大尺寸多孔聚合物光纤预制棒的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸多孔聚合物光纤预制棒的制作方法。本发明专利技术的技术解决方案为：该方法包括以下步骤：１）原料的预处理；２）加热塑化；３）加热塑化后的高粘流体进入插有金属细棒的预制棒模具，模具温度为８０－１２０℃，充满后自然冷却，金属细棒占据了预制棒中孔的位置，冷却后抽去金属细棒，就形成多孔预制棒。本发明专利技术具有成本低、加工难度小，可实现规模化制造的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大尺寸多孔聚合物光纤预制棒的制作方法。
技术介绍
随着聚合物光纤制造技术的不断发展，低损耗的阶跃(SI)型聚合物光 纤(POF)在汽车/飞机内部，低损耗高带宽的梯度折射率(GI)聚合物光 纤(POF)在局域网、飞机、军舰内部等的普及应用迅猛膨胀。从上世纪70 年代的SIPOF到90年代GIPOF，再到2001年多孔POF的出现，反映了 POF 发展的趋势和规律。多孔聚合物光纤(holey-POF)是由澳大利亚的科学家Maryanne Large 在2001年，利用商品化聚甲基丙烯酸甲酯棒钻孔-热拉伸法首次成功制备， 并命名为，敫结构聚合物光纤(microstructured polymer optical fibre, MPOF)。 MPOF的出现为增强POF功能提供了许多新的机会。如果制造微结构光纤 的技术工艺达到批量生产的要求，则在普通聚合物光纤应用中存在的所有问 题将迎刃而解。因为对于MPOF，纤芯可以是空气，作为材料属性的吸收、 散射、色散和非线性就不存在了。这种变革的实现，将给聚合物光纤技术带 来翻天覆地的变化。因为聚合物材料加工温度低，制造设备费用低，而且掺 杂或其它功能化更容易实现。从MPOF问世以来，很多研究小组延续石英多孔光纤制造技术中的毛细 管堆积-拉伸法和钻孔法来制造MPOF预制棒。Maryanne Large就是利用计 算机控制的精密钻孔机床，把聚合物棒进行钻孔，得到多孔预制棒，再把这 种预制棒进行加热拉伸来制造微结构聚合物光纤。这样的预制棒力学结构稳 定，热拉伸后所设计的微孔结构能较好保持。但是利用这种方法制作多孔预 制棒的加工难度大、所得棒长有限，因此不可能实现规模化制造大尺寸高光学质量的多孔预制棒。由于MPOF的原材料、光纤制造与加工都很便宜；各种不同性能的MPOF能在同一制备技术框架内制造；如果能实现大尺寸高光学质量的多孔聚合物光纤预制棒的规模化制造，这将从根本上解决MPOF制造技术中的关键技术难题。
技术实现思路
本专利技术为解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，而提供一种成本低、加 工难度小，可实现规模化制造的大尺寸多孔聚合物光纤预制棒的制作方法。本专利技术的技术解决方案是本专利技术为一种大尺寸多孔聚合物光纤预制棒 的生产方法，其特殊之处在于该方法包括以下步骤1) 原料的预处理净化把商品化颗粒状热塑性透明聚合物材料用纯净水洗涤，以除去混 在其中的灰尘和其它杂质后，用离心机摔干水分；除湿干燥用除湿干燥机在80—95℃的温度下除去颗粒料所吸收的水分；2) 加热塑化将除湿干燥好的原料送入挤出机，在190-220度的温度 F加热塑化后，把它挤入与挤出机出料口衔接的预制棒模具中。3) 加热塑化后的高粘流体进入插有金属细棒的预制棒模具，模具温度 为80-100℃，充满后自然冷却，金属细棒占据了预制棒中孔的位置，冷却 后抽去金属细棒，就形成多孔预制棒。上述原料为聚甲基丙烯酸甲酯、或聚苯乙烯、聚碳酸酯等热塑性树脂。上述预制棒模具包括模具筒，上、下基座和金属细棒，上、下基座分别 设置在模具筒两端，上、下基座的端面上对称设置有金属细棒插入孔，上基 座的端面上还设置有进料口。上述预制棒模具外设置有保温加热器。上述预制棒模具外设置有加压装置。一种实现上述的大尺寸光子晶体聚合物光纤预制棒的生产方法的装置， 其特殊之处在于该装置包括净化装置、除湿干燥装置、加热熔化装置和预 制棒模具，净化装置接入除湿干燥装置，除湿干燥装置接入加热熔化装置，所述加热熔化装置接入预制棒模具。上述净化装置为超纯水喷淋器和离心摔干机组合装置。上述除湿干燥装置为除湿干燥机。上述加热熔化装置为单螺杆挤出机。上述预制棒模具包括模具筒，上、下基座和金属细棒，上、下基座分别 设置在模具筒两端，上、下基座的端面上对称设置有金属细棒插入孔，上基 座的端面上还设置有进料口。