專利名稱：連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速光通訊網(wǎng)絡(luò)中的寬帶接入網(wǎng)領(lǐng)域，特別是涉及一種連續(xù)化制備折 射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維(漸變型有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維)的方法及用于制備 折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光通訊正以突飛猛進(jìn)的速度向高速、大容量方向發(fā)展。光通訊的主干線已經(jīng) 由玻璃光纖鋪設(shè)完畢。但是在局域網(wǎng)還是由銅纜承擔(dān)。由于銅纜的傳輸帶寬低，限制了通 訊高速公路的真正實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中提及的折射率沿徑向呈漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維，俗稱“漸變型有機(jī) 聚合物光導(dǎo)纖維”。漸變型有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維由于折射率呈漸變，因而導(dǎo)致光導(dǎo)纖維的傳 輸帶寬可達(dá)1000兆赫茲以上。完全超過(guò)銅電纜的傳輸帶寬。是未來(lái)光纖到戶的首選介質(zhì)。通常，制備漸變型有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的方法大都無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，因此在工業(yè) 生產(chǎn)量級(jí)上還是空白。已有的方法是采用首先制備折射率沿徑向呈漸變的有機(jī)聚合物預(yù)制 棒，然后再對(duì)該有機(jī)聚合物預(yù)制棒進(jìn)行拉絲，得到漸變型有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。該方法類似 于玻璃光纖的制備方法。也有采用多層共擠出的方法來(lái)制備漸變型有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維，但是一般的多層 共擠方法沒(méi)有解決層與層之間形成的界面，這將會(huì)造成光損耗偏大。另外，每臺(tái)擠出機(jī)擠出 的有機(jī)聚合物量是有波動(dòng)的，這會(huì)導(dǎo)致漸變型有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的折射率分布不理想， 影響傳輸帶寬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決以上技術(shù)方案存在的缺陷，從而提供一種連續(xù)化制備折 射率沿徑向呈漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)上述目的用于制備折射率沿徑向漸變的 有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置。本發(fā)明方法得到的折射率沿徑向呈漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的每一層都是由 透明有機(jī)共聚物或均聚物材料組成，雖然有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的每層有機(jī)聚合物的折射率 不同但相差很小，呈折射率從光導(dǎo)纖維的中心向邊緣呈逐漸減低的形式(漸變的形式)，且 層與層之間無(wú)界面。由于所有各層都是以同心圓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，因此可得到折射率沿徑向 呈漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。層數(shù)越多，傳輸帶寬越大為了能夠更好的實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備折射率沿徑向呈漸變的漸變型(GI)有機(jī)聚合物 光導(dǎo)纖維，本發(fā)明的方法是在連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合 裝置上實(shí)現(xiàn)的，所述的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置是 在單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)的物料出口與共擠模頭的入口之間安裝有有機(jī)聚合物熔體齒輪泵。連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置可精確控制 物料流出量，該裝置的-有機(jī)聚合物熔體齒輪泵起到了穩(wěn)定纖芯波動(dòng)的重要作用。有機(jī)聚 合物熔體齒輪泵主要是由兩個(gè)相同的相互嚙合的設(shè)計(jì)精密的齒輪組成，具有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，理想情況下是一種容積式輸送設(shè)備。有機(jī)聚合物熔體齒輪泵顯著的穩(wěn)壓效果為實(shí)現(xiàn)精 密擠出有機(jī)聚合物成型過(guò)程提供了有力的技術(shù)保障。常規(guī)的單螺桿擠出機(jī)主要完成物料的 熔融、建壓和擠出，但由于在擠出工藝過(guò)程中，有機(jī)聚合物物料加料量的不均勻、機(jī)筒和機(jī) 頭溫度的波動(dòng)、螺桿轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)等現(xiàn)象的發(fā)生是很難避免的，這些都會(huì)造成擠出的有機(jī)聚 合物物料量的不均勻，導(dǎo)致?tīng)恳频墓鈱?dǎo)纖維的纖徑波動(dòng)嚴(yán)重，影響了纖維的質(zhì)量。