專利名稱：梯度折射率型的型性光學纖維的制備方法及其設備裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及梯度折射率型的塑性光學纖維的制備方法及該方法所用的設備裝置。
為制備上述類型的塑性光學纖維。人們已研究開發(fā)出許多不同的方法。例如，日本專利申請公開文獻，平成-5-507610與平成-7-27928揭示過類似方法。
上述日本專利文獻平成-5-507610揭示了一種方法，即把具有空心中央體的圓筒形管注入由一種單體與一種具有高折射率的化合物所組成的液體混合物，以形成一個包敷層。然后，加熱或用攜能量射線照射上述液體混合物，以優(yōu)選在預定位置上發(fā)生并持續(xù)進行聚合作用，上述具有高折射率的化合物形成密度梯度，并被用作原料。加熱熔化上述原料并拉伸，使其折射率延著徑向連續(xù)地變化。該原料構成了塑性光學纖維的芯部分。
日本專利文獻平成-7-27928揭示了一個方法，其中把可聚合性的纖維物質(zhì)加熱熔化，并拉紡成纖維。把制得的該纖維浸漬在含有其折射率低于初始聚合物的折射率的非可聚合性化合物的溶液中，其中該非可聚合性化合物浸入并擴散到纖維內(nèi)部。由此，可制得具有梯度折射率的塑性光學纖維。
然而，在上述日本專利文獻平成-5-507610所揭示的方法中，該纖維是通過加熱熔化與拉紡該原料而制成的。因此，可由一種原料制備的纖維的長度是有限的，即該纖維長度取決于該原料的尺寸。
為了制備更長的纖維，該原料必須具有更大的直徑或更大的尺寸。然而，當原料的直徑大時，由于加熱熔化不充分，使得拉紡過程變得困難了。當延伸該原料時，該物質(zhì)在其縱向上就會有均勻的梯度折射率與不變的傳輸損耗。然而，該物質(zhì)的制備需要有嚴格的條件，以滿足對反應與聚合作用的控制。當制備其長度為1000米以上，直徑為1毫米的塑性光學纖維時，1米的原料應具有大于30米的直徑。
此外，上述方法是以批量形式進行的，其中，首先要準備好原料，并拉紡與轉(zhuǎn)變成光學纖維。因此，該過程的生產(chǎn)速率不大好。而且當增加生產(chǎn)量時，必須使制備裝置按比例大大擴大。
在上述日本專利文獻平成-7-27928所揭示的方法中，可以連續(xù)地制備纖維，因此，可以制成所需長度的纖維。然而，制備好該纖維以后，必須使非可聚合物化合物能從其表面向其里擴散。但是，大分子的，低折射率化合物是難于擴散到如此纖維里的，因此，折射率是較差的梯度變化。
為了能使大分子的，低折射率的化合物擴散到纖維中，必須使該化合物與纖維加熱到高溫。但是，猛烈加熱會纖維熔化和切斷，不利于制備纖維過程。
據(jù)上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目的在于提供一個新的制備梯度折射率型的塑性光學纖維的方法及該方法所用的設備裝置。該方法能達到較好的生產(chǎn)速率，并當提高生產(chǎn)量時，能最低限度地控制設備裝置的擴充。此外，能使制成的塑性光學纖維具有所需的梯度折射率。再者，據(jù)本發(fā)明的方法，可以連續(xù)穩(wěn)定地制備出高質(zhì)量的、具有所需長度的梯度折射率型的纖維。
為此目的，本發(fā)明提供一個制備梯度折射率型的塑性光學纖維的方法，該方法包括以下步驟a)制備一種原料聚合物，一種其折射率高于該原料聚合物折射率的非可聚合性化合物，以及一種可擴散到該聚合物中的可聚合性化合物；b)將原料聚合物與非可聚合性化合物相混合，由此可得纖維物質(zhì)；c)熔化與拉紡出該纖維物質(zhì)，以制得具有中央部分與周邊的纖維；d)將該纖維浸漬在上述可聚合性化合物中，因此該非聚合性化合物與可聚合性化合物擴散到上述纖維中；e)加熱該纖維，使上述可聚合性化合物發(fā)生聚合作用，使其折射率從纖維中央部分向周邊方向呈現(xiàn)梯度地降低。
上述纖維物質(zhì)可以如下制備的。
a)把一種或多種第一單體的一種非可聚合性化合物相混；b)使上述第一種單體發(fā)生聚合作用，制得與上述非可聚合性化合物相混合的原料聚合物；c)將上述原料聚合物做成丸球狀，由此制得纖維物質(zhì)。
此外，可在超聲波振動下實施上述d)步驟。
在上述方法中，上述原料聚合物可以是由下列單體的至少一種所形成的丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯乙烯基化合物，氟代丙烯酸酯與氟代甲基丙烯酸酯。
優(yōu)選的，上述非可聚合性化合物的折射率至少比該原料聚合物的折射率高0.02。
上述非可聚合性化合物可以是下列化合物的至少一種乙酸己酯、苯甲酸芐酯、鄰苯二甲酸二-(2-甲基己基)酯、癸二酸二丁酯、己二酸二己酯、鄰苯二甲酸二甲酯與二苯硫醚。
優(yōu)選的，上述的可聚性單體還可以與構成上述原料聚合物的單體相同。
上述方法還可以包括下列步驟f)拉伸纖維，并得到該纖維的定向；g)在該纖維四周形成包敷層。
上述的步驟g)可以這樣來進行把該纖維浸漬在第二單體中，其中該單體可形成其折射率低于該纖維物質(zhì)的折射率的聚合物，由此，可制得被該第二單體所包敷的纖維，并使該第二單體發(fā)生聚合作用，由此形成包敷層。
上述第二單體可以選自氟代丙烯酸酯與氟代甲基丙烯酸酯。
同樣地，上述g)步驟也可以如下進行a)制備第三單體的溶液，其中含有由該第三單體衍生的聚合物，該聚合物的折射率低于該纖維物質(zhì)的折射率，b)將該纖維浸漬在該溶液中，由此制得被該溶液所包敷的纖維，c)聚合第三單體，由此形成包敷層。
步驟g)還可如下進行a)制備含有聚合物的溶劑，該聚合物的折射率小于纖維物質(zhì)的折射率，b)將纖維浸漬于該溶劑中，由此得到被該溶劑包敷的纖維；c)蒸發(fā)除去其中的溶劑，由此形成上述包敷層。
