專(zhuān)利名稱(chēng)：制造塑料光纖預(yù)制棒的方法和用此方法制造的預(yù)制棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造塑料光纖預(yù)制棒的方法和用此方法制造的預(yù)制棒。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種制造塑料光纖預(yù)制棒的方法和用此方法制造的塑料光纖預(yù)制棒，所述塑料光纖預(yù)制棒具有在徑向上的折射率梯度并且不具有空位，其中附加的單體或預(yù)聚物對(duì)聚合后形成的空位進(jìn)行填充，以便對(duì)單體在離心場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行聚合時(shí)引起的體積收縮進(jìn)行補(bǔ)償，并進(jìn)行反應(yīng)。
通常通信光纖根據(jù)光信號(hào)的傳輸方式被分成單模光纖和多模光纖兩種。目前用于遠(yuǎn)程高速通信的光纖大多是石英玻璃基的突變階越折射率單模光纖，并且這類(lèi)光纖的直徑很小，為5μm至10μm。因此，對(duì)這類(lèi)光纖很難進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和連接，并因而為此將要付出昂貴的代價(jià)。另外，其直徑大于單模光纖的多模光纖可以用于諸如局域網(wǎng)(LAN)等短距離通信。但由于這類(lèi)多模玻璃光纖需要為定位和連接付出昂貴的代價(jià)并且很脆，因此應(yīng)用并不普遍。所以，這類(lèi)光纖主要用于諸如采用金屬電纜的，例如對(duì)絞線(xiàn)或同軸電纜的局域網(wǎng)的200米以?xún)?nèi)的短距離通信。但由于金屬電纜的信息傳輸速率或帶寬很低，大約為150兆比特/秒并且因而不能達(dá)到625兆比特/秒，而后者是與異步傳送方式(ATM)相適應(yīng)的2000年標(biāo)準(zhǔn)，故不能滿(mǎn)足未來(lái)的傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)的要求。
為了解決這些問(wèn)題，日本、美國(guó)等國(guó)家在過(guò)去的十年中為開(kāi)發(fā)可以用于諸如局域網(wǎng)的短距離通信的聚合物光纖做了大量的努力并投入了大量的資金。
由于聚合物光纖的直徑為0.5至1.0mm,該直徑是玻璃光纖直徑的100倍或大于100倍，并由于其很柔韌，所以很容易對(duì)其進(jìn)行定位和連接，應(yīng)用模壓工藝制造的聚合物基的連接器可用于定位和連接并因此可降低為此付出的代價(jià)。
另一方面，聚合物光纖可以具有突變階越折射率(SI)結(jié)構(gòu)，其中折射率在徑向上以突變階越方式進(jìn)行變化，或可以具有漸變折射率(GI)結(jié)構(gòu)，其中折射率以漸變方式在徑向上進(jìn)行變化。但由于SI聚合物光纖具有高的模式色散，所以信號(hào)的傳輸速率(或帶寬)不會(huì)高于電纜的傳輸速率。同時(shí)，由于GI聚合物光纖具有低的模式色散，所以它可以具有高的帶寬。故由于GI聚合物光纖的直徑較大，因而為制造其所付出的代價(jià)將會(huì)得到降低，而且可以將帶寬保持在根據(jù)低模式色散盡可能高的程度。所以，由于GI聚合物光纖因直徑大導(dǎo)致的低的制造代價(jià)和由于其低模式色散導(dǎo)致的高速信息傳輸，因而適用于作為短距離高速通信的傳輸媒體。
慶應(yīng)大學(xué)的日本教授Koike Y.等在1988年首次披露了制造GI聚合物光纖的傳統(tǒng)的方法(參見(jiàn)Koike Y.等，應(yīng)用光學(xué)，卷27,486(1988))。接著在美國(guó)專(zhuān)利USP5,253,323(日本石油化工公司)、美國(guó)專(zhuān)利USP5,382,448(日本石油化工公司)、美國(guó)專(zhuān)利USP5,593,621(YasuhiroKoike和Ryo Nihei)、WO92/03750(日本石油化工公司)、WO92/03751、日本未審定專(zhuān)利申請(qǐng)3-78706、三菱雷昂有限公司)和日本未審定專(zhuān)利申請(qǐng)4-86603(東萊工業(yè)公司)中陸續(xù)披露了有關(guān)的技術(shù)。這些在在先專(zhuān)利中披露的方法基本可分為如下兩種。
第一種方法是分批加工工藝，其中初模壓的產(chǎn)品，即制造出其在徑向上的折射率變化的預(yù)制棒，接著對(duì)制成的預(yù)制棒進(jìn)行加熱并拉制成GI聚合物光纖。
第二種方法所涉及的工藝是，采用擠塑工藝制造聚合物光纖，并且接著為獲得GI聚合物光纖，提取出纖維中含有的小分子的材料，或反之在徑向上摻入小分子的材料。
已知，應(yīng)用由Koike教授提出的第一種分批加工工藝可以成功地制造出其傳輸速率為2.5千兆比特/秒的GI聚合物光纖，并且應(yīng)用第二種方法也可以成功地制造出其帶寬較高的聚合物光纖。
