專利名稱：漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漸變型塑料光纖的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
玻璃光纖已廣泛地應(yīng)用于長距離信息傳播。但是由于玻璃光纖的芯徑小，接口設(shè)備昂貴，連接困難，費工耗時，在光纖入戶時極大地增加了玻璃光纖傳輸系統(tǒng)的綜合成本，而難于作為光纖入戶的首選材料。塑料光纖以其韌性好，可制成1毫米的大芯徑光纖，使得聯(lián)接容易，接口設(shè)備便宜，連結(jié)簡便易行而引起了人們廣泛的重視。早期的突變型塑料光纖，由于其纖芯具有均勻一致的折射率，引起較大的模色散，限制了傳輸速率。因而漸變型塑料光纖的開發(fā)研究成為人們研究的熱點。目前已有大量的文獻報道制造漸變型塑料光纖的技術(shù)，如界面凝膠法、擴散法等。但這些技術(shù)均采用分步的工藝，工藝繁瑣難于形成連續(xù)化生產(chǎn)，并且產(chǎn)品質(zhì)量難于穩(wěn)定控制。
朗迅科技公司曾于2000年12月6日在中國申請了一項《用于生產(chǎn)塑料光纖的方法》發(fā)明專利(CN1275479A)。他們的工藝是采用二種不同折射率的高分子材料同時擠出，再通過一個高溫腔體，使得高分子材料中的小分子在熔融狀態(tài)下進行擴散來得到滿意的折射率分布。這就需要擴散腔要有足夠的長度或擠出速率足夠的慢，才能得到較好的折射率分布，因此也限制了生產(chǎn)速度。這種完全靠小分子從一種高黏度的熔融體向另一種高黏度的熔融體擴散，是很難得到完美的折射率分布，而且無法隨意調(diào)節(jié)折射率分布。
皮什特里光纖有限公司于1994年曾報道過聚合物光纖及其制作方法(專利公開號CN1087726)，他們的方法是分步的工藝。首先他們通過擠出第一和第二純聚合物材料層來制成預(yù)制聚合物光纖，然后將得到的預(yù)制聚合物光纖冷卻，采用的冷卻裝置是用來提供分子大小的水霧，使預(yù)制纖維通過。由于水霧接觸了預(yù)制纖維，使分子開始了蒸發(fā)過程，因而使預(yù)制纖維的熱量散去。第二步再將預(yù)制纖維置于另一裝置中經(jīng)過一加熱爐，使得預(yù)制聚合物纖維變成所需梯度光折射率分布的最后聚合物光纖。由于他們的工藝是分布的并且在過程中用水霧來冷卻預(yù)制纖維，這都增加了聚合物纖維被污染的機會，這是制造光學(xué)纖維致命的缺陷。另外，分步的工藝也難于控制每一批產(chǎn)品的重復(fù)性和性能的穩(wěn)定性。采用純聚合物之間的擴散來調(diào)節(jié)折射率是很難得到平滑的折射率分布的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有工業(yè)化規(guī)模的可連續(xù)生產(chǎn)的漸變型塑料光纖的制造工藝，它可對光纖的折射率分布進行有效地控制。
本發(fā)明的任務(wù)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于將n種具有不同折射率的透明聚合物母粒，分別加入n臺擠出機，并分別被各自的擠出機經(jīng)一個復(fù)合模具擠出，成為具有n層的纖維狀，纖維的直徑從0.2mm到3mm，其中，n≥3且n≤100，聚合物母粒是同種聚合物或不同種聚合物母粒。
一種漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝中所使用的復(fù)合模具，其特征在于該復(fù)合模具由一中心圓孔、n層同芯的環(huán)形入料口、復(fù)合腔、錐型擠出口組成。復(fù)合腔的長度從1mm到2M，其直徑從0.2mm到50mm。
此外n種不同折射率的透明聚合物母粒分別被各自的擠出機經(jīng)一個復(fù)合模具同步擠出后，可再經(jīng)牽引機拉伸成為具有n層的纖維狀。
n種聚合物母粒，其折射率變化為n0＞n1＞n2＞n3...＞nn?；騨0＜n1＜n2＜n3...＜nn?；驗槿我獾牡陌才?。
可將具有n0折射率的聚合物置于中心圓孔處，具有n1折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第一層，具有n2折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第二層，依此類推。