本發(fā)明也提供用于制備梯度折射率型的塑性光學纖維的設備。該設備包括a)一個制備纖維的裝置，其中包括一個用于使原料聚合物與非可聚合性化合物相混合以制備纖維物質(zhì)的單元設備，該非可聚合性化合物的折射率比該原料聚合物的折射率更高些；一個用于加熱與熔化該纖維物質(zhì)使其形成熔化物的單元設備，以及一個用于紡出該熔化物以連續(xù)形成纖維的單元設備；b)一個擴散設備，包括一個用于容裝可擴散到纖維中的可聚合性化合物的容器，以及一個用于使離開該制備纖維裝置的纖維不斷地流向上述容器中的控制裝置；c)用于使上述可聚合性化合物發(fā)生聚合作用的固化處理裝置。
在上述設備裝置中，控制裝置可以包括一個用于連續(xù)向上述容器中輸送纖維的進料裝置和一個由其取出纖維的取出裝置，使得纖維在進料裝置與取出裝置之間保持松馳懸掛的部分，而且該懸掛部分浸漬并穿過上述可聚合性化合物。
上述控制裝置也可以有一對進料裝置，后者的配置使上述纖維在其之間保持松馳懸掛的部分并由此可控制傳送速度。
上述進料裝置還可以包括一個用于使上述懸掛部分旋轉(zhuǎn)的導向裝置，以致于使該懸掛部分在可聚合性化合物內(nèi)形成圈環(huán)，而且使上述懸掛部分在能到擴散裝置的底部以前就被取出裝置所拉出。
本發(fā)明的原料聚合物包括一種非晶性的高分子物質(zhì)，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚苯乙烯，聚碳酸酯，等。優(yōu)選地，該原料聚合物的傳輸損耗是小的，該損耗是在所用光源的波長范圍內(nèi)由于分散與吸收造成的。
為了制備上述聚合物，可以采用如(甲基)丙烯酸酯，苯乙烯基化合物，氟代丙烯酸酯，氟代甲基丙烯酸酯等的單體。
(a)甲基丙烯酸酯與丙烯酸酯；甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸異丙酯，甲基丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酯芐酯，甲基丙烯酸苯酯，甲基丙烯酸環(huán)己酯，甲基丙烯酸二苯甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸正丁酯；(b)苯乙烯基化合物；苯乙烯，α-甲基苯乙烯，氯苯乙烯，溴苯乙烯，二氯苯乙烯，二溴苯乙烯等；(c)氟代丙烯酸酯；丙烯酸2，2，2-三氟代乙酯等；(d)氟代甲基丙烯酸酯；甲基丙烯酸1，1，2-三氟代乙酯等。
為了制備本發(fā)明的纖維物質(zhì)。可以由上述任一單體制備聚合物，接著實現(xiàn)本發(fā)明的目的，為了同一個目的，也可以用多個上述單體制備共聚物。
上述纖維物質(zhì)也含有一種非可聚合性化合物。優(yōu)選的，該化合物的折射率比上述聚合物的折射率至少高0.02，該化合物與上述聚合物及其單體具有良好可容性，該化合物的沸點溫度超過200℃。
上述非可聚合性化合物的實例包括乙酸己酯，苯甲酸芐酯，鄰苯二甲酸二(2-甲基己基)酯，癸二酸酯如癸二酸二丁酯，己二酸酯如己二酸二己酯，鄰苯二甲酸二甲酯、二苯硫醚，等。據(jù)原料聚合物的折射率，優(yōu)選結合使用一種或多種化合物。
擴散槽中的溶液可以含有任一種小分子的或低分子量的，并可擴散到用于纖維的聚合物中的化合物。該化合物優(yōu)選是可聚合性化合物，例如單體，更優(yōu)選是構成用于纖維的聚合物的單體。
用于構成包敷層溶液的單體的實例包括任一種單體，由該單體形成的聚合物的折射率比纖維核心的折射率更低些。由此形成的聚合物優(yōu)選比纖維核心更加透明些。例如，當纖維核心部分是由聚(甲基丙烯酸甲酯)，即PMMA與具有較高折射率的非可聚合性化合物混合形成時，那么可以用甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體作包敷層。
可用于構成包敷層的單體包括氟代型的單體，如，(a)氟代丙烯酸酯，丙烯酸2，2，2-三氟代乙酯，丙烯酸2，2，3，3-四氟代丙酯；(b)氟代甲基丙烯酸酯；甲基丙烯酸1，1，2-三氟代乙酯，甲基丙烯酸2，2，3，3-四氟代丙酯。
溶解于單體MMA中的PMMA的溶液與溶解于其單體中的丙烯酸酯基聚合物的溶液等溶液，可以是將用于包敷的聚合物溶解于構成上述相同聚合物的單體中的溶液的例子。
將用于包敷層的聚合物溶解于溶劑中而制得的溶液的例子如下(a)溶解于四氫呋喃(THF)等溶劑中的PMMA溶液；溶解于四氫呋喃(THF)等溶劑中的丙烯酸酯基聚合物溶液。
(b)溶解于二甲基乙酰胺等溶劑中的聚(1，1-二氟乙烯)(poly(vinylidenefluoride))的溶液，溶解于溶劑中的氟代型聚(聚烯烴)，如聚(1，1-二氟乙烯)的溶液。
(c)溶解于THF等溶劑中的聚(甲基丙烯酸2，2，2-三氟代乙酯)的溶液；溶解于溶劑或其對應單體中的氟代甲基丙烯酸酯或氟代丙烯酸酯的溶液。
同樣地，氟代型聚(聚烯烴)，如聚(1，1-二氟乙烯)可以加熱熔化，并作為用于包敷的溶液。
本發(fā)明的上述與其他目的，特點與優(yōu)點，可以通過下列優(yōu)選實施方案的說明，給出的并不限制本發(fā)明的實施例以及附圖，給出更加清楚的說明。


圖1-表示據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的，制備梯度折射率型的塑性光學纖維的方法的流程圖；圖2-表示據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的，制備梯度折射率型的塑性光學纖維所用的設備裝置的示意圖；圖3-據(jù)附圖2的設備裝置中的制備纖維的單元裝置的示意圖；圖4-表示據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的，制備梯度折射率型的塑性光學纖維所用的設備裝置中的擴散槽的示意圖；圖5-據(jù)本發(fā)明第二實施方案的另一個擴散容器的示意圖；圖6-據(jù)本發(fā)明第三實施方案制備梯度折射率型的塑性光學纖維所用的設備裝置中的包敷槽的示意圖；圖7-據(jù)本發(fā)明第六實施方案的，制備梯度折射率型的塑性光學纖維所用的設備裝置中的折射率梯度化裝置的示意圖；圖8-據(jù)本發(fā)明第六實施方案的另一個折射率梯度化裝置的示意圖；圖9-據(jù)本發(fā)明第七實施方案，制備梯度折射率型的塑性光學纖維所用的設備裝置中折射率梯度化裝置的示意圖；圖10(a)、(b)、(c)-分別表示據(jù)本發(fā)明第一，第四實施方案制備的塑性光學纖維的梯度折射率的分布，據(jù)本發(fā)明第二、第五實施方案制備的塑性光學纖維的梯度折射率的分布，據(jù)本發(fā)明第三，第六實施方案制備的塑性光學纖維的梯度折射率的分布；圖11(a)、(b)、(c)-分別表示據(jù)本發(fā)明第七、八、九實施方案制備的塑性光學纖維的梯度折射率的分布；圖12(a)、(b)-分別表示據(jù)本發(fā)明第十、十一實施方案制備的塑性光學纖維的梯度折射率的分布。