由范德霍芬披露了另外一種制造GI聚合物光纖的方法，其中當(dāng)對(duì)具有不同密度的和折射率的單體在離心場(chǎng)中聚合時(shí)，根據(jù)密度梯度可以產(chǎn)生根據(jù)如在WO97/29903中所披露的濃度梯度和隨之的折射率梯度。換句話(huà)說(shuō)，在具有高密度的單體的折射率高于具有低密度的單體的折射率條件下，當(dāng)對(duì)兩種具有不同密度和折射率的單體在離心場(chǎng)中進(jìn)行聚合時(shí)，由密度差產(chǎn)生濃度梯度，并且由濃度梯度產(chǎn)生折射率梯度。
然而在所述的文獻(xiàn)中并未提及由于體積收縮導(dǎo)致的不可避免的問(wèn)題。換句話(huà)說(shuō)，由于在對(duì)單體聚合(產(chǎn)生聚合物)時(shí)會(huì)出現(xiàn)體積收縮，制造出的塑料光纖預(yù)制棒的中心會(huì)出現(xiàn)空位，從而形成管狀。因此，當(dāng)采用體積收縮的預(yù)制棒制造光纖時(shí)，將根據(jù)空位占位率出現(xiàn)折射率分布的非連續(xù)性現(xiàn)象，這將會(huì)導(dǎo)致傳輸速率大幅度地降低到低于實(shí)際應(yīng)用所需的速率。
另外，當(dāng)用傳統(tǒng)的方法制造體積很大的塑料光纖預(yù)制棒時(shí)，由于預(yù)制棒體積收縮和高速旋轉(zhuǎn)，因而獲得的塑料光纖的質(zhì)量將變壞。除此之外，以低的代價(jià)制造塑料光纖是不可能的。
本發(fā)明的目的在于提出一種制造塑料光纖預(yù)制棒的方法，其中將附加的單體和/或預(yù)聚物加入在離心場(chǎng)中制造預(yù)制棒時(shí)導(dǎo)致的體積收縮形成的空位中，并且接著進(jìn)行聚合，以避免在徑向上出現(xiàn)的非連續(xù)的折射率分布。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種應(yīng)用本發(fā)明的方法制造塑料光纖的預(yù)制棒。
根據(jù)本發(fā)明，制造塑料光纖預(yù)制棒的方法具有如下步驟a)將由分別具有不同密度和折射率的至少兩種物質(zhì)構(gòu)成的混合物裝入圓筒形的反應(yīng)器內(nèi)并在通過(guò)反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場(chǎng)中對(duì)混合物進(jìn)行聚合；b)對(duì)由于采用由分別具有不同密度和折射率的至少兩種物質(zhì)構(gòu)成混合物在所述步驟(a)中進(jìn)行聚合導(dǎo)致的體積收縮形成的空位進(jìn)行補(bǔ)償，并在通過(guò)反應(yīng)器的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場(chǎng)中對(duì)混合物進(jìn)行聚合；和c)重復(fù)進(jìn)行步驟(b)，直至在聚合后不會(huì)形成空位。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面提出一種采用上述方法制造的塑料光纖預(yù)制棒。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)方面及其優(yōu)點(diǎn)作一詳細(xì)地說(shuō)明。圖中示出


圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例制造塑料光纖預(yù)制棒的工藝流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例制造塑料光纖預(yù)制棒的工藝流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例制造塑料光纖預(yù)制棒的工藝流程圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明制造塑料光纖預(yù)制棒的設(shè)備的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的用于將單體連續(xù)的加入制造塑料光纖預(yù)制棒反應(yīng)器中的設(shè)備的示意圖；圖6為在本發(fā)明的第一和第四實(shí)施例中制造的塑料光纖預(yù)制棒的折射率分布圖；圖7為在本發(fā)明的第二實(shí)施例中制造的塑料光纖預(yù)制棒的折射率的分布圖；圖8為在本發(fā)明的第三實(shí)施例中制造的塑料光纖預(yù)制棒的折射率的分布圖；圖9為在本發(fā)明的第五實(shí)施例中制造的塑料光纖預(yù)制棒的折射率的分布圖；圖10為在本發(fā)明的第六實(shí)施例中制造的塑料光纖預(yù)制棒的折射率的分布圖。
