技术领域
[0001] 本
发明涉及光纤领域，特别涉及一种光纤及其制备方法。
背景技术
[0002] 近来，随着特种光纤技术的迅速发展，其应用范围已延伸到了高温等各种恶劣环境体系，对光纤的光学和机械性能要求也在日益提高，需要光纤在恶劣环境
温度的使用条件下仍保持良好的光学特性，在航空航天、军工等领域更好的发挥作用。目前本行业相关人士针对耐高温光纤进行了大量研究和生产，而与之对应的能够适应低温乃至极寒条件的光纤研究较少。
[0003]
专利201310441152.0公开了一种耐高温光纤，
工作温度范围在-65～300℃，所述的聚酰亚胺涂料为含有酰亚胺基链接的芳杂环高分子化合物，涂覆层
固化后的
弹性模量为2～8GPa，工作
环境温度范围为-65～300℃。也就是说，在此
基础上的工艺方法中，内、外涂层可以分别为改性
硅橡胶涂料涂覆层和聚酰亚胺涂料涂覆层，其中所述的改性硅橡胶涂料为有机硅改性硅橡胶OF-101，固化条件为150℃热固化30min。该种方法虽然能制造出工作温度至-65℃的低温，但存在固化速率慢，效率低等问题，不适合大规模高速光纤
拉丝。
发明内容
[0004] 为了解决
现有技术的问题，本发明
实施例提供了一种光纤及其制备方法。所述技术方案如下：
[0005] 一方面，提供了一种光纤，包括
石英光纤及其涂层，石英光纤由芯层和包层构成，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率，所述石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层和外涂层，其特征在于，所述内涂层所用涂料的
玻璃化转变温度为-50℃～-70℃，折射率为1.4～1.5，固化后弹性模量为0.3～0.5MPa；所述外涂层所用涂料的折射率为1.5～1.6，固化后弹性模量为800MPa以上；内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，所述内涂层和外涂层均经紫外固化而成。光纤工作温度范围为-70℃～80℃，在-70℃～80℃条件下，光纤1550nm、1625nm、1310nm附加衰减值小于0.05dB。
[0006] 优选的，常温下，所述内涂层所用涂料的
粘度为5000～6000cps，60℃粘度小于1000cps，固化后伸长率在150％以上，
抗拉强度在0.3Mpa以上；所述外涂层所用涂料的粘度为5000～5500cps，60℃粘度小于400cps，固化后伸长率在20％以上，抗拉强度在30Mpa以上。
[0007] 优选的，所述内涂层所用涂料和所述外涂层所用涂料均为改性
丙烯酸树脂，所述内涂层的改性丙烯酸树脂由丙烯酸树脂和含量不超过10％的改性剂制成，所述外涂层的改性丙烯酸树脂由丙烯酸树脂和含量不超过5％的改性剂制成。
[0008] 优选的，所述改性剂包括聚乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸、聚1，4－丁二烯(顺)、丙烯酸正丁脂、聚丙烯酸－2－乙基己酯、聚
己二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯中的一种或几种。
[0009] 优选的，所述内涂层和外涂层均采用一次涂覆-固化、二次涂覆-固化的方式，所述一次涂覆涂覆器
水温为30～70℃，压
力为0.2～0.5Mpa；所述二次涂覆涂覆器水温为30～60℃，压力为0.2～0.7Mpa。
[0010] 优选的，所述内涂层和外涂层均采用采用一次涂覆-二次涂覆-固化方式，所述一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.6Mpa；所述二次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.7Mpa。
[0011] 优选的，所述石英光纤为单模光纤或多模光纤，所述石英光纤包括芯层和包层，在包层外包覆所述内涂层和外涂层。
[0012] 另一方面，提供了一种光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0013] (1)选用石英光纤的预制棒；
[0014] (2)高温拉丝，
温度控制在2000℃以上，拉丝过程中对裸纤直径进行测量，并通过恒
张力PLC自动控制方式对裸纤直径进行控制，保证裸纤直径在要求范围内；
[0015] (3)对裸纤进行冷却；
[0016] (4)由裸纤表面从内至外依次进行涂覆并固化内涂层和外涂层，形成光纤，其中所述内涂层所用涂料的
玻璃化转变温度为-50℃～-70℃，折射率为1.4～1.5，固化后弹性模量为0.3～0.5MPa；所述外涂层所用涂料的折射率1.5～1.6，固化后弹性模量为800MPa以上；所述内涂层和外涂层均经紫外固化而成，所述内涂层和外涂层的固化时间均小于2s；
[0017] (5)对光纤进行搓动，保证光纤的偏振膜色散在要求范围内；
[0019] 9、根据
权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，涂覆固化方式采用一次涂覆-固化、二次涂覆-固化的方式，所述一次涂覆水温为30～70℃，压力为0.2～0.5Mpa；所述二次涂覆水温为30～60℃，压力为0.2～0.7Mpa；或者涂覆固化方式采用一次涂覆-二次涂覆-固化方式，所述一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.6Mpa；所述二次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.7Mpa。