也可將具有n0折射率的聚合物置于中心圓孔處，具有n1折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第一層，具有n2折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第二層，依此類推。
本發(fā)明優(yōu)點由于本發(fā)明的制造工藝可改變擠出層數(shù)和每層的折射率高低，因而可得到理想的折射率分布。當(dāng)控制層數(shù)足夠多時，則不需要擴散腔這一過程也能得到平滑的拋物線型的折射率分布。通過任意改變每層的折射率可得特殊需要的折射率分布的塑料光纖。
本發(fā)明的多層復(fù)合共擠出制造光纖工藝具有折射率隨意可調(diào)性及可控性，由于制造工藝本身具有連續(xù)性，故減少了光纖在生產(chǎn)過程中的被污染機會。


圖1為復(fù)合模具的結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖；圖2是漸變型塑料光纖折射率分布圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種多層復(fù)合擠出制作漸變型塑料光纖的連續(xù)生產(chǎn)工藝。在該工藝中n種具有不同折射率的透明聚合物母粒分別加入n臺擠出機，并分別被各自的擠出機經(jīng)一個復(fù)合模具擠出，成為具有n層的纖維狀，纖維的直徑從0.2mm到3mm，其中，n≥3且n≤100，聚合物母粒是同種聚合物或不同種聚合物母粒。
復(fù)合模具由一個中心孔及n個大小不同的同心圓組成，由此，圍繞著中心孔由里向外分為n層，最里層為第一層，其次為第二層，依次類推，可多達100層。
最高折射率的聚合物被擠入復(fù)合模具中的中心孔部分，第二高折射率的聚合物被擠入復(fù)合模具中的第一層，第三高折射率的聚合物被擠入復(fù)合模具中的第二層，依次類推，如此而形成折射率呈漸變的塑料光纖。這種結(jié)構(gòu)的塑料光纖具有折射率從中心沿 較蛑粒圓周邊逐漸變小的分布狀況，其結(jié)果產(chǎn)生自聚焦型光傳播的塑料光纖。
另外，也可采用折射率反向分布的工藝，即最低折射率的聚合物被擠入復(fù)合模具中的中心孔部分，第二低的折射率的聚合物被擠入復(fù)合模具中的第一層，第三低的折射率的聚合物被擠入復(fù)合模具中的第二層，依次類推，可多達100層。如此便得到折射率從中 心沿 較蛑獵倉鼙咧鸞ピ齟蟮乃芰瞎，庀舜其結(jié)果產(chǎn)生光發(fā)散傳播的漸變型塑料光纖。
通過對擠出工藝的參數(shù)如溫度、流速，及復(fù)合模具機頭、復(fù)合腔、擠出端口溫度的精確控制，可以形成折射率分布呈拋物線型均勻平穩(wěn)的變化，達到預(yù)期設(shè)計要求的漸變型塑料光纖。
本發(fā)明所涉及的工藝由下列幾個步驟組成首先配制含有不同濃度折射率調(diào)節(jié)劑的聚合物單體溶液，聚合后，得到具有不同折射率的高聚物母粒。通常需要制備n種以上的不同折射率的聚合母粒(n＞2)。
然后將這些具有不同折射率的高聚物母粒分別置于各自的擠出機中，通常需要n個以上的擠出機。這些擠出機被分別連接到中心圓孔和各層同芯環(huán)形入料口的復(fù)合模具上，高聚物母粒經(jīng)過各擠出機擠出進入復(fù)合腔中，沿復(fù)合腔運動到復(fù)合腔的端頭模具上，再經(jīng)牽引得到纖維狀的光纖。其中復(fù)合腔長度從1mm到2m，其直徑從0.2mm到50mm。
實施例首先配制6種含有不同濃度折射率調(diào)節(jié)劑的甲基丙烯酸甲酯溶液。調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量百分濃度分別為25％、20％、15％、10％、5％、0％。選擇溴苯為折射率調(diào)節(jié)劑。在130℃下聚合10小時，得到具有不同折射率的高聚物母粒。然后將這6種具有不同折射率的高聚物母粒分別置于各自的擠壓機中。經(jīng)復(fù)合模具機頭被擠到一個復(fù)合腔中。沿復(fù)合腔運動到復(fù)合腔端頭模具。復(fù)合模具機頭的橫向剖面示意圖由圖1給出。復(fù)合腔的直徑為20mm，長度為10mm，出口處的直徑為3mm。經(jīng)牽引得到1mm纖維狀的光纖。光纖的折射率分布由圖2給出。
