專利名稱：光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法及纖芯材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物光纖預(yù)制棒的制備方法及纖芯材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及功能化少模及單模階躍型聚合物光纖預(yù)制棒及光纖的制備方法及其纖芯材料。
背景技術(shù)：
中國專利CN200410014392.3中提到，目前聚合物光纖的制造方法主要有以下四種預(yù)制棒拉纖法、批量擠出法、連續(xù)擠出法和熔融紡絲法，其中批量擠出法、連續(xù)擠出法和熔融紡絲法主要用于制造階躍型聚合物光纖；并且梯度型和階躍型聚合物光纖都可用預(yù)制棒拉纖法制造。在單體本體聚合法中，為了避免本體聚合的自動加速效應(yīng)造成氣泡的產(chǎn)生，需要同時采用兩種措施一.對原料液進行預(yù)聚，而后灌漿；二.施加一定的壓力。
美國《微波技術(shù)》(Journal of Lightwave Technology，1996年14卷2215-2223)提到的兩種少?；騿文ｋA躍型聚合物光纖預(yù)制棒的制備方法，第一種是“棒管”技術(shù)即將做好的纖芯棒緊緊的插入到做好的包層管中，該方法的缺點是所作的棒太粗拉出的光纖很難達到單模的效果，另外芯層與包層之間很容易引入氣泡；第二種方法便是“孔棒”技術(shù)即在做好的包層預(yù)制棒上鉆個小孔，再在里面灌入單體，然后再進行聚合，所以包層纖芯分界不光滑，導致附加的散射損耗。然而“特氟龍繩技術(shù)”中所使用的聚四氟乙烯(Teflon)繩，由于其非棒特性(可以拉伸)使其在包層預(yù)制棒聚合后可以很容易的抽出；還有便是它本身具有良好的化學和熱穩(wěn)定性；所做的包層管內(nèi)壁也很光滑；還有一個優(yōu)點便是通過此技術(shù)制作的光纖預(yù)制棒纖芯可以很細(＜1mm)，既可做成單模的光纖又可制作成多模的光纖，長度也可以很長(＞300mm)。但是利用小分子的光敏性物質(zhì)進行灌芯將導致單體對包層的再溶漲，并且摻雜的染料的擴散嚴重，纖芯尺寸將比預(yù)測的來得多，纖芯折射率將有所降低。
《國際光學工程會議集》(SPIE，1999年第3623卷，206-214)中提到，在無機的石英材料中，稀土離子的溶解極其有限且在較低的濃度(約0.01％-wt)就會發(fā)生濃度猝滅現(xiàn)象，而稀土螯合物由于稀土離子周圍被有機配體所包圍，可以與聚合物基體很好的相容，因而有較高的摻雜濃度(約1％-wt)，而不會產(chǎn)生濃度猝滅，但是濃度猝滅的值仍不夠高。在《聚合物》(Polymer，2006年第47卷5253-5258)中提到稀土配合物接到聚合物鏈上后當稀土濃度高達about 8.5mol％都非發(fā)生濃度猝滅現(xiàn)象.
