專利名稱：包含聚酰亞胺硅氧烷嵌段共聚物涂層的光導(dǎo)纖維及其方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有保護(hù)性聚合物涂層的光導(dǎo)纖維，具體地說(shuō)，涉及包含硅氧烷聚合物內(nèi)層和聚酰亞胺硅氧烷嵌段共聚物外層的復(fù)合的涂層玻璃光導(dǎo)纖維。
眾所周知，通常需用保護(hù)性有機(jī)涂層涂覆于從玻璃熔融體或固體玻璃預(yù)制坯抽成的玻璃纖維。拉制的玻璃纖維顯示非常高的拉伸強(qiáng)度，但是纖維表面上表面疵點(diǎn)的展開(kāi)是其基本弱點(diǎn)。于是在它與任何固體表面接觸以前，對(duì)纖維表面施以保護(hù)性涂層可以大大地保持其固有的高強(qiáng)度。
一系列不同的涂層系統(tǒng)業(yè)已商業(yè)性地用在光無(wú)線電通訊的玻璃光導(dǎo)波導(dǎo)纖維的生產(chǎn)中。然而目前商業(yè)上廣泛的僅有二種涂層系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的第一種為采用通過(guò)暴露于紫外線可快速固化的涂層材料。這類涂層的例子為UV-可固化的聚氨酯丙烯酸酯，這些涂層的代表性的組成(物)在歐洲專利No.EP204160中描述。
另一個(gè)商業(yè)上應(yīng)用于無(wú)線電通訊的玻璃光導(dǎo)纖維的涂層系統(tǒng)采用初始的或頭道涂布的硅氧烷聚合物涂層和一種擠塑的熱塑性聚合物諸如尼尤的套層。美國(guó)專利No.4，114，981描述了這種類型的光導(dǎo)涂層系統(tǒng)。
UV-可固化的丙烯酸酯涂層系統(tǒng)可適用于相對(duì)廣范圍的環(huán)境溫度，但經(jīng)受提升溫度下長(zhǎng)期使用就不夠穩(wěn)定。硅氧烷涂層通常較多用于對(duì)抗性環(huán)境包括長(zhǎng)期暴露于高溫，但這些涂層具有成本高的缺點(diǎn)。
用于光導(dǎo)纖維涂層的快固化硅氧烷樹(shù)脂類的固化不如商業(yè)上UV-可固化樹(shù)脂快速，同時(shí)由于在固化狀態(tài)中發(fā)粘表面的特性對(duì)操作造成更多困難。于是硅氧烷涂覆的纖維通常在較低速度下涂覆，導(dǎo)致涂覆后沾灰和沾污，以及在退繞并捻(敷設(shè))或其他處理時(shí)常常是困維的。
由于這些因素，硅氧烷涂覆的纖維在最后試驗(yàn)和裝運(yùn)前，通常通過(guò)用熱塑性護(hù)套材料擠塑進(jìn)行施涂。這典型地牽涉到脫線擠塑工藝，以及所使用堅(jiān)韌的護(hù)套材料需要有關(guān)在非尋常高應(yīng)力下附加夾套層纖維檢驗(yàn)試驗(yàn)以保證斷裂的探測(cè)。上述兩項(xiàng)工藝明顯地增加了纖維成本。
盡管如此，對(duì)某些應(yīng)用具有高溫操作可能力的纖維仍是需要的，而作為這些應(yīng)用，硅氧烷為基礎(chǔ)的涂層配方比丙烯酸涂覆的纖維呈現(xiàn)明顯優(yōu)點(diǎn)。至少對(duì)這些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，硅氧烷涂層系統(tǒng)可以快速被使用，以及更佳地不需要外脫線附加夾套層工藝和高應(yīng)力檢驗(yàn)試驗(yàn)，將具有顯著的商業(yè)重要性。
根據(jù)本發(fā)明提供一種新的硅氧烷為基礎(chǔ)的復(fù)合涂層系統(tǒng)，它具有在持續(xù)高溫條件下的硅氧烷的優(yōu)點(diǎn)，而克服了從成本和制造方面的各種缺點(diǎn)。該組合的(復(fù)式)涂層具有硅氧烷聚合物底涂層組份或?qū)?，還可以應(yīng)用于原先的線上，即不需要任何纖維的重繞或纖維的其他重復(fù)新處理，諸如在已有技術(shù)中實(shí)施的脫線擠塑超涂。進(jìn)一步地，該外涂層組份或組合涂層的層具有優(yōu)異的操作特性和與基底的硅氧烷層的相容性。
具有所描述優(yōu)點(diǎn)的組合的涂層系統(tǒng)，是一個(gè)包括用聚酰亞胺-硅氧烷嵌段共聚物的外涂層覆蓋硅氧烷聚合物底層的系統(tǒng)。聚酰亞胺-硅氧烷嵌段共聚物對(duì)硅氧烷底涂層組成(物)具有優(yōu)異的粘結(jié)力，也許是由于在嵌段共聚物中存在硅氧烷嵌塊。該良好的粘結(jié)性和在外涂層中沒(méi)有粘性保證了在制造中操作的容易。
進(jìn)一步地，該組合涂層的彈性體性質(zhì)在纖維的檢驗(yàn)試驗(yàn)中不具有人為地高應(yīng)力水平。于是檢驗(yàn)試驗(yàn)應(yīng)力取決于纖維而不是涂層特性。
最后，該復(fù)合涂層具有所描述的優(yōu)點(diǎn)，而不犧牲所需的纖維高溫操作特性。于是嵌段共聚物組份的高溫性能等于或超過(guò)涂層系統(tǒng)的硅氧烷組份的那些高溫性能。
