含氟高分子材料在塑料光纖中應(yīng)用的研究探討

＊安詩雨

（克羅米斯光纖 美國·新澤西州沃倫 07001～08989）

含氟高分子材料在塑料光纖中應(yīng)用的研究探討

＊安詩雨

（克羅米斯光纖 美國·新澤西州沃倫 07001～08989）

含氟的塑料具有耐高溫、高壓等特性，近些年，含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用得到了世界各國的重視。含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用得到了迅速的進(jìn)步與發(fā)展，也有效改善了塑料光纖的性能?；诖?，文章首先針對含氟高分子材料所制成的塑料光纖的性能進(jìn)行分析，然后對氟塑料光纖的制備方法進(jìn)行了探討，最后對含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

含氟高分子材料；塑料光纖；全氟聚合物；應(yīng)用探究

1. 前言

美國的康寧公司在1970年成功地制備出世界上第一根低損耗、高純度的石英光纖，此后，光纖通信得到了世界的關(guān)注與熱議，其抗干擾性強(qiáng)、容量大、傳輸速度快的特點(diǎn)使其深受通信領(lǐng)域的青睞，特別是在現(xiàn)代的通信行業(yè)中，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，石英光纖直徑較細(xì)、韌性不足，從而限制了其應(yīng)用范圍，特別是短距離的通信。用高分子材料制備出的塑料光纖具有直徑粗、重量輕、成本低、機(jī)械性能好、易于聯(lián)接等特點(diǎn)，塑料光纖應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了迅速的發(fā)展。

2.含氟高分子材料所制成的塑料光纖的性能分析

(1)耐溫性的提高

如表1所示，是一些氟代丙烯酸酯的玻璃化溫度，從表中的數(shù)據(jù)可以看出，氟聚合物的穩(wěn)定性比較高，玻璃化的溫度都比較高，因此，含氟高分子材料所制成的塑料光纖不易老化，具有耐高溫的特性，從而延長了塑料光纖的使用壽命，提高了其穩(wěn)定性。

(2)損耗的降低

表1 氟代丙烯酸酯的玻璃化溫度

表2 C-H鍵與C-F鍵的振動吸收頻率比較

損耗的降低主要是因為：①由表2可知，C—F鍵的振動吸收基頻主要是位于遠(yuǎn)紅外光區(qū)，在可見光到近紅外光的區(qū)域范圍內(nèi)，振動吸收很少，從而降低了吸收損耗；②透光窗口紅移，導(dǎo)致了瑞利散射的產(chǎn)生，降低了吸收損耗；③氟代后透射損耗的降低，因此，吸收損耗是降低了；④含氟高分子材料其表面能相對來說較小，因而其表面水蒸汽的吸附作用被降低了，從而有效的防止水蒸汽滲透進(jìn)材料，降低了吸收損耗。

(3)工作波長與石英光纖的匹配性

由圖1可以看出，以全氟聚合物為例，其在800～2000nm的波長區(qū)域內(nèi)，近乎是完全透明的狀態(tài)，透光性比較好，對于石英光纖工作的850nm、1310nm、1550nm的波長窗口全部覆蓋。不難看出，氟代后，吸收的紅移，近紅外區(qū)的透光性明顯地提高，氟聚合物的透光性也提高了，也滿足了工作波長與石英光纖的匹配性。

圖1 全氟聚合物的透光性

(4)滿足波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的需求

波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是為了滿足光纖通信中對于高帶寬傳輸信號需求而出現(xiàn)的新型技術(shù)，波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的原理是：將各自載有信息信號、波長不同、分布在多個信道中的載波，耦合至同一光纖中進(jìn)行傳輸。載波抵達(dá)重點(diǎn)終端后，載波會根據(jù)其波長的不同進(jìn)行分離，然后載波會回到自己的信道，進(jìn)行解調(diào)后，從而信息再現(xiàn)。波分復(fù)用(WDM)技術(shù)對低能耗的需求在逐漸的提高，因而傳輸?shù)墓饫w應(yīng)有盡量寬的透光窗口。

傳統(tǒng)的石英光纖，1300nm的工作波長，透光窗口寬為110nm時，其能夠?qū)?8路WDM的信道進(jìn)行信號的傳輸。傳統(tǒng)的塑料光纖，如PMMA塑料光纖，650nm的工作波長，透光窗口寬是10nm時，僅僅能夠?qū)?路WDM的信道進(jìn)行信號的傳輸。而含氟高分子材料所制成的塑料光纖能夠滿足其對于透光窗口的需求，滿足其容量大、速度快的技術(shù)需要，在光纖通信領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.含氟塑料光纖的制備方法研究

目前，我國常用的含氟塑料光纖的制備方法主要有以下四種：

(1)界面凝膠制備法

塑料光纖制備中的界面凝膠法，適用于全氟二甲基1,32二噁與丙烯酸酯類等本體聚合產(chǎn)率比較高的材料。該制備方法是將單體、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、調(diào)節(jié)折射率摻雜劑等反應(yīng)混合物放進(jìn)提前制作好、相同高分子材料的管中，并且置于一定溫度的環(huán)境中，然后進(jìn)行聚合反應(yīng)。與在單體相中相比，這個聚合的過程就是通過在管內(nèi)壁上形成一層凝膠層，從而大大的提高了聚合反應(yīng)的速度。管內(nèi)壁上形成的凝膠層隨著聚合反應(yīng)不斷增厚，單體也表現(xiàn)出向凝膠相不斷擴(kuò)散，從而逐漸降低了邊緣的摻雜劑的含量，逐漸增高了中心的摻雜劑的含量，最終得到了折射率呈漸變分布的光纖預(yù)制棒。