綜上，采用聚合物共聚物進行摻雜制備出的功能型光纖，由于光敏性共聚物與光纖主體的聚甲基丙烯酸甲酯等材料具有很好的相容性，使得光敏性物質(zhì)的摻雜濃度的上限將會大大提高，同時避免了小分子在聚合過程中的擴散，對于纖芯尺寸，及纖芯的折射率的控制將會更加容易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種少?；騿文５碾A躍型光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法及纖芯材料，簡化階躍型少?；騿文＞酆衔锕饫w預(yù)制棒的生產(chǎn)工藝，使得到的預(yù)制棒表面光潔平整，易于拉絲成纖，芯包界限分明，纖徑及折射率的控制良好。
本發(fā)明的少?；騿文５碾A躍型光敏性共聚物摻雜光纖，其纖芯是由光敏性的聚合物與甲基丙烯酸甲酯的共聚物組成。
本發(fā)明中制備方法采用兩步法，先制備一個折射率較低的空心有機玻璃棒，再灌入纖芯材料。(此法也是用于少模光纖的制作)具體作法如下光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)、在一個玻璃試管的底部穿一小孔，將直徑為0.8±0.3mm的Teflon線的一端打結(jié)，把此線從玻璃試管的小孔穿入，使Teflon線的結(jié)位于試管底部的小孔之外，用環(huán)氧樹脂將Teflon線在小孔處與試管粘合，并烘干；(2)、制備上模具和下模具，上模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的柱塞，下模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的帽塞，柱塞和帽塞中央有通孔；(3)、制備預(yù)聚物，將精制后的甲基丙烯酸甲酯/MMA、偶氮二異丁腈/AIBN和正辛基硫醇混合，重量配比為100∶0.25∶0.3，或者以丙烯酸丁酯/BA和MMA的混合物來代替出純MMA，MMA∶BA的體積比＝4∶1，按此比例混合，在真空條件下，水浴環(huán)境中，磁力攪拌下，于80℃聚合，隨著時間的推移，體系的粘度漸漸增加，當體系粘度達到2倍甘油粘度時，迅速從水浴中取出并用冷水冷卻，使體系的溫度迅速下降；(4)、將下模具塞入試管并使Teflon線穿過其中的小孔，灌注第(3)步得到的預(yù)聚物漿體，將上模具塞上，并將Teflon線經(jīng)上模具的小孔穿出，用膠帶將Teflon線固定在試管外壁上；(5)、將裝有預(yù)聚物的試管置于高壓反應(yīng)釜中進行聚合反應(yīng)，向反應(yīng)釜中通入惰性氣體，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/24小時→75℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→60℃/12小時，升溫程序結(jié)合施加4-6atm的壓力以避免聚合過程中氣泡的產(chǎn)生；聚合完成以后，使體系的溫度緩緩下降，溫度降下來后把試管從高壓釜中取出，將玻璃試管下端擊碎，取下上模具，并把Teflon線從中抽出，就得到一個空心的有機玻璃棒，即為光纖中間包層材料；(6)、制備纖芯材料預(yù)聚物，將光敏性共聚物PCN2溶解在一定量的MMA中，連同引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑加入到一個封管中，并在封管中加一個小磁子，在真空條件下，將封管燒封，將封管置于80℃水浴中，使單體聚合到2倍甘油粘度，停止聚合；(7)、將空心有機玻璃棒中間的小孔封閉，在真空條件下向空心的有機玻璃棒中灌入纖芯材料預(yù)聚物，將空心有機玻璃棒放入反應(yīng)釜進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/12小時→70℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→120℃/12小時→60℃/12小時，然后從反應(yīng)釜中取出，就得到單模光纖的預(yù)制棒；(8)、用拉纖機將制得的預(yù)制棒拉制成光纖，拉絲溫度為150-180℃，在加熱條件下拉成光纖，所需直徑由單模條件和纖芯與光纖的直徑之比算出。