圖13(a)、(b)、(c)-分別表示據(jù)第一、二、三的比較例所制備的塑性光學纖維的梯度折射率的分布。
圖1表示據(jù)本發(fā)明第一實施方案的制備梯度折射率型的塑性光學纖維的方法的流程圖。圖2表示上述制備方法所用的設備裝置的結構示意圖。
在纖維物質(zhì)制備步驟(S1)中制備纖維物質(zhì)。在該步驟中，把一種單體，或多種單體的混合物，與一種其折射率高于由前述的單體制成的聚合物的折射率的非可聚合性化合物相混合。然后，攪拌下加熱上述混合物，以形成硬化的聚合物。把制成的硬化聚合物壓碎并造成丸粒。控制其中的聚合反應，使其平均分子量達100,000-200,000，優(yōu)選130,000-150,000。
把造成丸粒狀的纖維物質(zhì)送入形成纖維的單元裝置1中(形成纖維裝置)如圖3所示。丸球的纖維物質(zhì)由貯料槽1a供料。然后，用加熱器1b加熱熔化，并用螺桿1c捏和之。接著從壓出板口1d紡出纖維。據(jù)上述方法，可以連續(xù)地制備出作為塑性光學纖維3的核心部分的纖維5(步驟S2)。
把在形成纖維裝置1中制備的纖維5，通過一轉(zhuǎn)彎輥7送入一個折射率梯度化單元裝置8中(折射率梯度化裝置)，以形成適當?shù)恼凵渎史植肌Ｉ鲜鲅b置7包括一個充滿單體的擴散槽9；作為傳輸裝置的一個進料輥11與一個出料輥13，一個干燥與加熱裝置15。
把由形成纖維裝置1出來的纖維5通過進料輥11送入上述擴散槽9中，并被裝在該槽中的單體溶液所浸漬(步驟S3)。按預定時間將纖維5浸漬在該單體溶液中，使纖維5被該單體所膨脹。在這過程中，預先已結合在纖維5中的高折射率的非可聚合性化合物與上述單體都相互擴散到該纖維里面。上述非可聚合性化合物在纖維5中形成了密度分布，使得其折射率按與纖維5的中心的相隔距離的平方成比例地降低。
通過出料輥13把進入擴散槽9中的纖維5連續(xù)地抽拉出來。然后，將其送入干燥與加熱裝置15中，其中，無論擴散到纖維5中的或粘附在纖維5表面上的上述單體，發(fā)生聚合作用和硬化作用(步驟S4)，上述干燥與加熱裝置15實際上可以是圓柱形加熱器。當纖維5穿過通入熱空氣的該加熱器中空部分時，該纖維被干燥與加熱。
穿過上述干燥與加熱裝置15以后，該纖維5就被送入一個拉伸裝置17，其中該纖維在加熱下被拉伸。經(jīng)浸漬后的纖維5不具有定向結構，上述拉伸過程使纖維5得到適當?shù)亩ㄏ蛐耘c機械程度(步驟S5)。
經(jīng)熱拉處理過的纖維5被送入包敷裝置19，以形成包敷層(步驟S6)。用擠壓出的樹脂涂敷在連續(xù)傳送的纖維5的外表面上，以形成包敷層。上述所用的樹脂是透明的樹脂，其折射率低于芯的折射率，即構成纖維5的纖維物質(zhì)的折射率。
經(jīng)過一連串的在擴散槽9，干燥與加熱裝置15，拉伸裝置17與包敷裝置19中的處理后，上述纖維5就轉(zhuǎn)變成塑性光學纖維3。然后將該纖維3送向轉(zhuǎn)彎輥21，并連續(xù)地卷繞在一個卷線機23上(步驟S7)。
一旦卷繞在卷線機23上，將該塑料光學纖維3松卷并用聚乙烯、聚(氯乙烯)等涂敷，則得到光學纖維繩或纜。
據(jù)本發(fā)明，不是以批量方式，而是連續(xù)地制備塑性光學纖維。因此，制備過程的生產(chǎn)速率高，而且為增加產(chǎn)量所需的裝置的擴充也可以最低限度地控制，同時可以制備出所需長度的梯度折射率型塑性光學纖維。
由于較高的折射率，要預先把非可聚合性化合物與纖維5的原料聚合物相混合，該聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低了，而在單體9中的溶解性卻增加了。如此，當纖維5浸漬在單體9時，該纖維5可以容易地被單體所浸透。而不需要加熱到高溫。這些非可聚合性化合物可以容易地迅速擴散到纖維5里面。由此，可以容易地實現(xiàn)對折射率的梯度化。上述方法可以避免纖維5因加熱到高溫而熔化受損，如上述日本專利文獻平成-7-27929在連續(xù)制備塑性光學纖維3時那樣。
此外，在擴散槽中所用的單體9是低分子物質(zhì)。因此，它可以容易地擴散到纖維5里面。因此，也可以容易地使其折射率梯度化。
把用于形成纖維5的纖維物質(zhì)5制成丸球狀，加熱熔化，捏和并紡成纖維。在形成纖維裝置1中，上述物質(zhì)通過捏和達到充分均勻化。因此，即使制成丸球狀前的上述纖維物質(zhì)沒有均勻化，由該方法制成的塑性光學纖維3也完全是均質(zhì)的。
此外，該塑性光學纖維3被包敷層所包敷。這可以抑制由于光學纖維3的彎曲所造成的光學損耗的增加。
在第一實施方案中，上述形成包敷的步驟S6是在加熱拉伸步驟S5以后進行的。但步驟S6也可以在熱拉步驟S5之前進行。
據(jù)本發(fā)明第二實施方案，制備梯度折射率型塑性光學纖維的設備裝置中有一個如圖4所示的擴散槽。上述第二實施方案不同于第一實施方案之處是其中在向單體的浸漬步驟S3中，采用了擴散槽27代替第一方案中所用的擴散槽9，該擴散槽27裝有一個向槽中單體25傳送超聲波的裝置。其他的過程就如同第一方案的過程，不再一一描述。
上述擴散槽27延著纖維的前進方向延伸的。在該槽的開口一邊裝有一個向擴散槽27內(nèi)連續(xù)輸送纖維5的進料輥11。向擴散槽27中的單體25施加其頻率為40KHZ、電功率為100W的超聲波。