于是一方面，本發(fā)明包括在其外層表面上至少具有兩種保護(hù)性聚合物涂層的玻璃光導(dǎo)纖維，那些涂層至少包括一種硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物層和一種硅氧烷聚合物層。該硅氧烷層形成作為硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物的底層被置于共聚物的里面并隨即形成接觸。該硅氧烷聚酰亞胺層在硅氧烷聚合物底層上形成一外層或外套。
另一方面，本發(fā)明包括對(duì)硅氧烷涂覆的光導(dǎo)纖維的一種改進(jìn)，通常地，這種光導(dǎo)纖維包括一種由玻璃以及用至少一種包含硅氧烷聚合物的涂層涂在該光導(dǎo)纖維上一種或多種聚合物組成的光導(dǎo)纖維。根據(jù)本發(fā)明，提供在光導(dǎo)纖維上用硅氧烷聚合物底層以及硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物覆蓋層代替或附加于硅氧烷涂層的復(fù)合涂層，它是這些層的組合，它提供本發(fā)明的復(fù)合涂層和光導(dǎo)纖維不尋常的物性和優(yōu)點(diǎn)。
還在另一方面，本發(fā)明包括處理硅氧烷涂覆的光導(dǎo)纖維的方法以提高其操作和光導(dǎo)傳輸特性。根據(jù)這方法，該硅氧烷涂覆的光導(dǎo)纖維帶有基本上由硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物層組成的外夾套層，此后一層直接靠近硅氧烷層并與其接觸。最佳地，該外套層是在硅氧烷涂層涂布后以及硅氧烷涂覆的纖維與任何固體或液體材料除了嵌段共聚物夾套材料外接觸之前立即涂布的。
按照硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物外(敷)層的應(yīng)用，由此得到的涂覆的光導(dǎo)纖維可以方便地卷繞、檢驗(yàn)、敷設(shè)(并捻)或其他希望的操作，沒(méi)有需要考慮采取特別措施以避免的硅氧烷涂覆的纖維不希望有的操作特性帶來(lái)的各種問(wèn)題。
本發(fā)明進(jìn)一步包括硅氧烷應(yīng)用或“抽絲時(shí)的”光導(dǎo)纖維表面的其他雙保裝涂層系統(tǒng)應(yīng)用的改進(jìn)方法。該方法對(duì)硅氧烷涂層的應(yīng)用特別有用，但基本上可用于任何其他第一和第二液體組份的組合物。它們可以是兩種液體樹(shù)脂，一種樹(shù)脂及其固化催化劑，一種樹(shù)脂及其改性劑諸如染料，或其他諸如此類的液體組合物。
根據(jù)本方法，第一和第二液體組份是在控制的條件下連續(xù)混合，以及然后作為均相液體摻混料直接供給液體涂覆機(jī)。該摻混料-組成可聚合的涂層液體，然后從涂覆機(jī)立即施加于纖維。
本發(fā)明的方法對(duì)雙保裝的涂層系統(tǒng)是特別有用的，諸如顯示快速膠凝和固化特性的雙組份混合物的硅氧烷涂層。因?yàn)榈谝缓偷诙后w組份直至正好在施加于纖維之前是保持分開(kāi)的，避免了短的適用期問(wèn)題和/或涂層液體的不穩(wěn)定性并達(dá)到雙保裝系統(tǒng)涂層處在低的粘度。
最后，本發(fā)明進(jìn)一步包括制造聚合物涂覆的玻璃光導(dǎo)纖維的改進(jìn)的裝置。通常這類裝置包括從玻璃熔融體或預(yù)制坯抽玻璃光導(dǎo)纖維的抽絲裝置以及位于抽絲裝置和玻璃熔融體或預(yù)制坯之間的液體涂覆機(jī)，以便把施用于抽成的纖維表面存在于或供入涂覆機(jī)的一種可聚合的涂層液體。該涂層液體可從一種分開(kāi)的液體供應(yīng)系統(tǒng)供給涂覆機(jī)，它可以包括精細(xì)的貯藏器和輸送裝置或者它可以簡(jiǎn)單地包括一個(gè)涂層液體的儲(chǔ)器。最通常的系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于與液體涂覆機(jī)相鄰的固化裝置，作為施加于纖維表面后固化可聚合的涂層液體。
根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括可聚合的涂層液體供給系統(tǒng)，它包括一個(gè)具有液體出口與在涂覆機(jī)上的可聚合的涂層液體進(jìn)口裝置連結(jié)的液體混合器。該液體混合器包括液體出口裝置使至少第一和第二液體聚合物組份組合形成可聚合的涂層液體，并把用先期充分混合的操作連續(xù)組合第一和第二液體聚合物組份供給至液體出口以傳輸至涂覆機(jī)。
混合器的連結(jié)液體進(jìn)口裝置作為第一和第二液體組份的第一和第二計(jì)量液體的供給裝置。該液體供給裝置操作以連續(xù)地把計(jì)量比例的第一和第二聚合物組份通過(guò)液體管道供應(yīng)至液體混合器的進(jìn)口裝置。該計(jì)量的液體供給裝置通常包括控制液流的幾個(gè)單元，它可以包括計(jì)量泵、控制閥、程序電子閥和/或泵控制器，和/或如其后更全面描述的其他裝置。
