光纤及其成型方法与流程

本发明涉及光纤技术领域，特别是指一种光纤及其成型方法。

背景技术：

随着光纤光缆应用环境的扩展，耐温85℃的普通光纤已经无法满足在航空航天、风电、石油天然气和高温工业蒸汽管道检测等特殊环境下的使用。在恶劣环境中光纤仍要保持良好传输特性，对光纤的光学性能、机械性能及可靠性提出了更高的要求。光纤的使用温度直接由涂层材料所决定，目前，耐高温光纤的涂层材料主要有四种：耐高温丙烯酸树脂、有机硅胶、聚酰亚胺及金属。金属涂层的光纤耐温等级可以达到400℃，但是生产厂商较少且基本无商业应用；聚酰亚胺光纤是有机涂层中耐温等级最好的，但是其生产工艺相对复杂，拉丝速度慢2m/min-20m/min，生产效率较低，而且由于聚酰亚胺模量较大，其作为涂层的光纤衰减较高。

耐温等级200℃的光纤介绍很少，目前技术存在的问题是，耐温200℃光纤涂层固化方式为热固化和紫外(uv)固化两种，热固化速度慢，较难实现规模化生产；紫外固化的效率较高，但要进行后续的热处理，并进行紧包，工艺复杂。

技术实现要素：

鉴于以上内容，有必要提供一种改进的光纤的制备方法。

本发明提供的技术方案为：一种光纤的成型方法，包括以下步骤：

将光纤预制棒经2000℃以上高温熔融，牵引抽拉成丝；

冷却所述丝的温度至45-55℃；

在冷却后的丝表面采用丙烯酸树脂或有机硅树脂进行涂覆，然后紫外固化，得到一次涂覆纤丝；

在一次涂覆纤丝表面采用有机硅树脂进行涂覆，然后紫外固化，得到光纤。

进一步的，所述丙烯酸树脂的粘度为2000-5000cps。

进一步的，所述有机硅树脂的粘度为3000-8000cps。

进一步的，所述牵引抽拉成丝过程中牵引速度为200-500m/min。

进一步的，所述紫外固化为采用紫外光引发树脂聚合在所述光纤上形成不溶不熔的固体涂膜，所述紫外固化的时长为0.2-0.6s。

进一步的，所述光纤预制棒的外径为40-200mm。

进一步的，在所述牵引抽拉成丝的步骤之后且所述冷却的步骤之前，对所述丝的丝径进行测量以达到预设丝径。

进一步的，所述光纤成型之后采用自动收线装置收绕于光纤盘上。

本发明还提供一种光纤，采用所述的光纤的成型方法得到，由芯至外依次包括芯层、包层、内涂层和有机硅外涂层，其中所述内涂层包括丙烯酸内涂层或有机硅内涂层。

进一步的，所述光纤为单模光纤或多模光纤。

进一步的，所述光纤能够在200℃下长期使用，或在250℃环境下使用至少7天。

与现有技术相比，本发明采用丙烯酸树脂(或有机硅树脂)和有机硅树脂进行双层涂覆，光纤直径达到245μm，可以在200℃下长期使用，性能稳定；可短期在250℃环境下使用至少7天；该方法工序简单、高效，制造的耐温光纤其具有的筛选强度为100kpsi或200kpsi，涂层均匀，可以提供段长超过50km，适合长距离使用，光纤疲劳值nd大于20。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一实施方式中光纤的制备流程图。

图2为本发明一实施方式中光纤的结构示意图。

附图标记说明:

芯层101

包层102

内涂层103

有机硅外涂层104

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。

本文中“段长”：整根光纤的长度。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。

请参阅图1，一种光纤的成型方法，包括以下步骤：

步骤s1：将光纤预制棒经2000-2200℃高温熔融，牵引抽拉成丝。

在具体实施方式中，所述牵引抽拉成丝过程中牵引速度为200-500m/min。该牵引速度低于200m/min，一方面会导致生产慢；另一方面，光纤包层直径不易控制稳定，从而会影响光学性能。该牵引速度高于500m/min时，固化时间少，但有可能造成固化效果不佳，光纤涂覆的均匀性难控制，且光纤的外观差，同时对光纤性能有不利影响。所述光纤预制棒的外径为40-200mm。

步骤s2：冷却所述丝的温度至45-55℃。

步骤s3：在冷却后的丝表面采用丙烯酸树脂或有机硅树脂进行涂覆，然后紫外固化，得到一次涂覆纤丝。

在具体实施方式中，所述丙烯酸树脂的粘度为2000-5000cps，所述有机硅树脂的粘度为3000-8000cps。所述紫外固化为采用紫外光引发树脂聚合在所述光纤上形成不溶不熔的固体涂膜，所述紫外固化的时长为0.2-0.6s。紫外固化时间过短，固化不足，会导致光纤发粘，在牵引移动过程中容易断纤；紫外固化时间过长，固化过度，光纤较硬，光纤衰减较大。

