渐变型塑料光纤（GI POF）预制棒制备的研究

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1、渐变型塑料光纤（GIPOF）预制棒制备的研究*沈国英[1]胡群华[2]孟凯[1]邱高[2]严治仁[2]1.东华大学材料学院上海2000512.东华大学理学院上海200051关键词渐变折射率;阶跃折射率;预制棒;界面凝胶聚合;塑料光纤塑料光纤（PlasticOpticalFiber，简称POF）因其制造简单、价格便宜、质量轻、韧性和可绕性好、数值孔径大、中继距离长、抗干扰、保密性好等优点[1]非常适用于局域网中的短距离连接，所以已成为目前研究的一个热点。渐变折射率（GradedIndex,简称GI）分布型塑料光纤是为了弥补阶跃折射率（S

2、tepIndex,简称SI）分布型塑料光纤的不足而发展起来的，它是目前用于短距离传输最有前景的塑料光纤。所谓GIPOF，就是光纤轴中心的折射率至其直径边缘[2]逐渐降低，其折射率从光纤中心至其边缘呈二次方折射率分布。目前制备GIPOF的方法主要有直接挤出法和预制棒拉丝法。预制棒拉丝法中按预制棒的制备[3][4][5]方法主要有光共聚法、两步共聚法和界面凝胶共聚法等，现今使用最多的是界面凝胶聚合法。但是目前界面凝胶聚合法制备GIPOF存在成品率低，重复性差等问题，其主要原因之一是制备预制棒和拉丝成纤时易出现气泡和外观缺[6]陷。本文介绍

3、了用甲基丙烯酸甲酯（MMA）为反应单体，采用界面凝胶聚合和离心技术相结合的方法成功的制备出了无气泡、透明的GIPOF预制棒，并探讨了影响GIPOF预制棒及其折射率分布的因素。1实验部分1.1原料甲基丙烯酸甲酯（MMA，98％，上海凌峰化学试剂有限公司），偶氮二异丁腈（AIBN，98％，北京化工厂），过氧化苯甲酰（BPO，98％，国药集团化学试剂公司），十二硫醇（98％，国药集团化学试剂有限公司），二苯亚砜（DPSO，97％，Lancaster公司）。1.2原料的精制将MMA经减压蒸馏后作为单体使用。BPO将MMA经减压蒸馏后作为单体使

4、用和AIBN分别用氯仿和乙醇重结晶后作为引发剂使用。1.3GIPOF空心预制棒的制备首先，取适量的反应单体MMA加入适量的引发剂、链转移剂十二硫醇和掺杂剂DPSO，混合均匀。然后取一根本实验室采用离心法制成的聚甲基丙烯酸甲酯管（PMMA管），其外径15mm，内径9mm，将混合物放入，封闭，放入水平旋转的离心设备中，在50℃以上、转速大于1000ran/min的条件下反应24hrs以上。用同样的方法选用不同的原料配比和反应条件做一系列的空心预制棒。基金项目：上海市光科技行动专项项目“梯度分布折射率聚合物光纤的研究”资助项目联系人：邱高东

5、华大学教务处1.4分析测试1.4.1PMMA管分子量的测试PMMA管的分子量测试是用GPC测试得到。采用四氢呋喃为溶剂，泵型号Waters1515，色差检测器型号Waters2414，柱子HR3-HR4-HR5,流速1ml/min，标准样为聚苯乙烯。测试由中科院上海有机所张晓环完成。1.4.2空心预制棒折射率分布的测试空心预制棒折射率分布的测试由PK2600型YORK预制棒分析测试得到，采用折射率为1.4609的匹配油作为参比。2结果与讨论本实验空心预制棒的制备主要采用MMA本体聚合和离心技术相结合的方法，其主要的机理是界面凝胶和离心

6、相结合的聚合反应。首先PMMA管内壁被混合物溶胀形成凝胶相，由于凝胶效应，在凝胶相内的聚合反应加速，聚合物优先在凝胶相内形成并向管中心推进。在这样的聚合过程中，MMA分子、掺杂剂分子逐渐向凝胶相扩散。由于掺杂剂不参加聚合反应，其向凝胶相扩散的速度比较慢，随着聚合反应的进行，掺杂剂分子被逐渐浓缩在管中心。在本实验中，MMA分子和掺杂剂分子在离心力的作用下，向凝胶相扩散的速度加快了。由于掺杂剂分子量比较大，所以其扩散的速度加快的相对较多，但是相对于MMA分子的整体扩散速度还是比较慢，这样我们就得到了折射率呈渐变型分布的空心预制棒。2.1离

7、心力作用对空心预制棒的影响以往采用单一的界面凝胶聚合技术制备的预制棒很容易产生气泡和各种外观缺陷，其主要原因是在凝胶效应中产生的大量的热不能被及时释放而使局部过热发生“爆聚”。“爆聚”会有两种方式导致气泡生成。一种是部分MMA被气化，而周围的MMA又迅速聚合固化，导致形成气泡残留在其中。另一种是部分MMA迅速聚合固化成PMMA时产生很大的体积收缩而导致的气泡。而离心作用使得MMA混合液体在反应过程中充分接触，防止因为局部过热而发生“爆聚”。并且高速离心作用带来的强大的离心力，使因体积收缩而产生的空隙马上被未反应的MMA混合液所填补。2

8、.2温度和离心力共同作用对空心预制棒折射率分布的影响0.04530.040210.0350.0300.0250.020Index0.0150.0100.0050.000-10-50510Diameter(millimet