本發(fā)明提供的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置 包括螺桿擠出機(jī)、有機(jī)聚合物熔體齒輪泵、共擠模頭、牽引設(shè)備和收絲設(shè)備，如圖1所示，在 螺桿擠出機(jī)的物料出口與一具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的入口之間安裝有有機(jī)聚合物 熔體齒輪泵，在共擠模頭的出口前方安裝有纖維牽引設(shè)備和收絲設(shè)備；所述的螺桿擠出機(jī)是η臺(tái)，且每臺(tái)螺桿擠出機(jī)的物料出口與所述的具有η層同芯 環(huán)形的共擠模頭的入口之間都安裝有有機(jī)聚合物熔體齒輪泵；上述的η為彡4。所述的螺桿擠出機(jī)η為> 4臺(tái)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭具有相 同的η層，且每一臺(tái)螺桿擠出機(jī)的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對(duì)應(yīng)于具有η層同 芯環(huán)形的共擠模頭的各層入口。所述的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵是由兩個(gè)相同的相互嚙合的齒輪組成，且該相互嚙 合的齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接。所述的螺桿擠出機(jī)是單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。本發(fā)明提供的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置 通過(guò)有機(jī)聚合物物料在各自的螺桿擠出機(jī)中加熱熔融后，通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)分別經(jīng)同 芯環(huán)形的共擠模頭的各層的各自出口同步擠出，經(jīng)共擠模頭的機(jī)頭出口后，并經(jīng)牽引設(shè)備 (如牽引機(jī))拉伸，得到同心圓柱體多層結(jié)構(gòu)的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。如需制備η層折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維，首先則需準(zhǔn)備η臺(tái)螺桿 擠出機(jī)，每臺(tái)螺桿擠出機(jī)的物料出口端連接一臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵。η臺(tái)有機(jī)聚合物熔 體齒輪泵的出口端連接到同一個(gè)同芯環(huán)形的共擠模頭上。從同芯環(huán)形的共擠模頭出來(lái)的圓 柱型有機(jī)聚合物圓棒經(jīng)牽引機(jī)拉伸、再經(jīng)收絲機(jī)收絲，得到η層結(jié)構(gòu)的折射率沿徑向漸變 的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。本發(fā)明的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的方法。將η種具有不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料分別置于η臺(tái)各自的螺桿擠出機(jī)中 加熱熔融后，分別通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)和在螺桿擠出機(jī)出口處安裝的有機(jī)聚合物熔體齒 輪泵，由各自的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別進(jìn)入一具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的 各層的進(jìn)口，并分別由具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經(jīng)共擠模頭的 機(jī)頭出口后，形成多層同心的圓棒，并經(jīng)牽引設(shè)備(如牽引機(jī))拉伸，得到同心圓柱體結(jié)構(gòu) 的具有η層折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維；其中η種具有不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料中作為第一層的芯層透明有機(jī) 聚合物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層(緊挨第一層)透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的第二層入口(緊挨第一層)，第三層 (緊挨第二層)透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的第三層入口(緊 挨第二層)，第四層(緊挨第三層)透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的共擠圓管 模頭的第四層入口(緊挨第三層)；如此類推，第η層(緊挨著第η-1層)透明有機(jī)聚合物 材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的第η層入口。上述的η彡4。所述的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的直徑為0. 2mm 3mm。所述的作為第一層的芯層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(Ii1)大于第二層透明有 機(jī)聚合物材料的折射率(n2)，第二層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(n2)大于第三層透明有 機(jī)聚合物材料的折射率(n3)，第三層透明有機(jī)聚合物材料的折射率( )大于第四層透明有 機(jī)聚合物材料的折射率(n4)；以此類推，第η-1層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(IV1)大于