本专利技术通过放弃繁琐的毛细管堆积-拉伸预制棒制造技术，使得多孔预 制棒在模具中一次成型，不但避免了引入光纤结构缺陷次数，也减少了引入 灰尘杂质等污染的次数；同时因为孔洞形状、尺寸和位置可以通过模具设计实现，并且所得多孔预制棒力学结构完整，拉丝时不会在晶格内产生不规则的间隙孔洞，使MPOF的整体结构特征更好，非固有损耗更低。本专利技术适合 于一切热塑性高分子树脂材料，并且利用多套预制棒模具后可实现连续生附图说明图1为本专利技术预制棒模具的结构示意图； 图2为本专利技术装置的结构框图。 具体实施例方式本专利技术以商品化热塑性透明聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、 聚碳酸酯等)为原料，按如下工艺流程操作，就可以制造具有任何孔数及孔形状的大尺寸多孔聚合物光纤预制棒1) 、原料的预处理净化把商品化颗粒状热塑性透明聚合物材料用纯净水洗涤，以除去混 在其中的灰尘和其它杂质后，用离心机摔干水分。对于高规格包装的原料(比 如光学级有机玻璃)也可以省去此步骤。除湿干燥用除湿干燥机在80—95度除去颗粒料所吸收的水分。2) 加热塑化将除湿干燥好的原料送入挤出机(国产单螺杆挤出机， 螺杆直径45毫米，螺杆长径比25: 1，压縮比3.5)，在190-220度加热塑 化后，把它挤入与挤出机出料口衔接的预制棒模具中。3)加热塑化后的高粘流体进入插有金属细棒的预制棒模具，模具温度为80-120 QC，充满后自然冷却，金属细棒占据了预制棒中孔的位置，冷却 后抽去金属细棒，就形成多孔预制棒。其中原料可以为聚甲基丙烯酸甲酯、或聚苯乙烯、聚碳酸酯等热塑性树脂.参见图l，预制棒模具包括模具筒5，上基座2、下基座6、和金属细棒 4，上基座2、下基座6分别设置在模具筒5两端，上基座2、下基座6的端 面上对称设置有金属细棒插入孔3，上基座2的端面上还设置有进料口 1， 通过改变插入的金属细棒4的个数、细棒的插入位置、细棒的直径及端面几 何形状，可以制得各种不同类型的预制棒，预制棒模具外还设置有保温加热 器和加压装置。金属细棒4的横截面可以是方的、圆的、三角形、椭圆形、 腰形、梅花形等。模具筒5的直径、长度和形状决定了预制棒的外形，其外 形除圆型外也可以是方形、六角形等形状。参见图2，本专利技术的装置包括净化装置7、除湿干燥装置8、加热熔化装 置9和预制棒模具10，净化装置7接入除湿装干燥装置8，除湿干燥装置8 接入加热熔化装置9，加热熔化装置9接入预制棒模具10，其中 净化装置7由国产超纯水喷淋器和离心摔干机组合而成。 除湿干燥装置8为商品化除湿干燥机。 加热熔化装置9具体采用单螺杆挤出机实现加热熔化。 对采用本专利技术的方法制得的预制棒进行拉丝试验。所用预制棒直径是7 厘米，孔直径是2毫米，棒长40厘米。把其放在拉丝塔上，拉伸温度范围 在170-200。C，拉伸速度为20 m/min，送棒速度为7mm/min，得到直径150 微米的光纤长度超100千米，最终孔结构保持完好，其对应的孔直径在4微 米左右。权利要求1. 大尺寸光子晶体聚合物光纤预制棒的生产方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)原料的预处理净化把商品化颗粒状热塑性透明聚合物材料用纯净水洗涤，以除去混在其中的灰尘和其它杂质后，用离心机摔干水分；除湿干燥用除湿干燥机在80-95度的温度下除去颗粒料所吸收的水分；2)加热塑化将除湿干燥好的原料送入挤出机，在190-本文档来自技高网...

【技术保护点】
大尺寸光子晶体聚合物光纤预制棒的生产方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：１）原料的预处理：净化：把商品化颗粒状热塑性透明聚合物材料用纯净水洗涤，以除去混在其中的灰尘和其它杂质后，用离心机摔干水分；除湿干燥：用除湿干燥机在８０－９５度的温度下除去颗粒料所吸收的水分；２）加热塑化：将除湿干燥好的原料送入挤出机，在１９０－２２０度的温度下加热塑化后，把它挤入与挤出机出料口衔接的预制棒模具中。３）加热塑化后的高粘流体进入插有金属细棒的预制棒模具，模具温度为８０－１２０℃，充满后自然冷却，金属细棒占据了预制棒中孔的位置，冷却后抽去金属细棒，就形成多孔预制棒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽莉，陈兴华，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]