所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于在于包括以下步驟(1)、在一個玻璃試管的底部穿一小孔，將直徑為0.5mm的Teflon線的一端打結(jié)，把此線從玻璃試管的小孔穿入，使Teflon線的結(jié)位于試管底部的小孔之外，用環(huán)氧樹脂將Teflon線在小孔處與試管粘合，并烘干；
(2)、制備上模具和下模具，上模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的柱塞，下模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的帽塞，柱塞和帽塞中間有通孔；(3)、制備預(yù)聚物，將精制后的甲基丙烯酸甲酯/MMA、偶氮二異丁腈/AIBN和正辛基硫醇混合，重量配比為100∶0.25∶0.3，或者以丙烯酸丁酯/BA和MMA的混合物來代替出純MMA，MMA∶BA的體積比＝4∶1，按此比例混合，在真空條件下，水浴環(huán)境中，磁力攪拌下，于80℃聚合，隨著時間的推移，體系的粘度漸漸增加，當體系粘度達到2倍甘油粘度時，迅速從水浴中取出并用冷水冷卻，使體系的溫度迅速下降；(4)、將下模具塞入試管并使Teflon線穿過其中的小孔，灌注第/3步得到的預(yù)聚物漿體，將上模具塞上，并將Teflon線經(jīng)上模具的小孔穿出，用膠帶將Teflon線固定在試管外壁上；(5)、將裝有預(yù)聚物的試管置于高壓反應(yīng)釜中進行聚合反應(yīng)，向反應(yīng)釜中通入惰性氣體，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/24小時→75℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→60℃/12小時，升溫程序結(jié)合施加5atm的壓力可以避免聚合過程中氣泡的產(chǎn)生；聚合完成以后，使體系的溫度緩緩下降，溫度降下來后把試管從高壓釜中取出，將玻璃試管下端擊碎，取下上模具，并把Teflon線從中抽出，就得到一個空心的有機玻璃棒，即為光纖中間包層材料；(6)、制備纖芯材料預(yù)聚物，將光敏性共聚物PCN2溶解在一定量的MMA中，連同引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑加入到一個封管中，并在封管中加一個小磁子，在真空條件下，將封管燒封，將封管置于80℃水浴中，使單體聚合到2倍甘油粘度，停止聚合；(7)、將空心有機玻璃棒中間的小孔封閉，在空心的有機玻璃棒中灌入纖芯材料，將空心有機玻璃棒放入反應(yīng)釜進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/12小時→70℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→120℃/12小時→60℃/12小時，然后從反應(yīng)釜中取出，就得到單模光纖的預(yù)制棒；(8)、用拉纖機將制得的預(yù)制棒拉制成光纖，拉絲溫度為180℃，在加熱條件下拉成光纖，所需直徑由單模條件和纖芯與光纖的直徑之比算出。
所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的聚合反應(yīng)在真空條件下進行，向空心有機玻璃棒中灌注預(yù)聚物采用真空條件下。
所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒中的纖芯材料，其特征在于所述的上模具和下模具采用聚四氟乙烯材料。
本發(fā)明在纖芯材料中添加中摻雜稀土或染料共聚物，可制備出功能性光纖預(yù)制棒，從而得到功能性光纖。
本發(fā)明光纖預(yù)制棒的制備方法，由于甲基丙烯酸甲酯單體對氣體幾乎不溶解，因此采用高壓惰性氣體施加壓力，避免了現(xiàn)有技術(shù)采用液壓裝置加壓易造成加壓體材料通過接觸面對原料液的污染；在本體聚合法制備光纖預(yù)制棒的過程中，存在著自動加速效應(yīng)，隨著反應(yīng)體系粘度的增大，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，極易發(fā)生局部過熱現(xiàn)象，使單體沸騰，產(chǎn)生氣泡。本發(fā)明制備方法在聚合反應(yīng)的過程中，通過嚴格控制引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑的配比以及聚合壓力和升溫程序，使單體的聚合反應(yīng)平穩(wěn)進行。由于壓力的存在，使單體的沸點升高，不易因局部過熱而沸騰；適當?shù)囊l(fā)劑用量和升溫程序既保證了一定的反應(yīng)速度，又可避免局部熱量蓄積。此外，通常在纖芯材料中添加中摻雜稀土或染料共聚物，可制備出功能性光纖預(yù)制棒，從而得到功能性光纖。
