耐溫光纖生產(chǎn)工藝研究

張嘉琛

摘 要：耐溫光纖由于自身具備的優(yōu)質(zhì)性能，即便是在惡劣的環(huán)境下也可以保持良好的傳輸穩(wěn)定性能，因此逐漸成為了光纖器件材料的主流。本次筆者將針對(duì)耐溫光纖材料中的聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆耐溫光纖、聚酰亞胺涂覆耐溫光纖以及金屬涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析。旨在為今后實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)工藝的改善奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：耐溫光纖 生產(chǎn)工藝 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TN253 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）11（a）-0119-02

耐溫光纖在惡劣環(huán)境下的傳輸性能也十分穩(wěn)定，而且還可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，所以近幾年來(lái)其應(yīng)用范圍也在進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)前光纖傳感技術(shù)得到了快速的發(fā)展，耐溫光纖經(jīng)過(guò)二次加工能夠得到更廣泛的應(yīng)用，比如地鐵、橋梁大壩、電力工程和隧道等，所以其應(yīng)用量也得到了不斷的提高[1]。正是由于光纖適用范圍的拓展，使得不少高溫或者低溫環(huán)境中也需要使用到光纖，因此也為耐溫光纖提供了較好的發(fā)展市場(chǎng)。

1 聚酰亞胺涂覆耐溫光纖生產(chǎn)工藝分析

此種耐溫光纖主要是將聚酰亞胺涂在光纖的表面，一般會(huì)采用電爐烘箱來(lái)進(jìn)行固化，從而降低拉絲速度，所花費(fèi)的熱固化時(shí)間比較長(zhǎng)。固化時(shí)的溫度會(huì)對(duì)涂層之后的使用性能產(chǎn)生影響[2]。為了使聚酰亞胺材料能夠適應(yīng)快速拉絲固化的要求，需要對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)前就我國(guó)國(guó)內(nèi)制備聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝而言，大都是采用拉絲、涂覆以及配合臥式電烘箱固化等。圖1為聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝，工藝的拉絲速度控制在2～20m/min左右。借助于高溫拉絲爐在高溫的環(huán)境下將光棒進(jìn)行加熱，達(dá)到了熔融狀態(tài)之后就將其從爐子的下部出口位置拉出。圓形電爐屬于固化裝置，電爐內(nèi)包含了高溫區(qū)域，主要目的是為了讓聚酰亞胺材料得到固化。高溫區(qū)域還可以進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分，即溶劑揮發(fā)區(qū)域以及分子合成區(qū)域等，這兩個(gè)區(qū)域之間的溫度又會(huì)產(chǎn)生差異。為了使光纖的固化參數(shù)、涂覆參數(shù)等達(dá)到規(guī)定的要求，可以多次進(jìn)行涂覆和固化之間的循環(huán)，最終使光纖材料表面上的涂覆層達(dá)到均勻狀態(tài)。

除了采用熱固化方式制備聚酰亞胺涂覆耐溫光纖，還發(fā)明了一種利用立式電烘箱進(jìn)行涂覆和固化的光纖制備工藝。此種立式制備工藝和我國(guó)國(guó)內(nèi)的臥式制備工藝十分類(lèi)似。在進(jìn)行預(yù)固化之后需要二次涂覆光纖，在涂覆工藝中包含了不同的涂覆單元，每次經(jīng)過(guò)涂覆單元，都應(yīng)該增大單邊涂覆的厚度，每個(gè)涂覆單元結(jié)束后都需要接受高溫固化，最終也是在涂覆和固化之間進(jìn)行循環(huán)。采用立式制備方式的優(yōu)點(diǎn)就是可以對(duì)涂層的厚度進(jìn)行全面精確的控制，這樣就會(huì)使涂層和光纖的同心度問(wèn)題得到有效解決，但是其制備的成本相對(duì)更高[3]。聚酰亞胺涂覆耐溫光纖所應(yīng)用的溫度范圍比較廣泛，它能夠在-200℃～400℃之間的環(huán)境中進(jìn)行使用。而它的衰減速度一般為0.5dB/km。聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的耐溫性明顯較好，因此也被應(yīng)用在了諸多領(lǐng)域，更適合在抗輻射和電力工程的測(cè)溫系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。

2 聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆耐溫光纖的制備工藝分析

此種類(lèi)型的耐溫光纖材料主要是國(guó)外所采用的產(chǎn)品。比如當(dāng)前在OFS、Corning等公司進(jìn)行推廣。聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝如下：高溫電阻爐或者感應(yīng)爐中的溫度需要控制在2000℃左右，然后將光棒置于其中進(jìn)行熔融，將熔融之后的物質(zhì)進(jìn)行抽絲，需要將其抽絲成裸光纖，直徑為125μm。裸光纖需要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，通常情況下會(huì)采用到惰性氣體進(jìn)行冷卻，再將其放入到涂覆裝置當(dāng)中。涂覆裝置會(huì)結(jié)合光線內(nèi)層和外層之間的差異來(lái)進(jìn)行具體的涂覆。Wet-on-dry是制備聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆光纖材料中常見(jiàn)的涂覆工藝，分別需要使用到不同的涂覆材料，借助于紫外固化爐來(lái)將光線進(jìn)行快速的固化，最終制備成符合標(biāo)準(zhǔn)的光纖。