至少一個(gè)計(jì)量液體供給裝置包括一個(gè)接收控制信號(hào)的反饋信號(hào)輸入裝置，該控制信號(hào)用于控制液體供給速率。對(duì)反饋信號(hào)輸入或輸出的控制信號(hào)是通過(guò)下文描述的傳感裝置產(chǎn)生消耗信號(hào)，該傳感裝置位于或在計(jì)量的液體供給裝置的下游和取決于涂層液體供給系統(tǒng)的混合的可聚合的涂層液體的消耗或消耗率。
該供給裝置是一步包括傳感裝置，設(shè)置于或至少一個(gè)在計(jì)量的液體供給裝置和液體涂覆機(jī)之間，當(dāng)被抽成的光導(dǎo)纖維通過(guò)涂覆機(jī)并涂覆時(shí)，用于測(cè)量來(lái)自供給系統(tǒng)的可聚合的涂層液體的消耗。該傳感裝置設(shè)置在施加于纖維的至少一個(gè)液體或液體組份的流程(流動(dòng)道)上，以及無(wú)論通過(guò)物理接觸、電學(xué)上接觸、光學(xué)接觸或類似裝置與其敏感接觸。
該傳感裝置包括一信號(hào)輸出(它適于涂層液體從涂覆機(jī)向光導(dǎo)纖維表面涂覆時(shí)產(chǎn)生上述的消耗信號(hào)。該傳感器可以檢量液體水平、壓力、涂覆厚度或其他系數(shù)從而可測(cè)出或計(jì)算出來(lái)自供給系統(tǒng)的可聚合的涂層液體的施加率和/或消耗)以及所產(chǎn)生的相應(yīng)的消耗信號(hào)。
最后，該裝置包括為傳輸來(lái)自傳感裝置的消耗信號(hào)至在第一和/或第二計(jì)量的液體供給裝置上的反饋信號(hào)輸出裝置的信號(hào)傳遞裝置。正如所說(shuō)明的，該消耗信號(hào)用于計(jì)量的液體供給裝置以控制液體聚合物組分流至液體混合器。在此方法中，當(dāng)液體通過(guò)涂覆器施加于被抽成的纖維時(shí)，該計(jì)量的液體供給裝置和混合器運(yùn)轉(zhuǎn)以連續(xù)地供給涂層液體到涂覆器。
借助于分開(kāi)的液體供給裝置的使用，為涂覆光導(dǎo)纖維可以采用在混合以后不穩(wěn)定的和/或顯示快速膠凝的雙組分聚合物系統(tǒng)。因此從混合器出口至涂覆機(jī)液流通路中的停頓時(shí)間可以如所需要的短暫。進(jìn)一步地，該系統(tǒng)大大消除了混合涂層液體的脫氣之需，由于混合物的固化速率可以化學(xué)地調(diào)節(jié)至高的水平，提供了高速度的涂布。于是可以達(dá)到較快速固化施加的涂層而不需要較大的固化系統(tǒng)或在固化環(huán)境中較長(zhǎng)的涂覆的纖維的停留時(shí)間。
本發(fā)明可以進(jìn)一步通過(guò)參考附圖理解

圖1為具有根據(jù)本發(fā)明的組合涂層的玻璃光導(dǎo)纖維的橫截面示意圖(不是真實(shí)比例或尺寸);以及圖2為根據(jù)本發(fā)明用于硅氧烷涂覆光導(dǎo)纖維的裝置的示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的具有組合涂層的玻璃光導(dǎo)纖維可以是任何傳統(tǒng)類型的。因此玻璃光導(dǎo)纖維帶有玻璃包覆層和相對(duì)大的玻璃芯，曲型的地涉及多模光導(dǎo)纖維或帶有小的芯子的類似的玻璃纖維，通常地可以采用特指的單模纖維。在某些情況中，本發(fā)明的組合的涂層用在涂覆一般(未包覆)熔凝氧化硅纖維作為纖維光學(xué)用途可能也具有優(yōu)越性。它在與普通轉(zhuǎn)讓的G·Kar的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?03，0321987年9月30日申請(qǐng)并普通轉(zhuǎn)讓的題名為“涂覆的光學(xué)波導(dǎo)纖維”所描述的光導(dǎo)纖維類型特別有關(guān)。這些纖維包含光學(xué)上把纖維和涂層隔離的高指數(shù)玻璃的薄的外層。這一特點(diǎn)允許甚至低折射率的硅氧烷聚合物直接施涂于該纖維而不冒降低光學(xué)性能的危險(xiǎn)。
圖1為根據(jù)本發(fā)明提供的較佳的光導(dǎo)纖維橫截面的示意圖。如圖1所示，涂覆的光導(dǎo)纖維4包括玻璃芯5和玻璃包覆層6，該包覆層包括高折射率玻璃外玻璃層6a，它在光學(xué)上隔離纖維和纖維涂層。配置在外玻璃層6a上為由硅氧烷底層7和硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物的覆蓋層8組成的復(fù)合涂層。在組合中，這些聚合物層給出良好的物理保護(hù)性和優(yōu)異的耐高溫劣化性。