本發(fā)明工藝步驟中的真空條件下，是指維持一定的負壓，其負壓上限以現(xiàn)有高壓反應(yīng)釜的承壓為限，只要是負壓條件，均有利于反應(yīng)的進行。
本發(fā)明中采用聚合物共聚物進行摻雜制備出的功能型光纖，光敏性物質(zhì)的摻雜濃度的上限將會大大提高，同時避免了小分子在聚合過程中的擴散，對于纖芯尺寸，及纖芯的折射率的控制將會更加容易。


圖1氟塑料加工成地制備空心包層預(yù)制棒的上下模具示意2制備包層空心棒的過程圖3抽真空的條件下的灌漿圖4聚合過程中加壓及加熱裝置示意5單模光纖預(yù)制棒的灌芯及光纖制備示意6(a)為利用偶氮單體直接摻雜制得的光纖預(yù)制片照片(b)為通過本發(fā)明的方法制得的光纖預(yù)制片照片，(c)為由此光纖預(yù)制棒拉成光纖端面照片
具體實施例方式實施案例11.實驗試劑二甲基甲酰胺(DMF)(AR，國藥集團化學試劑有限公司)，AIBN(CP，上海試四赫維化工有限公司)，甲基丙烯酸甲酯(AR，天津博迪)，丙烯酸丁酯(AR，天津博迪)，以上試劑使用前均經(jīng)過精制后才使用。2-[4-(4-氰基偶氮苯基)酚氧基]乙基甲基丙烯酸酯(自制，記作MCN2)，甲醇(AR，國藥集團化學試劑有限公司)，2.偶氮共聚物(記作PCN2)的合成稱取0.5024g單體MCN2溶于10mlDMF中，然后加入1ml甲基丙烯酸甲酯，加入適量引發(fā)劑5％AIBN(摩爾百分比)，然后進行封管聚合，聚合溫度為70℃，聚合時間為72小時。反應(yīng)結(jié)束后，敲破封管，將反應(yīng)液倒入大量甲醇溶液中，待產(chǎn)物沉淀后，將其濾出干燥，再將其溶于盡量少的THF溶液中，然后繼續(xù)用甲醇沉淀，這樣反復(fù)將聚合物洗滌三遍，干燥。將產(chǎn)品真空干燥。通過核磁表征出共聚物中偶氮的質(zhì)量百分含量為38.6wt％。聚合物分子量用凝膠滲透色譜(GPC；Toyo Soda HLC-802；columnGMH62+G4000H8+G500H8；eluentTHF)測定，用標準聚苯乙烯樣品標定，為2×104g/mol。
3.光纖預(yù)制棒的制備(1)、在一個內(nèi)徑光滑且均勻的玻璃試管的底部穿一個直徑為1.5mm的小孔，(此試管的長度為16-18cm，內(nèi)徑為13mm)，將一個長度為21cm直徑為0.8mm的Teflon線的一端打一個雙結(jié)，把此線從玻璃試管的小孔穿入，使Teflon線的結(jié)位于試管底部的小孔之外，用環(huán)氧樹脂將此線在小孔處與試管粘合。粘好以后，將此試管連同Teflon線一起置于烘箱中于60℃烘10小時，使之更加牢固，見圖2a。粘合的目的有兩個，其一是將線牢牢地粘住試管，使在拉緊時不至于脫落；其二是將小孔密封，聚合時單體不至于滲漏。
(2)、用聚四氟乙烯材料做一批模具，其中，一套模具包括上模具、下模具，它們的示意圖如圖1所示，實驗中，要求訂制的試管內(nèi)徑公差和模具的公差都要相當小，上、下模具的外徑應(yīng)比所用試管小0.03-0.05mm，否則模具松動，影響光纖與纖芯的同心度或者是模具不能放入試管中，上下模具的中心各有一個直徑為1mm的小孔。
(3)、將精制后的MMA、BA、AIBN和正辛基硫醇混合，配比為80(ml)∶20(ml)∶0.25(g)∶0.3(ml)，按此比例混合于一個單口燒瓶中，用一個兩通閥連接燒瓶和一個真空泵，在燒瓶中放一個磁子，用磁攪拌并開動真空泵，抽一段時間后關(guān)閉二通閥，使燒瓶中保持較高的真空度，將此燒瓶置于水浴中，在磁力攪拌下，進行預(yù)聚，當體系粘度達到2倍甘油粘度時，迅速從水浴中取出并用冷水冷卻，使體系的溫度迅速下降。于80℃聚合約30-60min(具體時間應(yīng)由粘度來確定)，隨著時間的推移，體系的粘度漸漸增加，當體系粘度達到2倍甘油粘度時，迅速從水浴中取出并用冷水冷卻，使體系的溫度迅速下降。
