СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СВЕТОВОДОВ Российский патент 1995 года по МПК C03C25/02 

Изобретение относится к области получения силоксановых покрытий волоконных световодов (ВС).

Такого рода первичные покрытия ВС в настоящее время широко используются в промышленном производстве двух основных классов световодов: cветоводов типа стекло-стекло с легированной светоотражающей оболочкой (градиентные, одномодовые) для создания линий дальней связи и световодов типа кварцполимер для линий внутриобъектовой связи. Оба класса ВС производятся в СССР и за рубежом и широко применяются в различных областях современной высокоинформативной техники связи (быстродействующие ЭВМ, галогогеологоразведка, медицина, телефонная связь, многоканальное телевидение).

Наиболее известными материалами первичных покрытий ВС, получившими наибольшее применение в мировой практике, являются полимерные композиции двух типов: 1) эпоксиакрилатные, обеспечивающие высокоскоростную полимеризацию под воздействием УФ-облучения, обладающие высокой адгезией; 2) силоксановые полимеры, отверждаемые путем термокаталитической реакции полиприсоединения винилсилоксановых жидких каучуков к олигогидридсилоксанам с помощью реакции гидросилирования.

Покрытия ВС на основе силоксановых полимеров, уступая эпоксиакрилатным по прочности и высокой скорости отверждения, имеют специфические преимущества, которые создают им прочную конкурентную основу для применения:
1) Более высокая эластичность и вследствие этого демпферные свойства покрытий, выражающиеся в устранении микроизгибов волокна и более высоких оптических свойствах световодов (в особенности для линий дальней связи, например для одномодовых ВС с жесткими техническими требованиями наименьших оптических потерь при τ= 1,55 мкм);
2) Более высокая морозостойкость покрытий и, соответственно, более широкий диапазон рабочих свойств ВС;
3) возможность использования полимерных композиций светоотражающих покрытий световодов типа кварц-полимер, обусловленная более низким показателем преломления силоксанового стекла (1,39-1,41) по сравнению с показателем преломления кварцевого стекла (1,458).

Несмотря на различия в особенностях исходных материалов, общей основой для получения такого рода покрытий является реакция полиприсоединения жидких силоксановых полимеров с винильными группами (компонент А) к полифункциональным (не менее 3) олигогидридсилоксанам (В) в присутствии платинового катализатора (К) с образованием сшитого трехмерного вулканизата-покрытия (С) по общей схеме:
-- где К - катализатор;
n = 1000-1500;
m = 70-100;
l = 2-3.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения волоконно-оптических световодов путем нанесения силоксановой композиции, приготовленной на основе винилсилоксановых жидких каучуков и олигогидридсилоксанов в присутствии платиносодержащего катализатора, на поверхность волокна в процессе его вытяжки и последующего отверждения покрытия при 250-400^оС.

Недостатком указанных композиций, а также различных вариантов компаундов СИЭЛ (компаунды 159-167, 159-230, 159-255 и др.) является сравнительно низкая жизнеспособность полимерных композиций, не позволяющая проводить получение качественных длинномерных образцов световодов (более 3 км) из-за повышения вязкости композиции в процессе вытяжки.

Другим общим недостатком как зарубежных, так и всех отечественных силоксановых компаундов для покрытий световодов является относительно невысокая скорость термокаталитического отверждения силоксановых композиций такого рода, которая при стандартных длинах печей полимеризации (1,5 м) не превышает 25-30 м/мин. Это ограничивает скорость получения самих световодов и производительность вытяжных установок ВС, так как процесс полимеризации (отверждения) в этом производственном цикле является лимитирующим.

Целью изобретения является повышение производительности вытяжных установок.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения волоконно-оптических световодов (ВС) на основе винилсилоксановых жидких каучуков и олигогидридсилоксанов в присутствии платиносодержащего катализатора волокна в процессе его вытяжки и последующего отверждения покрытия при 250-400^оС в качестве катализатора используют сульфоксидноплатиновый катализатор (СП.К).

Процесс осуществляют следующим образом.

К смеси жидкого силоксанового каучука с винильными группами (полимеры типа СКТНВ-2 либо СКТНФТ-10В) добавляют отвердитель (структурирующий агент) ОГС или ОГС-Г (15 мас. %), а затем катализатор СКП 30 мкл концентрацией 1х10^-5 га Pt/мл). Композицию тщательно перемешивают, затем проводят предварительно форполимеризацию для доведения вязкости до требуемого рабочего уровня (50-80 П) в зависимости от диаметра вытягиваемого волокна, для чего полимерную смесь из фильеры наносят на поверхность вытягиваемого волокна и отверждают, пропуская через зоны печи полимеризации с температурой 250-400^оС; образующееся волокно с отвержденным покрытием наматывают на приемной катушке (бобине).

Была проведена серия опытов по вытяжке волоконных световодов как из заготовок ВС на основе легированного кварцевого стекла (градиентных и одномодовых световодов) с диаметром стекловолокна 125 мкм, так и световодов кварц-полимер с диаметром кварцевой световедущей жилы 200 мкм и более на основе световодных кварцевых стержней (штабиков), причем в обоих случаях использовались полимерные композиции с указанным сульфоксидноплатиновым катализатором.