就我國(guó)國(guó)內(nèi)而言也有一部分的廠家生產(chǎn)和銷(xiāo)售此種類(lèi)型的耐溫光纖材料，比如亨通公司和長(zhǎng)飛公司等，其中亨通公司所選擇的聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆光纖材料是一種新型的光固化耐溫材料，同時(shí)也對(duì)Wet-on-dry這種傳統(tǒng)的涂覆工具進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化。聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆耐溫光纖屬于眾多耐溫光纖制備工藝中比較成熟的一種方式，而且此種類(lèi)型的耐溫光纖能夠在溫度為150℃左右的環(huán)境下進(jìn)行使用。與普通的本征光纖相比，聚丙烯酸樹(shù)脂涂覆光纖的衰耗水平以及其他相關(guān)參數(shù)均無(wú)太大差異，基本相同。涂層所采用的為光固化模式，具備較高的生產(chǎn)效益，可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。雖然在參數(shù)和衰耗水平上和普通光纖無(wú)顯著差異，但是它的耐溫性卻很好，比較適合應(yīng)用在橋梁大壩或者鐵路的建設(shè)過(guò)程中。

3 金屬涂覆耐溫光纖生產(chǎn)工藝分析

金屬涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)制備工藝是眾多耐溫光纖制備工藝當(dāng)中最為不完善的工藝。主要表現(xiàn)在，金屬涂覆耐溫光纖的生產(chǎn)工藝整體來(lái)看比較簡(jiǎn)單，而且大多數(shù)都是短距離的涂覆，并沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)光棒拉絲的過(guò)程。直接在裸光纖上進(jìn)行長(zhǎng)距離的金屬涂層。但由于金屬類(lèi)型多樣，所以其具體的制備工藝也就比較多樣化了。常見(jiàn)的制備工藝包含熔融涂覆法、化學(xué)鍍法以及電鍍法等。本次針對(duì)金屬衣層生產(chǎn)磁控濺射爐制備金屬涂覆耐溫光纖材料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。濺射爐上一般會(huì)有兩個(gè)通孔，借助于系統(tǒng)的自動(dòng)控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。裸光纖在制備的過(guò)程中需要保持張力，這樣就可以在光線上進(jìn)行連續(xù)鍍膜。這種制備耐溫光纖材料的方法比較復(fù)雜，必須要對(duì)反應(yīng)物流量、放纖速度和濺射功率等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。與其它幾種耐溫光纖材料相比，金屬耐溫光纖的使用環(huán)境范圍更加廣泛，也只有金屬耐溫光纖能夠在溫度超過(guò)400℃的惡劣環(huán)境中得到應(yīng)用，而且不會(huì)對(duì)其傳輸性能產(chǎn)生不良影響。金屬涂層耐溫光纖受到高模量因素的影響，所以其衰減也比較高。但是這種類(lèi)型材料的具體優(yōu)點(diǎn)很多，比如耐應(yīng)力和耐腐蝕性、耐低溫性都很好。比如它還可以在-269℃的低溫惡劣環(huán)境下進(jìn)行連續(xù)的使用。正是因?yàn)槠淠軌蛟诟訍毫拥沫h(huán)境中得到應(yīng)用還不影響其傳輸性能，所以也得到了不少行業(yè)的青睞。同時(shí)金屬涂覆耐溫光纖的機(jī)械強(qiáng)度較好，經(jīng)常被用在油氣井高溫探測(cè)中，或者是高壓、真空、航空、船舶制造等領(lǐng)域。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得各行各業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出較好的趨勢(shì)。尤其是對(duì)于一些特殊的行業(yè)，如石油開(kāi)采、航空航天等，對(duì)于溫度檢測(cè)的環(huán)境要求變得愈加嚴(yán)格，尤其是在環(huán)境比較惡劣的情況下需要進(jìn)行溫度測(cè)試，這就對(duì)光纖的耐溫性提出了更高的要求。我們生活中和科研項(xiàng)目中的光纖耐溫性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足實(shí)際需求，因此需要加大對(duì)耐溫光纖的研究，并積極優(yōu)化已有的耐溫光纖生產(chǎn)工藝，使其更好的為各行業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫可元.聚酰亞胺耐溫光纖生產(chǎn)工藝與性能[A].光纖材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟一屆五次理事會(huì)暨技術(shù)交流會(huì)文集[C].2015.

[2] 孫可元.耐溫光纖生產(chǎn)工藝及應(yīng)用[J].現(xiàn)代傳輸，2015（3）： 42-43.

[3] 韓吉聲，蘆志偉，李士建，等.光纖測(cè)溫技術(shù)在SAGD應(yīng)用效果分析[J].新疆石油科技，2010，20（2）：14-18.endprint