第η層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(rin)；即折射率變化為Ii1 > n2 > n3 > n4......> Hn^1
> ηη?？筛鶕?jù)制備的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的層數(shù)來(lái)確定每層之間的折 射率差。所述的作為第一層的芯層透明有機(jī)聚合物材料選自透明的有機(jī)聚合物材料，例如 選自聚甲基丙烯酸蒽甲酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚 苯乙烯、聚碳酸酯以及上述有機(jī)聚合物的二元或多元共聚物等中的一種。所述的第二層透明有機(jī)聚合物材料選自折射率低于芯層材料的透明有機(jī)聚合物 或共聚物，例如選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚甲基丙 烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以及上述有機(jī)聚合物的二 元或多元共聚物等中的一種。所述的第三層透明有機(jī)聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、 聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以及上述有機(jī)聚 合物的二元或多元共聚物等中的一種；當(dāng)?shù)谌龑油该饔袡C(jī)聚合物材料選自共聚物材料時(shí)， 第三層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量要高于第二層的透明共聚物材料中的 含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量。所述的第四層透明有機(jī)聚合物材料所選材料與第三層的材料相同，只是當(dāng)?shù)谒膶?透明有機(jī)聚合物材料選自共聚物材料時(shí)，第四層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含 量要高于第三層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量。以此類推，第η層透明有機(jī)聚合物材料所選材料與第η-1層透明有機(jī)聚合物材料 相同，只是當(dāng)?shù)讦菍油该饔袡C(jī)聚合物材料選自共聚物材料時(shí)，第η層透明共聚物材料中的含 氟材料的百分?jǐn)?shù)含量要高于第η-1層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量(即每 一層共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量要高于前一層的共聚物材料中的含氟材料的 百分?jǐn)?shù)含量)。通常折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維是由分步完成的，本發(fā)明提出的連 續(xù)的多層共擠的工藝，并配合有機(jī)聚合物材料的合理選擇，避免了層與層形成的界面，降低 了折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的傳輸損耗。由于本發(fā)明的連續(xù)共擠層至少為 四層，層數(shù)越多越好，但是層數(shù)多了會(huì)增加加工難度并影響加工精密度，這是由于不同物種 的流變性能不同，導(dǎo)致折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的生產(chǎn)難于精密控制，為克服這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)在所用的每臺(tái)螺桿擠出機(jī)上添加定量控制裝備(有機(jī)聚合物熔 體齒輪泵)，完成了對(duì)生產(chǎn)折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的精密控制。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于在螺桿擠出機(jī)的出口與同芯環(huán)形的共擠模頭的入口之間安裝 了有機(jī)聚合物熔體齒輪泵，物料通過(guò)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵后，可大幅度減弱上游的波動(dòng)， 起到穩(wěn)壓和定量的作用。各層的物料被定量和穩(wěn)定的送入同芯環(huán)形的共擠圓管模頭，后經(jīng) 牽引得到所需尺寸的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。本發(fā)明的方法能一步完成折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的制備，能精 密控制折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的生產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)折射率沿徑向漸 變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。