(4)、將下模具塞入試管并使Teflon線穿過其中的小孔。然后，將制備包層材料的單體混合物(含有引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑)1ml加入到該試管中，將該試管放入高壓釜中在N2進行聚合，這一過程由于單體量比較少，根據(jù)經(jīng)驗一般不發(fā)生暴聚，故可以在70℃直接聚合24hr，這樣做完以后，就形成一個底部是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的試管，這一步的主要目的是檢驗環(huán)氧樹脂封的管底有沒有達到完全密封，如果有漏漿的現(xiàn)象，則在下一步聚合前將之遺棄。否則進行下一步聚合時，如有大量漿液漏出，會使其它試管粘在釜內(nèi)難以取出，同時由于聚合物較多地粘在釜內(nèi)，難于清洗，但如能確保不發(fā)生漏時，此一步可以省略，可直接進行灌漿，見圖2b，不過最好在抽真空的條件下進行灌漿，如圖3，將預(yù)聚物轉(zhuǎn)移到一個恒壓滴液漏斗中，在漏斗的下端有一個帶有支管的大試管與恒壓漏斗相連接，在支管處通過橡皮管與真空泵相連，開動真空泵，使整個體系置于真空條件下，然后打開恒壓滴液漏斗的活塞，將預(yù)聚物灌入帶有模具的試管中，使液面離試管口的高度大約為2cm，這樣可有效地避免底部殘留空氣導致的氣泡，見圖2c。
(5)、將上模具塞上，并使固定在試管的底部的Teflon線經(jīng)上模具的小孔穿出，在上面一端再打一個結(jié)，將此線拉緊并彎回來，用膠帶將Teflon線纏緊在試管外壁上見圖2d。
(6)、這樣做好的一批待聚合批試管置于高壓反應(yīng)釜中，進行下一步聚合反應(yīng)，放入后蓋好，抽真空除氧后，加壓及加熱裝置如圖4所示。高壓惰性氣體1由進氣閥2接入裝有壓力表4的主管道3；該主管道3經(jīng)分支管6連接到高壓反應(yīng)釜7中；反應(yīng)釜7置于油浴組成的加熱系統(tǒng)10中，為使加熱均勻加熱系統(tǒng)添加上電機8和攪拌漿9；主管道3上裝有排氣閥5。
聚合過程中溫度和壓力是兩個關(guān)鍵的量，其中，溫度更為重要。預(yù)聚合的起始溫度要根據(jù)所用的引發(fā)劑來確定，本文所用引發(fā)劑均為偶氮二異丁腈。用油浴10加熱控制升溫的程序如下45℃(48小時)→60℃(24小時)→75℃(24小時)→80℃(12小時)→90℃(12小時)→95℃(12小時)→110℃(24小時)→60℃(12小時)，然后緩緩降溫，整個過程大約需8天。壓力一般維持在表壓5個大氣壓。壓力較小時，則不能保證所得到的空心棒的內(nèi)外表面均很平整，壓力過高會使溶于體系的N2增加，使拉絲過程中出現(xiàn)氣泡幾率增加，同時，也增加了對設(shè)備耐壓的要求。
聚合完成以后，使體系的溫度緩緩下降。溫度降下來后把試管從高壓釜中取出見圖2e，將玻璃試管下端擊碎，取下上模具，并把Teflon線從中抽出，就得到一個空心的有機玻璃棒，即為光纖中是包層材料，如圖f所示。
(7)、下一步工作是在空心玻璃棒中灌入纖芯材料。采用光敏性共聚物進行摻雜可有效地減少芯層光敏性材料向包層的擴散。為進一步避免其擴散，溶有光敏性共聚物的MMA單體進行一定程度的預(yù)聚合是必要的。為此，將光敏性共聚物PCN2溶解在一定量的MMA中，(其加入量根據(jù)需要進行調(diào)節(jié))連同引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑加入到一個封管中，并在封管中加一個小磁子，在真空條件下，將封管燒封，將封管置于80℃水浴中，使單體聚合到2倍甘油粘度，停止聚合。
為制備功能型聚合物光纖，纖芯材料除主要成份PMMA外，還有折射率較高的添加組分，如甲基丙烯酸卞酯(BzMA)以及光敏性單體，如甲基乙烯基酮(MVK)、偶氮單體和含稀土的單體配合物與甲基丙烯酸甲酯的共聚物。在此共聚物中，為使共聚物在與纖芯主體材料有較好的相容性，共聚物中折射率較高的單體和光敏性單體的含量不宜過高。為不影響預(yù)制棒的拉絲性能分子量也不宜太高。共聚物的添加量依據(jù)所做光纖纖芯折射率和光敏性強弱來定。
(8)、將預(yù)聚物轉(zhuǎn)移到一個恒壓滴液漏斗中，在漏斗的下端有一個帶有支管的大試管與恒壓漏斗相連接，將空心玻璃棒的下端小孔用環(huán)氧樹脂封住，調(diào)節(jié)有機玻璃棒的位置，使之上端與滴液漏斗的下端接近。在支管處通過橡皮管與真空泵相連，開動真空泵，使整個體系置于真空條件下，然后打開恒壓滴液漏斗的活塞，使預(yù)聚物流入空心棒中的小孔中，并在上面多出一些，然后撤去真空系統(tǒng)預(yù)聚物便幾乎充滿整個孔洞中見圖5。將空心有機玻璃棒放入高壓反應(yīng)釜中進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃(48小時)→60℃(12小時)→70℃(24小時)→80℃(12小時)→90℃(12小時)→95℃(12小時)→110℃(24小時)→120℃(12小時)→60℃(12小時)，然后從反應(yīng)釜中取出，將玻璃套管砸碎，就得到單模光纖的預(yù)制棒。
