塑料光纖與石英光纖相比，具有成本低、制作工藝簡(jiǎn)單、數(shù)值孔徑大等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、局域網(wǎng)(LAN)、醫(yī)療及傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，塑料光纖以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為纖芯時(shí)，其包層需折射率較低(約1．4z)的氟樹(shù)脂}以聚苯己烯(Ps)或苯乙烯一丙烯酸酯類共聚物為纖芯時(shí)，因?yàn)镻S的折射率較高(約1．59)，可以用丙烯酸系樹(shù)脂(折射率約為1．49)作為包層．

   塑料光纖的包層可以用不同的方法制作_】]．如果涂層材料是固體，可以采用芯材料、涂層材料同時(shí)擠壓成形的辦法來(lái)制作塑料光纖(涂層一芯塑料光學(xué)纖維)，這種方法對(duì)設(shè)備要求較高}或者采用二次擠壓法，即再次在光學(xué)纖維芯上用擠壓法均勻地包裹一層涂層材料，但在用熔融的涂層擠壓到纖芯上時(shí)，涂層和纖芯之間有較大的溫差，制成光纖后，往往在光纖的芯一包層界面形成殘留熱應(yīng)力，影響光纖的各項(xiàng)性能，且很難使涂層與芯同心．如果涂層材料是液體，則可以采取浸泡法，即將采用上法得到的光學(xué)纖維芯通過(guò)放有涂層材料液體的涂覆槽，這樣就可以在芯材料上均勻地涂上一層涂層．

  對(duì)于PS類芯塑料光纖，液態(tài)涂層材料一般是由已經(jīng)聚合好的PMMA溶解于溶劑中，涂覆于光纖芯上后，經(jīng)過(guò)烘道使溶劑揮發(fā)，在光纖芯上得到一層均勻的包層．作者制作的PS-MMA芯塑料光纖的衰減已降低到180 dB／km 左右．

  1 溶劑型熱滌覆

  采用本體聚合法聚合PMMA，通過(guò)控制分子鏈調(diào)節(jié)劑用量來(lái)制取不同相對(duì)分子質(zhì)量的PMMA，然后溶于甲基丙烯酸甲酯中制成不同粘度的涂覆液，涂覆于PS-MMA共聚物纖芯上，經(jīng)過(guò)烘道使MMA揮發(fā)，在纖芯上得到一均勻的PMMA包層．

從涂覆效果看，相對(duì)分子質(zhì)量大、粘度大的包層膜強(qiáng)度高，相反，相對(duì)分子質(zhì)量小、粘度小的膜強(qiáng)度低．但相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)高，涂覆液粘度大，易造成難以均勻涂覆，表面有顆粒出現(xiàn)影響塑料光纖性能．這是因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量大，涂覆層分子鏈長(zhǎng)，分子鏈問(wèn)的纏結(jié)多，形成的包層強(qiáng)度就高；但當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量高到一定程度，涂覆層中分子鏈問(wèn)纏結(jié)過(guò)多，有可能形成分子鏈團(tuán)，無(wú)法均勻地溶到溶劑中，造成包層表面有顆粒出現(xiàn)．

經(jīng)實(shí)驗(yàn)比較，溶劑型熱涂覆塑料光纖的涂覆液相對(duì)分子質(zhì)量宜在10~15萬(wàn)，這樣得到的包層表面

無(wú)顆粒出現(xiàn)，而且具有足夠的強(qiáng)度．

   塑料光纖纖芯的溶劑型熱涂覆工藝具有明顯的缺陷，由于涂覆液的粘度不能過(guò)高，烘道溫度因受到纖芯的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度丁限制不能過(guò)高，故從纖芯涂上涂層到涂層完全固化需要較長(zhǎng)的時(shí)間(一般為幾分鐘)，在涂層固化之前光纖易粘附上各種粒子，影響光纖的性能．而且溶劑的揮發(fā)對(duì)操作環(huán)境的污染也不容忽視．

  2 光纖包層的紫外光固化

研究了紫外光固化涂層的方法，讓纖芯通過(guò)盛有含光引發(fā)劑的單體涂覆液的涂覆槽，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，用紫外光光聚臺(tái)涂層單體形成包層，得到塑料光纖．這種紫外光固化工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單，芯一包層問(wèn)無(wú)殘留熱應(yīng)力，涂層固化迅速，無(wú)溶劑揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn)．

  2．1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中光引發(fā)劑為安息香乙醚，比較了單體為MMA及丙烯酸甲酯(MA)的涂層紫外固化涂覆效果．以安息香乙醚引發(fā)MMA為例，首先是安息香乙醚吸收紫外光能量后激發(fā)至三線激發(fā)態(tài)，光敏分解為兩種自由基．然后，自由基與MMA單體反應(yīng)，形成活化單體.

