1SIPOF的結(jié)構(gòu)示意。POF的結(jié)構(gòu)原理光學(xué)透明材料作為纖芯，以較低折射率的篼分子光學(xué)透明材料為包層所構(gòu)成，纖芯的直徑一般為必0.2~3.0mm皮層的厚度一般纖芯的6%，纖芯材料的折射率，比皮層的折射率2大0.1左右，這樣入射纖芯的光線就會(huì)在芯皮形成的界面上反復(fù)地發(fā)生全反射而被傳輸21，如所示。
2POF的材料選擇POF的材料時(shí)，主要應(yīng)考慮光學(xué)塑料的透光性能和折射率。作為PF的芯料必須是非晶態(tài)的高透明的高分子材料，光學(xué)塑料的折射率與塑料的化學(xué)組成有關(guān)。一般來(lái)講，組成中具有的官能團(tuán)越多，折射率就越大，當(dāng)在基體中引入原子量大的原子或極性大的官能團(tuán)，折射率就會(huì)增加，反之折射率就會(huì)越小。對(duì)大多數(shù)塑料來(lái)說(shuō)，折射率均在1.4-1.6之間W.目前被用作POF芯材的高分子材料只有3種：（1）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）；（2）聚苯乙烯（PS）；（3）氘化聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-d8）。3種芯材的分子式如所示4.含氟高分子和有機(jī)硅高分子表現(xiàn)出較低的折射率，與上述3種芯材匹配，見(jiàn)表1.表1塑料光纖的相附匹配芯材皮料名稱折射率“丨名稱折射率組合1聚苯乙烯（PS）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）組合2聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）四氟乙稀和偏氟乙稀共聚物（fm）組合3氘化聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-d8）全基側(cè)鏈甲基丙烯酸甲酯（FPMMA）3種芯料的分子結(jié)構(gòu)式造成POF損耗的主要因素要研制低損耗的POF，首先必須分析造成POF光損耗的主要因素，根據(jù)分析的結(jié)果，來(lái)制定POF的制造工藝。光損耗主要因素見(jiàn)表2.表2影響光損耗的主要因素固有因素吸收高分子鏈中C-H鍵紅外振動(dòng)的倍頻吸收電子能級(jí)躍遷紫外帶在可見(jiàn)光區(qū)的延伸高分子密度和組成波動(dòng)引起的瑞利散射非固有因素吸收過(guò)渡金屬的存在有機(jī)雜質(zhì)塵埃、氣泡的存在芯皮界面的不完整，光纖直徑的波動(dòng)高分子材料因拉伸引起的雙折射現(xiàn)象固有因素與制造POF的材料有關(guān)，一旦材料選定，光損耗值也就固定了，而非固有因素卻與光纖的研制工藝有關(guān)，我們可以預(yù)先對(duì)原料進(jìn)行精制，去除原料中的金屬離子，有機(jī)雜質(zhì)和塵埃。采用高溫本體聚合反應(yīng)的方法，以保證芯材的純度。在聚合體系中加入分子量調(diào)節(jié)劑和第二單體，使聚合物具有適當(dāng)?shù)牟ＡЩ瘻囟?、粘流溫度和熔融溫度，從而具有良好的拉絲性能和機(jī)械性能。使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)處在一個(gè)密閉的環(huán)境中，以避免雜質(zhì)的混入。
POF的制作工藝目前普通階躍型折射率光纖（SIPOF）的芯材主要是PMMA和PS兩種材料所制成，如果芯材采用折射率=1.492的PMMA，皮層材料可以采用折射率=1.40的含氟聚合物。如果芯材采用=1.59的PS，皮層材料可采用PMMA. SIP0F連續(xù)生產(chǎn)的工藝流程圖如所示。整個(gè)工藝由原料的精制過(guò)程、聚合過(guò)程和拉絲過(guò)程3部分組成，整個(gè)系統(tǒng)處在一個(gè)密閉的環(huán)境中，防止雜質(zhì)和污染。