第二實施方案能達到如同第一實施方案的效果，此外，當纖維5浸漬在單體25中時，受到了超聲波振動的處理，使得非可聚合性化合物與單體25能更加迅速，并更均質(zhì)地擴散到纖維5中。使由此制得的塑性光學纖維3具有更好，更穩(wěn)定的質(zhì)量，特別是在縱向方向上。
此外，通過改變上述超聲波的傳送條件(持續(xù)時間與波幅)，可以容易地控制擴散情況。
圖5顯示了如圖4中的擴散槽27的另一種型式。圖5中的擴散槽29是延垂直方向延伸的，因此，其內(nèi)部容積有所增加，使纖維5浸漬在單體25中的進程更長些。在擴散槽29中的單體25里受到其頻率為40KHZ，其功率為150W超聲波振動的作用的。
圖6顯示一個制備梯度折射率型的塑性光學纖維的設備裝置，其中包括一個據(jù)本發(fā)明第三實施方案的形成包敷層的槽。該第三實施方案不同于第一個實施方案之處在于在形成包敷層步驟S6中，纖維5是浸漬在充滿用于形成包敷層的單體31的形成包敷層的槽33中。其他的特征則與第一實施方案的類同。
來自拉伸裝置17(圖2)的纖維5通過進料輥35連續(xù)地送進形成包敷層槽33中。接著把纖維5從單體31中抽拉出來，并穿過一個螺紋接頭37，以便最低限度地控制住經(jīng)浸漬后的纖維所發(fā)生的直徑變化。除去多余的單體31以后。仍留在纖維表面上的單體31發(fā)生聚合作用，并通過固化處理或紫外線照射而硬化。在形成包敷層槽33中所用的單體的折射率比形成纖維5的纖維物質(zhì)的折射率更低些。
由于本方法的目的不在于對折射率的梯度化，因此，最好從槽33中迅速抽拉出纖維5，使得纖維5不溶解于單體31中。通常，浸漬時間控制在5分鐘以下。
本實施方案能達到如同第一實施方案的效果。此外，因為將纖維浸漬于形成包敷層槽33中以形成包敷，該形成包敷層過程的溫度比用擠壓方法形成包敷時的溫度更低些。因此，纖維5可以避免通常用于形成包敷過程的加熱所可能造成的質(zhì)量變化或變形。這樣就可降低所制得的塑性光學纖維的傳輸損耗。
第四實施方案不同于第三實施方案之處是在上述形式包敷層槽33中，聚合物溶解于用于制備該聚合物的相同單體中，而不是前述的單體31。用于形成包敷層的聚合物的折射率低于用于制備纖維5的纖維物質(zhì)的折射率。經(jīng)過浸漬于形成包敷層槽33以后，粘附在纖維5表面上的溶液中的單體，通過加熱或紫外線照射，發(fā)生聚合反應與硬化，而且形成包敷層。
如同上一個實施方案，上述包敷形成過程是在不將纖維5加熱到高溫的條件下進行的。因此可以降低所制得的塑性光學纖維3的傳輸損耗，如同第三實施方案一樣。
第五實施方案不同于第三實施方案之處是在形成包敷層槽33中，使用將聚合物溶解于溶劑中所制備的溶液，代替原來所用的單體31。所用的聚合物的折射率低于用于制備纖維5的纖維物質(zhì)5的折射率。經(jīng)過浸漬于形成包敷層槽33以后，粘附在纖維5表面上的單體溶液通過暖空氣通風或加熱被干燥，溶液中的溶劑成分則被蒸發(fā)掉。剩留的聚合物成分則固化成殘留物，并形成包敷層。
如同上一個實施方案，上述包敷形成過程是在不將纖維5加熱高溫的條件下進行的。因此，可以降低所制得的塑性光學纖維3的傳輸損耗，如同第三實施方案一樣。
在第3-5實施方案中，形成包敷層步驟S6是在熱拉步驟S5以后進行的。但是，步驟S6也可以在熱拉步驟S5以前進行。
同樣地，在上述實施方案中的通過浸漬實現(xiàn)包敷層的方法也可適用據(jù)第一實施方案的方法。這種形成包敷層的方法也可適用于第二實施方案的方法。
第六實施方案涉及制備梯度折射率型的塑性光學纖維的設備裝置，其中的折射率梯度化裝置40具有如圖7所示的結構，其標號如同圖2中相應的裝置所示的標號。這實施方案不同于第一方案之處只在于本方案中采用了折射率梯度化裝置40，以代替第一方案中所用的折射率梯度化裝置8。
在梯度化裝置40中，用于單體浸漬的擴散槽9是垂直方向延伸的。該槽9的上方位置上設有進料裝置41(裝料設備)，它向該槽9中不斷地輸送纖維，在槽9的另一上方位置上裝有抽拉輥43(抽拉設備)，用于從槽9中抽拉出纖維5。在擴散槽9與抽拉輥43之間裝有一個干燥與加熱裝置15。用抽拉輥43將纖維5穿過上述干燥與加熱裝置15抽拉出來。在上述干燥與加熱裝置15的各一邊裝有第一與第二測量器45、47，分別用于測量纖維5的外部直徑。
上述進料裝置41包括置于纖維通道的不同位置上的第一與第二進料輥49、51。離開形成纖維裝置1的纖維5穿過第一與第二進料輥49、51，送入裝于擴散槽9中的單體9a中。
第二個進料輥51安置于進料裝置41的下游位置上，抽拉輥43上設有傳送速度控制，使得該纖維5在第二輥51與抽拉輥43之間保持有一定的松度。因此，纖維5是呈U形的懸掛狀態(tài)傳輸?shù)?。U形懸掛的纖維5浸漬在裝有單體9a的擴散槽9中。
纖維5的密度高于單體9a的密度，使得U形纖維5能靠自重自然沉向單體9a中。此外，纖維5保持U形穿過單體9a向前傳送，但并不觸及槽9的底部。
用抽拉輥43將纖維5從單體9a中抽拉出來。該纖維5連續(xù)地穿過第一直徑測量器45，干燥與加熱裝置15，第二直徑測量47與抽拉輥43。
置于進料裝置41的第二進料輥51與抽拉輥43之間的纖維5的懸掛部分保持預定的長度，以使施于纖維5上的張力保持不變。單體中的纖維5的張力低于100gf，優(yōu)選低于20gf。
第一直徑測量器45控制抽拉輥43與第二進料輥51的傳送速度，以使纖維5的直徑保持不變。當從單體抽拉出的纖維5的外直徑變得比確定值大時，就降低該混51、43的傳速。同樣地，當纖維5在單體9a中的浸漬時間延長時，纖維5的外直徑就減小。相反地，當纖維5的外直徑變得比確定值小時，就加快輥51、43的傳遞速度，以便加大纖維5的直徑。此外，在第一進料輥49與第二進料輥51之間的纖維5的呈松馳狀有利于更容易控制輥51、43的傳送速度。
第二測定直徑的測量器47用于控制穿過干燥與加熱裝置15以后的纖維5的外部直徑。如果用為塑料光學纖維3的芯部分的纖維5的外直徑不在確定范圍內(nèi)時，制備纖維3的過程就中斷。