圖1中PN0具有最高折射率n0的聚合物層；PN1第一層具有n1折射率的聚合物；PN2第二層具有n2折射率的聚合物；PN3第三層具有n3折射率的聚合物；PN4最外層具有n4折射率的聚合物。
上述實施例僅為說明本發(fā)明而為，并非用于限制本發(fā)明的專利保護范圍，對于依照上述實施例所作的任何等同變換，均應(yīng)在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于將n種具有不同折射率的透明聚合物母粒，分別加入n臺擠出機，并分別被各自的擠出機經(jīng)一個復(fù)合模具擠出，成為具有n層的纖維狀，纖維的直徑從0.2mm到3mm，其中，n＞3且n≤100，聚合物母粒是同種聚合物或不同種聚合物母粒。
2.如權(quán)利要求1所述的漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于n種不同折射率的透明聚合物母粒分別被各自的擠出機經(jīng)一個復(fù)合模具同步擠出后，再經(jīng)牽引機拉伸成為具有n層的纖維狀。
3.如權(quán)利要求1或2所述的漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于n種不同折射率的透明聚合物母粒，其折射率變化為n0＞n1＞n2＞n3...＞nn。
4.如權(quán)利要求1或2所述的漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于n種不同折射率的透明聚合物母粒，其折射率變化為n0＜n1＜n2＜n3...＜nn。
5.如權(quán)利要求1或2所述的漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于n種不同折射率的透明聚合物母粒，其折射率變化為任意的的安排。
6.如權(quán)利要求3所述的漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于具有n0折射率的聚合物置于中心圓孔處，具有n1折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第一層，具有n2折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第二層，依此類推。
7.如權(quán)利要求4所述的漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝，其特征在于具有n0折射率的聚合物置于中心圓孔處，具有n1折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第一層，具有n2折射率的聚合物置于靠近中心圓孔的第二層，依此類推。
8.一種漸變型塑料光纖多層復(fù)合擠出成型工藝中所使用的復(fù)合模具，其特征在于該復(fù)合模具由一中心圓孔、n層同芯的環(huán)形入料口、復(fù)合腔、錐型擠出口組成。
9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合模具，其特征在于所述復(fù)合腔的長度從1mm到2M，其直徑從0.2mm到50mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種連續(xù)多層復(fù)合擠出法，一步完成漸變型塑料光纖的生產(chǎn)。本工藝具有商業(yè)性、大規(guī)模生產(chǎn)性，所用的材料范圍廣泛，凡透明的高分子材料均可。漸變型塑料光纖的特點是折射率沿徑向呈漸變的塑料光纖。折射率漸變分布的實現(xiàn)是通過采用具有不同折射率的可擴散分子作為折射率調(diào)節(jié)劑。聚合物基體中摻入不同量的調(diào)節(jié)劑，因而可得到具有不同折射率的聚合物。再由多臺擠壓機分別將它們進入一個具有中心圓孔和多層同軸環(huán)形入料口，復(fù)合腔，和錐型擠出口的復(fù)合模具連續(xù)擠出。即可得到在其圓柱形的芯體上包覆了多層具有不同折射率的透明聚合物，形成了折射率呈拋物線型分布的漸變型塑料光纖。
文檔編號B29C47/56GK1414405SQ0114481
公開日2003年4月30日 申請日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月24日
發(fā)明者何樂三, 劉新厚, 甄珍 申請人:達特公司(General Components INC.)