本發(fā)明提出一種利用離心力制造塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，用附加的單體對(duì)由于體積收縮形成的空位進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)在界面上的連續(xù)的徑向折射率的分布。就添加單體的方法，本發(fā)明具有如下三個(gè)實(shí)施例。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造塑料光纖預(yù)制棒的工藝流程圖。將由具有不同密度和折射率的至少兩種單體構(gòu)成的混合物裝入反應(yīng)器中并接著在離心場(chǎng)中進(jìn)行聚合。將所述單體的混合物再次加入聚合時(shí)導(dǎo)致體積收縮形成的空位中，并且接著再次聚合。通過(guò)重復(fù)進(jìn)行的加入單體混合物的過(guò)程和聚合，可獲得沒(méi)有空位并具有徑向連續(xù)折射率分布的塑料光纖預(yù)制棒。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制造塑料光纖預(yù)制棒的工藝流程圖。分別按不同的配比采用至少兩種具有不同密度和折射率的單體準(zhǔn)備出混合物。將一種具有一定成分的混合物裝入反應(yīng)器中，并接著在離心場(chǎng)中進(jìn)行聚合。裝入具有與已加入的混合物的成分不同的成分的混合物并重復(fù)進(jìn)行聚合。最后獲得沒(méi)有空位并具有徑向連續(xù)的折射率分布的塑料光纖預(yù)制棒。本方法與本發(fā)明的第一實(shí)施例類(lèi)似，但區(qū)別在于，通過(guò)將采用不同配比的單體混合物加入空位中，利用較小的離心力更容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)的折射率分布。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例制造塑料光纖預(yù)制棒的工藝流程圖。一種其折射率低于單體混合物的并且其密度高于單體混合物的聚合物被粉碎成5mm或小于5mm的顆粒。接著將這些顆粒與單體的混合物進(jìn)行混合，并且接著在單體中浸泡24小時(shí)。對(duì)聚合物進(jìn)行粉碎的原因在于可以實(shí)現(xiàn)所有聚合物顆粒均勻的在單體中的浸泡并相應(yīng)縮短浸泡時(shí)間。將獲得的單體和聚合物的混合物裝入反應(yīng)器中并接著在離心場(chǎng)中進(jìn)行聚合。當(dāng)由于體積收縮形成空位時(shí)，將單體的混合物附加加入空位中并再次聚合。通過(guò)重復(fù)進(jìn)行混合物的裝料和聚合，可以獲得具有在徑向上連續(xù)的折射率分布并且不具有空位的塑料纖維預(yù)制棒。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，優(yōu)選將單體混合物在產(chǎn)物未完全凝固之前尚處于膠凍狀態(tài)時(shí)加入聚合時(shí)由于體積收縮而形成的空位中。在此時(shí)，可以采用連續(xù)的方式、半連續(xù)的方式或間歇的方式，同時(shí)伴隨反應(yīng)器停止旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)器不停止旋轉(zhuǎn)摻入。
在第一和第二實(shí)施例中，采用一對(duì)單體構(gòu)成的混合物，其中一種單體具有高密度和低折射率，并且另一種單體具有低密度和高折射率。另一方面，在第三實(shí)施例中只要單體混合物具有的密度低于聚合物并且具有的折射率高于聚合物，即可實(shí)現(xiàn)折射率梯度。也就是說(shuō)，在第三實(shí)施例中的反應(yīng)物條件覆蓋第一和第二實(shí)施例中的反應(yīng)物條件。另外由于聚合物的體積未收縮，因而可以減少摻入單體的過(guò)程。
另外，在本發(fā)明第一、第二和第三實(shí)施例中還可以將單體的混合物制成預(yù)聚物，并且接著在最后的重復(fù)摻入單體混合物的步驟中將該預(yù)聚物摻入，對(duì)由于體積收縮造成的空位進(jìn)行填充。因而，當(dāng)最后的空位被有待聚合的預(yù)聚物所填充，可以避免預(yù)制棒縱向上的非均勻折射率分布的增長(zhǎng)，因而可以制造出具有在縱向上均勻的折射率分布的大型的預(yù)制棒。此時(shí)，預(yù)聚物的粘度適于防止由于作為最終產(chǎn)品的預(yù)制棒體積收縮導(dǎo)致的質(zhì)量惡化，其粘度為50-100,000厘泊(25℃)，優(yōu)選為500-20,000厘泊(25℃)。
由于本發(fā)明應(yīng)用的利用大于重力的離心力形成折射率梯度的原理，塑料光纖的預(yù)制棒必須滿(mǎn)足下式1/2r2ω2＞gh(式1)式中r為預(yù)制棒的半徑(m)，ω為角速度(轉(zhuǎn)/秒)，g為重力加速度，并且h為預(yù)制棒高度(m)。
在不能滿(mǎn)足本公式的低轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)的條件下制造出的預(yù)制棒具有管狀，其上開(kāi)口的直徑與其向上管狀的直徑一樣大并且其下開(kāi)口的直徑與其向下管狀的直徑一樣小。因此當(dāng)再次摻入單體時(shí)，在塑料光纖預(yù)制棒的縱向上的折射率梯度將會(huì)導(dǎo)致多種形式的折射率梯度。