從上述得知，本實施方案具有與第一實施方案相同的效果。此外，在本實施方案中，纖維5是靠自重自然地浸入單體9a中，并形成松馳的U形，而且以U形穿過單體9a。因此，纖維5是沿著跡線平穩(wěn)地穿過單體9a。由于浸漬在單體中而施于纖維5的張力可以保持在低于100gf的水平上，并以低于20gf為宜。其結果是，即使纖維5因單體9a膨脹，被軟化以及變得容易變形時，該浸漬步驟不會導致折射率分布的不規(guī)則。由此，可以改進塑性光學纖維的質(zhì)量。
該抽拉裝置43通過干燥與加熱裝置15從擴散槽9抽拉出纖維5。在該處理過程中，這些步驟容易在干燥與加熱裝置15中進行的纖維5浸漬于單體9a中與單體9a的硬化步驟之間(于干燥與加熱裝置15中進行)造成纖維變形，所述單體是指擴散在纖維5中以及粘附在纖維5表面上的單體。由于上述情況，在上述步驟之間，纖維5是不經(jīng)過接觸輥而傳送的。因此，可確保避免纖維5的變形。
此外，根據(jù)第一個直徑測量器45的數(shù)據(jù)，控制纖維5穿過擴散槽9時傳送速度。這樣，就可以抑制由于浸漬造成的纖維直徑的變化。
在上述實施方案中，折射率梯度化裝置40可以用在第一實施方案的方法中。它也可以用在第2-5實施方案的方法中。
圖8表示類似于圖7中的折射率梯度化裝置40的另一類型的裝置52。在該裝置52中，使用水平延伸的槽代替垂直延伸的槽，纖維5沿著箭形的軌跡穿過裝在擴散槽53中的單體9a。
在上述水平延伸的槽中，通過進料輥51與抽拉輥43傳輸?shù)睦w維5以水平方向穿過單體9a。因此，纖維5必須支撐自己的重量，以減少延伸。其結果是，施在纖維5上的張力減少了，使纖維5在浸漬中避免折斷。
第七個實施方案涉及一種制備梯度折射率型的塑性光學纖維的設備裝置，它包括一個如圖9中的折射率梯度化裝置57。該實施方案不同于第6個實施方案之處是該折射率梯度化分級裝置57包括一個調(diào)節(jié)浸漬位置的導向裝置55，使得纖維5能以環(huán)圈的形式導入單體9a中。圖中的相同裝置采用相同的標號。
上述導向裝置55裝有一個轉(zhuǎn)臂55a，以控制纖維5的導向。纖維5穿過轉(zhuǎn)臂55a的末端部分。當轉(zhuǎn)臂55a旋轉(zhuǎn)時，浸漬在單體9a中的纖維5部分交替組成一圈環(huán)。纖維5是靠自重沉入到單體9a中，并形成螺旋狀。用抽拉輥43把沉入在單體9a中的尚未觸及擴散槽9底部的纖維5拉出來。
在纖維5穿過單體9a過程中，其在進料裝置41中的第二進料輥51與抽拉輥43之間的松馳長度保持不變，使得施于纖維5上的張力也保持不變。上述張力小于100gf，優(yōu)選小于20gf。
在本實施方案中，纖維5靠自重以螺旋狀沉入到單體9a中，同時保持松馳狀。接著在沉下的纖維5尚水觸及擴散槽9的底部以前，就將其抽拉出來。上述纖維5按預定軌跡平穩(wěn)地穿過單體9a。施于纖維5上的張力可以控制在100gf以下，并以低于20gf為宜。其結果是，即使因單體使纖維5膨脹、軟化與容易變形時，該浸漬步驟決不會導致對折射率分布的不規(guī)則。如同第六個實施方案一樣，該塑性光學纖維的質(zhì)量得到改進。
因為纖維5以螺旋狀沉入單體9a中，因此纖維5的浸漬時間與浸漬長度變得更長些。所以纖維5與單體有更長的接觸時間。
在本實施方案中，導向裝置57可以用在第一實施方案的制備方法中，它也適用于第2-5實施方案的方法中。
以下描述這些實施方案的一些實例。其中實例1-3，實例4-6，實例7-9與實施10-11分別相對應于第一實施方案，第二實施方案，第三-第五實施與第六、七實施方案。
實例1在纖維物質(zhì)制備步驟中，把83份重量的MMA與17份重量的苯甲酸芐酯(BEN)相混合。然后，向其加入0.5份重量的作為聚合反應引發(fā)劑的丁基過氧化物(BPO)，并混合之?；旌虾?，經(jīng)抽吸作用使混合物的壓力降至133.3帕斯卡(1托)。在充分地抽出空氣條件下，即真空條件下，使該混合物在40℃的暖水浴中慢慢攪拌48個小時，在這期間引發(fā)了聚合反應。在60℃的空氣浴中，使聚合反應又持續(xù)24個小時。所制得的聚合物組成了用于制備纖維5的物質(zhì)。從上述引發(fā)聚合反應到聚合反應終止的整個過程，都是在真空中進行的。
上述制備的聚合物的重均分子量是120,000-150,000。用錘式研磨機將上述聚合物粉碎成其粒徑為3毫米的顆粒，并制成球丸狀。
為了使上述制成的球丸狀聚合物的質(zhì)量達到勻質(zhì)，小心地加熱，使其混合與熔化。在加熱器1b中(圖3)，以220℃的恒溫使混合物捏和，并紡成其直徑為3.4毫米的纖維5。
在將纖維5浸漬于單體的裝置中，把0.1％(重量)的作為聚合反應的引發(fā)劑的過氧化苯甲酰與0.1％(重量)的作為鏈轉(zhuǎn)移化合物的正丁基硫醇加入到單體MMA中，并將上述混合好的整個溶液倒入擴散槽9中。槽中的溶液溫度控制在20℃。
纖維5在擴散槽9中的處理時間是30分鐘，然后從該溶液中抽拉出來。在加熱器15中逐漸把纖維5從50℃加熱到80℃，使得擴散到纖維5中或粘附在纖維5表面上的單體能完全地發(fā)生聚合作用與硬化。保留在纖維5中的單體量是單體總量的3.6％。所制得的纖維5的直徑是2.8毫米。將纖維5加熱并拉伸成0.9毫米的直徑。
在形成包敷層過程中，把聚(甲基丙烯酸1，1，2-三氟乙酯)在約120-130℃下熔化，并擠壓到纖維5的周邊以形成包敷層。
其結果，可以制得如圖10(a)所示的具有梯度折射率的塑性光學纖維3。該光學纖維3的直徑為1毫米，在斷點的抗拉強度為90MPa，在斷點的延伸率為110％。芯中央與周邊之間的折射率差Δn是0.013，而傳輸損耗是192dB/km。
實例2實例2不同于實例1，為了提高Δn，采用具有高折射率(n＝1.632)的二苯硫醚作為非可聚合性化合物，而且熱拉步驟是在形成包敷層步驟以后進行的。
在纖維物質(zhì)制備步驟中，把83份重量的MMA與17份重量的二苯硫醚相混合。然后，向其加入0.5份重量的作為聚合反應引發(fā)劑的丁基過氧化物(BPO)，并攪拌之。攪拌后，經(jīng)抽出空氣使混合物處于133.3帕斯卡(1托)的真空條件下。在充分地抽出空氣后，在真空條件下使該混合物在40℃的暖水浴中慢慢攪拌48個小時，在這期間引發(fā)了聚合反應，在60℃的真空條件下，使聚合反應又持續(xù)24個小時，由此形成了作為制備纖維5的物質(zhì)的上述聚合物。
