耐溫光纖生產(chǎn)工藝研究

張嘉琛

摘 要：耐溫光纖由于自身具備的優(yōu)質(zhì)性能，即便是在惡劣的環(huán)境下也可以保持良好的傳輸穩(wěn)定性能，因此逐漸成為了光纖器件材料的主流。本次筆者將針對耐溫光纖材料中的聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖、聚酰亞胺涂覆耐溫光纖以及金屬涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析。旨在為今后實(shí)際生產(chǎn)過程中生產(chǎn)工藝的改善奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：耐溫光纖 生產(chǎn)工藝 研究

中圖分類號：TN253 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0119-02

耐溫光纖在惡劣環(huán)境下的傳輸性能也十分穩(wěn)定，而且還可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，所以近幾年來其應(yīng)用范圍也在進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)前光纖傳感技術(shù)得到了快速的發(fā)展，耐溫光纖經(jīng)過二次加工能夠得到更廣泛的應(yīng)用，比如地鐵、橋梁大壩、電力工程和隧道等，所以其應(yīng)用量也得到了不斷的提高[1]。正是由于光纖適用范圍的拓展，使得不少高溫或者低溫環(huán)境中也需要使用到光纖，因此也為耐溫光纖提供了較好的發(fā)展市場。

1 聚酰亞胺涂覆耐溫光纖生產(chǎn)工藝分析

此種耐溫光纖主要是將聚酰亞胺涂在光纖的表面，一般會(huì)采用電爐烘箱來進(jìn)行固化，從而降低拉絲速度，所花費(fèi)的熱固化時(shí)間比較長。固化時(shí)的溫度會(huì)對涂層之后的使用性能產(chǎn)生影響[2]。為了使聚酰亞胺材料能夠適應(yīng)快速拉絲固化的要求，需要對其生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)前就我國國內(nèi)制備聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝而言，大都是采用拉絲、涂覆以及配合臥式電烘箱固化等。圖1為聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝，工藝的拉絲速度控制在2～20m/min左右。借助于高溫拉絲爐在高溫的環(huán)境下將光棒進(jìn)行加熱，達(dá)到了熔融狀態(tài)之后就將其從爐子的下部出口位置拉出。圓形電爐屬于固化裝置，電爐內(nèi)包含了高溫區(qū)域，主要目的是為了讓聚酰亞胺材料得到固化。高溫區(qū)域還可以進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分，即溶劑揮發(fā)區(qū)域以及分子合成區(qū)域等，這兩個(gè)區(qū)域之間的溫度又會(huì)產(chǎn)生差異。為了使光纖的固化參數(shù)、涂覆參數(shù)等達(dá)到規(guī)定的要求，可以多次進(jìn)行涂覆和固化之間的循環(huán)，最終使光纖材料表面上的涂覆層達(dá)到均勻狀態(tài)。

除了采用熱固化方式制備聚酰亞胺涂覆耐溫光纖，還發(fā)明了一種利用立式電烘箱進(jìn)行涂覆和固化的光纖制備工藝。此種立式制備工藝和我國國內(nèi)的臥式制備工藝十分類似。在進(jìn)行預(yù)固化之后需要二次涂覆光纖，在涂覆工藝中包含了不同的涂覆單元，每次經(jīng)過涂覆單元，都應(yīng)該增大單邊涂覆的厚度，每個(gè)涂覆單元結(jié)束后都需要接受高溫固化，最終也是在涂覆和固化之間進(jìn)行循環(huán)。采用立式制備方式的優(yōu)點(diǎn)就是可以對涂層的厚度進(jìn)行全面精確的控制，這樣就會(huì)使涂層和光纖的同心度問題得到有效解決，但是其制備的成本相對更高[3]。聚酰亞胺涂覆耐溫光纖所應(yīng)用的溫度范圍比較廣泛，它能夠在-200℃～400℃之間的環(huán)境中進(jìn)行使用。而它的衰減速度一般為0.5dB/km。聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的耐溫性明顯較好，因此也被應(yīng)用在了諸多領(lǐng)域，更適合在抗輻射和電力工程的測溫系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。

2 聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖的制備工藝分析

此種類型的耐溫光纖材料主要是國外所采用的產(chǎn)品。比如當(dāng)前在OFS、Corning等公司進(jìn)行推廣。聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝如下：高溫電阻爐或者感應(yīng)爐中的溫度需要控制在2000℃左右，然后將光棒置于其中進(jìn)行熔融，將熔融之后的物質(zhì)進(jìn)行抽絲，需要將其抽絲成裸光纖，直徑為125μm。裸光纖需要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，通常情況下會(huì)采用到惰性氣體進(jìn)行冷卻，再將其放入到涂覆裝置當(dāng)中。涂覆裝置會(huì)結(jié)合光線內(nèi)層和外層之間的差異來進(jìn)行具體的涂覆。Wet-on-dry是制備聚丙烯酸樹脂涂覆光纖材料中常見的涂覆工藝，分別需要使用到不同的涂覆材料，借助于紫外固化爐來將光線進(jìn)行快速的固化，最終制備成符合標(biāo)準(zhǔn)的光纖。

