包含多层涂层体系的光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤，它包含玻璃纤维和三个或更多个包封所述玻璃纤维的涂层，其中所述三个或更多个涂层包括与所述玻璃纤维接触的一次涂层、一个或多个包围所述一次涂层的中间涂层以及包围所述一个或多个中间涂层的二次涂层。描述了具有改进的微弯性能的三涂层和四涂层体系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含多层涂层体系的光纤相关申请的交叉参考本申请要求2009年8月12日提交的题为“包含多层涂层体系的光纤”的美国临时专利申请第61/233273号的权益和优先权，本文以该申请的内容为依据并通过参考将其全文结合于此。
本专利技术一般涉及光纤涂层体系、包含此涂层体系的光纤及其制造方法。技术背景光纤通常包含玻璃芯和至少两个涂层，例如一次涂层(即内涂层)和二次涂层 (即外涂层)。一次涂层直接施涂在玻璃纤维上，然后固化形成包封玻璃纤维的具有柔软性、弹性和顺应性的材料。一次涂层起缓冲作用，在弯折光纤、卷绕光纤或敷设光缆时垫衬和保护玻璃纤芯；但一次涂层也可保护玻璃表面，防止吸水，吸水可能加快裂纹扩展，加剧静态疲劳，导致光纤出故障。二次涂层施涂在一次涂层上，起坚韧的外保护层的作用，防止玻璃纤维在加工和使用过程中受到损害。二次涂层优选具有某些特性。二次涂层组合物在固化之前应具有合适的黏度，并能够快速固化，以便能够加工光纤。二次涂层在固化之后应具有以下特性既有足以保护被包封的玻璃纤维的硬度，又有足够的方便加工的挠性(即模量)；吸水性低；黏附性低，以便能够加工光纤；具有化学耐受性；对一次涂层具有足够的黏合力。一次涂层也优选具有某些特性。一次涂层组合物在固化之前也应具有合适的黏度，并能够快速固化，以便能够加工光纤。一次涂层在固化之后必须具有足够低的模量，以便通过释放纤维上的应力来垫衬和保护纤维，所述应力可能引起微弯，结果使信号传输效率降低。这种垫衬效应必须在纤维的整个使用寿命期间得到保持。由于一次涂层与二次涂层之间的热膨胀性质存在差异，一次涂层的玻璃化转变温度(Tg)必须低于可预见的最低使用温度，这能使一次涂层在整个使用温度范围内保持弹性。最后，对于一次涂层而言重要的是，要具有良好的玻璃黏合性，又要能够被大小合理的力量以机械方式从单根纤维或带上除去，同时留下极少的残留物(优选没有残留物)。这些要求给涂层，特别是一次涂层，提出了彼此冲突的约束条件。例如，当一次涂层又软又厚时，带剥除性能差，对一次涂层的机械损伤大，但在同样的条件下，抗微弯性得到改善。当涂层非常柔软时，针对静态疲劳的保护一般也变差。迄今为止，制造商仅供应了在这些性质之间达成折中的涂层。为了应对高密度或极小光缆中的纤维对更能抗微弯的涂层的要求，商业涂层比10年前更柔软，但两层纤维涂层的基本结构始终未变。然而，制缆商(cabler)继续迫切要求更多的改进，两层复合材料可能再也不能满足要求。因此，人们希望开发一种光纤涂层体系，它能改善微弯性能和疲劳引起的故障率，使之超过常规两层体系所能达到的水平，同时保持或改进涂层的可剥除性。本专利技术旨在克服本领域中的这些缺陷。
技术实现思路
本专利技术第一方面涉及一种光纤，它包含玻璃纤维和三个或更多个包封所述玻璃纤维的涂层，其中所述三个或更多个涂层包括与所述玻璃纤维接触的一次涂层、一个或多个包围所述一次涂层的中间涂层以及包围所述一个或多个中间涂层的外涂层。较佳的是，本专利技术的光纤的外涂层直径(即横截面尺寸)约小于300 μ m。根据一个优选的实施方式，一次涂层的杨氏模量为约0. 025MPa至约3MPa，更优选为约.05MPa至约3MPa，且/或Tg为约_100°C至约_25°C，而中间涂层包含下述一种或两种情况其杨氏模量基本上等于或低于一次涂层的杨氏模量，其玻璃化转变温度(Tg)基本上等于或低于一次涂层的Tg。