上述制得的聚合物的重均分子量是120,000-150,00。用錘式研磨機將上述聚合物粉碎成其粒徑為3毫米的顆粒，并制球丸狀。
為了使上述球丸狀聚合物的質(zhì)量達到勻質(zhì)。小心地加熱使其混合與熔化。在加熱器1b(圖3)中以220℃的恒溫使混合物相捏和，并紡成其直徑為3.4毫米的纖維5。
在浸漬過程中，把0.1％(重量)的作為聚合反應引發(fā)劑的過氧化苯甲酰與0.1％(重量)的作為鏈轉(zhuǎn)移化合物的正丁基硫醇加入到單體MMA中，并將上述混合溶液倒入擴散槽9中。槽中的溶液溫度控制在20℃。
纖維5在擴散槽9中的處理時間是30分鐘，然后從該溶液中抽拉出來。在加熱器中，逐漸把纖維5從50℃加熱到80℃，使得擴散到纖維5中的或粘附在纖維5表面上的單體能完全地發(fā)生聚合作用與硬化。保留在纖維5中的單體量是單體總量的3.7％。
在后續(xù)的形成包敷層過程中，把聚(甲基丙烯酸1，1，2-三氟乙酯)在約120-130℃下熔化，并擠壓到纖維5的周邊，以形成包敷層。所制得纖維5的直徑是3.0毫米。接著對纖維5加熱并拉伸成其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。
上述拉伸的塑性光學纖維3持有機械強度。據(jù)試驗表明，其在斷點時的抗拉強度是90MPa，在斷點時的延伸率為110％。該塑性光學纖維3具有如圖10(b)中所示的梯度折射率分布。芯中央與周邊之間的折射率差Δn是0.024。其傳輸損耗是186dB/km。
實例3在纖維物質(zhì)制備過程中，把79份重量的MMA，4份重量的丙烯酸甲酯(MA)與17分重量的二苯硫醚相混合。然后，向其加入0.5份重量的作為聚合反應引發(fā)劑的丁基過氧化物(BPO)，并攪拌之。經(jīng)攪拌后，經(jīng)抽出空氣，使混合物處于1托的真空條件下，在充分地抽出空氣后，在真空條件下使該混合物在40℃的暖水浴慢慢攪拌48個小時。在這期間，引發(fā)了聚合反應。在60℃的空氣浴中，使聚合反應又持續(xù)24個小時。其中形成了作為制備纖維5的物質(zhì)的聚合物。從引發(fā)聚合反應到聚合反應終止的整個過程，都是在真空中進行的。
上述制得的聚合物的重均分子量是120,000-150,000。用錘式研磨機將上述聚合物粉碎成其徑粒為3毫米的顆粒，并制成球丸狀。
為了使上述制成的球丸狀聚合物的質(zhì)量達到勻質(zhì)。小心地加熱，使其混合與熔化。在加熱器1b(圖3)中，以220℃恒溫使混合物相捏和，并紡成其直徑為3.4毫米的纖維5。
在浸漬過程中，把0.1％(重量)的作為聚合反應引發(fā)劑的過氧化苯甲酰與0.1％(重量)的作為鏈轉(zhuǎn)移化合物的正丁基硫醇加入到單體MMA中。并將上述混合溶液倒入擴散槽9中，槽中溶液溫度控制在20℃。
纖維5在擴散槽9中的處理時間是30分鐘，然后從該溶液中抽拉出來。在加熱器中逐漸把纖維5從50℃加熱到80℃。使得擴散到纖維5中的或粘附在纖維5表面上的單體完全地發(fā)生聚合反應與硬化。保留在纖維5中的單體量是單體總量的4.1％。由此所制得的纖維5的直徑是2.8毫米。接著對纖維5加熱，并拉伸成其直徑為0.9毫米的纖維5。
在形成包敷層過程中，在約120-130℃溫度下，使聚(甲基丙烯酸1，1，2-三氟乙酯)熔化，并擠壓到纖維5的周邊，以形成包敷層。
其結果是，制得如圖10(C)所示的具有梯度折射率的塑性光學纖維。該塑性光學纖維3的直徑是1毫米。其在斷點時的抗拉強度為90MPa，而在斷點時的延伸率為120％。芯中央與周邊之間的折射率差Δn是0.025，其傳輸損耗是189dB/km。
實例4實例4與實例1不同之處在于用于浸漬的擴散槽27中裝有一個產(chǎn)生超聲波的裝置。在本實例中，纖維5在單體中的處理時間是10分鐘，并受到40kHz超聲波的作用。
其結果是，所制得的塑性光學纖維3具有如圖10(a)所示的梯度折射率分布。它與實例1相同。該塑性光學纖維的直徑是1毫米。其在斷點時的抗拉強度是90MPa，在斷點時的延伸率是110％，芯中央與周邊之間的折射率差Δn是0.013。其傳輸損耗是196dB/km。
實例5實例5與實例2不同之處在于用于浸漬的擴散槽27中裝有一個產(chǎn)生超聲波的裝置。在本實例中，纖維5在單體中的處理時間是10分鐘，并受到40kHz超聲波的作用。
其結果是，所制得的塑性光學纖維3具有如圖10(b)所示的梯度折射率分布。它與實例2相同。該塑性光學纖維3的直徑是1毫米。其在斷點時的抗拉強度是90MPa，在斷點時的延伸率是110％，芯中央與周邊之間的折射率差Δn是0.024，其傳輸損耗是180dB/km。
實例6實例6與實例3不同這處在于用于浸漬的擴散槽27中裝有一個產(chǎn)生超聲波的裝置。在本實例中，纖維5在單體中的處理時間是10分鐘，并受到40kHz超聲波的影響。
其結果是，所制得的塑性光學纖維3具有如圖10(C)所示的梯度折射率分布。它與實例3相同。該塑性光學纖維的直徑是1毫米。其在斷點時的抗拉強度是90MPa。在斷點時的延伸率是120％。芯中央與周邊之間的折射率差Δn是0.025。其傳輸損耗是190dB/km。
實例7實例7與實例1不同之處在于把上述纖維5浸漬在形成包敷層的槽33中，以涂上包敷層。
上述形成包敷層的槽33中裝有加入0.5％(重量)的作為引發(fā)劑的偶氮二異丁腈的甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯單體。把纖維5穿過浸漬步驟與加熱-干燥步驟。以形成2.8毫米的直徑。把上述纖維浸漬在形成包敷層的槽33中一分鐘，然后，從中取出，并用紫外線照射之，使纖維5表面上的單體發(fā)生聚合反應與硬化。上述紫外線是用80W/cm的水銀燈照射30秒。經(jīng)上述輻射后，使包敷層的厚度達到18微米。
