耐温光纤生产工艺研究

张嘉琛

摘 要：耐温光纤由于自身具备的优质性能，即便是在恶劣的环境下也可以保持良好的传输稳定性能，因此逐渐成为了光纤器件材料的主流。本次笔者将针对耐温光纤材料中的聚丙烯酸树脂涂覆耐温光纤、聚酰亚胺涂覆耐温光纤以及金属涂覆耐温光纤的生产工艺进行分析。旨在为今后实际生产过程中生产工艺的改善奠定理论基础。

关键词：耐温光纤 生产工艺 研究

中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0119-02

耐温光纤在恶劣环境下的传输性能也十分稳定，而且还可以进行准确的测量，所以近几年来其应用范围也在进一步扩大。当前光纤传感技术得到了快速的发展，耐温光纤经过二次加工能够得到更广泛的应用，比如地铁、桥梁大坝、电力工程和隧道等，所以其应用量也得到了不断的提高[1]。正是由于光纤适用范围的拓展，使得不少高温或者低温环境中也需要使用到光纤，因此也为耐温光纤提供了较好的发展市场。

1 聚酰亚胺涂覆耐温光纤生产工艺分析

此种耐温光纤主要是将聚酰亚胺涂在光纤的表面，一般会采用电炉烘箱来进行固化，从而降低拉丝速度，所花费的热固化时间比较长。固化时的温度会对涂层之后的使用性能产生影响[2]。为了使聚酰亚胺材料能够适应快速拉丝固化的要求，需要对其生产工艺进行改进。当前就我国国内制备聚酰亚胺涂覆耐温光纤的生产工艺而言，大都是采用拉丝、涂覆以及配合卧式电烘箱固化等。图1为聚酰亚胺涂覆耐温光纤的生产工艺，工艺的拉丝速度控制在2～20m/min左右。借助于高温拉丝炉在高温的环境下将光棒进行加热，达到了熔融状态之后就将其从炉子的下部出口位置拉出。圆形电炉属于固化装置，电炉内包含了高温区域，主要目的是为了让聚酰亚胺材料得到固化。高温区域还可以进行进一步的细分，即溶剂挥发区域以及分子合成区域等，这两个区域之间的温度又会产生差异。为了使光纤的固化参数、涂覆参数等达到规定的要求，可以多次进行涂覆和固化之间的循环，最终使光纤材料表面上的涂覆层达到均匀状态。

除了采用热固化方式制备聚酰亚胺涂覆耐温光纤，还发明了一种利用立式电烘箱进行涂覆和固化的光纤制备工艺。此种立式制备工艺和我国国内的卧式制备工艺十分类似。在进行预固化之后需要二次涂覆光纤，在涂覆工艺中包含了不同的涂覆单元，每次经过涂覆单元，都应该增大单边涂覆的厚度，每个涂覆单元结束后都需要接受高温固化，最终也是在涂覆和固化之间进行循环。采用立式制备方式的优点就是可以对涂层的厚度进行全面精确的控制，这样就会使涂层和光纤的同心度问题得到有效解决，但是其制备的成本相对更高[3]。聚酰亚胺涂覆耐温光纤所应用的温度范围比较广泛，它能够在-200℃～400℃之间的环境中进行使用。而它的衰减速度一般为0.5dB/km。聚酰亚胺涂覆耐温光纤的耐温性明显较好，因此也被应用在了诸多领域，更适合在抗辐射和电力工程的测温系统中进行应用。

2 聚丙烯酸树脂涂覆耐温光纤的制备工艺分析

此种类型的耐温光纤材料主要是国外所采用的产品。比如当前在OFS、Corning等公司进行推广。聚丙烯酸树脂涂覆耐温光纤的生产工艺如下：高温电阻炉或者感应炉中的温度需要控制在2000℃左右，然后将光棒置于其中进行熔融，将熔融之后的物质进行抽丝，需要将其抽丝成裸光纤，直径为125μm。裸光纤需要进行强制冷却，通常情况下会采用到惰性气体进行冷却，再将其放入到涂覆装置当中。涂覆装置会结合光线内层和外层之间的差异来进行具体的涂覆。Wet-on-dry是制备聚丙烯酸树脂涂覆光纤材料中常见的涂覆工艺，分别需要使用到不同的涂覆材料，借助于紫外固化炉来将光线进行快速的固化，最终制备成符合标准的光纤。

