[发明专利]多层共挤出法连续制备阶跃型塑料光纤的方法

说明书

技术领域

本发明属于高速光通讯网络中的宽带接入网领域与信息通讯的多媒体材料技术领域，特别是涉及折射率沿突变性的阶跃型塑料光纤的制备方法。

背景技术

现代通讯正以突飞猛进的速度向高速、大容量方向发展。多媒体通讯的兴起要求其传输的信息内容丰富、频带宽。为此对接入网的带宽的要求与日俱增。故需把通讯网络，特别是家庭接入网拓宽，使之适合于通讯高速公路的需要。目前，光纤通讯发展极为迅速，其触角已经遍及邮电通讯主干线、铁路、电力系统、广播电讯、交通系统、计算机网络、军事、工业企业内部通讯等领域。但利用玻璃光纤为光信息的传输介质在家庭接入网中，却遇到了综合价格高、维护和安装费用昂贵等难题。所以目前世界各国均采用光纤到路边的方式(FTTC)。即采用玻璃光纤与电缆混合接入网。由于受到电缆的低速限制，致使整个网络系统出现瓶颈效应，所以无法实现高速运行。这便是人们所熟知的“最后一英里问题”。已成为阻碍信息高速公路直达千家万户最大的难题之一。

可提供宽带接入业务的传输媒质包括双绞线、同轴电缆、石英光纤和塑料光纤。石英光纤能完全满足带宽和电磁兼容性的要求，但其芯径很小(8～65μm)，连接中要求较高的对准精度，从而给连接带来诸多不便，成本高是阻碍其在短距离通信网络中应用的主要因素。因此，在短距离的通信网络中通常使用双绞线。双绞线的成本较低，但带宽小、损耗大、电磁兼容性差。塑料光纤(POF)在高速短距离通信网络中具有显著竞争力，它在100～1000m范围内带宽可达数MHz，而成本与双绞线相当。塑料光纤的数值孔径大(0.3～0.5)，连接时不必苛求精确对准，且其芯径大(0.5～1mm)，连接时易于对准，可以使用廉价的注塑连接器，因而塑料光纤的连接简便且成本较低。另外，塑料光纤的重量轻，可挠性好，易于在狭窄的空间内铺设。因此，塑料光纤将成为实现光纤到家(FTTH)的理想的终端传输媒质，并可直接用于工业控制，成为工控网络的传输媒质。

塑料光纤接入网的综合成本(包括塑料光纤、网络器件、网络施工费用、网络维护费用等)将比利用玻璃光纤为介质低得多，是未来光纤入户和计算机局域网光纤化的理想系统。塑料光纤的缺点是信号衰减稍大，只适用于短途通信，使用寿命约为十年。所以如何降低塑料光纤对光信号的衰减是当前研究的主要方向。

近年来，塑料光纤在照明、灯饰、太阳能的利用等领域又有了新的应用。从而使塑料光纤的需求量大幅度增长。在这些领域中，塑料光纤不但需要有较好的传光性能，同时要求塑料光纤有更好的柔韧性，以便满足在上述领域的使用过程中的需要。为使塑料光纤有较好的柔韧性，通常使用一种柔韧性更好的外包层材料，比如在以聚甲基丙稀酸甲酯为芯材的塑料光纤体系中采用聚偏氟乙烯为外包层材料。由于聚偏氟乙烯具有较好的柔韧性，使得塑料光纤整体的柔韧性有较大的提高。但是由于两种材料具有不同的物性，所以在共挤出时，两种不同种类的材料黏度、流变形能、乃至材料的相容性均有所差异，导致在形成的两层塑料光纤的接合处形成缺陷，所以势必影响塑料光纤的光学性质。大量的实践已经表明上述问题的存在。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有工艺存在的缺陷，提供一种多层共挤出法连续制备阶跃型塑料光纤的方法，以得到低衰减且柔韧性好的阶跃型塑料光纤。

阶跃型塑料光纤的特点是折射率沿径向呈突变分布的塑料光纤。阶跃型塑料光纤通常由两层材料组成，两层材料呈同心圆形的圆柱体。通常阶跃型塑料光纤由两台单螺杆挤出机经共挤工艺制备。由于塑料光纤口径较大，通常纤径高达1mm。从而造成塑料光纤的柔韧性能下降。为克服这种工艺的缺点，本发明提出多层共挤出的方法，在通常两层的基础上，增加一层柔韧层，以增加塑料光纤的柔韧性，此层包裹在光纤的最外层，从而不影响光纤的通光性能，同时可大大增加塑料光纤的柔韧性。另外根据需要，也在拉制光纤的同时，再增加外保护层，形成四层结构，从而使塑料光纤光缆的生产在同一机组上同时完成。

本发明提出在两层结构的塑料光纤体系中，增加一层反光层(通常称为包层)，然后在外层的反光层外再包裹一层柔韧层，以便在保持塑料光纤良好的光学性能的同时，大幅度提高塑料光纤的柔韧性。如果在反光层与柔韧层之间的结合仍有问题，也可以在它们之间再增加一层过渡层，形成四层结构的塑料光纤。三层材料或更多层材料的形成是同时在三个或更多的单螺杆挤出机中经共挤模头挤出，形成塑料光纤。

本发明的多层共挤出法连续制备阶跃型塑料光纤的方法包括以下步骤：