把纖維5加熱-拉伸成其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。上述制得的塑性光學纖維3具有如圖11(a)所示的梯度折射率分布。其在斷點時的抗拉強度是87MPa，其在斷點時的延伸率是106％。它的折射率差是Δn是0.013，其傳輸損耗是141dB/km。當把纖維3彎成10毫米的彎度直徑時，其光學損耗增加0.19dB。
實例8實例8與實例1不同之處在于把上述纖維5浸漬在形成包敷層的槽33中，以涂上包敷層。
為了制備形成包敷層的槽33中的溶液，首先把PMMA溶解于單體MMA中，然后，向其加入0.5％(重量)的作為聚合作用引發(fā)劑的偶氮二異丁腈。把纖維5穿過單體浸漬步驟與加熱-干燥步驟，以形成2.8毫米的直徑。把上述纖維浸漬在一個形成包敷層的槽33中10秒鐘，并從中取出。然后，加熱該纖維5，使粘附在纖維5的表面上單體發(fā)生聚合反應與硬化。使纖維穿過溫度為80℃的圓柱形加熱器，使其加熱5個小時。由此形成的包敷層的厚度為0.2毫米。
把纖維5加熱并拉伸成其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。該纖維具有如圖11(b)所示的梯度折射率分布。該纖維在斷點時的抗拉強度是94MPa，其在斷點時的延伸率是107％。其折射率差Δn為0.013，而其傳輸損耗是149dB/km。當把纖維3彎成10毫米的彎度直徑時，其光學損耗增加0.22dB。
實例9實例9與實例1不同之處在于把上述纖維5浸漬在形成包敷層的槽33中，以涂上包敷層。
為了制備形成包敷層的槽33中的溶液，把PMMA溶解于THF中。把纖維5穿過單體浸漬步驟與加熱-干燥步驟，以形成2.8毫米的直徑。把上述纖維浸漬在形成包敷層的槽33中10秒鐘，并從中取出。然后，通過加熱及干燥除去粘合在纖維5表面上的溶液狀THF，并形一個包敷層，上述加熱及干燥過程是把纖維5穿過一個具有中空過道的圓柱形加熱器實現(xiàn)的。在上述中空過道中通入50℃的其流率為20升/分的熱空氣90分鐘。經(jīng)干燥后，包敷層的厚度是0.18毫米。
把纖維5加熱并拉伸成其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。該纖維具有如圖11(C)所示的梯度折射率分布。該纖維在斷點時的抗拉強度是90MPa，其在斷點時的延伸率是110％。其折射率差Δn是0.013，而其傳輸損耗是150dB/km。當把纖維3彎成10毫米的彎度直徑時，其光學損耗增加0.23dB。
實例10實例10與實施1不同之處在于用圖7所示的梯度化裝置40實施將纖維浸漬在單體中的步驟。
如同實例1，擴散槽9中含有單體MMA、0.1％(重量)的作為聚合作用引發(fā)劑的偶氮二異丁腈與0.1％(重量)的作為鏈轉(zhuǎn)移化合物的正丁基硫醇的混合物。該混合物的溫度控制在20℃。
據(jù)實例1的方法制備具有3.4毫米直徑的纖維5，并送入擴散槽9中。該纖維用20分鐘的時間穿過單體9a，同時保持如上述的松馳的U形。因浸漬于單體中，使纖維承受的張力是8gf。當從擴散槽9中拉出該纖維5時，其直徑為2.62毫米。
如同實例1，通過熱拉方法與形成包敷層方法，可制備出其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。該纖維3具有如同圖12(a)的折射率分布。它在斷點時的抗拉強度是87MPa，而在斷點時的延伸率為116％。其折射率差Δn是0.013。其傳輸損耗是187dB/km。沿纖維縱向的折射率分布沒有出現(xiàn)不規(guī)則的情況。
實例11實例11與實例2不同之處在于在浸漬步驟中使用如圖9所示的梯度化裝置57。
如同實例2，該擴散槽9中含有MMA單體、0.1％(重量)的作為聚合作用的偶氮二異丁腈與0.1％(重量)的作為鏈轉(zhuǎn)移劑的正丁基硫醇。該溶液的溫度是20℃。
據(jù)實例2的方法制備了具有3.4毫米直徑的纖維5，并送入擴散槽9中。該纖維呈圖環(huán)形浸漬于單體9a中20分鐘。由于單體浸漬，使纖維5所承受的張力是12gf。當從擴散槽9中拉出該纖維5時，其直徑為2.58毫米。
如同實例2，通過熱拉方法與形成包敷層方法，可制備出其直徑為1毫米的塑性光學纖維。該纖維3具有如同圖12(b)所示折射率分布。它在斷點時的抗拉強度是92MPa，而在斷點時的延伸率為108％。其折射率差Δn是0.024。其傳輸損耗是185dB/km。沿該纖維的縱向的折射率分布沒有出現(xiàn)不規(guī)則情況。
此后描述三個比較例。第一、第二與第三比較實例分別地相對應于實例1與4，實例2與5與實例3與6。
比較例1與實例1不同之處只在于纖維在擴散槽9中的浸漬時間由30分鐘縮短到10分鐘。此外，用相同的物質(zhì)與方法制備其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。該纖維3具有如圖13(a)所示的折射率分布。它在斷點時的抗拉強度為90MPa，而在斷點時的延伸率為110％。其折射率差Δn是0.013，其傳輸損耗是195dB/km。
比較例2與實例2不同之處只在于纖維在擴散槽9中的浸漬時間由30分鐘縮短到10分鐘。此外，用相同的物質(zhì)與方法制備出其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。該纖維3具有如圖13(b)所示的折射率分布。它在斷點時的抗拉強度為90MPa，而在斷點時的延伸率為110％。其折射率差Δn是0.024，其傳輸損耗是191dB/km。
比較例3與實例3不同之處只在于纖維在擴散槽中的浸漬時間由30分鐘縮短到10分鐘。此外，用相同的物質(zhì)與方法制備出其直徑為1毫米的塑性光學纖維3。該纖維3具有如圖13(C)所示的折射率分布。它在斷點時的抗拉強度為90MPa，而在斷點時的延伸率為120％。其折射率差Δn是0.025，其傳輸損耗是184dB/km。