本發(fā)明的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維 的組合裝置，通過(guò)在傳統(tǒng)的螺桿擠出機(jī)上添加定量控制裝備，能完成對(duì)生產(chǎn)折射率沿徑向 漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的精密控制，達(dá)到了提高折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo) 纖維的品質(zhì)，如纖芯直徑的波動(dòng)減低(纖芯波動(dòng)小于2%)。滿足通訊級(jí)折射率沿徑向漸變 的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的要求。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1.在于所選的不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料是屬于同種類型的共聚合的有 機(jī)聚合物材料，因此層與層之間相容性好，沒(méi)有明顯的界面，可大大降低由于界面而引起的 傳輸損耗。2.將所選的不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入螺桿擠出機(jī)的次序顛倒，就可 以制備出折射率的變化從纖維的中心到邊緣逐漸降低或逐漸升高的漸變型有機(jī)聚合物纖維。


圖1.本發(fā)明的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置 示意圖。附圖標(biāo)記A.單螺桿擠出機(jī) B.有機(jī)聚合物熔體齒輪泵 C.共擠模頭D.牽引機(jī)E.收絲設(shè)備
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1用于制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置如圖1所示，包括 單螺桿擠出機(jī)A、有機(jī)聚合物熔體齒輪泵B、共擠模頭C、牽引機(jī)D和收絲設(shè)備E。在四臺(tái)單螺桿擠出機(jī)A的物料出口與一具有4層同芯環(huán)形的共擠模頭C的入口之 間分別各自安裝有由兩個(gè)相同的相互嚙合的齒輪組成的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵B，且所述 的相互嚙合的齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；四臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對(duì)應(yīng)于具 有4層同芯環(huán)形的共擠模頭C的各層入口(四臺(tái)單螺桿擠出機(jī)分別與四臺(tái)有機(jī)聚合物熔體 齒輪泵相連，四臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別與具有4層進(jìn)口的同芯環(huán)形的共擠出 模頭連接)，在共擠模頭C的出口前方安裝有纖維牽引機(jī)D和收絲設(shè)備E。首先將4種高聚物母粒分別置于四臺(tái)單螺桿擠出機(jī)中，其中聚甲基丙烯酸甲酯為芯層材料(第一層)，三種不同折射率的透明共聚物(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸三氟 乙酯的共聚物)分別置于其它螺桿擠出機(jī)中，緊挨著中心層的為第二層，緊挨著第二層為 第三層，緊挨著第三層的為第四層。其中第二層的透明共聚物是由80wt%的甲基丙烯酸甲 酯和20wt%的甲基丙烯酸三氟乙酯組成，第三層的共聚物是由70wt%的甲基丙烯酸甲酯 和30wt%的甲基丙烯酸三氟乙酯組成，第四層的共聚物是由60wt%的甲基丙烯酸甲酯和 40wt %的甲基丙烯酸三氟乙酯組成。裝有第一層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第二層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第三 層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第四層材料的單螺桿擠出機(jī)的物料擠出比(重量比)為 1 1. 2 1.4 1.6。上述4種具有不同折射率的透明高聚物材料分別在各自的螺桿擠出機(jī)中加熱 (190°C -230°C )熔融后，分別通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)和在螺桿擠出機(jī)出口處安裝的有機(jī)聚 合物熔體齒輪泵，由各自的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別進(jìn)入一具有4層同芯環(huán)形的 共擠模頭的各層的進(jìn)口 ；并分別由具有4層同芯環(huán)形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經(jīng) 共擠模頭的機(jī)頭出口后，形成4層同心的圓棒，并經(jīng)牽引設(shè)備拉伸，得到直徑為Imm纖維狀 的同心圓柱體結(jié)構(gòu)的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維；光導(dǎo)纖維的折射率沿中心 到纖維的邊緣是漸變的，層與層之間沒(méi)有明顯的界面。纖芯波動(dòng)小于2%其中上述4種具有不同折射率的透明高聚物材料中作為第一層的芯層材料進(jìn)入 具有4層同芯環(huán)形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層材料進(jìn)入具有4層同芯環(huán)形的共擠 模頭的第二層入口，第三層材料進(jìn)入具有4層同芯環(huán)形的共擠模頭的第三層入口，第四層 材料進(jìn)入具有4層同芯環(huán)形的共擠圓管模頭的第四層入口。實(shí)施例2用于制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置如圖1所示，包括 單螺桿擠出機(jī)A、有機(jī)聚合物熔體齒輪泵B、共擠模頭C、牽引機(jī)D和收絲設(shè)備E。