В случае использования данной композиции с СПК при вытяжке световодов с диаметрами 125-200 мкм, как видно из примеров осуществления и таблицы, скорость вытяжки световодов удается увеличить в 1,5-1,7 раза с получением полностью отвержденного качественного покрытия. Ниже приводятся примеры осуществления способа получения силоксановых покрытий ВС.

П р и м е р 1. 200 г жидкого каучука СКТНВ-2 смешивают с 30 г олигогидридсилоксана ОГС и к смеси добавляют 0,03 мл катализатора СПК с концентрацией 1х10^-5 га Pt/мл, тщательно размешивают и смесь термостатируют при 100^оС в течение 45 мин, при этом вязкость композиции повышают от 30 до 50 П. Затем композицию в охлажденном состоянии фильтруют, после чего используют для заливки фильеры при вытяжке градиентного волокна диаметром 125 мкм. Режим отверждения: печь полимеризации длиной 1,5 м с распределением температуры по зонам: I зона - 250^о, II - 300^o, III - 400^оС. Скорость вытяжки волокна - 50 м/мин. Получено 2,5 км ВС типа градан с полностью отвержденным однородным покрытием (толщина покрытия σ_ср= 50 мкм).

П р и м е р 2. По методике, описанной в примере 1, приготавливают силоксановую композицию на основе 200 г жидкого каучука СКТНФТ-10В и 30 г олигогидридсилоксана ОГС-F с добавлением 0,03 мл катализатора СПК. Вязкость подготовленной кондиционированной композиции составляет 55 П. Охлажденный и отфильтрованный полимерный материал используют для вытяжки градиентных световодов с диаметром стекловолокна 125 мкм в режиме, описанном в примере 1. Скорость вытяжки составляет 50 м/мин. Получено 3,8 км градиентного волокна с однородным, полностью отвержденным покрытием (толщина покрытия 52 мкм).

П р и м е р 3. По аналогии с примером 1 приготавливают композицию на основе СКТНВ-2 массой 230 г с вязкостью 54 П и используют для вытяжки одномодового волокна с диаметром стекловолокна 125 мкм в режиме, указанном в примере 1. Скорость вытяжки ВС-50 м/мин. Получено 3,3 км одномодового волокна с полностью отвержденным покрытием ( σ_покр. = 55 мкм).

П р и м е р 4. 230 г полимерной композиции на основе каучука СКТНФТ-10 В и отвердителя ОГС-F (в тех же соотношениях 100:15) с использованием катализатора СПК, применяют для нанесения покрытия в процессе вытяжки одномодового волокна диаметром 125 мкм в указанном ранее режиме отверждения. Скорость вытяжки - 50 м/мин. Получено 3,2 км одномодового волокна с полностью отвержденным покрытием ( σ_покр. = 52 мкм).

П р и м е р 5. Аналогично примеру 2 приготавливают полимерную композицию 230 г на основе СКТНФТ-10В и ОГС-F с добавлением катализатора СПК (однако время термостатирования увеличивают до 1 ч для достижения вязкости 70 П) и используют для получения светоотражающего покрытия световода кварц-полимер с диаметром стекловолокна 200 мкм и покрытия с диаметром 65 мкм. Скорость вытяжки световода 50 м/мин. Получено 1,8 км волокна кварц-полимер.

Как следует из таблицы, в тех же условиях вытяжки (температура печи полимеризации, вязкость полимерного материала, диаметр волокна) для композиций с использованием сульфоксидноплатинового катализатора удается достичь скорости вытяжки световодов 50 м/мин вместо 30 м/мин, т.е. в 1,7 раза выше, при этом покрытие получается полностью однородным с отсутствием липкости, хорошо сматывающимся с приемной бобины. Это наблюдается для градиентных и одномодовых волокон с диаметром 125 мкм, а также для волокна кварц-полимер с диаметром 200 мкм.

Этот эффект определяется, по-видимому, активностью сульфоксидных компонентов платины, обусловленной высокой составляющей П-компоненты транс-влияния сульфоксидных лигандов, близкой к транс-влиянию олефинов.

Сущность изобретения: в способе получения волоконно-оптических световодов наносят силоксановую композицию, приготовленную на основе винилсилоксановых жидких каучуков и олигогидридсилоксанов в присутсвии платиносодержащего катализатора, на поверхность волокна в процессе его вытяжки и последующего отверждения покрытия при температуре 250 - 400°С. В качестве катализатора используют сульфоксидно-платиновый катализатор. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СВЕТОВОДОВ путем нанесения силоксановой композиции, приготовленной на основе винилсилоксановых жидких каучуков и олигогидридсилоксанов в присутствии платиносодержащего катализатора, на поверхность волокна в процессе его вытяжки и последующего отверждения покрытия при 250 - 400^oС, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности вытяжных установок за счет увеличения скорости вытяжки волоконно-оптических световодов, в качестве катализатора используют сульфоксидно-платиновый катализатор.