利用上述方法工業(yè)化生產(chǎn)以PMMA為芯材的POF光損耗己基本可達(dá)到低于200dB/km，使用范圍可以達(dá)到5（K100m. 4.2原料的精餾過(guò)程作為共聚原料的單體MMA和（11）皮料擠出機(jī)EA必須經(jīng)過(guò)精館提純后才能，精餾的目的是去除單體的低沸點(diǎn)有機(jī)物和高沸點(diǎn)的有機(jī)物雜質(zhì)以及水分，同時(shí)單體的過(guò)渡金屬離子，不溶性的固體雜質(zhì)也一并被去除。同樣分子量調(diào)節(jié)劑和引發(fā)劑也要經(jīng)過(guò)精館提純。
以去除過(guò)渡金屬離子和不溶性的固體雜質(zhì)。
4.3聚合反應(yīng)過(guò)程引發(fā)劑的選取。本體聚合時(shí)存在“自動(dòng)加速作用”問(wèn)題。當(dāng)單體的轉(zhuǎn)化率達(dá)到20-30%時(shí)，由于體系粘度逐漸增加，單體可以自由擴(kuò)散與長(zhǎng)鏈游離基進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，但鏈游離基活動(dòng)受阻，鏈終止反應(yīng)，速率下降，結(jié)果引起聚合速率的突升。由于聚合反應(yīng)進(jìn)行劇烈，放出大量的熱量，體系溫度劇烈升高，又會(huì)弓丨起引發(fā)劑分解速率的增加，產(chǎn)生更多的游離基，進(jìn)一步加劇了聚合反應(yīng)的激烈程度，體系'粘度會(huì)度得更大，產(chǎn)生的熱量更多。如果此時(shí)不能及時(shí)轉(zhuǎn)移熱量，會(huì)引起爆聚。解決的方法之一就是選取高溫引發(fā)劑，使引發(fā)劑的明顯分解發(fā)生在高溫狀態(tài)下，高溫下體系有較小的粘度，這樣有利于熱量的轉(zhuǎn)移，可以降低自動(dòng)加速作用的負(fù)效應(yīng)，從而避免爆聚反應(yīng)的發(fā)生。
本工藝選取過(guò)氧化二特丁基為引發(fā)劑。該試劑在常壓下為無(wú)色液體，沸點(diǎn)109C，分子式C8H1802，相對(duì)分子量146.23過(guò)氧化二燒基化合物，當(dāng)燒基為直鏈結(jié)構(gòu)時(shí)不穩(wěn)定，低級(jí)者易爆炸。而烷基具有多支鏈者，例如：過(guò)氧化二特丁基，則可在常壓下蒸餾而不分解。本工藝采用在壓力26.3kpa，7（TC下蒸餾精制。過(guò)氧化二特丁基的使用溫度為13（M5（TC，分子量調(diào)節(jié)。為了克服芯料在成絲過(guò)程中光纖截面的不圓和表面光潔度不好而帶來(lái)的光散射損耗，就必須使光纖芯料具有適當(dāng)?shù)恼沉鳒囟龋ǜ叻肿娱L(zhǎng)鏈開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的溫度）和較低的熔融粘度（高分子長(zhǎng)鏈在流動(dòng)的表觀粘度）。按照高分子鏈的兩種運(yùn)動(dòng)單元的概念，玻璃化溫度（7p是鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的溫度，7；只與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與分子量有很大關(guān)系，分子鏈越長(zhǎng)，分子鏈間的力越大，內(nèi)摩擦力就越大。尤其象PMMA這種帶有極性側(cè)基的塑料來(lái)說(shuō)，尤為明顯。作為POF芯料的PMMA其數(shù)均分子量應(yīng)在50000-150000之間，分子量小于50000，則拉出的光纖機(jī)械強(qiáng)度很差：分子量大于150000，則加工成型困難。
