一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法

摘要

本发明涉及一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法，包括：将高折射率组分(A)喂入第一螺杆，低射率组分(B)喂入第二螺杆，高折射率组分和低折射率组分分别通过各自的螺杆熔融，经过弯管到达同一喷丝组件；在喷丝导孔中复合进入喷丝孔，挤出一根纤维；再通过水浴冷却系统将所述纤维冷却，然后卷绕。本发明制备的瓣状光纤的两种组分在截面上形成设计的瓣状光纤截面形状，两种组分相互接触而不分离，所得纤维的长度可以无限延长。采用复合纺丝法制备的瓣状光纤均匀连续，避免了光纤连接中的接头损失。

权利要求

1.一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法，包括：将高折射率组分(A)喂入第一螺杆，低射率组分(B)喂入第二螺杆，高折射率组分和低折射率组分分别通过各自的螺杆熔融，经过弯管到达同一喷丝组件；在喷丝导孔中复合进入喷丝孔，挤出一根纤维；再通过水浴冷却系统将所述纤维冷却，然后卷绕。

2.根据权利要求1所述的一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法，其特征在于：通过改变所述的高折射率组分和低折射率组分的进料配比改变光纤截面上两种组分的比例。

3.根据权利要求1所述的一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法，其特征在于：通过改变纺丝速度或计量泵转速调节光纤的直径。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤制备及复合纺丝领域，特别是涉及一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法。

背景技术

香港城市大学的Kin Seng Chiang等于2001年提出了截面上具有花瓣图案分布的瓣状光纤(Segmented Cladding Fiber，SCF，图1)，其中，芯由高折射率材料组成，高折射率材料与低折射率材料“瓣”交替。瓣状光纤中高次模的泄漏损耗大，而基模损耗小，从而可以实现单模传输。
A.Yeung等在2004年的“Optical Fiber Communication Conference(光纤通信会议)”上公开了“Experimental demonstration of single-mode operation of large-core segmented cladding fiber”中介绍了借鉴常规石英光纤的预制棒-拉伸法制备瓣状光纤，即先制备预制棒，再通过拉伸制成瓣状光纤。其中制备预制棒的方法有两种，第一种方法是将预制的低折射率聚合物瓣首先放入玻璃管中以形成所需的交替瓣状图案。再将高折射率单体倒入管中。将填满的玻璃管放入90℃的温度受控炉中，放置几天，引发热聚合反应得到高、低折射率瓣周期排列的聚合预制棒。这种方法的缺点是如果低折射率瓣太小的话，高折射率单体(活性溶剂)会在聚合过程中溶解低折射率瓣。第二种方法是将预制的高折射率、低折射率聚合物瓣周期排列并牢牢固定在玻璃管中，再倒入作为芯的高折射率单体。将玻璃管房如温度受孔炉中，引发聚合。这种方法比第一种方法得到的瓣界面更清楚，但聚合过程中产生的气泡会存在于界面内。最后将预制棒喂入由计算机控制的炉中。温度为280～290℃。在此温度下，预制棒开始熔融。通过控制预制棒喂入速度和拉伸速度来控制纤维直径。采用这种预制棒-拉伸方法仅得到几十厘米均匀性良好的纤维。
Takashi Yamamoto等的US4798445A1公开了用复合纺丝法制备皮芯光纤。其中采用一种高折射率组分作为芯层材料，一种低折射率组分作为皮层材料，采用复合纺丝法制备皮芯光纤。
复合纺丝法是将两种或两种以上成纤高聚物的熔体或浓溶液，利用组分、配比、粘度或品种的不同，分别输入同一个喷丝组件，在组件中的适当部位汇合，在同一纺丝孔中喷出而成为一根纤维，这样就能在同一根无限长的纤维上同时存在着两种或两种以上的聚合体。
复合纺丝法是化纤工艺一种比较成熟的技术，制备的纤维连续均匀。但尚未采用复合纺丝法制备瓣状光纤。

发明内容

所要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用复合纺丝法制备瓣状光纤的方法。
技术方案
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种瓣状光纤的复合纺丝制备方法，包括：将高折射率组分A喂入第一螺杆，低射率组分B喂入第二螺杆，高折射率组分和低折射率组分分别通过各自的螺杆熔融，经过弯管到达同一喷丝组件；在喷丝导孔中复合进入喷丝孔，挤出一根纤维；再通过水浴冷却系统将所述纤维冷却，然后卷绕。
本发明可通过改变所述的高折射率组分和低折射率组分的进料配比改变光纤截面上两种组分的比例。
本发明还可以通过改变纺丝速度或计量泵转速调节光纤的直径。
有益效果
1.本发明制备的瓣状光纤由两种组分组成，两种组分在截面上形成设计的瓣状光纤截面形状，两种组分相互接触而不分离，所得纤维的长度可以无限延长。
2.采用复合纺丝法制备的瓣状光纤是均匀连续的，避免了光纤连接中的接头损失。
3.本发明复合纺丝法增加了冷却系统，使得较粗的纤维能在受到剪切应力前充分冷却从而能确保纤维的横截面与设计截面相同。

附图说明

图1是设计的一种瓣状纤维横截面。
阴影部分为A组分，空白组分为B组分。
图2是本发明复合纺丝法工艺流程图。
1为螺杆，2为喷丝组件，3为冷却系统，4为卷绕辊。
图3-5是本发明复合纺丝法制备的瓣状光纤的横截面照片。
图6是光斑采集原理图。
图7是本发明的实际光斑(截取长度为10cm)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图2中所示，将高折射率组分A喂入螺杆A，低折射率组分B喂入螺杆B，组分A和组分B分别通过螺杆熔融，经过弯管都达同一喷丝组件，在喷丝导孔中复合进入喷丝孔而挤出成一根纤维，由于制备的纤维(500μm)比常规服用纤维(几至几十微米)粗许多。通常用的侧吹风冷却或环吹风冷却难以达到足够冷却效果，所以与化纤行业用于制备复合纤维的熔融复合纺丝法相比，本发明复合纺丝法增加了水浴冷却系统。
实施例1
将聚碳酸酯作为高折射率组分，聚甲基丙烯酸甲酯作为低折射率组分，采用以下表1的纺丝工艺条件进行纺丝，制得的纤维横截面如图3所示。
表1纺丝工艺条件

实施例2
按照实施例1制备瓣状光纤，所不同的是A组分的计量泵为5.14Hz，B组分的计量泵为12.54Hz。制备的纤维横截面如图4所示。
实施例3
按照实施例1制备瓣状光纤，所不同的是A组分的计量泵为5.00Hz，B组分的计量泵为10.00Hz。制备的纤维横截面如图5所示。
实施例4
采集实施例3制备的瓣状光纤的实际光斑。如图6所示，激光通过透镜汇聚在光纤样品一端，通过光纤传导后，从另一端出射。出射光斑经显微物镜放大，在CCD上成像，并在电脑上被采集。图7为在10cm处采集的实际光斑。该光斑说明本发明制备的光纤实现了模式传光，而非普通的介质材料通光。