(2)旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散制備法

旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散法主要適用于氟聚合物的塑料光纖的制備，主要的步驟是：①溶解摻雜劑與氟聚合物于特定的溶劑中；②將摻雜劑與高分子的混合物從溶劑中經(jīng)過濾分離出來，并制成特定尺寸大小的圓柱狀；③把沒有含有摻雜劑的相同聚合物熔融，制作出與特定尺寸大小的圓柱相互大小匹配的圓管；④圓柱放入圓管內(nèi)，保持一定的轉(zhuǎn)速，加熱一段時間，熔融后保持一定時間后，再在一定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行冷卻；因為旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，使摻雜劑集中的分布在了中部，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)摻雜劑的含量呈漸變分布，最終得到折射率呈拋物線分布的光纖預(yù)制棒。

(3)浸泡制備法

浸泡制備法的主要步驟是：①溶解摻雜劑與氟聚合物在特定的溶劑中，得到混合物后從溶劑中分離出，然后制作成分布比較均勻的圓柱棒；②將制得的圓柱棒浸泡在特定溶劑里，溶解摻雜劑，并且使高分子材料溶脹一段時間；③保持一定時間后，取出圓柱棒，從而得到了折射率呈漸變分布的光纖預(yù)制棒。

(4)熱擴(kuò)散制備法

熱擴(kuò)散制備法的主要步驟是：①將一定比例的摻雜劑與聚合物，制作成分布均勻預(yù)制棒直接拉纖；②放進(jìn)恒溫電爐內(nèi)，利用其高溫?zé)釟饬魅_刷光纖的表面，蒸發(fā)掉摻雜劑后，最終得到了折射率呈漸變分布的光纖。

4.含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用研究

含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用主要是以下二種：

(1)全氟聚合物

聚四氟乙烯和聚六氟丙烯是比較常見的全氟高分子材料，其結(jié)晶度想對來說比較的高，對光具有較強(qiáng)的散射作用。據(jù)實(shí)驗表明，全氟聚合物在其非晶態(tài)情況下，與傳統(tǒng)的PMMA塑料光纖相比，氟代后，從可見光區(qū)到近紅外區(qū)，透光性提高了，光損耗也更低，同時也滿足了工作波長與石英光纖的匹配性，使塑料光纖的性能大大的提升。

(2)含氟丙烯酸酯類聚合物

圖2 幾種含氟丙烯酸酯的光衰減情況

含氟丙烯酸酯類聚合物主要是酯基上的氟代和丙烯酸部分的二位氟代，全氟的丙烯酸酯類因聚合難度大因而很難被得到。酯基為長鏈的丙烯酸酯，通常玻璃化溫度比較低，因此，通常都是選用丙烯酸酯材料進(jìn)行塑料光纖的制備。如圖2所示，是幾種含氟丙烯酸酯的光衰減圖，由圖2可以看出，在近紅外區(qū)，氟的含量越高,光損耗越低；二位氟代后光損耗進(jìn)一步的越低了。

5.結(jié)束語

綜上所述，利用含氟高分子材料制備的塑料光纖，與傳統(tǒng)塑料光纖相比，性能得到了較大的改善，促進(jìn)了塑料光纖在光通信領(lǐng)域的普及與應(yīng)用。人們對于氟高分子材料在塑料光纖的應(yīng)用寄予厚望，并加強(qiáng)了含氟高分子材料在塑料光纖中應(yīng)用的相關(guān)研究，使其得到了迅速的進(jìn)步與發(fā)展。然而，塑料光纖要取得全面成功，還需要進(jìn)一步降低損耗、降低生產(chǎn)成本、提高穩(wěn)定性，從根本上解決其存在的問題與不足。相信含氟高分子材料制備的塑料光纖將會在通信領(lǐng)域充分發(fā)揮其作用，推動我國通信事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

[1]陳鵬．塑料光纖技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用分析研究[J]．電信科學(xué),2011, (08):94-100．

[2]顧陳斌,王東軍,劉世雄,王歆秋,黃勇,甄珍,劉新厚．含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用[J]． 化學(xué)進(jìn)展,2002,(05):398-404．

(責(zé)任編輯：劉林林)

Study and Discussion of the Application of High Polymer Material Containing Fluorine in Plastic Optical Fiber

An Shiyu

（Kolomytsyn Fiber, Warren, New Jersey, America, 07001～08989）

The plastic containing fuorine has the features of high temperature resistance and high pressure resistance etc., recently, the application of high polymer material containing fuorine in plastic fber has got the attention of countries across the world. The application of high polymer material containing fuorine has got rapid progress and development and it also has improved the property of plastic fber effectively, based on which, this paper has taken analysis of the property of plastic fber made of high polymer material containing fuorine, and then taken discussion of the preparation method of fuorine plastic fber, fnally, taken study of the application of high polymer material containing fuorine in plastic fber.

high polymer material containing fuorine；plastic optical fber；perfuocarbon polymer；application exploration

T < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A

安詩雨（1987～)，男，克羅米斯光纖；研究方向：全氟塑料光纖生產(chǎn)研發(fā)。