氣相二氧化硅對(duì)紫外光固化光纖涂料性能的影響

潘小龍

新特能源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830011

1 實(shí)驗(yàn)

紫外光固化光纖涂料選取的填料為氣相二氧化硅，應(yīng)用紫外燈開(kāi)展固化工作時(shí)，在玻璃片中涂上配好的樣品，水平放置于紫外燈下實(shí)施固化，固化時(shí)間應(yīng)用秒表計(jì)量。然后，開(kāi)展涂料涂覆工作，可運(yùn)用紫外光固化光纖涂覆機(jī)開(kāi)展。

實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的固化膜需要放置在丙酮溶液中進(jìn)行萃取，時(shí)限為24小時(shí)。取出后干燥并稱量，計(jì)算凝膠含量，可利用公式m1/m0×100%得到，其中的m1和m0表示的是固化膜在萃取前后具有的質(zhì)量。

固化膜需要浸泡于水48小時(shí)，再利用濾紙的吸水作用將表面水分吸干，需要對(duì)固化膜浸泡前后的質(zhì)量變化進(jìn)行稱量，將質(zhì)量增加值與初始質(zhì)量進(jìn)行比較，得到固化膜吸水率。在涂覆時(shí)，需要采取逐漸加快涂覆速度的過(guò)程，能夠保障光纖不粘手的最大速度為光纖涂覆速度，還要針對(duì)光纖材料涂覆前后的光纖損耗，得到的損耗增加值為光纖涂料的附加損耗。

2 結(jié)果與討論

從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，氣相二氧化硅（SiO2）的加入量對(duì)所配涂料的流動(dòng)性具有一定的影響。當(dāng)加入量達(dá)到30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下相同）時(shí)，所配涂料流動(dòng)性缺失；如果加入量達(dá)到35%，所配涂料的狀態(tài)出現(xiàn)了不透明情況，如果在所配涂料中加入的填料達(dá)到過(guò)量的現(xiàn)象，涂料所具有的固化膜脆性變大，無(wú)法滿足光纖涂料制造的標(biāo)準(zhǔn)要求。而能夠滿足光纖涂料制造要求的填料數(shù)量為2%-3%最佳[1]。

2.1 對(duì)涂料固化速度的影響

涂料要達(dá)到固化的目的需要滿足固化的標(biāo)準(zhǔn)要求，而填料的填入對(duì)涂料固化速度具有較大的影響力度，比如填料的加入量如果在3%以下時(shí)，實(shí)施涂膜固化措施，固化速度未發(fā)生顯著性的差異；增加添入量至10%、20%，涂料固化速度受到了影響，產(chǎn)生了下降的趨勢(shì)，但是下降幅度較小?？梢?jiàn)，填料加入量在3%以下時(shí)，對(duì)涂料固化速度的影響甚微，表明氣相二氧化硅微粒不會(huì)對(duì)光纖涂料固化性能產(chǎn)生不良效果，在應(yīng)用時(shí)不作影響因素考慮。

2.2 對(duì)涂料吸水性的影響

涂料吸水性也是本次實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)對(duì)象，因?yàn)槲詻Q定著二氧化硅微粒是否具備保護(hù)光纖的能力。二氧化硅微粒的保護(hù)能力主要表現(xiàn)在：通過(guò)自身具備的較大表面積不斷吸附擴(kuò)散進(jìn)入到涂層中的任何一個(gè)活性基團(tuán)，從而達(dá)到降低光纖表面活性基團(tuán)濃度的目的，達(dá)到保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)中采取二氧化硅填料的加入量方式驗(yàn)證二氧化硅的吸水能力，結(jié)果表現(xiàn)出氣相二氧化硅填料隨著添加量的增加，涂料吸水率逐漸降低；如果填料的添加量在2%以上時(shí)，涂料吸水率呈現(xiàn)出恒定狀態(tài)。分析原因與聚合物吸水率大于二氧化硅吸水率相關(guān)，聚合物吸水率大的原因是聚合物的涂層極易被水滲透，而二氧化硅作為一種吸附劑能夠?qū)⑦M(jìn)入聚合物涂層中的水分有效吸附，并快速到達(dá)飽和狀態(tài)，并在聚合物涂層的外表層產(chǎn)生防水保護(hù)層，成功阻滯水的再次擴(kuò)散。所以，涂料中的氣相二氧化硅含量越高，涂料吸水率越低并處于穩(wěn)定狀態(tài)，而對(duì)聚合物涂層最佳的改性效果是氣相二氧化硅含量為2%。

