耐溫光纖生產工藝研究

張嘉琛

摘 要：耐溫光纖由于自身具備的優質性能，即便是在惡劣的環境下也可以保持良好的傳輸穩定性能，因此逐漸成為了光纖器件材料的主流。本次筆者將針對耐溫光纖材料中的聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖、聚酰亞胺涂覆耐溫光纖以及金屬涂覆耐溫光纖的生產工藝進行分析。旨在為今后實際生產過程中生產工藝的改善奠定理論基礎。

關鍵詞：耐溫光纖 生產工藝 研究

中圖分類號：TN253 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0119-02

耐溫光纖在惡劣環境下的傳輸性能也十分穩定，而且還可以進行準確的測量，所以近幾年來其應用范圍也在進一步擴大。當前光纖傳感技術得到了快速的發展，耐溫光纖經過二次加工能夠得到更廣泛的應用，比如地鐵、橋梁大壩、電力工程和隧道等，所以其應用量也得到了不斷的提高[1]。正是由于光纖適用范圍的拓展，使得不少高溫或者低溫環境中也需要使用到光纖，因此也為耐溫光纖提供了較好的發展市場。

1 聚酰亞胺涂覆耐溫光纖生產工藝分析

此種耐溫光纖主要是將聚酰亞胺涂在光纖的表面，一般會采用電爐烘箱來進行固化，從而降低拉絲速度，所花費的熱固化時間比較長。固化時的溫度會對涂層之后的使用性能產生影響[2]。為了使聚酰亞胺材料能夠適應快速拉絲固化的要求，需要對其生產工藝進行改進。當前就我國國內制備聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的生產工藝而言，大都是采用拉絲、涂覆以及配合臥式電烘箱固化等。圖1為聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的生產工藝，工藝的拉絲速度控制在2～20m/min左右。借助于高溫拉絲爐在高溫的環境下將光棒進行加熱，達到了熔融狀態之后就將其從爐子的下部出口位置拉出。圓形電爐屬于固化裝置，電爐內包含了高溫區域，主要目的是為了讓聚酰亞胺材料得到固化。高溫區域還可以進行進一步的細分，即溶劑揮發區域以及分子合成區域等，這兩個區域之間的溫度又會產生差異。為了使光纖的固化參數、涂覆參數等達到規定的要求，可以多次進行涂覆和固化之間的循環，最終使光纖材料表面上的涂覆層達到均勻狀態。

除了采用熱固化方式制備聚酰亞胺涂覆耐溫光纖，還發明了一種利用立式電烘箱進行涂覆和固化的光纖制備工藝。此種立式制備工藝和我國國內的臥式制備工藝十分類似。在進行預固化之后需要二次涂覆光纖，在涂覆工藝中包含了不同的涂覆單元，每次經過涂覆單元，都應該增大單邊涂覆的厚度，每個涂覆單元結束后都需要接受高溫固化，最終也是在涂覆和固化之間進行循環。采用立式制備方式的優點就是可以對涂層的厚度進行全面精確的控制，這樣就會使涂層和光纖的同心度問題得到有效解決，但是其制備的成本相對更高[3]。聚酰亞胺涂覆耐溫光纖所應用的溫度范圍比較廣泛，它能夠在-200℃～400℃之間的環境中進行使用。而它的衰減速度一般為0.5dB/km。聚酰亞胺涂覆耐溫光纖的耐溫性明顯較好，因此也被應用在了諸多領域，更適合在抗輻射和電力工程的測溫系統中進行應用。

2 聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖的制備工藝分析

此種類型的耐溫光纖材料主要是國外所采用的產品。比如當前在OFS、Corning等公司進行推廣。聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖的生產工藝如下：高溫電阻爐或者感應爐中的溫度需要控制在2000℃左右，然后將光棒置于其中進行熔融，將熔融之后的物質進行抽絲，需要將其抽絲成裸光纖，直徑為125μm。裸光纖需要進行強制冷卻，通常情況下會采用到惰性氣體進行冷卻，再將其放入到涂覆裝置當中。涂覆裝置會結合光線內層和外層之間的差異來進行具體的涂覆。Wet-on-dry是制備聚丙烯酸樹脂涂覆光纖材料中常見的涂覆工藝，分別需要使用到不同的涂覆材料，借助于紫外固化爐來將光線進行快速的固化，最終制備成符合標準的光纖。

