材料的高聚物母粒在各自的擠出機(jī)中加熱熔融后，通過各自的擠出機(jī)分別經(jīng)同心環(huán)形的共擠模具的各自的各層出口同步擠出，經(jīng)共擠模具機(jī)頭后，并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的多層纖維狀的階躍型塑料光纖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在制備多層纖維狀的階躍型塑 料光纖時(shí)，進(jìn)一步加裝裝有保護(hù)層聚合物材料的單螺桿擠出機(jī)，將該單螺桿 擠出機(jī)的出料口連接到與權(quán)利要求1中的同心環(huán)形的各層共擠圓管模具相連 接的圓管，經(jīng)一個(gè)共擠模具同步擠出并經(jīng)牽引機(jī)拉伸得到帶有保護(hù)層材料的 多層纖維狀的階躍型塑料光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的芯層聚合物材料置于同 心環(huán)形的共擠模具的中心圓孔處，反光層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共 擠模具的中心圓孔的第一層，柔韌層聚合物材料置于靠近同心環(huán)形的共擠模 具的中心圓孔的第二層；得到芯層聚合物材料的外層為反光層聚合物材料層， 反光層聚合物的外層為柔韌層聚合物材料層的多層纖維狀的階躍型塑料光 纖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的芯層聚合物材料置于同 芯環(huán)形的共擠模具的中心圓孔處，反光層聚合物材料置于靠近同芯環(huán)形的共 擠模具的中心圓孔的第一層，柔韌層聚合物材料置于靠近同芯環(huán)形的共擠模 具的中心圓孔的第二層，保護(hù)層聚合物材料置于靠近同芯環(huán)形的共擠模具的 中心圓孔的第三層；得到芯層聚合物材料的外層為反光層聚合物材料層，反 光層聚合物的外層為柔韌層聚合物材料層，柔韌層聚合物的外層為保護(hù)層聚 合物材料層的多層纖維狀的階躍型塑料光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征是所述的多層纖維狀 的階躍型塑料光纖的直徑從0.2mm到3mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征是所述的芯層聚合物 材料的折射率大于反光層聚合物材料的折射率，反光層聚合物材料的折射率 大于或等于柔韌層聚合物材料的折射率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征是所述的芯層聚合物 材料選自聚甲基丙稀酸甲酯、聚甲基丙稀酸乙酯、聚甲基丙稀酸異歯酯、聚 甲基丙稀酸苯酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征是所述的反光層聚合 物材料是聚甲基丙稀酸三氟乙酯、聚甲基丙稀酸三氟丙酯、聚甲基丙稀酸五 氟丙酯、甲基丙稀酸甲酯與甲基丙稀酸三氟乙酯或甲基丙稀酸甲酯與甲基丙 稀酸五氟丙酯所形成的共聚物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的方法，其特征是所述的柔韌層聚合物材料選自聚偏氟乙烯、氟塑料或四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的芯層聚合物材料選自 聚甲基丙稀酸甲酯、聚甲基丙稀酸乙酯、聚甲基丙稀酸異丙酯、聚甲基丙稀酸苯酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯；所述的反光層聚合物材料選自聚甲基丙稀酸三氟乙酯、聚甲基丙稀酸三 氟丙酯、聚甲基丙稀酸五氟丙酯、甲基丙稀酸甲酯與甲基丙稀酸三氟乙酯或甲基丙稀酸甲酯與甲基丙稀酸五氟丙酯所形成的共聚物；所述的柔韌層聚合物材料選自聚偏氟乙烯、氟塑料或四氟乙烯與六氟丙 烯的共聚物。
全文摘要
本發(fā)明屬于高速光通訊網(wǎng)絡(luò)中的寬帶接入網(wǎng)領(lǐng)域與信息通訊的多媒體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到折射率為突變性的階躍型塑料光纖的制備方法。本發(fā)明提出的連續(xù)多層復(fù)合擠出法，是通過一同芯環(huán)形的各層共擠圓管模具，在通常兩層的基礎(chǔ)上，增加一層柔韌層，以增加塑料光纖的柔韌性，此層包裹在光纖的最外層，從而不影響光纖的通光性能，同時(shí)可大大增加塑料光纖的柔韌性。另外根據(jù)需要，也可在拉制光纖的同時(shí)，再增加外保護(hù)層，形成四層結(jié)構(gòu)，從而使塑料光纖光纜的生產(chǎn)在同一機(jī)組上同時(shí)完成。
文檔編號(hào)B29C47/06GK101190562SQ20061011475
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者劉新厚, 珍 甄 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所