[0020] 优选的，对拉丝或牵引速度进行控制，且对预制棒、裸纤或光纤进行
定位，保证其在高温拉丝的炉体正中心；在所述步骤(3)中，通过通入氦进行冷却，冷却时间小于6ms。
[0021] 从以上技术方案可知，本发明实施例提供的光纤及其制备方法具有以下良好技术效果：
[0022] 1、通过上述方法生产的光纤，光纤在-70℃、1310nm、1550nm、1625nm附加衰减小于0.05dB/km，光纤的衰减性能良好，符合G652D光纤的国标要求；
[0023] 2、内、外涂层均采用改性丙烯酸树脂涂料，由于得到的涂覆层模量小，拉伸强度较高，断裂延伸率较大，对
基层伸缩或开裂
变形的适应性较强，能起到较好的缓冲作用；通过内、外两耐低温涂覆层的复合，使得石英光纤能在0～-70℃低温环境下正常工作并保持较低的衰减，从而大大提高了光纤的应用特性，适用于-70～80℃的温度范围条件，低温可至-70℃，扩展了石英光纤的低温使用范围，可用于低温恶劣工作环境，拓展了石英光纤的应用领域；
[0024] 3、在对采用上述涂料的内涂层、外涂层进行固化时，采用紫外固化方式，时间可以缩短至小于2s，大大减少了固化时间，提高了光纤生产效率，适合大规模高速光纤拉丝，可广泛应用于低衰减耐低温光纤领域。
附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1是本发明实施例提供的光纤的结构示意图；
[0027] 图2是本发明实施例提供的光纤的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029] 本发明实施例提供了一种光纤及其制备方法，其中该光纤包括石英光纤，芯层的折射率大于包层的折射率，石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层和外涂层，内涂层所用涂料的玻璃化转变温度为-50℃～-70℃，折射率为1.4～1.5，固化后弹性模量为0.3～0.5MPa；外涂层所用涂料的折射率1.5～1.6，固化后弹性模量为800MPa以上；内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层和外涂层均经紫外固化而成。光纤工作温度范围为-70℃～80℃，在-70℃～80℃条件下，光纤1550nm、1625nm、1310nm附加衰减值小于0.05dB。该光纤在具有满足国标要求的低衰减性能、涂层性能良好的同时，满足-70～80℃的低温环境，扩展了温度适用范围。并且，制备工艺由于使用了耐极寒光纤涂料，相应在拉丝工艺上进行了改进，固化时间减少，从而缩短了制备过程的时间，制备效率更高，适合大批量连续化生产。
[0030] 优选地，上述方案中，内涂层所用涂料的粘度5000～6000cps，60℃粘度小于1000cps，固化后伸长率150％以上，抗拉强度0.3Mpa以上；外涂层所用涂料的粘度5000～
5500cps，60℃粘度小于400cps，固化后伸长率20％以上，抗拉强度30Mpa以上。
[0031] 优选地，上述方案中，内涂层所用涂料和外涂层所用涂料均包括改性丙烯酸树脂，内涂层的改性丙烯酸树脂由丙烯酸树脂和含量不超过10％的改性剂制成，外涂层的改性丙烯酸树脂由丙烯酸树脂和含量不超过5％的改性剂制成。
[0032] 优选地，上述方案中，改性剂包括聚乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸、聚1，4－丁二烯(顺)、丙烯酸正丁脂、聚丙烯酸－2－乙基己酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯中的一种或几种。
[0033] 优选地，上述方案中，内涂层和外涂层均采用一次涂覆-固化、二次涂覆-固化的方式，一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.5Mpa；所述二次涂覆涂覆器水温为30～60℃，压力为0.2～0.7Mpa。
[0034] 优选地，内涂层和外涂层均采用采用一次涂覆-二次涂覆-固化方式，一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.6Mpa；所述二次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.7Mpa。
[0035] 优选地，石英光纤为单模光纤或多模光纤，石英光纤包括芯层和包层，在包层外包覆所述内涂层和外涂层。
[0036] 下面结合具体实施例和附图对本发明实施例提供的光纤及其制备方法作进一步说明。
[0037] 实施例1