與上述比較例1-3相對比，實例1-3具有如圖10(a)到(c)所示的雙維的折射率分布。作為比較，在比較例1-3中，在纖維5的芯中的折射率分布變得平坦，如圖13(a)與(b)所示。這是由于非可聚合性化合物沒有充分擴散到纖維5內(nèi)的緣故。即浸漬在單體中的時間不夠充分。
一方面在比較實例1-3中，另一方面在實例4-6中，使纖維5浸漬在單體中的時間相同。然而，后者是在超聲波的作用下進行浸漬。據(jù)此，雖然浸漬時間較短，但可以得到如圖10(a)到(c)所示的雙維折射率分布。
權利要求
1.制備梯度折射率型的塑性光學纖維(3)的方法，該方法包括(a)制備原料聚合物和其折射率高于該原料聚合物的非可聚合性化合物，以及分散到該聚合物中的可聚合性化合物；(b)將所述原料聚合物與所述非可聚合性化合物相混合，制得纖維物質(zhì)；(e)熔化并紡出該纖維物質(zhì)，得到具有中央部分與周邊的纖維(5)；(d)將該纖維(5)浸漬于所述可聚合性化合物(9a)中，由此該非可聚合性化合物與可聚合性化合物(9a)擴散到上述纖維中；(e)加熱所述纖維(5)，由此該可聚合性化合物(9a)發(fā)生聚合作用，使其折射率從纖維中央部分向周邊方向呈現(xiàn)梯度地降低。
2.據(jù)權利要求1的方法，其中該纖維物質(zhì)是如下制成的(a)把一種或多種第一單體與非可聚合性化合物相混合；(b)使上述第一單體發(fā)生聚合作用，由此制得與上述非可聚合性化合物相混合的原料聚合物；(c)將上述原料聚合物做成丸球狀，由此制得該纖維物質(zhì)。
3.據(jù)權利要求1或2的方法，其中的(d)步驟是在超聲波振動下進行的。
4.據(jù)權利要求1-3中之一的方法，其中所述的原料聚合物是由下列單體的至少一種所形成的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯基化合物、氟代丙烯酸酯與氟代甲基丙烯酸酯。
5.據(jù)權利要求1-4中之一的方法，其中的所述非可聚合性化合物的折射率至少比所述原料聚合物的折射率高0.02。
6.據(jù)權利要求1-5中之一的方法，其中的所述非可聚合性化合物是下列化合物中的至少一種乙酸己酯、苯甲酸芐酯、鄰苯二甲酸二(2-甲基己基)酯、癸二酸二丁酯、己二酸二己酯、鄰苯二甲酸二甲酯與二苯硫醚。
7.據(jù)權利要求1-6中之一的方法，其中所述的可聚合性單體與構成所述原料聚合物的單體相同。
8.據(jù)權利要求1-7中之一的方法，還包括下列步驟f)拉伸纖維(5)，由此得到該纖維(5)的定向；g)在該纖維(5)四周形成包敷層。
9.據(jù)權利要求8的方法，其中在g)步驟中，把該纖維(5)浸漬在第二單體中，其中該單體可形成其折射率低于該纖維物質(zhì)的折射率的聚合物，由此得到被該第二單體所包敷的纖維(5)，并使該第二單體發(fā)生聚合作用，由此形成上述包敷層。
10.據(jù)權利要求8或9的方法，其中該第二單體是選自氟代丙烯酸酯與氟代甲基丙烯酸酯。
11.據(jù)權利要求8的方法，其中g)步驟由以下步驟進行a)制備第三單體的溶液，其中含有由該第三單體衍生的聚合物，其折射率低于該纖維物質(zhì)的折射率；b)將該纖維(5)浸漬在該溶液中，由此得到被該溶液包敷的纖維(5)；c)使該第三單體發(fā)生聚合作用，由此形成上述包敷層。
12.據(jù)權利要求8的方法，其中g)步驟由以下步驟進行a)制備含有聚合物的溶劑，該聚合物的折射率低于該纖維物質(zhì)的折射率；b)將該纖維(5)浸漬在該溶劑中，由此得到被該溶劑所包敷的纖維(5)；c)蒸發(fā)掉其中的溶劑，由此形成所述包敷層。
13.制備梯度折射率型塑料光纖(3)的設備裝置，該設備裝置包括a)一個制備纖維的裝置(1)，其中包括一個用于使原料聚合物與非可聚合性化合物相混合以制備纖維物質(zhì)的單元設備(1a)，該非可聚合性化合物的折射率比該原料聚合物的折射率更高些；一個用于加熱與熔化該纖維物質(zhì)使其形成熔化物的單元設備(1b)，以及一個用于紡出該熔化物以連續(xù)形成纖維(5)的單元設備(1c)；b)一個擴散設備(8)，包括一個用于容裝可擴散到纖維(5)中的可聚合性化合物(9a)的容器(9)，以及一個用于使離開該制備纖維裝置(1)的纖維(5)不斷地流向該容器(9)的控制裝置(11，13，41)；c)用于使該可聚合性化合物發(fā)生聚合作用的處理裝置(15)。
14.據(jù)權利要求13的設備裝置，其中的所述控制裝置包括一個用于連續(xù)向該容器(9)輸送上述纖維(5)的進料裝置(11)和一個由其取出該纖維(5)的取出裝置(13)，使得該纖維(5)在該進料裝置(11)與取出裝置(13)之間保持松馳懸掛的部分，而且該懸掛部分浸漬并穿過上述可聚合性化合物。
15.據(jù)權利要求13或14的設備裝置，其中該控制裝置(41)包括一對進料裝置(49、51)，后者的配置使得上述纖維(5)在其之間保持松馳懸掛的部分。
16.據(jù)權利要求13-15中之一的設備裝置，其中所述進料裝置(49、51)還包括一個用于使上述懸掛部分旋轉(zhuǎn)的導向裝置(55)，以致于使該懸掛部分在上述可聚合性化合物中形成圈環(huán)，而且使上述懸掛部分在觸到上述分散裝置的底部以前，就被取出裝置所拉出。
全文摘要
本發(fā)明提供具有梯度折射率的給定長度的塑性光學纖維(3)。為此,首先把原料聚合物與具有高折射率的非可聚合性化合物相混合,以制得纖維物質(zhì)。然后,將其熔化并連續(xù)紡成纖維(5)。接著將該纖維(5)浸漬在可聚合性單體(9a)中,并加熱之,其中上述非可塑合性單體與可聚合性單體(9a)擴散到該纖維中,并使其折射率梯度化。當加熱纖維(5)時,上述擴散的可聚合性單體發(fā)生聚合作用,并使纖維(5)硬化。最后將該纖維(5)涂上包敷層,以形成所需的塑性光學纖維(3)。
文檔編號G02B6/00GK1201912SQ9810820
公開日1998年12月16日 申請日期1998年3月6日 優(yōu)先權日1997年3月7日
發(fā)明者中村哲也, 柚木勇人 申請人:住友電裝株式會社