  2．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

   在相同的引發(fā)劑含量下，紫外光引發(fā)聚合MMA涂層所需時(shí)間較MA多，可能是由于MMA的1、1 二取代的作用．在形成大分子鏈時(shí)取代基之間相互作用引起的聚合體空間張力跚導(dǎo)致聚臺(tái)反應(yīng)的能量值降低，從而降低了MMA光引發(fā)聚合反應(yīng)速率，丙烯酸甲醇的聚合熱為78．9kJ／tool口]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了甲基丙烯酸甲醇的聚合熱57．9 kJ／too1．另外，光固化時(shí)間隨著引發(fā)劑含量的增加而減少，但當(dāng)引發(fā)劑的含量大到一定程度時(shí)，光固化時(shí)間下降變得緩慢，

   因?yàn)榈蜐舛裙庖l(fā)劑的涂層，自由基產(chǎn)生一般較均勻，高濃度光引發(fā)劑涂層，則在靠近光源的涂層表面．易產(chǎn)生較高濃度的自由基，而在涂層一芯的界面處，光化學(xué)活性比較小，因而整個(gè)涂層的完全固化時(shí)間下降變得緩慢．光引發(fā)聚合MMA及MA單體涂層雖然比熱涂覆速度快，但對(duì)于塑料光纖的涂層固化來(lái)說(shuō)，固化所用的時(shí)間越少越好．因此，本文研究了紫外光引發(fā)聚合MMA及MA的預(yù)聚體系(單體熱引發(fā)預(yù)聚到所需粘度后加人光引發(fā)劑，混合均勻，抽真空)．單體預(yù)聚后，不但因?yàn)槠湟呀?jīng)進(jìn)行了聚合過(guò)程的一部分，從而到達(dá)完全固化終點(diǎn)的時(shí)間減少；而且因?yàn)轶w系的粘度升高，氧氣的溶解度降低，氧氣對(duì)聚合過(guò)程的阻聚作用減弱E (雖有氮?dú)獗Ｗo(hù)，但仍有少量氧氣進(jìn)人反應(yīng)體系)．如圖1(b)所示，涂層的固化速度有明顯的提高．

   涂層的光引發(fā)劑濃度和塑料光纖衰減的關(guān)系(在氮氖激光器632．8 rim波長(zhǎng)光源下用截?cái)喾y(cè)量衰減)；圖3為光引發(fā)劑濃度和PMMA涂層材料透過(guò)率的關(guān)系圖(另外用同樣光引發(fā)劑配比制作了一批預(yù)制棒，并測(cè)量它們?cè)?32．8 rim波長(zhǎng)下的5 cm厚的透過(guò)率)．在圖3中，隨著光引發(fā)劑濃度的提高，涂層材料的光透過(guò)率有明顯的下降．因?yàn)椋?1)引發(fā)劑的引發(fā)效率，并不是理想的l【5 ，引發(fā)劑含量越高，，越小，固化后涂層材料中作為雜質(zhì)的殘留物越多；(2)反應(yīng)體系中的引發(fā)劑含量越高，反應(yīng)產(chǎn)物中大分子鏈引發(fā)劑端基越多，此端基與大分子鏈的分子本體結(jié)構(gòu)不同，也對(duì)光具有散射作用．但是，

   圖2中塑料光纖的衰減卻沒(méi)有隨之而顯著上升．這是因?yàn)樗芰瞎饫w在傳輸光時(shí)，大部分的光由塑料光纖的纖芯傳輸，光纖的包層只傳輸百分之幾的光，所以光纖包層的光透過(guò)率對(duì)塑料光纖的衰減影響不大．