[发明专利]指数梯度塑料光学纤维的制备方法

说明书

本发明涉及指数梯度塑料光学纤维的制备方法。

在从可见光至近红外光的光谱范围内都可使用的指数梯度塑料光学纤维由于可被用于宽带信息传递网络而受到人们关注。指数梯度塑料光学纤维可以包括至少一种聚合物和至少另一种化合物，聚合物比例在整根纤维中基本上相同，而化合物的比例自纤维中心至外围有所变化，以形成期望的指数梯度。所述化合物被称为“掺杂剂”或“稀释剂”，它包括至少一种物质。这种塑料光学纤维的制备过程由于涉及将所述化合物以变化的方式自塑料光学纤维中心向周围分布而变得难以进行。事实上，该纤维需要具有尽可能平滑的指数梯度型的折射指数曲线，其中纤维中心至周围之间的折射指数一般在0.01-0.03范围内变化。

有两种实现所述指数梯度的主要技术。

在第一种技术中，光学纤维在用拉模拉丝前，通过将化合物分散在至少一种给定的聚合物中至少部分形成指数梯度。所述化合物自身就可以至少部分地是另一种聚合物。

在第一种技术的第一个实施方案中，可以在所述给定聚合物中在熔融态时进行所述的分散。专利文献US-A-5 593 621描述了在第一种熔融聚合物形成圆柱体后，将透明材料注入到所述圆柱体的中心部分来制备具有指数梯度的塑料光学纤维，所述透明材料是可扩散而不可聚合的，任选地与透明的折射指数不同于第一种聚合物的第二种熔融聚合物相混合。所述不可聚合物质扩散在第一种聚合物中之后，将圆柱体挤压成光学纤维。在这样一种实施方案中，可以安装彼此套装的多个喷嘴以提高所述材料的扩散作用。

在第一种技术的第二种可能的实施方案中，可以在所述的稀释聚合物中进行所述的扩散。专利申请JP-A-9243 835描述了包括能形成型模的透明聚合物、其折射指数大于该透明聚合物的不可聚合的第二种化合物和折射指数小于该透明聚合物的不可聚合的第三种化合物的指数梯度塑料光学纤维的制备方法。第二种化合物在纤维中心的浓度较高。第三种化合物在纤维周围的浓度较高。该制备过程包括制备第二、第三种化合物和形成透明聚合物的单体的不同组合物的薄层，通过多口喷嘴添加所述组合物。在层间扩散和挤压之后(扩散也可以发生在挤出之前和挤压期间)，通过聚合所述薄层将单体转化为聚合物而完成纤维的制备。

在实现指数梯度的第二种技术中，指数梯度几乎全部是通过拉模挤出光学纤维并涂覆至少一层涂层后而实现的。该涂层可以包括至少一种熔融态聚合物。同样，专利申请JP-A-9 133 819描述了通过涂覆至少两种不同类型的熔融塑料材料连续制备指数梯度塑料光学纤维的方法，并且折射指数在构成高指数纤维中心的塑料纤维周围递减。

或者，涂层还可以包括至少一种至少可部分聚合的化合物。同样，专利申请JP-A-9 138 313公开了通过涂覆通过用具有低折射指数化合物将聚合物稀释在较高指数的塑料中心周围的单体中而获得的溶液来制备指数梯度塑料光学纤维的方法。聚合的单体构成低于中心折射指数的聚合物的第一层。用同样的方式放置不同的层，其折射指数自中心至周围逐渐降低。各层涂覆后通过紫外光(UV)处理聚合。在该实施例中，中心上被涂覆溶液的粘度被调节到在5000-10000泊范围内，即500Pa.s-1000Pa.s范围内。为了实施本发明，低折射指数化合物是不可聚合的。

另外，专利申请JP-A-6 003 533描述了通过制备具有不同折射指数的物质、然后对分开的各层进行涂覆、使层间进行扩散后固化所述各层来连续制备多层指数梯度塑料光学纤维。

所有上述制备方法都依赖于在相邻层间扩散化合物，这意味着所述方法缓慢而且不可重复。这就是以工业规模制备指数梯度塑料光学纤维所面临的主要问题。

本发明的制备方法试图以主要在速度和产率方面最有效的方式制备指数梯度塑料光学纤维。

本发明涉及指数梯度塑料光学纤维的制备方法，其折射指数在纤维中心至周围之间连续变化，所述纤维用至少一种聚合物P和至少一种使折射指数变化的化合物M1制备，所述方法包括：

·制备两种不同折射指数的组合物，两种组合物之间折射指数之差至少是5×10^-3，各组合物包括至少聚合物P，这两种组合物之一，即第一种组合物还包括至少化合物M1，至少一种所述组合物中存在交联光引发剂；

·两种组合物相互扩散；和

·挤出所述混合物以获得指数梯度塑料光学纤维；所述方法的特征在于：

·以下面的方式选择聚合物P和化合物M1：

·所述聚合物P的分子量在1000-20000范围内和所述化合物M1的分子量在100-1000范围内；