在將轉(zhuǎn)/分鐘設(shè)定在一定的值時(shí)，作為預(yù)制棒的半徑(m)的r應(yīng)限制在與上式相符的范圍內(nèi)。例如，在離心力為3,000轉(zhuǎn)/分鐘和h為100cm的情況下，按下式計(jì)算出r3000轉(zhuǎn)/分鐘=3000X轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘X分鐘/60秒X2πrad(弧度)/轉(zhuǎn)數(shù)=314.16直徑/秒，及r>2ghω=2×980×100314.16=1.41cm.]]>當(dāng)r小于1.41時(shí)，預(yù)制棒具有管狀，受重力影響上部分細(xì)并且下部分粗。因此預(yù)制棒的半徑(r)必須大于1.41cm。
通常，預(yù)制棒相宜的半徑大約為5-10cm，以便在聚合時(shí)易于熱傳導(dǎo)。預(yù)制棒相宜的長(zhǎng)度達(dá)100cm,以便實(shí)現(xiàn)相宜的熱拉伸。本發(fā)明應(yīng)用由下述物質(zhì)構(gòu)成的原料組中選出的兩種具有不同密度和折射率的單體甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、苯基甲基丙烯酸酯、1-甲環(huán)己基甲基丙烯酸酯、環(huán)己基甲基丙烯酸酯、氯芐基甲基丙烯酸酯、1-苯乙基甲基丙烯酸酯、1,2-二苯乙基甲基丙烯酸酯、二苯甲基甲基丙烯酸酯、全呋喃基甲基丙烯酸酯、1-奔環(huán)己基甲基丙烯酸酯、五氯苯基甲基丙烯酸酯、五溴苯基甲基丙烯酸酯、苯乙烯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例可以采用均聚物或共聚物作為聚合物。均聚物是由諸如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、苯基甲基丙烯酸酯、1-甲環(huán)己基甲基丙烯酸酯、環(huán)己基甲基丙烯酸酯、氯芐基甲基丙烯酸酯、1-苯乙基甲基丙烯酸酯、1,2-二苯基乙基甲基丙烯酸酯、二苯基甲基丙烯酸酯、全呋喃基甲基丙烯酸酯、1-苯環(huán)己基甲基丙烯酸酯、五氯苯基甲基丙烯酸酯、五溴苯基甲基丙烯酸酯、苯乙烯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)等單體聚合而成。
共聚物例如包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)-甲基丙烯酸芐酯(BMA)共聚物、苯乙烯-丙烯睛共聚物(SAN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)共聚物、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)共聚物、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)共聚物、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)共聚物、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)-2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)共聚物、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)-2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)共聚物。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,制造塑料光纖預(yù)制棒的最后步驟摻入的預(yù)聚物包括由至少兩種單體構(gòu)成的共聚物，所述單體由下述物質(zhì)構(gòu)成的組中選出甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、苯基丙烯酸酯、1-甲環(huán)己基甲基丙烯酸酯、環(huán)己基甲基丙烯酸酯、氯芐基甲基丙烯酸酯、1-苯乙基甲基丙烯酸酯、1,2-二苯乙基甲基丙烯酸酯、二苯甲基丙烯酸酯、全呋喃基甲基丙烯酸酯、1-苯環(huán)己基甲基丙烯酸酯、五氯苯基甲基丙烯酸酯、五溴苯基甲基丙烯酸酯、苯乙烯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)。
圖4為根據(jù)本發(fā)明利用離心力制造具有在徑向上折射率梯度的光纖預(yù)制棒的設(shè)備的示意圖。