在五臺(tái)單螺桿擠出機(jī)A的物料出口與一具有5層同芯環(huán)形的共擠模頭C的入口之 間分別各自安裝有由兩個(gè)相同的相互嚙合的齒輪組成的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵B，且所述 的相互嚙合的齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；五臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對(duì)應(yīng)于具 有5層同芯環(huán)形的共擠模頭C的各層入口(五臺(tái)單螺桿擠出機(jī)分別與五臺(tái)有機(jī)聚合物熔體 齒輪泵相連，五臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別與具有5層進(jìn)口的同芯環(huán)形的共擠出 模頭連接)，在共擠模頭C的出口前方安裝有纖維牽引機(jī)D和收絲設(shè)備E。首先將5種高聚物母粒分別置于五臺(tái)單螺桿擠出機(jī)中，其中聚甲基丙烯酸苯酯為 芯層材料(第一層)，聚甲基丙烯酸甲酯為第二層材料(緊挨著芯層)，甲基丙烯酸甲酯 和甲基丙烯酸五氟丙酯的共聚物分別依次置于其它三臺(tái)螺桿擠出機(jī)中，緊挨著第二層為 第三層，緊挨著第三層的為第四層，緊挨著第四層的為第五層。其中第三層的透明共聚物 是由80wt%的甲基丙烯酸甲酯和20wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯組成，第四層的共聚物是 由70wt%的甲基丙烯酸甲酯和30wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯組成，第五層的共聚物是由 60wt %的甲基丙烯酸甲酯和40wt %的甲基丙烯酸五氟丙酯組成。裝有第一層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第二層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第三層 材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第四層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第五層材料的單螺桿擠出機(jī) 的物料擠出比(重量比)為1 1.2 1.4 1.6 1.8。
上述5種具有不同折射率的透明高聚物材料分別在各自的螺桿擠出機(jī)中加熱 (190°C -230°C )熔融后，分別通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)和在螺桿擠出機(jī)出口處安裝的有機(jī)聚 合物熔體齒輪泵，由各自的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別進(jìn)入一具有5層同芯環(huán)形的 共擠模頭的各層的進(jìn)口 ；并分別由具有5層同芯環(huán)形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經(jīng) 共擠模頭的機(jī)頭出口后，形成5層同心的圓棒，并經(jīng)牽引設(shè)備拉伸，得到直徑為1.0mm纖維 狀的同心圓柱體結(jié)構(gòu)的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維；光導(dǎo)纖維的折射率沿中 心到纖維的邊緣是漸變的，層與層之間沒(méi)有明顯的界面。纖芯波動(dòng)小于2%其中上述5種具有不同折射率的透明高聚物材料中作為第一層的芯層材料進(jìn)入 具有5層同芯環(huán)形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層材料進(jìn)入具有5層同芯環(huán)形的共擠 模頭的第二層入口，第三層材料進(jìn)入具有5層同芯環(huán)形的共擠模頭的第三層入口，第四層 材料進(jìn)入具有5層同芯環(huán)形的共擠圓管模頭的第四層入口，第五層材料進(jìn)入具有5層同芯 環(huán)形的共擠圓管模頭的第五層入口。實(shí)施例3用于制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置如圖1所示，包括 單螺桿擠出機(jī)A、有機(jī)聚合物熔體齒輪泵B、共擠模頭C、牽引機(jī)D和收絲設(shè)備E。在六臺(tái)單螺桿擠出機(jī)A的物料出口與一具有6層同芯環(huán)形的共擠模頭C的入口之 間分別各自安裝有由兩個(gè)相同的相互嚙合的齒輪組成的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵B，且所述 的相互嚙合的齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；六臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對(duì)應(yīng)于具 有6層同芯環(huán)形的共擠模頭C的各層入口(六臺(tái)單螺桿擠出機(jī)分別與六臺(tái)有機(jī)聚合物熔體 齒輪泵相連，六臺(tái)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別與具有6層進(jìn)口的同芯環(huán)形的共擠出 模頭連接)，在共擠模頭C的出口前方安裝有纖維牽引機(jī)D和收絲設(shè)備E。首先將6種高聚物母粒分別置于六臺(tái)單螺桿擠出機(jī)中，其中聚苯乙烯為芯層材料 (第一層)，聚甲基丙烯酸苯酯為第二層材料(緊挨著芯層)，聚甲基丙烯酸甲酯為第三層 材料(緊挨著第二層)，由80wt %的甲基丙烯酸甲酯和IOwt %的甲基丙烯酸五氟丙酯以及 10wt%甲基丙烯酸三氟丙酯的共聚物為第四層材料(緊挨著第三層)，由70wt%的甲基丙 烯酸甲酯和30wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯組成的共聚物為第五層材料(緊挨著第四層)， 由60wt%的甲基丙烯酸甲酯和30wt%的甲基丙烯酸五氟丙酯以及IOwt%的甲基丙烯酸三 氟乙酯組成的共聚物為第六層材料(緊挨著第五層)。