[0038] 图1是本发明实施例提供的光纤的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的光纤从内向外依次包括石英光纤，石英光纤包括芯层1和包层2，石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层3和外涂层4。内涂层3所用涂料为改性丙烯酸树脂，其玻璃化转变温度为-50℃～-70℃，折射率为1.4～1.5，固化后弹性模量为0.3～0.5MPa；外涂层4所用涂料为改性丙烯酸树脂，其折射率为1.5～1.6，固化后弹性模量为800MPa以上。内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层3和外涂层4均经紫外固化而成，涂覆-固化的方式均采用一次涂覆-固化、二次涂覆-固化的方式，一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为
0.2～0.5Mpa；二次涂覆涂覆器水温为30～60℃，压力为0.2～0.7Mpa。在工艺实践中，这种涂覆-固化方式一般适用于拉丝或牵引速度在1500m/min以下的光纤制备中。
[0039] 该实施例通过采用上述涂料以及相应的涂覆-固化工艺制备的光纤具有以下性能：在-70～80℃温度条件下，光纤1550nm、1625nm、1310nm附加衰减小于0.05dB/km，光纤的衰减性能良好，符合常规的国标要求；并且在内涂层、外涂层进行固化时，固化时间可以缩短至小于2s，大大减少了固化时间，提高了光纤生产效率。
[0040] 实施例2
[0041] 如图1所示，本发明实施例提供的光纤从内向外依次包括石英光纤，石英光纤包括芯层1和包层2，石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层3和外涂层4。内涂层3所用涂料为改性丙烯酸树脂，其玻璃化转变温度为-70℃～-80℃，折射率为1.4～1.5，粘度为5000～6000cps，60℃粘度小于1000cps，固化后弹性模量为0.3～0.5MPa，固化后伸长率在150％以上，抗拉强度在0.3Mpa以上；外涂层4所用涂料为改性丙烯酸树脂，其折射率为1.5～1.6，粘度为5000～5500cps，60℃粘度小于400cps，固化后弹性模量为800MPa以上，固化后伸长率
20％以上，抗拉强度30Mpa以上。内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层3和外涂层4均经紫外固化而成，涂覆-固化的方式均采用一次涂覆-二次涂覆-固化方式，一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.6Mpa；所述二次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.7Mpa。在工艺实践中，这种涂覆-固化方式一般适用于拉丝或牵引速度在1500m/min以上的光纤制备中。
[0042] 该实施例通过采用上述涂料以及相应的涂覆-固化工艺制备的光纤具有以下性能：在-70～80℃温度条件下，光纤1550nm、1625nm、1310nm附加衰减小于0.05dB/km，光纤的衰减性能良好，符合常规的国标要求；并且在内涂层、外涂层进行固化时，固化时间可以缩短至小于2s，大大减少了固化时间，提高了光纤生产效率。
[0043] 实施例3
[0044] 如图1所示，本发明实施例提供的光纤从内向外依次包括石英光纤，石英光纤包括芯层1和包层2，石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层3和外涂层4。内涂层3所用涂料为改性丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂和含量为8％的改性剂制成，改性剂由聚乙烯和苯乙烯组合而成，这里的聚乙烯可以线性聚乙烯或环状聚乙烯；外涂层4所用涂料为改性丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂和含量为5％的改性剂制成，改性剂为丙烯酸正丁脂。内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层3和外涂层4均经紫外固化而成。
[0045] 实施例4
[0046] 如图1所示，本发明实施例提供的光纤从内向外依次包括石英光纤，石英光纤包括芯层1和包层2，石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层3和外涂层4。内涂层3所用涂料为改性丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂和含量为6％的改性剂制成，改性剂为聚丙烯酸－2－乙基己酯；外涂层4所用涂料为改性丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂和含量为3％的改性剂制成，改性剂为聚1，4－丁二烯(顺)。内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层3和外涂层4均经紫外固化而成。
[0047] 实施例5
[0048] 如图1所示，本发明实施例提供的光纤从内向外依次包括石英光纤，石英光纤包括芯层1和包层2，石英光纤外表面从内至外依次包覆内涂层3和外涂层4。内涂层3所用涂料为改性丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂和含量为5％的改性剂制成，改性剂为聚己二酸丁二醇酯；外涂层4所用涂料为改性丙烯酸树脂，由丙烯酸树脂和含量为2％的改性剂制成，改性剂为聚己内酯。内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层3和外涂层4均经紫外固化而成。