當(dāng)然，該光導(dǎo)纖維如果需要可以在施涂硅氧烷涂層之前，先施涂一種或多種其他初始的塑料或無(wú)機(jī)材料涂層。于是，作為例子，一種無(wú)機(jī)密封涂層可以先施涂于纖維以保護(hù)纖維免受潮氣或其他潛在危害性氣態(tài)物質(zhì)的效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明使用于光導(dǎo)纖維涂覆的硅氧烷涂層可以選自本技術(shù)中已知的對(duì)此目的有用的任何硅氧烷聚合物材料。最典型的，是雙保裝聚合物系統(tǒng)，它通過(guò)氧化硅氫化物(silica hydride)加成至烯烴而固化(通常涉及氧化硅氫化物加成聚合物類)以及基本上無(wú)惰性液體溶劑或稀釋劑(100%固體系統(tǒng))。這種聚合物系統(tǒng)的例子是RTV(室溫硬化)硅氧烷，即從美國(guó)通用電器公司商業(yè)上可買到的RTV-615和RTV-655硅氧烷聚合物以及從道康寧公司商業(yè)上可買到的SylgardTM184和SylgardTM182硅氧烷聚合物。
同樣地，商業(yè)上可買到的硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物組成(物)類可用于硅氧烷聚合物層的超涂。這些已知的材料，作為例子描述在美國(guó)專利4，690，997號(hào)中，在先前技術(shù)中業(yè)已用于作為阻燃線纜涂層組成(物)。一種這類商業(yè)上可購(gòu)到的材料是SiltemTM共聚物87-73，它可從美國(guó)通用電器公司W(wǎng)aterford，NY得到。
通常的纖維涂布?jí)耗？杀皇褂糜陧樞虻匕堰@些涂層材料涂布于光導(dǎo)纖維?，F(xiàn)在較佳的壓模為一種壓力涂布?jí)耗＃T如在美國(guó)專利4，531，959號(hào)中所描述的，它可以在高速和控制的厚度下把液體涂布于玻璃光導(dǎo)纖維。
作為光導(dǎo)纖維涂層有用的硅氧烷聚合物正如所表明的，為化學(xué)固化樹(shù)脂系統(tǒng)，以及為此達(dá)到硅氧烷底層的固化的目的而使硅氧烷涂覆的纖維通過(guò)一爐子(在其中纖維可快速地被加熱至固化溫度)。由于最經(jīng)常是無(wú)溶劑的配方，不存在溶劑揮發(fā)和涂層的發(fā)泡的問(wèn)題。
商業(yè)上可購(gòu)到的硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物作為單組分系統(tǒng)使用，通過(guò)用一種液體溶劑稀釋純凈的樹(shù)脂至涂覆粘度，然后通過(guò)蒸發(fā)其中的溶劑固化在纖維上的涂層。再將涂覆的纖維通過(guò)一爐子以達(dá)到所需的固化，加熱是在足以除去溶劑而不導(dǎo)致涂層發(fā)泡的速率下進(jìn)行，為達(dá)到此效果，合適的爐子溫度和溫度分布型可通過(guò)例行試驗(yàn)為任何選定的涂層配方迅速地作出決定。
另外，硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物當(dāng)然可通過(guò)熔融涂覆或熔體擠出技術(shù)以無(wú)溶劑形式進(jìn)行施涂。這個(gè)方法通常選擇用在所需的相對(duì)厚的聚酰亞胺涂層的地方。
供給涂覆機(jī)的為施加于纖維雙保裝硅氧烷聚合物，如果需要可以預(yù)混合并按傳統(tǒng)實(shí)踐用于分批操作。它通常包括雙涂層組份完全混合、混合物脫氣以及混合物施涂到抽成的纖線，并保持冷卻以延遲膠凝化或固化。
為了大量生產(chǎn)，一種替換的和優(yōu)選的方法是本發(fā)明的在線雙保裝涂覆工藝。該工藝包括所用的雙組份硅氧烷聚合物的連續(xù)在線混合和供給直接至纖維的涂覆機(jī)。連續(xù)混合和供給的速率是通過(guò)聚合物施涂于纖維的速率直接控制的。
正如上面所說(shuō)明的，本發(fā)明的在線涂覆工藝，允許當(dāng)纖維從玻璃熔體抽成時(shí)或預(yù)制坯以及纖維接觸固體表面前，通過(guò)從液體涂覆機(jī)對(duì)纖維表面施涂一種可聚合的涂層液體使光導(dǎo)纖維涂覆以保護(hù)性聚合物涂層。該可聚合的涂層液體至少是第一和第二可組合的液體組份以形成固體涂層。這些液體組份連續(xù)地組合和混合在一起以便當(dāng)纖維抽出時(shí)形成可聚合的涂層液體，以及該可聚會(huì)的涂層液體連續(xù)地比相應(yīng)于可聚合的涂層涂布到纖維表面的速率供給到液體涂覆機(jī)。
在硅氧烷或類似的雙保裝系統(tǒng)作為光導(dǎo)纖維涂層是有用的情況中，第一和第二液體組份相互反應(yīng)形成固體聚合物涂層，典型地該反應(yīng)通過(guò)后涂布加熱被促進(jìn)。較佳地，第一和第二液體組份的混合和作為可聚合的涂層液體供給到涂覆機(jī)的速率，是至少通過(guò)一個(gè)電子反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)于施涂于光導(dǎo)纖維的可聚合的涂層液體的實(shí)際或計(jì)算的速率加以控制。