2.3 對(duì)涂料觸變性的影響

涂料體系具有松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，是由多個(gè)次價(jià)鍵組成，如氫鍵、Vander Waals鍵等。如果涂料體系受到高剪切力的作用，擁有的松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，從而使體系粘度逐漸降低；如果高剪切力作用有效消除，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸恢復(fù)，體系粘度也會(huì)隨之恢復(fù)如初，這種受外力變化而產(chǎn)生隨時(shí)間變化的結(jié)構(gòu)可逆性叫做觸變性[2]。涂料在涂覆工作中要達(dá)到涂覆質(zhì)量，需要涂料體系粘度暫時(shí)性的下降，目的是形成良好的流平性，促進(jìn)涂覆效果，而在涂覆結(jié)束時(shí)，需要體系粘度恢復(fù)到最初狀態(tài)，能夠避免流掛現(xiàn)象發(fā)生。為達(dá)到上述要求，可使用氣相二氧化硅，因?yàn)榇宋镔|(zhì)是較好的觸變劑，能夠滿足涂覆過(guò)程中的要求。氣相二氧化硅具有觸變能力的因素是表面存在硅醇基，硅醇基之間可以形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是由氫鍵交聯(lián)形成。如果氣相二氧化硅具備硅醇基結(jié)構(gòu)越多，具有的增稠、觸變性能越高。研究中驗(yàn)證氣相二氧化硅的加入量對(duì)自身具備的觸變性能的影響，結(jié)果可見(jiàn)，二氧化硅加入量與觸變指數(shù)形成線性變化關(guān)系，在1%-3%的氣相二氧化硅加入量狀態(tài)下，具有良好的觸變能力。如果在涂料中加入2%的氣相二氧化硅后，實(shí)施涂覆固化工作，結(jié)果顯示能夠明顯改善未加入填料涂層具有的觸變效果，并且表面具有光滑平整的特點(diǎn)，與光纖涂料的標(biāo)準(zhǔn)要求相一致。如果涂料中加入3%以下的填料時(shí)，不會(huì)影響涂料涂覆時(shí)所產(chǎn)生的附加損耗。

3 二氧化硅的作用機(jī)理探討

到目前為止，二氧化硅的作用機(jī)理仍然還不明確。從眾多研究學(xué)者的研究結(jié)果來(lái)看，存在著以下的結(jié)論：一是涂層中含有的二氧化硅能夠有效改善光纖存在的疲勞與老化問(wèn)題存在以下三種作用機(jī)理：首先，水?dāng)U散進(jìn)入光纖涂層內(nèi)，對(duì)二氧化硅產(chǎn)生溶解作用，并使二氧化硅達(dá)到了飽和狀態(tài)。溶解后的二氧化硅飽和溶液進(jìn)入到光纖表面，對(duì)光纖表面存在的溶解速度產(chǎn)生作用，實(shí)現(xiàn)速度減緩；其次，二氧化硅微粒擁有較大表面積，能夠有效吸附擴(kuò)散進(jìn)入涂層內(nèi)的任何一個(gè)活性基團(tuán)，使基團(tuán)濃度降低后，不會(huì)再與光纖表面存在的二氧化奎產(chǎn)生任何反應(yīng)；最后，二氧化硅具有高表面活性的特點(diǎn)，能夠使光纖表面活性基團(tuán)極易與二氧化硅產(chǎn)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)光纖的目的[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氣相二氧化硅填料對(duì)紫外光固化光纖涂料的吸水率產(chǎn)生了較大的影響，通過(guò)加入適量的填料能夠降低聚合物涂層吸水率，從而改善了光纖存在的疲勞與老化現(xiàn)象，并加大了涂料觸變性，有效改善光纖表面性能。