就我国国内而言也有一部分的厂家生产和销售此种类型的耐温光纤材料，比如亨通公司和长飞公司等，其中亨通公司所选择的聚丙烯酸树脂涂覆光纤材料是一种新型的光固化耐温材料，同时也对Wet-on-dry这种传统的涂覆工具进行了相应的优化。聚丙烯酸树脂涂覆耐温光纤属于众多耐温光纤制备工艺中比较成熟的一种方式，而且此种类型的耐温光纤能够在温度为150℃左右的环境下进行使用。与普通的本征光纤相比，聚丙烯酸树脂涂覆光纤的衰耗水平以及其他相关参数均无太大差异，基本相同。涂层所采用的为光固化模式，具备较高的生产效益，可以进行大规模的生产。虽然在参数和衰耗水平上和普通光纤无显著差异，但是它的耐温性却很好，比较适合应用在桥梁大坝或者铁路的建设过程中。

3 金属涂覆耐温光纤生产工艺分析

金属涂覆耐温光纤的生产制备工艺是众多耐温光纤制备工艺当中最为不完善的工艺。主要表现在，金属涂覆耐温光纤的生产工艺整体来看比较简单，而且大多数都是短距离的涂覆，并没有办法实现光棒拉丝的过程。直接在裸光纤上进行长距离的金属涂层。但由于金属类型多样，所以其具体的制备工艺也就比较多样化了。常见的制备工艺包含熔融涂覆法、化学镀法以及电镀法等。本次针对金属衣层生产磁控溅射炉制备金属涂覆耐温光纤材料的生产工艺进行简要分析。溅射炉上一般会有两个通孔，借助于系统的自动控制装置来实现同步。裸光纤在制备的过程中需要保持张力，这样就可以在光线上进行连续镀膜。这种制备耐温光纤材料的方法比较复杂，必须要对反应物流量、放纤速度和溅射功率等进行严格的控制。与其它几种耐温光纤材料相比，金属耐温光纤的使用环境范围更加广泛，也只有金属耐温光纤能够在温度超过400℃的恶劣环境中得到应用，而且不会对其传输性能产生不良影响。金属涂层耐温光纤受到高模量因素的影响，所以其衰减也比较高。但是这种类型材料的具体优点很多，比如耐应力和耐腐蚀性、耐低温性都很好。比如它还可以在-269℃的低温恶劣环境下进行连续的使用。正是因为其能够在更加恶劣的环境中得到应用还不影响其传输性能，所以也得到了不少行业的青睐。同时金属涂覆耐温光纤的机械强度较好，经常被用在油气井高温探测中，或者是高压、真空、航空、船舶制造等领域。

4 结语

当前社会经济的发展，使得各行各业的发展呈现出较好的趋势。尤其是对于一些特殊的行业，如石油开采、航空航天等，对于温度检测的环境要求变得愈加严格，尤其是在环境比较恶劣的情况下需要进行温度测试，这就对光纤的耐温性提出了更高的要求。我们生活中和科研项目中的光纤耐温性还远远无法满足实际需求，因此需要加大对耐温光纤的研究，并积极优化已有的耐温光纤生产工艺，使其更好的为各行业发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 孙可元.聚酰亚胺耐温光纤生产工艺与性能[A].光纤材料产业技术创新战略联盟一届五次理事会暨技术交流会文集[C].2015.

[2] 孙可元.耐温光纤生产工艺及应用[J].现代传输，2015（3）： 42-43.

[3] 韩吉声，芦志伟，李士建，等.光纖测温技术在SAGD应用效果分析[J].新疆石油科技，2010，20（2）：14-18.endprint