根据另一个优选的实施方式，所述光纤包含至少四个包封玻璃纤维的涂层，其中所述至少四个涂层包括与所述玻璃纤维接触的一次涂层、包围所述一次涂层的第一中间涂层、包围所述第一中间涂层的第二中间涂层以及包围所述第二中间涂层的外涂层。所述第一中间涂层包含下述一种或两种情况其杨氏模量大于一次涂层的杨氏模量，其玻璃化转变温度(Tg)高于一次涂层的Tg;所述第二中间涂层包含下述一种或两种情况其杨氏模量小于第一中间涂层的杨氏模量，其Tg低于第一中间涂层的Tg ；所述外涂层包含下述一种或两种情况其杨氏模量大于第二中间涂层的杨氏模量，其Tg高于第二中间涂层的Tg。较佳的是，本专利技术的光纤的外涂层直径(即横截面尺寸)约小于300μπι。如本文所用，经固化的一次涂层或第二中间涂层材料的杨氏模量利用抽出型 (pull-out type)原位模量测试方法测量，如 Steeman 等 “Mechanical Analysis of the in-situ Primary Coating Modulus Test for Optical Fibers"( it^^i&B^s.WM 测试的机械分析)所述,该文献载于Proc. of the 5 2nd International Wire and Cable Symposium(第52届国际电线与电缆研讨会论文集)第41页。经固化的第一中间涂层或外涂层材料的模量可利用IHz 频率下的动态机械分析法或者一次/二次涂层复合结构(从玻璃纤维上剥离该复合结构之后)的三点弯曲法确定。由于二次涂层的模量差不多比一次涂层的模量大三个数量级，所以一次涂层的贡献可忽略不计。“基本上相同”是指该固化产品的杨氏模量大于或小于比较聚合物材料的固化产品的杨氏模量值的幅度不超过约20%，更优选高于或低于的幅度不超过约17. 5%，最优选高于或低于的幅度不超过约15%。如本文所用，涂层材料的玻璃化转变温度(Tg)是指其热膨胀系数发生剧烈变化的温度。低于此温度则材料较脆，而高于此温度则材料较柔韧。Tg可利用IHz频率下的动态机械分析法确定。“基本上相同”是指该Tg 高于或低于比较聚合物材料所测Tg的幅度不超过约10°C，更优选高于或低于的幅度不超过约5°C，最优选高于或低于的幅度不超过约2°C。本专利技术第二方面涉及一种光纤带或束，所述光纤带或束包含多根如本专利技术第一方面所述的光纤和包封所述多根光纤的基体材料。本专利技术第三方面涉及一种通信系统，所述通信系统包含如本专利技术第一方面所述的光纤或者如本专利技术第二方面所述的光纤带或束。本专利技术第四方面涉及制备如本专利技术第一方面所述的光纤的方法。此方法包括以下步骤用三种或更多种可聚合组合物涂覆玻璃纤维，并使所述三种或更多种可聚合组合物发生聚合，从而形成三个或更多个包封玻璃纤维的涂层，由此制成光纤。按照本专利技术制作光纤涂层具有多个优点。一个显著的优点是，可以调节最里面的涂层(一次涂层)和最外面的涂层(二次涂层)的尺寸，这些涂层常常包含昂贵的添加剂，甚至包含控制其性质的主要组分，调节尺寸就可以减少单位长度的光纤对这种添加剂/组分的消耗。例如，通过控制最里面的涂层的尺寸，可减少玻璃黏合促进剂(adhesion promoter)和表面活性剂载体在单位长度的纤维上的用量；而通过控制最外面的涂层的尺寸，可减少增黏剂(tackifier)、润滑剂、滑爽添加剂(slip additive)、蜡和提高光子俘获效率的添加剂(光学增亮剂)在单位长度的纤维上的用量。此外，在一个或多个中间涂层中使用更少的低聚物或光引发剂也可减少低聚物或光引发剂在单位长度的纤维上的总含量。 最后，在本专利技术的一些实施方式中，相比于在目前可购得的商业纤维上可获得的涂层体系， 所述三个或更多个涂层的总厚度可减小。这些改变都应该可以显著节省成本。例如，黏合促进剂往往较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CK·陈，R·C·莫尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：