在最佳操作中，用作液體涂布的涂覆機(jī)包括液(體)壓(力)涂布?jí)耗?，以及電子反饋信?hào)是一個(gè)基于可聚合的涂層液體在壓力涂布?jí)耗Ｖ械膲毫Φ男盘?hào)。另一方面，該涂覆機(jī)可以包括一個(gè)可聚合的涂層液體貯器以及電子反饋信號(hào)可以是基于在貯器中可聚合的涂層液體的水平。
根據(jù)后一工藝的光導(dǎo)纖維雙包裝在線涂覆的裝置在圖2中示意說(shuō)明。如圖2所示，選自雙保裝硅氧烷聚合物系統(tǒng)的液體部份A從貯器10抽出通過(guò)供給線12進(jìn)入精密正排量計(jì)量泵14并由泵14通過(guò)管線16至靜態(tài)混合器32的進(jìn)口30。同時(shí)選自聚合物系統(tǒng)的液體部分B從貯器20抽出通過(guò)供給線22進(jìn)入精密正排量計(jì)量泵24并由泵24通過(guò)管線26至靜態(tài)混合器32的進(jìn)口30。
靜態(tài)器混合器32的操作使硅氧烷聚合物系統(tǒng)的部分A和B完全混合以形成反應(yīng)性液體混合物，它連續(xù)地通過(guò)混合器出口管34供至涂覆機(jī)40(液體涂布?jí)耗?。該液體混合物然后施涂于從玻璃預(yù)制坯1拉成的光導(dǎo)纖維2以產(chǎn)生液體涂覆的光導(dǎo)纖維3。在此之后，液體涂覆的光導(dǎo)纖維3通過(guò)爐子70，在那里液體涂層熱固化以生成硅氧烷-聚合物-涂覆的纖維4。
反應(yīng)性液混合物的混合和供給到涂覆機(jī)40的速率通過(guò)連到涂覆機(jī)的壓力傳感器42的反饋加以控制。當(dāng)由于施涂于纖維而混合物消耗時(shí)，在涂覆機(jī)40中的壓力(下)降，被傳感器42感知到以及一反饋信號(hào)由信號(hào)線44傳到可編程序電子液流控制器50，例如該控制器可以是一種PID控制器。同時(shí)由信號(hào)線46輸入至控制器50的是來(lái)自計(jì)量泵14的液流速率信號(hào)。基于線44和線46上的反饋控制信號(hào)，液流控制器50輸出一控制信號(hào)由控制線52到計(jì)量泵14以控制在泵上的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未表示)，于是控制的部分A液體流通過(guò)泵至靜態(tài)混合器32。這樣，保持在涂覆機(jī)40中選定的流體壓力相應(yīng)于壓力傳送器42的輸入。
至混合器的液體部分B的液流同樣通過(guò)反饋信號(hào)予以控制，這些信號(hào)被輸入到液流控制器60用作控制計(jì)量泵24。然而，在這種情況下較佳的反饋信號(hào)是來(lái)自部分A液體組份的控制器50由信號(hào)線54傳遞至控制器60的控制信號(hào)。于是，由于作為任何選定的部分A和部分B的相對(duì)比例是固定的，部分B組份的流率很方便地通過(guò)部份A組份的流率被控制。當(dāng)然，反之涂覆器壓力反饋信號(hào)在控制線44上可以直接用于控制器60。
除來(lái)自控制器50的線54上的反饋信號(hào)之外，控制器60也接收來(lái)自計(jì)量泵24的線56上的反饋信號(hào)，它與通過(guò)計(jì)量泵24的部分B液體的流速成正比。相應(yīng)于這些信號(hào)，來(lái)自控制器60的輸出信號(hào)控制在計(jì)量泵上的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未表出)，由此控制部分B液體流向混合器。
合乎需要地，靜態(tài)混合器是帶夾套的致使混合器以及其中的液體的溫度可以被控制。在圖2的裝置中，例如水可以分別地由流體進(jìn)口和出口管36和38通過(guò)夾套控制流體溫度。同時(shí)，眾所周知，在涂覆機(jī)40中的液體混合物的溫度可以通過(guò)加夾套或通過(guò)直接裝在涂布?jí)耗ｓw中的管道裝置(圖中未表示)進(jìn)行控制，這樣對(duì)在其中傳導(dǎo)溫度控制流體通過(guò)是有用的。
在爐子70為固化液體聚合物涂層的操作中，可以分別采用吹掃氣體進(jìn)口和出口門72和74。這些為沖洗爐子70和/或在其中保持一種控制的固化氣氛提供了方便的措施。氦是一種控制氣氛的例子，它有助于向硅氧烷涂層傳熱以加速固化。
當(dāng)然，前述僅表示對(duì)光導(dǎo)纖維施涂硅氧烷涂層的一種商業(yè)上優(yōu)選的方法。顯然，其他可供選擇的應(yīng)用技術(shù)包括制備和施涂硅氧烷的傳統(tǒng)的分批方法可以代替使用。
按照如上所述的硅氧烷涂層的施加在硅氧烷涂層接觸任何其他材料前，立即將嵌段共聚物外覆層施加于硅氧烷上，冷卻硅氧烷涂覆的纖維是重要的。如果不這樣做，外覆層將難以施加，可能出現(xiàn)在涂層中形成皺紋的裝飾性缺陷。用在已有技術(shù)中已知的纖維冷卻設(shè)備可以達(dá)到纖維的充分冷卻。
