專利名稱：大尺寸多孔聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大尺寸多孔聚合物光纖預(yù)制棒的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著聚合物光纖制造技術(shù)的不斷發(fā)展，低損耗的階躍(SI)型聚合物光 纖(POF)在汽車/飛機(jī)內(nèi)部，低損耗高帶寬的梯度折射率(GI)聚合物光 纖(POF)在局域網(wǎng)、飛機(jī)、軍艦內(nèi)部等的普及應(yīng)用迅猛膨脹。從上世紀(jì)70 年代的SIPOF到90年代GIPOF，再到2001年多孔POF的出現(xiàn)，反映了 POF 發(fā)展的趨勢和規(guī)律。
多孔聚合物光纖(holey-POF)是由澳大利亞的科學(xué)家Maryanne Large 在2001年，利用商品化聚甲基丙烯酸甲酯棒鉆孔-熱拉伸法首次成功制備， 并命名為，敫結(jié)構(gòu)聚合物光纖(microstructured polymer optical fibre, MPOF)。 MPOF的出現(xiàn)為增強(qiáng)POF功能提供了許多新的機(jī)會。如果制造微結(jié)構(gòu)光纖 的技術(shù)工藝達(dá)到批量生產(chǎn)的要求，則在普通聚合物光纖應(yīng)用中存在的所有問 題將迎刃而解。因?yàn)閷τ贛POF，纖芯可以是空氣，作為材料屬性的吸收、 散射、色散和非線性就不存在了。這種變革的實(shí)現(xiàn)，將給聚合物光纖技術(shù)帶 來翻天覆地的變化。因?yàn)榫酆衔锊牧霞庸囟鹊?，制造設(shè)備費(fèi)用低，而且摻 雜或其它功能化更容易實(shí)現(xiàn)。
從MPOF問世以來，很多研究小組延續(xù)石英多孔光纖制造技術(shù)中的毛細(xì) 管堆積-拉伸法和鉆孔法來制造MPOF預(yù)制棒。Maryanne Large就是利用計(jì) 算機(jī)控制的精密鉆孔機(jī)床，把聚合物棒進(jìn)行鉆孔，得到多孔預(yù)制棒，再把這 種預(yù)制棒進(jìn)行加熱拉伸來制造微結(jié)構(gòu)聚合物光纖。這樣的預(yù)制棒力學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定，熱拉伸后所設(shè)計(jì)的微孔結(jié)構(gòu)能較好保持。但是利用這種方法制作多孔預(yù) 制棒的加工難度大、所得棒長有限，因此不可能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；圃齑蟪叽绺吖?br> 學(xué)質(zhì)量的多孔預(yù)制棒。
由于MPOF的原材料、光纖制造與加工都很便宜；各種不同性能的
MPOF能在同一制備技術(shù)框架內(nèi)制造；如果能實(shí)現(xiàn)大尺寸高光學(xué)質(zhì)量的多孔
聚合物光纖預(yù)制棒的規(guī)?；圃欤@將從根本上解決MPOF制造技術(shù)中的關(guān)
鍵技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，而提供一種成本低、加 工難度小，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；圃斓拇蟪叽缍嗫拙酆衔锕饫w預(yù)制棒的制作方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明為一種大尺寸多孔聚合物光纖預(yù)制棒 的生產(chǎn)方法，其特殊之處在于該方法包括以下步驟
1) 原料的預(yù)處理
凈化把商品化顆粒狀熱塑性透明聚合物材料用純凈水洗滌，以除去混 在其中的灰塵和其它雜質(zhì)后，用離心機(jī)摔干水分；
除濕干燥用除濕干燥機(jī)在80—95℃的溫度下除去顆粒料所吸收的水
分；