裝有第一層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第二層材料的單螺桿擠出機(jī)裝 有第三層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第四層材料的單螺桿擠出機(jī)裝有第五層材 料的單螺桿擠出機(jī)裝有第六層材料的單螺桿擠出機(jī)的物料擠出比(重量比)為 0.8 1.0 1. 2 1.4 1.6 1.8。上述6種具有不同折射率的透明高聚物材料分別在各自的螺桿擠出機(jī)中加熱 (190°C -230°C )熔融后，分別通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)和在螺桿擠出機(jī)出口處安裝的有機(jī)聚 合物熔體齒輪泵，由各自的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別進(jìn)入一具有6層同芯環(huán)形的 共擠模頭的各層的進(jìn)口 ；并分別由具有6層同芯環(huán)形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經(jīng) 共擠模頭的機(jī)頭出口后，形成6層同心的圓棒，并經(jīng)牽引設(shè)備拉伸，得到直徑為1.0mm纖維 狀的同心圓柱體結(jié)構(gòu)的折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維；光導(dǎo)纖維的折射率沿中 心到纖維的邊緣是漸變的，層與層之間沒(méi)有明顯的界面。纖芯波動(dòng)小于2%
其中上述6種具有不同折射率的透明高聚物材料中作為第一層的芯層材料進(jìn)入 具有6層同芯環(huán)形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層材料進(jìn)入具有6層同芯環(huán)形的共擠 模頭的第二層入口，第三層材料進(jìn)入具有6層同芯環(huán)形的共擠模頭的第三層入口，第四層 材料進(jìn)入具有6層同芯環(huán)形的共擠圓管模頭的第四層入口，第五層材料進(jìn)入具有6層同芯 環(huán)形的共擠圓管模頭的第五層入口，第六層材料進(jìn)入具有6層同芯環(huán)形的共擠圓管模頭的 第六層入口。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的方法，其特征是將η種具有不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料分別置于η臺(tái)各自的螺桿擠出機(jī)中加 熱熔融后，分別通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)和在螺桿擠出機(jī)出口處安裝的有機(jī)聚合物熔體齒輪 泵，由各自的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別進(jìn)入一具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的各 層的進(jìn)口，并分別由具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經(jīng)共擠模頭的機(jī) 頭出口后，形成多層同心的圓棒，并經(jīng)牽引設(shè)備拉伸，得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的具有η層折射 率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維；其中η種具有不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料中作為第一層的芯層透明有機(jī)聚合 物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的中心圓孔入口，第二層透明有機(jī)聚合物材料進(jìn) 入具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的第二層入口，第三層透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入具有η層 同芯環(huán)形的共擠模頭的第三層入口，第四層透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形的 共擠圓管模頭的第四層入口 ；如此類推，第η層透明有機(jī)聚合物材料進(jìn)入具有η層同芯環(huán)形 的共擠模頭的第η層入口；上述的η彡4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的折射率沿徑向漸變的有機(jī)有機(jī)聚合 物光導(dǎo)纖維的直徑為0. 2mm 3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的作為第一層的芯層透明有機(jī)聚合物 材料的折射率(Ii1)大于第二層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(n2)，第二層透明有機(jī)聚合物 材料的折射率( )大于第三層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(n3)，第三層透明有機(jī)聚合物 材料的折射率(n3)大于第四層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(ri4)；以此類推，第n-1層透 明有機(jī)聚合物材料的折射率Ov1)大于第η層透明有機(jī)聚合物材料的折射率(rin)；即折射 率變化為 Ii1 > η2 > η3 > η4......> Iilri > ηη。