與硅氧烷底(涂)層所需的化學(xué)固化工藝對(duì)照，嵌段共聚物外(覆)層的固化工藝為簡(jiǎn)單地通過(guò)溶劑蒸發(fā)。蒸發(fā)在一強(qiáng)制氣體固化爐中進(jìn)行。在氣流和爐溫之間的恰當(dāng)?shù)钠胶庥兄谶_(dá)成裝飾學(xué)上合適的涂層。在蒸發(fā)初始階段，低熱和高氣流是較佳的。高氣流有助于物理地從涂層界面除去處于氣體相的溶劑分子。它有效地保持驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)過(guò)程的非均衡條件。
在蒸發(fā)的稍后階段，用較多熱以使捕集在涂層的溶劑分子得到足夠的動(dòng)能通過(guò)薄膜迅速遷移到涂層氣體界面，在此處可以發(fā)生蒸發(fā)。然而，超涂應(yīng)當(dāng)避免，因?yàn)檫@樣的外(覆)層可能導(dǎo)致溶劑分子進(jìn)入涂層體的氣相，而不是在氣體-涂層界面。這能導(dǎo)致在涂層中形成缺陷如針孔和氣泡。
本發(fā)明可以通過(guò)以下的實(shí)施例進(jìn)一步加以理解。
實(shí)施例1一種可熱固化的雙保裝(雙組份)硅氧烷彈性體被選用作為光導(dǎo)纖維的初始涂層。該選擇的硅氧烷為氧化硅-氫化物-固化的烯烴，商業(yè)上可購(gòu)至的如SylgardTM184硅氧烷彈性體系統(tǒng)，為Dow，Cornign Corporation of Midland，Michigan產(chǎn)品。
被涂覆的光導(dǎo)纖維是一種玻璃光導(dǎo)纖維，它包括高折射率的玻璃芯子，稍稍低于玻璃芯子以及在包覆上具有相對(duì)高的折射率的薄的外玻璃層，以便光學(xué)地隔離纖維包覆和施涂在其上的硅氧烷涂層。該光導(dǎo)纖維具有外徑約125微米。所有制造光導(dǎo)纖維的玻璃為熔融的氧化硅或摻雜的熔融氧化硅組成，薄的外玻璃層為TiO摻雜的熔融氧化硅玻璃制成。
為把雙組份硅氧烷彈性體涂覆于抽成的光導(dǎo)纖維上，使用了如上面所描述的以及如圖2所示的涂覆裝置。參考附圖，樹(shù)脂部分A通過(guò)供給線12被饋入到裝置，而固化劑部分B通過(guò)供給線22被饋入到裝置。
在涂覆纖維期間，冷卻液通過(guò)靜態(tài)混合器32的夾套并通過(guò)在涂覆機(jī)40體中的管道被饋入，以保持部分A和部分B組分的混合物溫度約在25℃的溫度。計(jì)量泵14和24的泵出速率調(diào)整至通過(guò)靜態(tài)混合器32和涂覆機(jī)40液流速率足以提供在纖維表面上稍稍超過(guò)50微米厚度的液體涂層，于是帶固化的硅氧烷涂層的纖維達(dá)到約230微米的外徑。
如此提供的液體涂覆的纖維，然后牽引通過(guò)保持在約500℃溫度的并在爐中具有氦的氣氛的固化爐。這些條件有效地保證纖維從爐子出口時(shí)硅氧烷涂層的完全固化。
從爐子出口的硅氧烷涂覆的纖維通過(guò)一個(gè)通常的光導(dǎo)纖維冷卻管(圖中未表示)。這達(dá)到使硅氧烷涂覆的纖維的表面溫度降低到接近其后施涂的硅氧烷聚酰亞胺液體涂層的溫度，在此情況下約為25℃。
向硅氧烷涂覆的纖維施涂硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物外(覆)層是采用通常的液體涂覆裝置來(lái)完成的。該裝置就設(shè)置在冷卻管下面，以致一旦硅氧烷涂覆的纖維引出冷卻管之后，該第二涂層立即施涂于整個(gè)硅氧烷涂層上。類似于涂覆機(jī)40，該嵌段共聚物涂覆機(jī)仍舊是在美國(guó)專利4，531，959所示的涂布?jí)耗Ｑb備和類型。
硅氧烷-聚酰亞胺共聚物用SiltemTM共聚物87-73，從General Electric Company，Waterford，NY購(gòu)到。這聚合物是處于一種未稀釋的固體樹(shù)脂形態(tài)的固體。為便于使用于纖維，它首先溶解在甲苯中以得到包含約10%(重量)樹(shù)脂和90%(重量)甲苯的樹(shù)脂溶液。然后該溶液通過(guò)涂覆機(jī)施涂于纖維，按樹(shù)脂溶液的液流速率足以在硅氧烷基底涂層上提供約10微米厚的固化涂層。
施涂了液體涂層的光導(dǎo)纖維然后傳送入一強(qiáng)制氣體固化爐以除去其中溶劑，從而固化涂層。該爐子包括保持在150℃溫度的上部區(qū)域，以及保持其中氦氣流的速率約為10升/分以加快溶劑揮發(fā)。該纖維通過(guò)上部區(qū)域后再通過(guò)保持在約600℃的爐子中的較下部區(qū)域，同時(shí)再置于氦氣氛中。該加熱足以固化在纖維上的嵌段共聚物涂層。
纖維從爐子出來(lái)后，最后繞在一卷筒上，然后測(cè)試其性能。該纖維顯示優(yōu)異的耐熱降解性而保持其所有的光導(dǎo)性能諸如抗彎曲損失和通過(guò)包覆抗光傳遞損失，這些在光通訊系統(tǒng)中為本征纖維運(yùn)行所必須的。進(jìn)一步地，組合涂層為不發(fā)粘的，并顯示其他物理上和操作上的特性如涂覆的纖維可以容易地重新卷繞供測(cè)試、并捻(敷沒(méi))或任何其他涂覆的光導(dǎo)纖維慣常須經(jīng)受的后制造工藝。