(9)、用拉纖機將制得的預(yù)制棒拉制成光纖，拉絲溫度為180℃，在加熱條件下拉成光纖，所需直徑由單模條件和纖芯與光纖的直徑之比算出。所得光纖樣品，品質(zhì)如圖6所示。
權(quán)利要求
1.光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)、在一個玻璃試管的底部穿一小孔，將直徑為0.8±0.3mm的Teflon線的一端打結(jié)，把此線從玻璃試管的小孔穿入，使Teflon線的結(jié)位于試管底部的小孔之外，用環(huán)氧樹脂將Teflon線在小孔處與試管粘合，并烘干；(2)、制備上模具和下模具，上模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的柱塞，下模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的帽塞，柱塞和帽塞中央有通孔；(3)、制備預(yù)聚物，將精制后的甲基丙烯酸甲酯/MMA、偶氮二異丁腈/AIBN和正辛基硫醇混合，重量配比為100∶0.25∶0.3，或者以丙烯酸丁酯/BA和MMA的混合物來代替出純MMA，MMA∶BA的體積比＝4∶1，按此比例混合，在真空條件下，水浴環(huán)境中，磁力攪拌下，于80℃聚合，隨著時間的推移，體系的粘度漸漸增加，當體系粘度達到2倍甘油粘度時，迅速從水浴中取出并用冷水冷卻，使體系的溫度迅速下降；(4)、將下模具塞入試管并使Teflon線穿過其中的小孔，灌注第(3)步得到的預(yù)聚物漿體，將上模具塞上，并將Teflon線經(jīng)上模具的小孔穿出，用膠帶將Teflon線固定在試管外壁上；(5)、將裝有預(yù)聚物的試管置于高壓反應(yīng)釜中進行聚合反應(yīng)，向反應(yīng)釜中通入惰性氣體，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/24小時→75℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→60℃/12小時，升溫程序結(jié)合施加4-6atm的壓力以避免聚合過程中氣泡的產(chǎn)生；聚合完成以后，使體系的溫度緩緩下降，溫度降下來后把試管從高壓釜中取出，將玻璃試管下端擊碎，取下上模具，并把Teflon線從中抽出，就得到一個空心的有機玻璃棒，即為光纖中間包層材料；(6)、制備纖芯材料預(yù)聚物，將光敏性共聚物PCN2溶解在一定量的MMA中，連同引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑加入到一個封管中，并在封管中加一個小磁子，在真空條件下，將封管燒封，將封管置于80℃水浴中，使單體聚合到2倍甘油粘度，停止聚合；(7)、將空心有機玻璃棒中間的小孔封閉，在真空條件下向空心的有機玻璃棒中灌入纖芯材料預(yù)聚物，將空心有機玻璃棒放入反應(yīng)釜進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/12小時→70℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→120℃/12小時→60℃/12小時，然后從反應(yīng)釜中取出，就得到單模光纖的預(yù)制棒；(8)、用拉纖機將制得的預(yù)制棒拉制成光纖，拉絲溫度為150-180℃，在加熱條件下拉成光纖，所需直徑由單模條件和纖芯與光纖的直徑之比算出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于在于其具體步驟為(1)、在一個玻璃試管的底部穿一小孔，將直徑為0.5mm的Teflon線的一端打結(jié)，把此線從玻璃試管的小孔穿入，使Teflon線的結(jié)位于試管底部的小孔之外，用環(huán)氧樹脂將Teflon線在小孔處與試管粘合，并烘干；(2)、制備上模具和下模具，上模