隨著光纖應用環境的擴展,普通光纖已經無法適應特殊環境的使用條件。尤其是在高溫工作環境下,普通紫外固化涂層極易發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,國內外光纖廠商展開了針對耐高溫進行研發。
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在油氣井探測、航天、光纖傳能等高端領域實現了部署,開拓了光纖應用的新市場。
耐高溫丙烯酸樹脂涂層光纖
耐高溫丙烯酸樹脂涂層光纖擁有優異的性能,可在85℃-150℃環境下長期穩定使用,同時其涂層可直接使用剝線鉗進行涂層剝離。
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。而江蘇亨通光纖公司則選用一種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,擁有更高的生產效率,拉絲速度更高;同時其單層涂覆,不存在內外涂層的差異,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,擁有一定的市場前景。
從高層丙烯酸樹脂涂層光纖的生產工藝上看,首先光纖預制棒在溫度為1700℃-2200℃的高溫石墨爐中融化并被拉絲成直徑為125μm的裸光纖。裸光纖經過強制冷卻后進入涂覆模具,之后通過紫外固化爐,使其快速固化變成外直徑為245μm的成品光纖,最后使用收線裝置將光纖繞盤。
有機硅膠涂層光纖
目前,200℃溫度段的耐高溫光纖主要是有機硅膠涂層光纖。能夠在200℃的環境下長期使用,且衰減附加值以及涂層失重率均較低。不過,有機硅膠涂層光纖的生產成本較高,效率較低,還需要后期涂層熱處理。
從制作工藝上看,其首先采用有機硅膠雙層涂覆技術使光纖直徑達245μm,之后在硅膠涂層外緊包一層聚四氟乙烯套,外徑為700-900μm。硅膠涂覆的固化工藝主要有熱固化和UV固化(UVS)兩種方式。其中UV固化的工藝生產效率更高,工藝連接性較強。
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。