反應(yīng)器5與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)連接。由于反應(yīng)器5的軸與電動(dòng)機(jī)1的軸直接連接導(dǎo)致工作不穩(wěn)定，所以反應(yīng)器5的軸利用作為間接能量傳遞媒介的皮帶2與電動(dòng)機(jī)1的軸連接，以便實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。雖然可以把反應(yīng)器5的最大轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)達(dá)到25,000轉(zhuǎn)/分鐘，但當(dāng)轉(zhuǎn)速為10,000轉(zhuǎn)/分鐘或超過(guò)此值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)度的震動(dòng)，所以反應(yīng)器設(shè)計(jì)起來(lái)相當(dāng)困難。而且，反應(yīng)器5的轉(zhuǎn)速低于2,500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，管狀的預(yù)制棒越向下就會(huì)越粗。因此，為實(shí)現(xiàn)預(yù)制棒均勻的折射率梯度，反應(yīng)器5的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為3,000至8,000轉(zhuǎn)/分鐘，并且該轉(zhuǎn)速由一與電動(dòng)機(jī)1連接的轉(zhuǎn)速控制器10進(jìn)行控制。
由一加熱線(xiàn)圈6對(duì)空氣進(jìn)行加熱并通過(guò)一空氣輸送管7向反應(yīng)器5送風(fēng)。被加熱的空氣停留在反應(yīng)器5的內(nèi)部并且接著由出口排出。在出口對(duì)反應(yīng)器的溫度進(jìn)行測(cè)量并由一溫度控制器9對(duì)溫度進(jìn)行控制。對(duì)圓筒狀的反應(yīng)器的外側(cè)采用由石棉構(gòu)成的隔熱介質(zhì)進(jìn)行保溫，從而使反應(yīng)在恒溫的條件下進(jìn)行。不銹鋼的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器5由可以相互接合在一起的頂蓋、底和體構(gòu)成。一玻璃管11安裝在反應(yīng)器5上并且反應(yīng)物經(jīng)由玻璃管11裝入反應(yīng)器5中。
圖5為在制造本發(fā)明塑料光纖預(yù)制棒過(guò)程中用于連續(xù)裝入反應(yīng)物的設(shè)備的示意圖。
如圖5所示，玻璃管11進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以便連續(xù)裝入反應(yīng)物。裝料器3與反應(yīng)器5中的玻璃管11連接。由于由一安裝在裝料器3中的軸承15對(duì)不銹鋼管14進(jìn)行支承，使不銹鋼管通過(guò)與皮帶2的面觸接實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，甚至在旋轉(zhuǎn)時(shí)不銹鋼管也可以保持在穩(wěn)定狀態(tài)。由于在玻璃管11與裝料器3之間有一O形環(huán)12和一聚四氟乙烯凸緣13，因而即使在旋轉(zhuǎn)時(shí)，裝料器3也可以保持在固定狀態(tài)。
由裝料器3將反應(yīng)物連續(xù)地裝入反應(yīng)器5中，并且由皮帶連接的電動(dòng)機(jī)1對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。經(jīng)加熱的空氣流過(guò)管路7，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)物的熱聚合。利用上述裝料器3，在不停止反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)的情況下，可以連續(xù)地裝入單體和預(yù)聚物。
作為對(duì)裝在反應(yīng)器5內(nèi)的反應(yīng)物進(jìn)行加熱的加熱介質(zhì)，可以采用惰性氣體以及空氣，或液體，例如油等中的任何一種。可以由不銹鋼、鎳基合金、黃銅、鋁、聚四氟乙烯、玻璃或其它陶瓷等制成反應(yīng)器。而且很顯然，也可以采用其它的材料。對(duì)采用上述工藝制作的塑料光纖預(yù)制棒可以進(jìn)行熱拉伸，形成具有所需直徑的漸變折射率塑料光纖(GI-POF)，或者可以將其加工成相應(yīng)厚度的坯件，以便制成用于傳輸圖象的漸變折射率透鏡和光導(dǎo)向件。
下面將借助實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明，但這些實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明并且其目的并不在于對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。
本發(fā)明提出一種制作在徑向上具有連續(xù)折射率梯度并因而不具有非連續(xù)的折射率分布的塑料光纖預(yù)制棒的新方法。