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的柱塞，下模具為和玻璃管內(nèi)徑匹配的帽塞，柱塞和帽塞中間有通孔；(3)、制備預(yù)聚物，將精制后的甲基丙烯酸甲酯/MMA、偶氮二異丁腈/AIBN和正辛基硫醇混合，重量配比為100∶0.25∶0.3，或者以丙烯酸丁酯/BA和MMA的混合物來代替出純MMA，MMA∶BA的體積比＝4∶1，按此比例混合，在真空條件下，水浴環(huán)境中，磁力攪拌下，于80℃聚合，隨著時間的推移，體系的粘度漸漸增加，當體系粘度達到2倍甘油粘度時，迅速從水浴中取出并用冷水冷卻，使體系的溫度迅速下降；(4)、將下模具塞入試管并使Teflon線穿過其中的小孔，灌注第/3步得到的預(yù)聚物漿體，將上模具塞上，并將Teflon線經(jīng)上模具的小孔穿出，用膠帶將Teflon線固定在試管外壁上；(5)、將裝有預(yù)聚物的試管置于高壓反應(yīng)釜中進行聚合反應(yīng)，向反應(yīng)釜中通入惰性氣體，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/24小時→75℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→60℃/12小時，升溫程序結(jié)合施加5atm的壓力可以避免聚合過程中氣泡的產(chǎn)生；聚合完成以后，使體系的溫度緩緩下降，溫度降下來后把試管從高壓釜中取出，將玻璃試管下端擊碎，取下上模具，并把Teflon線從中抽出，就得到一個空心的有機玻璃棒，即為光纖中間包層材料；(6)、制備纖芯材料預(yù)聚物，將光敏性共聚物PCN2溶解在一定量的MMA中，連同引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑加入到一個封管中，并在封管中加一個小磁子，在真空條件下，將封管燒封，將封管置于80℃水浴中，使單體聚合到2倍甘油粘度，停止聚合；(7)、將空心有機玻璃棒中間的小孔封閉，在空心的有機玻璃棒中灌入纖芯材料，將空心有機玻璃棒放入反應(yīng)釜進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)釜置于油浴中，油浴加熱并控制升溫的程序如下45℃/48小時→60℃/12小時→70℃/24小時→80℃/12小時→90℃/12小時→95℃/12小時→110℃/24小時→120℃/12小時→60℃/12小時，然后從反應(yīng)釜中取出，就得到單模光纖的預(yù)制棒；(8)、用拉纖機將制得的預(yù)制棒拉制成光纖，拉絲溫度為180℃，在加熱條件下拉成光纖，所需直徑由單模條件和纖芯與光纖的直徑之比算出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的聚合反應(yīng)在真空條件下進行，向空心有機玻璃棒中灌注預(yù)聚物采用真空條件下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的上模具和下模具采用聚四氟乙烯材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的纖芯材料，其特征在于其主要成份為聚甲基丙烯酸甲酯，還有折射率較高的添加組分甲基丙烯酸卞酯以及光敏性單體，甲基乙烯基酮、偶氮單體和含稀土的單體配合物與甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光敏性共聚物摻雜光纖預(yù)制棒的制備方法及纖芯材料，是在高壓情況下，通過二步法利用“Teflon繩”技術(shù)成功出制備單?；蛏倌９δ苄途酆衔锕饫w預(yù)制棒及光纖。纖芯材料主要成份為聚甲基丙烯酸甲酯，還有折射率較高的添加組分甲基丙烯酸卞酯以及光敏性單體，甲基乙烯基酮、偶氮單體和含稀土的單體配合物與甲基丙烯酸甲酯的共聚物。采用聚合物共聚物進行摻雜制備出的功能型光纖，光敏性物質(zhì)的摻雜濃度的上限將會大大提高，同時避免了小分子在聚合過程中的擴散，對于纖芯尺寸，及纖芯的折射率的控制將會更加容易。
文檔編號C08J5/24GK101041270SQ20071001978
公開日2007年9月26日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者羅艷華, 蘇偉, 嚴青, 俞小伍, 武文軒, 陳彪, 李增昌, 張其錦 申請人:中國科學技術(shù)大學