當(dāng)然，前述的實(shí)施例和闡述僅僅表明本發(fā)明的較佳的配方和工藝，在本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以根據(jù)這里專門描述的材料和技術(shù)作出許多改進(jìn)，而本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書中體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種在其外部表面至少具有兩種保護(hù)性聚合物涂層的玻璃光導(dǎo)纖維，其特征在于所述的聚合物涂層包括硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物層結(jié)合在硅氧烷聚合物層的外表面。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃光導(dǎo)纖維，其特征在于它包括玻璃，芯和玻璃包層，以及所述的硅氧烷聚合物層被設(shè)置在玻璃包層的外表面。
3.如權(quán)利要求2所述的玻璃光導(dǎo)纖維，其特征在于所述的玻璃包層包括外玻璃層和內(nèi)玻璃區(qū)，以及所述的外玻璃層具有比內(nèi)玻璃區(qū)較高的折射率。
4.一種硅氧烷涂覆的光學(xué)波導(dǎo)管中包括玻璃光導(dǎo)纖維和在該光導(dǎo)纖維上一種或多種聚合物涂層至少一種聚合物涂層基本上包括硅氧烷涂層，其特征是其改進(jìn)在于該硅氧烷涂層基本上包括硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物組成聚合物外(敷)層。
5.如權(quán)利要求4所述的硅氧烷涂覆的光導(dǎo)纖維，其特征在于該玻璃光導(dǎo)纖維包括玻璃芯和玻璃包層，以及所述的硅氧烷涂層設(shè)置在其上面并與玻璃包層接觸。
6.一種處理具有外部硅氧烷涂層的光導(dǎo)纖維以改進(jìn)其使用特性的方法，其特征包括采用把基本上包括硅氧烷聚酰亞胺嵌段共聚物的聚合物外(敷)層施涂在外部硅氧烷涂層的階段。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該硅氧烷聚酰亞胺嵌段共聚物外(敷)層是在硅氧烷涂層與任何固體或液體物質(zhì)而不是硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物接觸之前被施涂于外部硅氧烷涂層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物外(敷)層是采用在揮發(fā)性溶劑中硅氧烷-聚酰亞胺樹(shù)脂的溶液被施涂的。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物是通過(guò)熔融擠出施涂的。
10.一種用保護(hù)性聚合物涂層涂覆光導(dǎo)纖維的方法，包括在纖維從玻璃熔體或預(yù)制坯抽出時(shí)以及在纖維接觸固體表面前，通過(guò)液體涂覆，將可聚合的涂層液體施涂于纖維表面，該可聚合的涂層液體包括至少第一和第二液體組份可以組合的組合物以形成固體涂層，其特征是其改進(jìn)在于該第一和第二液體組份是連續(xù)地組合并混合在一起，以便當(dāng)纖維抽出時(shí)形成可聚合的涂層液體;以及該可聚合的涂層液體供給液體涂覆機(jī)的速率相應(yīng)于可聚合的涂層對(duì)纖維表面施涂的速率。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該第一和第二液體組份彼此反應(yīng)以形成固體聚合物涂層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的在第一和第二液體組份混合和供給可聚合的涂層液體到涂覆機(jī)的速率通過(guò)至少一個(gè)相應(yīng)于實(shí)際的或計(jì)算的可聚合的涂層液體對(duì)光導(dǎo)纖維施涂的速率的電子反饋信號(hào)進(jìn)行控制。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該涂覆機(jī)包括液壓涂布?jí)耗?，以及所述的電子反饋信?hào)是基于壓力涂布?jí)耗Ｖ锌删酆系耐繉右后w的壓力的信號(hào)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述的涂覆機(jī)包括可聚合涂層液體的貯器以及所述的電子反饋信號(hào)是基于在貯器中可聚合的涂層液體水平的信號(hào)。