雖然針對(duì)此目的披露了本發(fā)明制作塑料光纖預(yù)制棒的方法的優(yōu)選實(shí)施例，但對(duì)此可以進(jìn)行各種改動(dòng)、補(bǔ)充和替換，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍和構(gòu)思，此點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1．一種制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，包括如下步驟(a)將由分別具有不同密度和折射率的至少兩種物質(zhì)構(gòu)成的混合物裝入圓筒形的反應(yīng)器中并在通過(guò)反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場(chǎng)中對(duì)混合物進(jìn)行聚合；(b)對(duì)由于采用由分別具有不同密度和折射率的至少兩種物質(zhì)構(gòu)成的混合物在所述步驟(a)中進(jìn)行聚合導(dǎo)致的體積收縮形成的空位進(jìn)行補(bǔ)償，并在通過(guò)反應(yīng)器的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場(chǎng)中對(duì)混合物進(jìn)行聚合；和(c)重復(fù)進(jìn)行步驟(b)，直至在聚合后不會(huì)形成空位。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(a)、(b)和(c)中采用的具有不同密度和不同折射率的至少兩種物質(zhì)是兩種單體。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(a)、(b)和(c)中采用的混合物的單體的配比是彼此相同的。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(a)、(b)和(c)中采用的混合物單體的配比是彼此不同的。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(a)中采用的由構(gòu)成混合物的具有不同密度和折射率的至少兩種物質(zhì)系兩種單體和聚合物，并且在步驟(b)和(c)中采用的具有不同密度和不同折射率的構(gòu)成混合物的至少兩種物質(zhì)系所述兩種單體。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(b)和(c)中采用的混合物的單體的配比是彼此相同的。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(b)和(c)中采用的混合物的單體的配比是彼此不相同的。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述兩種單體系一種單體和另一種其折射率低于前者并且其密度高于前者的單體。
9．根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述兩種單體的混合物具有的折射率高于聚合物并且具有的密度低于聚合物。
10．根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，在步驟(a)中采用的混合物是通過(guò)對(duì)聚合物的粉碎、將粉碎的聚合物與兩種單體混合，并接著在后者中浸泡24小時(shí)實(shí)現(xiàn)的。
11．根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，由下述的物質(zhì)構(gòu)成的組中選出兩種單體甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、苯基甲基丙烯酸酯、1-甲環(huán)己基甲基丙烯酸酯、環(huán)己基甲基丙烯酸酯、氯芐基甲基丙烯酸酯、1-苯乙基甲基丙烯酸酯、1,2-二苯基乙基甲基丙烯酸甲酯、二苯基甲基丙烯酸酯、全呋喃基甲基丙烯酸酯、1-苯環(huán)己基甲基丙烯酸酯、五氯苯基甲基丙烯酸酯、五溴苯基甲基丙烯酸酯、苯乙烯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)。
12．根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述聚合物系由下述物質(zhì)構(gòu)成的組中選出的單體的均聚物甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、苯基甲基丙烯酸酯、1-甲環(huán)己基甲基丙烯酸酯、環(huán)己基甲基丙烯酸酯、氯芐基甲基丙烯酸酯、1-苯乙基甲基丙烯酸酯、1,2-二苯基乙基甲基丙烯酸酯、二苯基甲基丙烯酸酯、全呋喃基甲基丙烯酸酯、1-苯環(huán)己基甲基丙烯酸酯、五氯苯基甲基丙烯酸酯、五溴苯基甲基丙烯酸酯、苯乙烯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)。
