用于生产塑料光学部件的预成型品、制造预成型品的方法和塑料光导纤维技术

一种制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，该光学部件包含渐变折射率芯部部分和包层部分，其中芯部部分的折射率从它的中心到外径连续减小，且包层部分的折射率比芯部部分中心的折射率小０．０３或更多，该方法包括：　　　　第一步，制造用于包层部分的聚合物中空管，其中，聚合物中空管的内壁具有小于０．４μｍ的算术平均粗糙度；和　　　　第二步，使中空管的中空部分中的可聚合组分聚合，从而形成芯部部分。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产塑料光学部件的预成型品、制造预成型品的方法和塑料光导纤维
本专利技术涉及一种制造用于塑料光学部件的预成型品的方法、由该方法制造的预成型品和塑料光导纤维，特别涉及一种制造用于生产具有小传输损耗的渐变折射率塑料光导纤维的预成型品的方法。技术背景与同样构造的石英基光学部件相比，塑料光学部件具有易于制造和加工且廉价的优点，在近些年常常被应用于诸如光导纤维、光学透镜等等各种领域。其中，虽然与石英基光导纤维相比具有稍微大的传输损耗的缺点，塑料光导纤维具有极好的柔韧性、重量轻、易加工性、与石英基光导纤维相比易于制造大直径纤维，且制造费用低。这些特征是由于构成塑料纤维的单元纤维(element fiber)的整个部分实际上完全由塑料制成。因此研究塑料光导纤维用于短距离使用，在短距离使用中光纤的传输损失可以忽略。塑料光导纤维包括由使用聚合物作为基体的有机化合物组成的至少一个芯部，和由具有与芯部部分不同的折射率(通常具有较小的折射率)的有机化合物组成的壳体。在本专利申请书的下文中，芯部被称作“芯-->部部分”和壳体被称作“包层部分”。特别是，最近引起人们注意的是沿具有从中心到周缘部分方向折射率梯度的渐变折射率塑料光导纤维，因为它具有大传输容量。在一种已知的制造渐变折射率塑料光导纤维的方法中，光导纤维的基底材料(在本专利申请书的下文中被称作“预成型品”)通过界面凝胶聚合过程生产，所获得的预成型品然后被拉伸。在这一制造过程中，诸如甲基丙烯酸甲酯(MMA)的可聚合单体首先被放置在一个十分坚硬的聚合反应器中，当旋转反应器时，使得单体聚合，从而制造出由聚甲基丙烯酸酯或类似聚合体组成的中空管。中空管用于构成包层部分。接下来，作为芯部部分源材料的诸如MMA的单体、聚合引发剂、链转移剂、折射率调节剂等等被提供到中空管的中空部分中，且混合物受到界面凝胶聚合，因此形成芯部部分。通过界面凝胶聚合形成的芯部部分具有其中所包含的折射率调节剂或类似物的浓度梯度，且这是芯部部分折射率梯度的形成原因。这样所获得的预成型品，在大约180℃到250℃气氛中加热，被拉伸，因此获得渐变折射率塑料光导纤维(例如，参见日本专利No.3332922)。然而，众所周知，由于不容易制造出芯部部分和包层部分之间具有足够大的折射率差异的渐变折射率塑料光导纤维，弯曲塑料光导纤维导致会导致从已弯曲部位漏光，并从而引起所不希望的传输损耗的增加。作为这一问题的一种解决方案，一种推荐的方法是放置由具有小折射率的透明树脂构成的反射层(例如，参见日本已公开专利文件No.8-54521)反射层无疑能改善塑料光导纤维的弯曲损耗，但更进一步恶化了传输损耗。-->为了改善塑料光导纤维的传输损耗，已知一些制造塑料光导纤维的方法，在该方法中，其中的包层中空管具有表面粗糙度在特定范围内调节的内壁(例如，参见日本已公开专利文件No.2000-352627、No.8-338914和No.62-231904)。然而，这些专利技术涉及没有折射率渐变的SI(阶跃折射率)型光导纤维，同时注意到由于光在芯部/包层界面的散射，包层中空管的内壁的平均粗糙度能直接带来性能降低。与此相反，被称为GI型的渐变折射率光导纤维，由于折射率渐变，改善了性能，且必需配置成以便具有稳定的折射率分布曲线。因为光导纤维通过一次生产预成型品和拉伸该品制造，所以还发现，预成型品包层部分内壁的平均粗糙度会大大影响拉伸后的芯部直径。也就是说，在GI型塑料光导纤维中，预成型品阶段的包层管的内壁的平均粗糙度会大大影响传输特性，且会引起各种问题。
技术实现思路