2) 加熱塑化將除濕干燥好的原料送入擠出機(jī)，在190-220度的溫度 F加熱塑化后，把它擠入與擠出機(jī)出料口銜接的預(yù)制棒模具中。
3) 加熱塑化后的高粘流體進(jìn)入插有金屬細(xì)棒的預(yù)制棒模具，模具溫度 為80-100℃，充滿后自然冷卻，金屬細(xì)棒占據(jù)了預(yù)制棒中孔的位置，冷卻 后抽去金屬細(xì)棒，就形成多孔預(yù)制棒。
上述原料為聚甲基丙烯酸甲酯、或聚苯乙烯、聚碳酸酯等熱塑性樹脂。
上述預(yù)制棒模具包括模具筒，上、下基座和金屬細(xì)棒，上、下基座分別 設(shè)置在模具筒兩端，上、下基座的端面上對稱設(shè)置有金屬細(xì)棒插入孔，上基 座的端面上還設(shè)置有進(jìn)料口。
上述預(yù)制棒模具外設(shè)置有保溫加熱器。
上述預(yù)制棒模具外設(shè)置有加壓裝置。
一種實(shí)現(xiàn)上述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置， 其特殊之處在于該裝置包括凈化裝置、除濕干燥裝置、加熱熔化裝置和預(yù) 制棒模具，凈化裝置接入除濕干燥裝置，除濕干燥裝置接入加熱熔化裝置，
所述加熱熔化裝置接入預(yù)制棒模具。上述凈化裝置為超純水噴淋器和離心摔干機(jī)組合裝置。
上述除濕干燥裝置為除濕干燥機(jī)。
上述加熱熔化裝置為單螺桿擠出機(jī)。
上述預(yù)制棒模具包括模具筒，上、下基座和金屬細(xì)棒，上、下基座分別 設(shè)置在模具筒兩端，上、下基座的端面上對稱設(shè)置有金屬細(xì)棒插入孔，上基 座的端面上還設(shè)置有進(jìn)料口。
本發(fā)明通過放棄繁瑣的毛細(xì)管堆積-拉伸預(yù)制棒制造技術(shù)，使得多孔預(yù) 制棒在模具中一次成型，不但避免了引入光纖結(jié)構(gòu)缺陷次數(shù)，也減少了引入 灰塵雜質(zhì)等污染的次數(shù)；同時(shí)因?yàn)榭锥葱螤?、尺寸和位置可以通過模具設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)，并且所得多孔預(yù)制棒力學(xué)結(jié)構(gòu)完整，拉絲時(shí)不會在晶格內(nèi)產(chǎn)生不規(guī)則
的間隙孔洞，使MPOF的整體結(jié)構(gòu)特征更好，非固有損耗更低。本發(fā)明適合 于一切熱塑性高分子樹脂材料，并且利用多套預(yù)制棒模具后可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生


圖1為本發(fā)明預(yù)制棒模具的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以商品化熱塑性透明聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、 聚碳酸酯等)為原料，按如下工藝流程操作，就可以制造具有任何孔數(shù)及孔
形狀的大尺寸多孔聚合物光纖預(yù)制棒
1) 、原料的預(yù)處理
凈化把商品化顆粒狀熱塑性透明聚合物材料用純凈水洗滌，以除去混 在其中的灰塵和其它雜質(zhì)后，用離心機(jī)摔干水分。對于高規(guī)格包裝的原料(比 如光學(xué)級有機(jī)玻璃)也可以省去此步驟。
除濕干燥用除濕干燥機(jī)在80—95度除去顆粒料所吸收的水分。
2) 加熱塑化將除濕干燥好的原料送入擠出機(jī)(國產(chǎn)單螺桿擠出機(jī)， 螺桿直徑45毫米，螺桿長徑比25: 1，壓縮比3.5)，在190-220度加熱塑 化后，把它擠入與擠出機(jī)出料口銜接的預(yù)制棒模具中。
3)加熱塑化后的高粘流體進(jìn)入插有金屬細(xì)棒的預(yù)制棒模具，模具溫度
為80-120 QC，充滿后自然冷卻，金屬細(xì)棒占據(jù)了預(yù)制棒中孔的位置，冷卻 后抽去金屬細(xì)棒，就形成多孔預(yù)制棒。
其中原料可以為聚甲基丙烯酸甲酯、或聚苯乙烯、聚碳酸酯等熱塑性樹脂.