步骤s4：在一次涂覆纤丝表面采用有机硅树脂进行涂覆，然后紫外固化，得到光纤。

在具体实施方式中，所述有机硅树脂的粘度为3000-8000cps。所述紫外固化为采用紫外光引发树脂聚合在所述光纤上形成不溶不熔的固体涂膜，所述紫外固化的时长为0.2-0.6s。紫外固化时间过短，固化不足，会导致光纤发粘，在牵引移动过程中容易断纤；紫外固化时间过长，固化过度，光纤较硬，光纤衰减较大。

上述丙烯酸树脂或有机硅树脂的粘度均不宜太小，会导致涂覆涂料流挂，固化效果不好；当然也不宜太大，粘度大，流动性就差，需要加温处理，而实际上加热温度又不宜太高，且若在较大粘度下涂覆，一方面粘附力不好，固化时间长，固化后易产生内应力，不利于光纤的性能，如衰减特性会变差。

在具体实施方式中，还包括以下步骤：

步骤s12：在所述牵引抽拉成丝的步骤s1之后且所述冷却的步骤s2之前，对所述丝的丝径进行测量以达到预设丝径。

步骤s5：所述光纤成型之后采用自动收线装置收绕于光纤盘上。

采用以上成型方法得到的光纤，由芯至外依次包括芯层101、包层102、内涂层103和有机硅外涂层104，其中所述内涂层103包括丙烯酸内涂层或有机硅内涂层。所述光纤为单模光纤或多模光纤，如图2所示。所述光纤能够在200℃下长期使用，或在250℃环境下使用至少7天。对比现有有机硅胶涂层光纤的生产成本较高，效率较低，还需要后期涂层热处理，本发明通过对先后涂覆的涂料粘度控制，二次涂覆配合紫外固化即获得耐温200-250℃的光纤，制备工艺简单，高效，光纤的衰减低，机械性能好。

下面举例对本发明的光纤制备过程和成品的性能进行详细阐述。

实施例1

本例中石英光纤为单模光纤，结构为9/125μm，内涂层为耐高温丙烯酸树脂涂覆层(涂料粘度2000～5000cps)，外涂层为有机硅树脂涂覆层(涂料粘度3000-8000cps)，内外涂覆层均可以通过紫外光照进行固化。该光纤内涂层直径210μm，外涂层直径243μm，常温下光纤在1310nm处的衰减为0.34db/km，1550nm处的衰减为0.23db/km，光纤筛选强度200kpsi，段长大于50km，nd＝22；在200℃环境下，光纤的附加衰减值小于0.04db/km；在250℃环境下放置7天，光纤的附加衰减值小于0.05db/km。

实施例2

本例中石英光纤为多模光纤，结构为50/125μm或62.5/125μm，内涂层为耐高温丙烯酸树脂涂覆层，外涂层为有机硅树脂涂覆层，内外涂覆层均可以通过紫外光照进行固化。该光纤内涂层直径210μm，外涂层直径243μm，常温下光纤在850nm处的衰减为2.41db/km，1300nm处的衰减为0.62db/km，光纤筛选强度100kpsi，段长大于10km。

实施例3

本例中石英光纤为单模光纤，结构为9/125μm，内涂层为有机硅树脂涂覆层，外涂层为有机硅树脂涂覆层，涂层可通过紫外光照进行固化。该光纤内涂层直径200μm，外涂层直径241μm，常温下光纤在1310nm处的衰减为0.35db/km，1550nm处的衰减为0.24db/km，光纤筛选强度100kpsi，段长大于50km，nd＝21；在200℃环境下，光纤的附加衰减值小于0.05db/km；能在250℃环境下使用至少7天。

对比例1

本对比例与实施例1相比，区别在于所用外涂层为耐高温丙烯酸树脂涂覆层(涂料粘度2000～5000cps)，其余均与实施例1相同。所制得的光纤涂层直径为240μm，常温下光纤在1310nm处的衰减为0.32db/km，1550nm处的衰减为0.21db/km，光纤筛选强度200kpsi，段长大于50km，nd＝21.4；在150℃环境下，光纤的附加衰减值小于0.05db/km，但在200℃环境下，光纤的附加衰减值大于0.05db/km。

比较实施例1和对比例1，可以看出，丙烯酸双涂层的光纤处于高温下的衰减特性明显不及本发明的丙烯酸/有机硅双涂层的光纤的衰减特性，对比例1仅在200℃环境下，其附加衰减值就出现大于0.05db/km的情形。在本发明的设计范围内，无论采用丙烯酸/有机硅双涂层、或者是有机硅/有机硅双涂层的光纤均能在200℃下长期使用，性能稳定，衰减小。

综上，本发明提出的高温恶劣环境下适用的耐温光纤使用双层树脂涂覆，光纤直径达到245μm，可以在200℃下长期使用，性能稳定；可短期在250℃环境下使用至少7天。本发明制造的耐温光纤其具有的筛选强度为100kpsi或200kpsi，涂层均匀，可以提供段长超过50km，适合长距离使用，光纤疲劳值nd大于20。

以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。