15.一種制造聚合物涂覆的玻璃光導(dǎo)纖維的裝置包括從玻璃熔體或預(yù)制坯抽絲的抽絲裝置以及設(shè)置在抽絲裝置和玻璃熔體或預(yù)制坯之間的液體涂覆機(jī)以向抽出的纖維提供可聚合的涂層液體，其特征是其改進(jìn)在于該裝置包括可聚合的涂層液體的供應(yīng)系統(tǒng)，配合以具有一液體出口和在涂覆機(jī)上可聚合的涂層液體時(shí)口連結(jié)的液體混合器;在液體混合器上為至少第一和第二液體聚合物組份組合以形成可聚合的涂層液體的液體出口裝置;為第一和第二液體聚合物組份的第一和第二計(jì)量的液體供應(yīng)裝置，分別地，第一和第二計(jì)量的液體供應(yīng)裝置的每一個(gè)連結(jié)于液體輸入裝置以及是適合于連續(xù)供應(yīng)第一和第二淮體組份的計(jì)量的比例至該液體混合器，至少一個(gè)計(jì)量的液體供應(yīng)裝置進(jìn)一步包括控制其中液體供應(yīng)的反饋信號(hào)輸入裝置;傳感裝置位于或在至少一個(gè)液體供應(yīng)裝置以及液體涂覆機(jī)之間，該傳感裝置適合于當(dāng)通過(guò)涂覆機(jī)施涂于光導(dǎo)纖維時(shí)檢測(cè)可聚合的涂層液體的消耗以及具有信號(hào)輸出適合于響應(yīng)可聚合的涂層液體的消耗而產(chǎn)生消耗信號(hào);以及用于傳送來(lái)自傳感裝置的信號(hào)輸出的消耗信號(hào)到在第一和第二計(jì)量的液體供應(yīng)裝置至少一個(gè)上的反饋信號(hào)輸入裝置的信號(hào)傳輸裝置，該反饋信號(hào)用于計(jì)量液體供給裝置以控制從中的液體供應(yīng)。從而，該液體聚合物組分的連續(xù)流至液體混合器以及液體涂覆機(jī)，是受當(dāng)可聚合的涂層液體通過(guò)涂覆機(jī)施涂到光導(dǎo)纖維時(shí)它的消耗率控制的。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述的液體混合器是溫控靜態(tài)混合器。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述的至少一個(gè)第一和第二計(jì)量的液體供應(yīng)裝置包括精密正排量計(jì)量泵。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于所述的液體供應(yīng)裝置進(jìn)一步包括可編程序電子控制器電學(xué)上連接于精密正排量計(jì)量泵以及適合于控制由此通過(guò)的組份液體的輸料速率。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于所述的精密正排量計(jì)量泵是通過(guò)來(lái)自可編程序電子控制器的泵馬達(dá)速度控制信號(hào)控制的。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述的傳感裝置包括在液體涂覆機(jī)中的液體壓力傳感器或液體水平傳感器。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述的涂覆機(jī)包括液壓涂布?jí)耗Ｒ约八龅膫鞲醒b置包括在液壓涂布?jí)耗Ｖ信c可聚合涂層液體物理接觸的液壓傳感器。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述的消耗信號(hào)是通過(guò)液壓傳感器的信號(hào)輸出，該信號(hào)是與在壓力涂布?jí)耗Ｖ械目删酆系耐繉右后w的壓力成正比。
全文摘要
一種硅氧烷為基礎(chǔ)的供玻璃光導(dǎo)纖維使用的復(fù)合涂層系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括硅氧烷聚合物底涂層組分以及硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物外涂層組分。該涂層系統(tǒng)可以完全地在線施涂，比通常的硅氧烷涂覆的纖維改進(jìn)了該纖維的操作特性，得到一種光學(xué)和彈性相結(jié)合的優(yōu)異性能而并不犧牲硅氧烷為基礎(chǔ)的涂層系統(tǒng)耐高溫的操作特性。較佳地，該硅氧烷聚合物底涂層通過(guò)快速在線涂覆方法施涂，其中雙保裝的硅氧烷涂層系統(tǒng)的組份為連續(xù)地組合、混合并采用新穎的裝置以相應(yīng)于涂層施涂于纖維的速率連續(xù)地傳遞該涂層至液體涂覆機(jī)以施涂于纖維上。
文檔編號(hào)C03C25/10GK1040187SQ88108978
公開(kāi)日1990年3月7日 申請(qǐng)日期1988年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月8日
發(fā)明者米歇爾·勃魯斯·凱恩, 里根·卡那皮倫, 伊麗斯·西克托爾·烏羅蒂 申請(qǐng)人:康寧玻璃公司