就我國國內(nèi)而言也有一部分的廠家生產(chǎn)和銷售此種類型的耐溫光纖材料，比如亨通公司和長飛公司等，其中亨通公司所選擇的聚丙烯酸樹脂涂覆光纖材料是一種新型的光固化耐溫材料，同時(shí)也對Wet-on-dry這種傳統(tǒng)的涂覆工具進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化。聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖屬于眾多耐溫光纖制備工藝中比較成熟的一種方式，而且此種類型的耐溫光纖能夠在溫度為150℃左右的環(huán)境下進(jìn)行使用。與普通的本征光纖相比，聚丙烯酸樹脂涂覆光纖的衰耗水平以及其他相關(guān)參數(shù)均無太大差異，基本相同。涂層所采用的為光固化模式，具備較高的生產(chǎn)效益，可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。雖然在參數(shù)和衰耗水平上和普通光纖無顯著差異，但是它的耐溫性卻很好，比較適合應(yīng)用在橋梁大壩或者鐵路的建設(shè)過程中。

3 金屬涂覆耐溫光纖生產(chǎn)工藝分析

金屬涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)制備工藝是眾多耐溫光纖制備工藝當(dāng)中最為不完善的工藝。主要表現(xiàn)在，金屬涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝整體來看比較簡單，而且大多數(shù)都是短距離的涂覆，并沒有辦法實(shí)現(xiàn)光棒拉絲的過程。直接在裸光纖上進(jìn)行長距離的金屬涂層。但由于金屬類型多樣，所以其具體的制備工藝也就比較多樣化了。常見的制備工藝包含熔融涂覆法、化學(xué)鍍法以及電鍍法等。本次針對金屬衣層生產(chǎn)磁控濺射爐制備金屬涂覆耐溫光纖材料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡要分析。濺射爐上一般會(huì)有兩個(gè)通孔，借助于系統(tǒng)的自動(dòng)控制裝置來實(shí)現(xiàn)同步。裸光纖在制備的過程中需要保持張力，這樣就可以在光線上進(jìn)行連續(xù)鍍膜。這種制備耐溫光纖材料的方法比較復(fù)雜，必須要對反應(yīng)物流量、放纖速度和濺射功率等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。與其它幾種耐溫光纖材料相比，金屬耐溫光纖的使用環(huán)境范圍更加廣泛，也只有金屬耐溫光纖能夠在溫度超過400℃的惡劣環(huán)境中得到應(yīng)用，而且不會(huì)對其傳輸性能產(chǎn)生不良影響。金屬涂層耐溫光纖受到高模量因素的影響，所以其衰減也比較高。但是這種類型材料的具體優(yōu)點(diǎn)很多，比如耐應(yīng)力和耐腐蝕性、耐低溫性都很好。比如它還可以在-269℃的低溫惡劣環(huán)境下進(jìn)行連續(xù)的使用。正是因?yàn)槠淠軌蛟诟訍毫拥沫h(huán)境中得到應(yīng)用還不影響其傳輸性能，所以也得到了不少行業(yè)的青睞。同時(shí)金屬涂覆耐溫光纖的機(jī)械強(qiáng)度較好，經(jīng)常被用在油氣井高溫探測中，或者是高壓、真空、航空、船舶制造等領(lǐng)域。

4 結(jié)語

當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得各行各業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出較好的趨勢。尤其是對于一些特殊的行業(yè)，如石油開采、航空航天等，對于溫度檢測的環(huán)境要求變得愈加嚴(yán)格，尤其是在環(huán)境比較惡劣的情況下需要進(jìn)行溫度測試，這就對光纖的耐溫性提出了更高的要求。我們生活中和科研項(xiàng)目中的光纖耐溫性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足實(shí)際需求，因此需要加大對耐溫光纖的研究，并積極優(yōu)化已有的耐溫光纖生產(chǎn)工藝，使其更好的為各行業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫可元.聚酰亞胺耐溫光纖生產(chǎn)工藝與性能[A].光纖材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟一屆五次理事會(huì)暨技術(shù)交流會(huì)文集[C].2015.

[2] 孫可元.耐溫光纖生產(chǎn)工藝及應(yīng)用[J].現(xiàn)代傳輸，2015（3）： 42-43.

[3] 韓吉聲，蘆志偉，李士建，等.光纖測溫技術(shù)在SAGD應(yīng)用效果分析[J].新疆石油科技，2010，20（2）：14-18.endprint