本工藝選用正丁硫醇為分子量調(diào)節(jié)劑，該試劑為無(wú)色透明液體，分子式為C4HWS，相對(duì)分子量90.19.在MMA的聚合時(shí)，長(zhǎng)鏈游離基向正丁硫醇的鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)為0.67.高分子鏈主要在鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)中生成。數(shù)均聚合度與分子量調(diào)節(jié)劑的初始濃度有如下關(guān)系：其中cs為鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)，取0.67；叫。為單體的初始濃度（mol/l）；間。為分子量調(diào)節(jié)劑初始濃度（mol/1）；x為單體的總轉(zhuǎn)化率，數(shù)均分子量=MMA分子量X瓦=100.11X.分子量調(diào)節(jié)劑的用量范圍為1Xl2~2X10%il/L共聚改性。本工藝選用丙烯酸乙酯（EA）作為第二單體與PMMA共聚。EA的a碳原子上的取代基為單取代基，因此生成的均聚物的高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)移空間阻礙小，rg-24t：。MMA加入第二單體EA共聚后，生成的共聚物的鏈段變小，Tg下降，拉成的光纖韌性變大。同時(shí)由于鏈段的變小，也使粘流溫度和熔融粘度變小。EA的用量為單體總量的5-15%，由原來(lái)的均聚時(shí)的105C變?yōu)?986C.聚合設(shè)備。本工藝采用間歇本體聚合的方法，聚合反應(yīng)釜由不銹鋼材料制成，內(nèi)部拋光，聚合反應(yīng)釜內(nèi)徑為0150mm，筒體高為600mm，底部錐體為60度。聚合反應(yīng)釜上部由加料口、排氣口和加氣口，釜外部有加熱套。
（5）聚合反應(yīng)的工藝流程。聚合開(kāi)始時(shí)應(yīng)緩慢加熱，促使引發(fā)劑分解。當(dāng)聚合時(shí)間到24小時(shí)后，料的中；11溫度可升到9（TC以上，出現(xiàn)自動(dòng)加速，料溫急劇上升，上升速率約為0.8C/min，般溫度可升到120~150C.自動(dòng)加速階段應(yīng)停止加溫，可關(guān)閉電源，自動(dòng)加速階段過(guò)后，單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。該階段叫做后期聚合反應(yīng)階段。后期聚合反應(yīng)階段結(jié)束后，應(yīng)慢慢升溫，使料溫達(dá)到210C左右，該階段叫做均質(zhì)階段。均質(zhì)階段分為升溫段和恒溫段當(dāng)料溫達(dá)到2000時(shí)，這時(shí)應(yīng)在負(fù)壓下每隔4小時(shí)放氣一次，脫除物料中因局部聚合劇熱產(chǎn)生的氣泡和末反應(yīng)的的單體，并通過(guò)物料的熱運(yùn)動(dòng)達(dá)到密度一致性。聚合反應(yīng)過(guò)程結(jié)束后，料溫不應(yīng)降到常溫，而應(yīng)降到拉絲溫度（188198.C）就可直接拉絲。
拉絲過(guò)程POF的皮料采用含氟樹(shù)脂，該樹(shù)脂與PMMA的結(jié)合性很好。POF在拉絲模具中復(fù)合而成。芯料用氮?dú)鈴木酆细苯油ㄟ^(guò)拉絲模具。皮料由擠出機(jī)擠入模具口模，芯料溫度188-198.（：，拉絲口模溫度lWC，擠出機(jī)機(jī)頭溫度215C，拉絲速度為5~20m/min.采用上述工藝控制成的POF性能指標(biāo)如下：光損耗：小于2/km（632.8nm）；數(shù)值孔徑：0.5；使用從光損耗的指標(biāo)來(lái)看，用本工藝?yán)频腜OF可達(dá)到使用長(zhǎng)度50~100m，光纖的制造過(guò)程雖處在一密閉的系統(tǒng)中，但聚合過(guò)程有一間歇過(guò)程，所以該制造工藝屬小規(guī)模制造塑料光纖的工藝。若要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，可以在此基礎(chǔ)上改進(jìn)成連續(xù)聚合拉絲過(guò)程。