參見圖l，預(yù)制棒模具包括模具筒5，上基座2、下基座6、和金屬細(xì)棒 4，上基座2、下基座6分別設(shè)置在模具筒5兩端，上基座2、下基座6的端 面上對稱設(shè)置有金屬細(xì)棒插入孔3，上基座2的端面上還設(shè)置有進(jìn)料口 1， 通過改變插入的金屬細(xì)棒4的個數(shù)、細(xì)棒的插入位置、細(xì)棒的直徑及端面幾 何形狀，可以制得各種不同類型的預(yù)制棒，預(yù)制棒模具外還設(shè)置有保溫加熱 器和加壓裝置。金屬細(xì)棒4的橫截面可以是方的、圓的、三角形、橢圓形、 腰形、梅花形等。模具筒5的直徑、長度和形狀決定了預(yù)制棒的外形，其外 形除圓型外也可以是方形、六角形等形狀。
參見圖2，本發(fā)明的裝置包括凈化裝置7、除濕干燥裝置8、加熱熔化裝 置9和預(yù)制棒模具10，凈化裝置7接入除濕裝干燥裝置8，除濕干燥裝置8 接入加熱熔化裝置9，加熱熔化裝置9接入預(yù)制棒模具10，其中 凈化裝置7由國產(chǎn)超純水噴淋器和離心摔干機(jī)組合而成。 除濕干燥裝置8為商品化除濕干燥機(jī)。 加熱熔化裝置9具體采用單螺桿擠出機(jī)實(shí)現(xiàn)加熱熔化。 對采用本發(fā)明的方法制得的預(yù)制棒進(jìn)行拉絲試驗(yàn)。所用預(yù)制棒直徑是7 厘米，孔直徑是2毫米，棒長40厘米。把其放在拉絲塔上，拉伸溫度范圍 在170-200。C，拉伸速度為20 m/min，送棒速度為7mm/min，得到直徑150 微米的光纖長度超100千米，最終孔結(jié)構(gòu)保持完好，其對應(yīng)的孔直徑在4微 米左右。
權(quán)利要求
1. 大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)原料的預(yù)處理凈化把商品化顆粒狀熱塑性透明聚合物材料用純凈水洗滌，以除去混在其中的灰塵和其它雜質(zhì)后，用離心機(jī)摔干水分；除濕干燥用除濕干燥機(jī)在80-95度的溫度下除去顆粒料所吸收的水分；2)加熱塑化將除濕干燥好的原料送入擠出機(jī)，在190-220度的溫度下加熱塑化后，把它擠入與擠出機(jī)出料口銜接的預(yù)制棒模具中。3)加熱塑化后的高粘流體進(jìn)入插有金屬細(xì)棒的預(yù)制棒模具，模具溫度為80-120℃，充滿后自然冷卻，金屬細(xì)棒占據(jù)了預(yù)制棒中孔的位置，冷卻后抽去金屬細(xì)棒，就形成多孔預(yù)制棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法，其特征在于所述原料為聚甲基丙烯酸甲酯、或聚苯乙烯、聚碳酸酯。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法，其特征在于所述預(yù)制棒模具包括模具筒，上、下基座和金屬細(xì)棒，所 述上、下基座分別設(shè)置在模具筒兩端，所述上、下基座的端面上對稱設(shè)置有 金屬細(xì)棒插入孔，所述上基座的端面上還設(shè)置有進(jìn)料口。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置，其特征在于所述預(yù)制棒模具外設(shè)置有保溫加熱器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置，其特征在于所述預(yù)制棒模具外設(shè)置有加壓裝置。
6、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置，其特征在于該裝置包括凈化裝置、除濕干燥裝置、加熱熔 化裝置和預(yù)制棒模具，所述凈化裝置接入除濕干燥裝置，所述除濕干燥裝置 接入加熱熔化裝置，所述加熱熔化裝置接入預(yù)制棒模具。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方 法的裝置，其特征在于所述凈化裝置為超純水噴淋器和離心摔干機(jī)組合裝置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置，其特征在于所述除濕干燥裝置為除濕干燥機(jī)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置，其特征在于所述加熱熔化裝置為單螺桿擠出機(jī)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大尺寸光子晶體聚合物光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法的裝置，其特征在于所述預(yù)制棒模具包括模具筒，上、下基座和金屬細(xì) 棒，所述上、下基座分別設(shè)置在模具筒兩端，所述上、下基座的端面上對稱 設(shè)置有金屬細(xì)棒插入孔，所述上基座的端面上還設(shè)置有進(jìn)料口 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大尺寸多孔聚合物光纖預(yù)制棒的制作方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為該方法包括以下步驟1)原料的預(yù)處理；2)加熱塑化；3)加熱塑化后的高粘流體進(jìn)入插有金屬細(xì)棒的預(yù)制棒模具，模具溫度為80-120℃，充滿后自然冷卻，金屬細(xì)棒占據(jù)了預(yù)制棒中孔的位置，冷卻后抽去金屬細(xì)棒，就形成多孔預(yù)制棒。本發(fā)明具有成本低、加工難度小，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制造的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B29C47/12GK101204846SQ20061010520
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者王麗莉, 陳興華 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所