在考虑以上问题后，本专利技术得到构思，因此一个目的是提供一种稳定地制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，该光学部件在纵向方向具有均匀的折射率渐变曲线，且芯部部分直径变化较小。本专利技术的另一个目的是提供一种稳定地制造具有小传输损耗和宽传输频带的塑料光学纤维的方法。一方面，本专利技术要提供一种制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，该光学部件包含渐变折射率芯部部分和包层部分，其中芯部部分的折射率从它的中心到外径连续减小，包层部分的折射率比芯部部分-->中心的折射率小0.03或更多，该方法包括：第一步，制造用于包层部分的聚合物中空管，其中聚合物中空管的内壁具有小于0.4μm的算术平均粗糙度；和第二步，使中空管的中空部分中可聚合成分聚合，从而形成芯部部分。另一方面，本专利技术要提供一种通过拉伸预成型品制造塑料光导纤维的方法，该预成型品通过制造用于生产塑料光导纤维的预成型品的上述方法获得。又一方面，本专利技术要提供一种由上述制造塑料光导纤维的方法获得的塑料光导纤维。再一方面，本专利技术要提供一种用于光学部件的聚合物中空管，该中空管具有算术平均粗糙度小于0.4mm的内壁。另一方面，本专利技术要提供一种用于制造光学部件用的聚合物中空管的设备，包含用于熔融挤压成形的制造线。应理解，本专利申请书中的“折射率从中心到外周边连续减小”的表达包含沿从中心到外周边的具体方向的任何折射率减小。在组成芯部部位的区域具有圆柱形形状的示例情况下，折射率只要沿径向从圆柱体的中心到外周边减小就足够了，并不需要在圆柱体的纵向方向也减小。附图说明图1是显示基于可用于制造本专利技术光学构件的内精压模系统的熔融挤压成形机的典型配置的剖面示意图；图2是显示基于可用于制造本专利技术光学构件的外模真空吸入系统的-->熔融挤压成形机的制造线的典型配置的示意图；以及图3是可用于制造本专利技术光学构件的模压模的透视图。具体实施方式本专利技术涉及一种制造所谓的GI型的塑料光学部件和所使用的预成型品的方法，特别是涉及一种包含渐变折射率芯部和折射率比芯部的中心部分的折射率小0.03或更多的包层部分的塑料光学部件，芯部中折射率从芯部的中心到外径连续递减。制造本专利技术的预成型品的方法包含：第一步，制造要作为包层部分的聚合物中空管；第二步，使中空管的中空部分中的可聚合成分聚合，从而形成芯部部分，这里中空管具有算术平均粗糙度小于0.4μm的内壁。在前面所述范围内调节的中空管内壁的表面粗糙度能成功减少芯部/包层界面处的光线散射，也能减少芯部在通过拉伸或类似方式加工成光导纤维后其直径的变化。这使得可以稳定地制造高性能塑料光导纤维，该塑料光导纤维仅具有由散射引起的小的传输损耗，也能减少由于折射率渐变曲线均匀性的降低引起的频带特性的退化。本专利技术的方法也有利于提高生产率，因为本方法能稳定地生产出芯部部分的直径变化很小且具有均匀的折射率渐变曲线的预成型品。下面的段落将描述用于制造要作为包层部分的聚合物中空管的第一步。第一步中制造的中空管具有算术平均粗糙度小于0.4μm，优选地0.3μm或更少，更优选地0.25μm或更少的内壁。它的下限理想的是0μm，-->那意味着完全没有粗糙度。但考虑到所有用到的工序实际极限落在大约0.05μm。本专利申请书中提到的算术平均粗糙度是通过计算粗糙度的算术平均值获得，粗糙度使用Keyence公司的彩色激光3D轮廓显微镜VK-8500观测内壁得到。所得到的中空管的内圆周的理想的几何形状是一个真正的圆，或优选地尽可能接近圆形，具有98％或更高圆度。考虑到有助于通过测量拉伸后所获得纤维的外径来控制拉伸条件，中空管的厚度优选地是均匀的。通过适当地选择制造中空管的方法，以及在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，该光学部件包含渐变折射率芯部部分和包层部分，其中芯部部分的折射率从它的中心到外径连续减小，且包层部分的折射率比芯部部分中心的折射率小0.03或更多，该方法包括：第一步，制造用于包层部分的聚合物中空管，其中，聚合物中空管的内壁具有小于0.4μm的算术平均粗糙度；和第二步，使中空管的中空部分中的可聚合组分聚合，从而形成芯部部分。2、如权利要求1所述的制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，其特征在于：在第一步中，中空管通过熔融挤压成型或注入成型制造。3、如权利要求1或2所述的制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，其特征在于：中空管由含氟单体的均聚物或共聚物构成。4、如权利要求1到3中任何一个所述的制造用于生产塑料光学部件的预成型品的方法，其特征在于，进一步包括：在将可聚合组分装入中空管之前，在中空管的内壁上形成外芯部层的步骤，其中外芯部层由具有与芯部部分的基体相同组分的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：白仓幸夫，小仓徹，高桥裕树，三好孝仁，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：