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征是所述的作為第一層的芯層透明有機(jī)聚 合物材料選自聚甲基丙烯酸蒽甲酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸 乙酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及上述有機(jī)聚合物的二元或多元共聚物中的一種；所述的第二層透明有機(jī)聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲 基丙烯酸苯酯、聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以 及上述有機(jī)聚合物的二元或多元共聚物中的一種；所述的第三層透明有機(jī)聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲 基丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸三氟丙酯、聚甲基丙烯酸五氟丙酯以及上述有機(jī)聚合物 的二元或多元共聚物中的一種；當(dāng)?shù)谌龑油该饔袡C(jī)聚合物材料選自共聚物材料時(shí)，第三層 透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量要高于第二層的透明共聚物材料中的含氟材 料的百分?jǐn)?shù)含量；所述的第四層透明有機(jī)聚合物材料所選材料與第三層的材料相同，只是當(dāng)?shù)谒膶油该?有機(jī)聚合物材料選自共聚物材料時(shí)，第四層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量要 高于第三層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量；以此類推，第η層透明有機(jī)聚合物材料所選材料與第n-1層透明有機(jī)聚合物材料相同， 只是當(dāng)?shù)讦菍油该饔袡C(jī)聚合物材料選自共聚物材料時(shí)，第η層透明共聚物材料中的含氟材 料的百分?jǐn)?shù)含量要高于第n-1層透明共聚物材料中的含氟材料的百分?jǐn)?shù)含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵是由兩個(gè)相 同的相互嚙合的齒輪組成，且該相互嚙合的齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接。
6.一種連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組合裝置，其包括螺桿 擠出機(jī)、有機(jī)聚合物熔體齒輪泵、共擠模頭、牽引設(shè)備和收絲設(shè)備；其特征是在螺桿擠出機(jī)的物料出口與一具有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的入口之間安裝有有機(jī) 聚合物熔體齒輪泵，在共擠模頭的出口前方安裝有纖維牽引設(shè)備和收絲設(shè)備；所述的螺桿擠出機(jī)是η臺(tái)，且每臺(tái)螺桿擠出機(jī)的物料出口與所述的具有η層同芯環(huán)形 的共擠模頭的入口之間都安裝有有機(jī)有機(jī)聚合物熔體齒輪泵；上述的η為> 4。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的組 合裝置，其特征是所述的螺桿擠出機(jī)η為> 4臺(tái)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的具有η層同芯環(huán)形的共擠模 頭具有相同的η層，且每一臺(tái)螺桿擠出機(jī)的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口端各自對(duì)應(yīng)于具 有η層同芯環(huán)形的共擠模頭的各層入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的 組合裝置，其特征是所述的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵是由兩個(gè)相同的相互嚙合的齒輪組成， 且該相互嚙合的齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的 組合裝置，其特征是所述的螺桿擠出機(jī)是單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及連續(xù)化制備折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的方法及裝置。本發(fā)明的方法是將n種具有不同折射率的透明有機(jī)聚合物材料分別置于n臺(tái)各自的螺桿擠出機(jī)中加熱熔融后，分別通過(guò)各自的螺桿擠出機(jī)和在螺桿擠出機(jī)出口處安裝的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵，由各自的有機(jī)聚合物熔體齒輪泵的出口分別進(jìn)入一具有n層同芯環(huán)形的共擠模頭的各層的進(jìn)口，并分別由具有n層同芯環(huán)形的共擠模頭的各自出口同步擠出，經(jīng)共擠模頭的機(jī)頭出口后，形成多層同心的圓棒，并經(jīng)牽引設(shè)備拉伸，得到同心圓柱體結(jié)構(gòu)的具有n層折射率沿徑向漸變的有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維。有機(jī)聚合物光導(dǎo)纖維的每層有機(jī)聚合物材料的折射率不同但相差很小，呈漸變的形式，且層與層之間無(wú)界面。
文檔編號(hào)B29C47/36GK102114708SQ200910222999
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉新厚, 甄珍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所