就我國國內而言也有一部分的廠家生產和銷售此種類型的耐溫光纖材料，比如亨通公司和長飛公司等，其中亨通公司所選擇的聚丙烯酸樹脂涂覆光纖材料是一種新型的光固化耐溫材料，同時也對Wet-on-dry這種傳統的涂覆工具進行了相應的優化。聚丙烯酸樹脂涂覆耐溫光纖屬于眾多耐溫光纖制備工藝中比較成熟的一種方式，而且此種類型的耐溫光纖能夠在溫度為150℃左右的環境下進行使用。與普通的本征光纖相比，聚丙烯酸樹脂涂覆光纖的衰耗水平以及其他相關參數均無太大差異，基本相同。涂層所采用的為光固化模式，具備較高的生產效益，可以進行大規模的生產。雖然在參數和衰耗水平上和普通光纖無顯著差異，但是它的耐溫性卻很好，比較適合應用在橋梁大壩或者鐵路的建設過程中。

3 金屬涂覆耐溫光纖生產工藝分析

金屬涂覆耐溫光纖的生產制備工藝是眾多耐溫光纖制備工藝當中最為不完善的工藝。主要表現在，金屬涂覆耐溫光纖的生產工藝整體來看比較簡單，而且大多數都是短距離的涂覆，并沒有辦法實現光棒拉絲的過程。直接在裸光纖上進行長距離的金屬涂層。但由于金屬類型多樣，所以其具體的制備工藝也就比較多樣化了。常見的制備工藝包含熔融涂覆法、化學鍍法以及電鍍法等。本次針對金屬衣層生產磁控濺射爐制備金屬涂覆耐溫光纖材料的生產工藝進行簡要分析。濺射爐上一般會有兩個通孔，借助于系統的自動控制裝置來實現同步。裸光纖在制備的過程中需要保持張力，這樣就可以在光線上進行連續鍍膜。這種制備耐溫光纖材料的方法比較復雜，必須要對反應物流量、放纖速度和濺射功率等進行嚴格的控制。與其它幾種耐溫光纖材料相比，金屬耐溫光纖的使用環境范圍更加廣泛，也只有金屬耐溫光纖能夠在溫度超過400℃的惡劣環境中得到應用，而且不會對其傳輸性能產生不良影響。金屬涂層耐溫光纖受到高模量因素的影響，所以其衰減也比較高。但是這種類型材料的具體優點很多，比如耐應力和耐腐蝕性、耐低溫性都很好。比如它還可以在-269℃的低溫惡劣環境下進行連續的使用。正是因為其能夠在更加惡劣的環境中得到應用還不影響其傳輸性能，所以也得到了不少行業的青睞。同時金屬涂覆耐溫光纖的機械強度較好，經常被用在油氣井高溫探測中，或者是高壓、真空、航空、船舶制造等領域。

4 結語

當前社會經濟的發展，使得各行各業的發展呈現出較好的趨勢。尤其是對于一些特殊的行業，如石油開采、航空航天等，對于溫度檢測的環境要求變得愈加嚴格，尤其是在環境比較惡劣的情況下需要進行溫度測試，這就對光纖的耐溫性提出了更高的要求。我們生活中和科研項目中的光纖耐溫性還遠遠無法滿足實際需求，因此需要加大對耐溫光纖的研究，并積極優化已有的耐溫光纖生產工藝，使其更好的為各行業發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1] 孫可元.聚酰亞胺耐溫光纖生產工藝與性能[A].光纖材料產業技術創新戰略聯盟一屆五次理事會暨技術交流會文集[C].2015.

[2] 孫可元.耐溫光纖生產工藝及應用[J].現代傳輸，2015（3）： 42-43.

[3] 韓吉聲，蘆志偉，李士建，等.光纖測溫技術在SAGD應用效果分析[J].新疆石油科技，2010，20（2）：14-18.endprint