國內(nèi)將展開研發(fā)光纖耐高溫難題
隨著光纖應用環(huán)境的擴展,普通光纖已經(jīng)無法適應特殊環(huán)境的使用條件。尤其是在高溫工作環(huán)境下,普通紫外固化涂層極易發(fā)生熱老化和熱氧老化,降低涂層對光纖的保護作用,并最終可能導致光纖失效。對了應對這一情況,國內(nèi)外光纖廠商展開了針對耐高溫進行研發(fā)。
目前,國際主流的耐高溫光纖主要有:耐高溫丙烯酸樹脂涂層光纖、有機硅膠涂層光纖、聚酰亞胺涂層光纖以及金屬涂覆光纖四種。憑借在制造工藝和性能上的不同特點,這幾款耐高溫光纖已經(jīng)在油氣井探測、航天、光纖傳能等高端領域?qū)崿F(xiàn)了部署,開拓了光纖應用的新市場。
一般情況下,耐高溫丙烯酸樹脂涂層采用光固化耐高溫丙烯酸樹脂進行雙層涂覆。新型的光固化耐高溫丙烯酸樹脂,對模具進行改進,采用單層涂覆工藝可使涂覆光纖外徑達到200μm。與雙層涂覆技術相比,單層涂覆耐高溫光纖不僅涂覆工藝簡化,擁有更高的生產(chǎn)效率,拉絲速度更高;同時其單層涂覆,不存在內(nèi)外涂層的差異,因此其在高溫下涂層失重率更小,擁有更加穩(wěn)定的性能;另外其外涂直徑為200μm,體積較小,可以用于小型器件的生產(chǎn),擁有一定的市場前景。
有機硅膠涂層光纖的工藝與耐高溫丙烯酸樹脂光纖工藝類似,不同之處是使用了Wet-Dry涂覆方式:
首先使用石墨拉絲爐將光棒加熱熔融,進行抽絲,并使用UV固化。光纖收線完成后,還需要將其放入120℃的恒溫加熱箱中處理30分鐘,隨后利用緊套設備,在光纖外層再包覆一層聚四氟乙烯衣層。
與前兩種耐高溫光纖相比,由于涂層固化過程時間較長,因此聚酰亞胺涂層光纖的生產(chǎn)效率較低,拉絲速度約為10-20m/min。同時,由于模量較高,其也不能使用剝線鉗施加外力進行涂層剝離,而應該采用火焰燒蝕、烤箱或馬弗爐加熱、等離子電弧燒蝕、CO2激光器加熱燒蝕等方法。
金屬涂層光纖將耐高溫金屬材料緊覆在裸光纖上,主要有化學鍍、電鍍法、熔融涂覆法與材料濺射薄膜法等制作方法。其中化學法與電鍍法雖然工藝簡單、容易操作、成本低;但是鍍出的光纖衣層薄膜均勻度差,難以滿足高靈敏度傳感器的需求。
與前三種高溫光纖的涂覆工藝相比,金屬涂覆光纖的優(yōu)勢在于:金屬衣層的熱膨脹系數(shù)低,基本與光纖處于同一數(shù)量級;金屬衣層的抗腐蝕、耐應力性能最佳;耐低溫性能最佳,可在-269℃連續(xù)工作;衣層與光纖包層結(jié)合緊密,機械強度高;耐疲勞、抗水、抗氫性能好;可用金屬焊接。
隨著光纖應用領域的擴大,市場對特種光纖的需求持續(xù)增加,目前在售的幾類耐高溫光纖可以滿足市場的部分需求,但都不同程度的存在局限性,這還需要廣大光纖光纜工藝工作者從生產(chǎn)工藝源頭著手,改進工藝,制作出性能更佳的耐高溫光纖。

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