13．根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述聚合物由下述共聚物構(gòu)成的組中選出甲基丙烯酸甲酯(MMA)-甲基丙烯酸芐酯(BMA)共聚物、苯乙烯-丙烯睛共聚物(SAN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)共聚物、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)共聚物、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)共聚物、甲基丙烯酸甲酯(MMA)-2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)共聚物、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)-2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)共聚物、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)-2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)共聚物。
14．根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，采用預(yù)聚物對(duì)最后形成的空位進(jìn)行填充并接著在步驟(c)中進(jìn)行聚合。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述預(yù)聚物系共聚物，該共聚物由下述物質(zhì)構(gòu)成的組中選出的至少兩種單體構(gòu)成甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、苯基甲基丙烯酸酯、1-甲環(huán)己基甲基丙烯酸酯、環(huán)己基甲基丙烯酸酯、氯芐基甲基丙烯酸酯、1-苯乙基甲基丙烯酸酯、1,2-二苯基乙基甲基丙烯酸酯、二苯基甲基丙烯酸酯、全呋喃基甲基丙烯酸酯、1-苯環(huán)己基甲基丙烯酸酯、五氯苯基甲基丙烯酸酯、五溴苯基甲基丙烯酸酯、苯乙烯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯(PFPMA)、1,1,1,3,3,3-六氟異丙基甲基丙烯酸酯(HFIPMA)和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯(HFBMA)。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述預(yù)聚物的粘度為50-100,000厘泊(25℃)。
17．根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作塑料光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，通過(guò)反應(yīng)器的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場(chǎng)滿(mǎn)足下式(式1)1/2r2ω2＞gh式中r為預(yù)制棒的半徑(m)，ω為角速度(轉(zhuǎn)/秒)，g為重力加速度(9.8m/秒2)，并且h為預(yù)制棒高度(m)。
18．一種根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述制作的塑料光纖預(yù)制棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制作塑料光纖預(yù)制棒的方法和應(yīng)用此方法制作的預(yù)制棒。具體地說(shuō),本發(fā)明涉及一種制作具有在徑向上連續(xù)的折射率分布的塑料光纖預(yù)制棒的新方法,所述方法包括如下步驟:a)將由具有不同密度和折射率的至少兩種物質(zhì)構(gòu)成的混合物裝入圓筒狀的反應(yīng)器中并在通過(guò)反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心場(chǎng)中對(duì)混合物進(jìn)行聚合;b)對(duì)在步驟a)中由于聚合導(dǎo)致的體積收縮形成的空位進(jìn)行補(bǔ)償;和c)重復(fù)步驟b),直至聚合后不會(huì)形成空位。
文檔編號(hào)C08F291/00GK1304051SQ01100428
公開(kāi)日2001年7月18日 申請(qǐng)日期2001年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月11日
發(fā)明者黃鎮(zhèn)澤, 樸五鈺, 任相赫, 徐德鐘, 趙韓率 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社