[0049] 需要说明的是，上述实施例中内涂层、外涂层所用涂料的改性剂选择是示例性的，可以采用的改性剂还可以包括甲基丙烯酸、丙烯酸正丁脂、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸乙二醇酯等低分子化合物或
聚合物，或者采用其他符合要求的低分子聚醚、聚酯类聚合物。这里的改性剂选择原则是：通过选择的改性剂对丙烯酸树脂进行改性，而使得得到的改性丙烯酸树脂具有较低的玻璃化转变温度，例如-50℃～-70℃。
[0050] 上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
[0051] 实施例6
[0052] 图2是本发明实施例提供的光纤的制备方法流程示意图。如图2所示，该光纤的制备方法包括以下步骤：
[0053] (1)选用石英光纤的预制棒；
[0054] (2)利用吊棒机构对光纤预制棒进行吊装，吊棒机构将预制棒吊起，提升至高温炉炉口上方，通过调整机构水平
位置，保证预制棒位于炉口中心。然后将预制棒缓慢送至炉口中，在2000℃以上条件下将预制棒加热
软化，从而进行拉丝。可以通过调整炉体功率，对拉丝张力进行控制。并且，利用裸纤丝径测量装置对裸纤丝径进行测量，通过恒张力PLC自动控制方式保证光纤裸纤直径在要求的标准范围内。采用高温熔炉对光纤预制棒进行高温拉丝，温度控制在1500℃以上，拉丝过程中对裸纤直径进行测量，并通过恒张力PLC自动控制方式对裸纤直径进行控制，保证裸纤直径在要求范围内；
[0055] (3)对裸纤进行冷却，通
过冷却装置对裸纤进行冷却，冷却装置管壁接有恒温介质，可以通过通入氦进行冷却，冷却时间控制为小于6ms；
[0056] (4)由裸纤表面从内至外依次进行涂覆并固化内涂层和外涂层，形成光纤，其中内涂层所用涂料的玻璃化转变温度为-50℃～-70℃，折射率为1.4～1.5，固化后弹性模量为0.3～0.5MPa；外涂层所用涂料的折射率1.5～1.6，固化后弹性模量为800MPa以上；内涂层所用涂料和外涂层所用涂料具有不同的折射率，内涂层和外涂层均经紫外固化而成，且内涂层和外涂层的固化时间均小于2s；根据拉丝或牵引速度的不同选择相应的涂覆固化方式。当拉丝或牵引速度在1500m/min以上时，涂覆固化方式采用一次涂覆-固化、二次涂覆-固化的方式，所述一次涂覆水温为30～70℃，压力为0.2～0.5Mpa；二次涂覆水温为30～60℃，压力为0.2～0.7Mpa。当拉丝或牵引速度在1500m/min以下时，涂覆固化方式采用一次涂覆-二次涂覆-固化方式，所述一次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.6Mpa；二次涂覆涂覆器水温为30～70℃，压力为0.2～0.7Mpa。需要注意的是，这里根据拉丝或牵引速度的不同选择相应的涂覆固化方式仅仅是示例性的，本发明实施例涂覆固化方式的选择不限于此。
[0057] (5)对光纤进行搓动，保证光纤的偏振膜色散在要求范围内；
[0058] (6)对光纤进行收线，采用收线装置将光纤以小张力收线，绕到光线盘完成生产。
[0059] 在上述整个制备过程中，利用定位装置对预制棒、裸纤或光纤进行定位，保证其在高温拉丝的炉体正中心，并且，利用拉丝速度控制装置或系统(如速度控制轮)对拉丝或牵引速度进行控制，速度控制轮起到夹持光纤、控制拉丝速度的作用，将拉丝或牵引速度控制65m/min以上。
[0060] 上述制备方法制备出的光纤在-70～80℃温度条件下，光纤1550nm、1625nm、1310nm附加衰减小于0.05dB/km，光纤的衰减性能良好，符合常规的国标要求；并且在内涂层、外涂层进行固化时，固化时间可以缩短至小于2s，大大减少了固化时间，提高了光纤生产效率，适合大规模高速光纤拉丝，可广泛应用于低衰减耐低温光纤生产中。
[0061] 需要说明的是：上述实施例提供的光纤的制备方法实施例与光纤实施例属于同一发明构思，这里不再赘述。
[0062] 综上所述，本发明实施例提供的光纤及其制备方法具有以下良好技术效果：
[0063] 1、通过上述方法生产的光纤，光纤在-70℃的1310nm，1550nm、1625nm附加衰减小于0.05dB/km，光纤的衰减性能良好，符合G652D光纤的国标要求；
[0064] 2、内、外涂层均采用改性丙烯酸树脂涂料，由于得到的涂覆层模量小，拉伸强度较高，断裂延伸率较大，对基层伸缩或开裂变形的适应性较强，能起到较好的缓冲作用；通过内、外两耐低温涂覆层的复合，使得石英光纤能在0～-70℃低温环境下正常工作并保持较低的衰减，从而大大提高了光纤的应用特性，适用于-70～80℃的温度范围条件，低温可至-70℃，扩展了石英光纤的低温使用范围，可用于低温恶劣工作环境，拓展了石英光纤的应用领域；
[0065] 3、在对采用上述涂料的内涂层、外涂层进行固化时，采用紫外固化方式，时间可以缩短至小于2s，大大减少了固化时间，提高了光纤生产效率，适合大规模高速光纤拉丝，可广泛应用于低衰减耐低温光纤领域。
[0066] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
