含氟高分子材料在塑料光纤中应用的研究探讨

＊安诗雨

（克罗米斯光纤 美国·新泽西州沃伦 07001～08989）

含氟高分子材料在塑料光纤中应用的研究探讨

＊安诗雨

（克罗米斯光纤 美国·新泽西州沃伦 07001～08989）

含氟的塑料具有耐高温、高压等特性，近些年，含氟高分子材料在塑料光纤中的应用得到了世界各国的重视。含氟高分子材料在塑料光纤中的应用得到了迅速的进步与发展，也有效改善了塑料光纤的性能。基于此，文章首先针对含氟高分子材料所制成的塑料光纤的性能进行分析，然后对氟塑料光纤的制备方法进行了探讨，最后对含氟高分子材料在塑料光纤中的应用进行了研究。

含氟高分子材料；塑料光纤；全氟聚合物；应用探究

1. 前言

美国的康宁公司在1970年成功地制备出世界上第一根低损耗、高纯度的石英光纤，此后，光纤通信得到了世界的关注与热议，其抗干扰性强、容量大、传输速度快的特点使其深受通信领域的青睐，特别是在现代的通信行业中，得到了广泛的应用。然而，石英光纤直径较细、韧性不足，从而限制了其应用范围，特别是短距离的通信。用高分子材料制备出的塑料光纤具有直径粗、重量轻、成本低、机械性能好、易于联接等特点，塑料光纤应运而生，并且得到了迅速的发展。

2.含氟高分子材料所制成的塑料光纤的性能分析

(1)耐温性的提高

如表1所示，是一些氟代丙烯酸酯的玻璃化温度，从表中的数据可以看出，氟聚合物的稳定性比较高，玻璃化的温度都比较高，因此，含氟高分子材料所制成的塑料光纤不易老化，具有耐高温的特性，从而延长了塑料光纤的使用寿命，提高了其稳定性。

(2)损耗的降低

表1 氟代丙烯酸酯的玻璃化温度

表2 C-H键与C-F键的振动吸收频率比较

损耗的降低主要是因为：①由表2可知，C—F键的振动吸收基频主要是位于远红外光区，在可见光到近红外光的区域范围内，振动吸收很少，从而降低了吸收损耗；②透光窗口红移，导致了瑞利散射的产生，降低了吸收损耗；③氟代后透射损耗的降低，因此，吸收损耗是降低了；④含氟高分子材料其表面能相对来说较小，因而其表面水蒸汽的吸附作用被降低了，从而有效的防止水蒸汽渗透进材料，降低了吸收损耗。

(3)工作波长与石英光纤的匹配性

由图1可以看出，以全氟聚合物为例，其在800～2000nm的波长区域内，近乎是完全透明的状态，透光性比较好，对于石英光纤工作的850nm、1310nm、1550nm的波长窗口全部覆盖。不难看出，氟代后，吸收的红移，近红外区的透光性明显地提高，氟聚合物的透光性也提高了，也满足了工作波长与石英光纤的匹配性。

图1 全氟聚合物的透光性

(4)满足波分复用(WDM)技术的需求

波分复用(WDM)技术是为了满足光纤通信中对于高带宽传输信号需求而出现的新型技术，波分复用(WDM)技术的原理是：将各自载有信息信号、波长不同、分布在多个信道中的载波，耦合至同一光纤中进行传输。载波抵达重点终端后，载波会根据其波长的不同进行分离，然后载波会回到自己的信道，进行解调后，从而信息再现。波分复用(WDM)技术对低能耗的需求在逐渐的提高，因而传输的光纤应有尽量宽的透光窗口。

传统的石英光纤，1300nm的工作波长，透光窗口宽为110nm时，其能够对28路WDM的信道进行信号的传输。传统的塑料光纤，如PMMA塑料光纤，650nm的工作波长，透光窗口宽是10nm时，仅仅能够对3路WDM的信道进行信号的传输。而含氟高分子材料所制成的塑料光纤能够满足其对于透光窗口的需求，满足其容量大、速度快的技术需要，在光纤通信领域中具有广阔的应用前景。

3.含氟塑料光纤的制备方法研究

目前，我国常用的含氟塑料光纤的制备方法主要有以下四种：

(1)界面凝胶制备法

塑料光纤制备中的界面凝胶法，适用于全氟二甲基1,32二噁与丙烯酸酯类等本体聚合产率比较高的材料。该制备方法是将单体、引发剂、链转移剂、调节折射率掺杂剂等反应混合物放进提前制作好、相同高分子材料的管中，并且置于一定温度的环境中，然后进行聚合反应。与在单体相中相比，这个聚合的过程就是通过在管内壁上形成一层凝胶层，从而大大的提高了聚合反应的速度。管内壁上形成的凝胶层随着聚合反应不断增厚，单体也表现出向凝胶相不断扩散，从而逐渐降低了边缘的掺杂剂的含量，逐渐增高了中心的掺杂剂的含量，最终得到了折射率呈渐变分布的光纤预制棒。

(2)旋转扩散制备法

旋转扩散法主要适用于氟聚合物的塑料光纤的制备，主要的步骤是：①溶解掺杂剂与氟聚合物于特定的溶剂中；②将掺杂剂与高分子的混合物从溶剂中经过滤分离出来，并制成特定尺寸大小的圆柱状；③把没有含有掺杂剂的相同聚合物熔融，制作出与特定尺寸大小的圆柱相互大小匹配的圆管；④圆柱放入圆管内，保持一定的转速，加热一段时间，熔融后保持一定时间后，再在一定转速下进行冷却；因为旋转所产生的离心力，使掺杂剂集中的分布在了中部，通过调节转速可以调节掺杂剂的含量呈渐变分布，最终得到折射率呈抛物线分布的光纤预制棒。

(3)浸泡制备法

浸泡制备法的主要步骤是：①溶解掺杂剂与氟聚合物在特定的溶剂中，得到混合物后从溶剂中分离出，然后制作成分布比较均匀的圆柱棒；②将制得的圆柱棒浸泡在特定溶剂里，溶解掺杂剂，并且使高分子材料溶胀一段时间；③保持一定时间后，取出圆柱棒，从而得到了折射率呈渐变分布的光纤预制棒。

(4)热扩散制备法

热扩散制备法的主要步骤是：①将一定比例的掺杂剂与聚合物，制作成分布均匀预制棒直接拉纤；②放进恒温电炉内，利用其高温热气流去冲刷光纤的表面，蒸发掉掺杂剂后，最终得到了折射率呈渐变分布的光纤。

4.含氟高分子材料在塑料光纤中的应用研究

含氟高分子材料在塑料光纤中的应用主要是以下二种：

(1)全氟聚合物

聚四氟乙烯和聚六氟丙烯是比较常见的全氟高分子材料，其结晶度想对来说比较的高，对光具有较强的散射作用。据实验表明，全氟聚合物在其非晶态情况下，与传统的PMMA塑料光纤相比，氟代后，从可见光区到近红外区，透光性提高了，光损耗也更低，同时也满足了工作波长与石英光纤的匹配性，使塑料光纤的性能大大的提升。

(2)含氟丙烯酸酯类聚合物

图2 几种含氟丙烯酸酯的光衰减情况

含氟丙烯酸酯类聚合物主要是酯基上的氟代和丙烯酸部分的二位氟代，全氟的丙烯酸酯类因聚合难度大因而很难被得到。酯基为长链的丙烯酸酯，通常玻璃化温度比较低，因此，通常都是选用丙烯酸酯材料进行塑料光纤的制备。如图2所示，是几种含氟丙烯酸酯的光衰减图，由图2可以看出，在近红外区，氟的含量越高,光损耗越低；二位氟代后光损耗进一步的越低了。

5.结束语

综上所述，利用含氟高分子材料制备的塑料光纤，与传统塑料光纤相比，性能得到了较大的改善，促进了塑料光纤在光通信领域的普及与应用。人们对于氟高分子材料在塑料光纤的应用寄予厚望，并加强了含氟高分子材料在塑料光纤中应用的相关研究，使其得到了迅速的进步与发展。然而，塑料光纤要取得全面成功，还需要进一步降低损耗、降低生产成本、提高稳定性，从根本上解决其存在的问题与不足。相信含氟高分子材料制备的塑料光纤将会在通信领域充分发挥其作用，推动我国通信事业的进步与发展。

[1]陈鹏．塑料光纤技术发展与应用分析研究[J]．电信科学,2011, (08):94-100．

[2]顾陈斌,王东军,刘世雄,王歆秋,黄勇,甄珍,刘新厚．含氟高分子材料在塑料光纤中的应用[J]． 化学进展,2002,(05):398-404．

(责任编辑：刘林林)

Study and Discussion of the Application of High Polymer Material Containing Fluorine in Plastic Optical Fiber

An Shiyu

（Kolomytsyn Fiber, Warren, New Jersey, America, 07001～08989）

The plastic containing fuorine has the features of high temperature resistance and high pressure resistance etc., recently, the application of high polymer material containing fuorine in plastic fber has got the attention of countries across the world. The application of high polymer material containing fuorine has got rapid progress and development and it also has improved the property of plastic fber effectively, based on which, this paper has taken analysis of the property of plastic fber made of high polymer material containing fuorine, and then taken discussion of the preparation method of fuorine plastic fber, fnally, taken study of the application of high polymer material containing fuorine in plastic fber.

high polymer material containing fuorine；plastic optical fber；perfuocarbon polymer；application exploration

T < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A

安诗雨（1987～)，男，克罗米斯光纤；研究方向：全氟塑料光纤生产研发。