WCA March 2014

新型中温光纤涂层 作者：美国康宁公司（ Corning Inc. ）科技部 Ching-Kee Chien 和瓦列里· A ·科兹洛夫

摘要 由于具有更易制造以及更易处理（剥离、清洁和重新涂层） 的特性，面向中温光纤（最高操作温度可达 200°C ）的紫外线 固化丙烯酸酯类涂层材料被视为是可代替现有硅树脂类涂层 的材料之一。在与现有商用中温丙烯酸酯类材料的比较试验 中，一项最新研发的涂层材料展现出了更优越的性能。对比 数种纤维样品的长期耐温试验可用于研究在高温条件下的纤 维性能。在不同环境条件下，对于光学衰减程度以及纤维强 度进行测试，可用于验证新材料的最佳性能和耐久性。 1 介绍 在长期应用中，电信级别光纤适用的紫外线固化丙烯酸酯类 涂层材料最佳操作温度为 85°C 以下，但是在长时间处于超过 85°C 的环境条件下会出现不可逆转的性能退化现象。如今， 数种商用的紫外线固化丙烯酸酯类涂层材料，包括基层涂料 和二层涂料，都适用于 150°C 至 180°C 的中温条件。 1-4 单层 或双层涂层设计都可适用。在正常环境下，检测在循环温度 或恒温条件下的光纤耐温性是追踪涂层稳定性和测试光纤参 数，即衰减性和机械强度最主要的实验方法。动态热解重量 分析法以及等温热解重量分析法用于比较不同的涂层材料、 预测在涂层损耗情况下的涂层材料耐久性以及确定在特定应 用中最佳的涂层结构。 康宁公司（ Corning Incorporated ）已对应用于中温条件的新 型光纤涂层材料进行了评估。该涂层为紫外线固化丙烯酸酯 类材料。此类材料可长期保护裸露或用缆绳连接纤维的光纤 性能。该新型涂层对于玻璃材质具有很高的附着性，这一点 正是一些中温光纤应用所翘首以盼的特性，可使光纤更易处 理并具备更好的光学性能。 这一新型研发的中温涂层是一种紫外线固化聚氨酯丙烯酸 酯类材料，是在每分钟 10°C 的升温速度下，通过精工公司 ( Seiko )的同步 TG/DTA220 仪器的计量，将 75 毫米厚的薄膜以 1J/cm 2 的比例与 D- 电子管进行固化。数据 1 是将新材料作为商 用涂层应用中的重量损耗程度与温度间进行了比较。对两种 涂层材料进行了热解重量分析法后，两种材料在 290°C 的差异 显示新型涂层的损耗较小，具有更好的热稳定性。选出的重 量损耗时的温度条件可查看表一。 2.2 光纤样品 将单模光纤样品从外径（ OD ）为 125 微米的玻璃包层中抽离 出来，而新材料的单层外径为 200 微米。抽离条件（抽离速 度和紫外线灯设置）进行了设置用于为涂层提供标准固化条 件。这一涂层设计可对采用了外径为 200 微米单层涂层设计的 商用康宁中温纤维进行直接比较。 2.3 热解重量分析法( TGA )试验 动态的热解重量分析法试验需在空气条件下进行，在从室温 至 600-700°C 的范围内，对不同加热速度下的纤维样品重量 变化进行测量。在这些试验中，加热速度分为每分钟 5°C 、每 分钟 10°C 、每分钟 15°C 以及每分钟 20°C 。数据 2 为分别采用 2 新型涂层材料 2.1 材料属性

热解重量分析法重量， %

新型

商用

温度 , °C

❍ 图 1 : 升温速度为每分钟 10°C 条件下，新型和商用中温涂层的热解 重量分析法( TGA )实验

新型 商用

重量损耗 , %

温度 , °C

❍ 图 2 : 升温速度为每分钟 20°C 条件下，采用了单层新型和商用材料 涂层的纤维样品的热解重量分析法( TGA )实验

了外直径都为 200 微米的新型和商用涂层的光纤样品的热解重 量分析法对比试验结果。结果显示新型涂层在纤维状态下具 有更优越的热稳定性。 数据 3 为采用了新型涂层的纤维分别在 150°C 、 180°C 以及 200°C 等温条件下的重量损耗结果。数据 4 为分别采用了 200 微米单层新型和商用涂层的纤维的热稳定性对比。在 150°C 等 温条件下进行了长达 1000 多小时的耐久试验后，新型涂层材 料又一次展现出了更为优越的性能。 3 新型涂层材料纤维样品试验 在 150°C 、 180°C 以及 200°C 的温度条件下对衰减温度灵敏度 进行了测量。由于是在将样品特别暴露于高温后，在室温条 件下手工进行测量，因此测量过程中可能对试验数据制造了 一些干扰。数据 5 中是采用了单层新型涂层的单模光纤在 1550 毫微米的波长条件下，在不同温度下的衰减试验结果。低于 180°C 的条件下的衰减性较低且稳定。将继续进行 200°C 条件 下的实验用以获取更多的数据。

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Wire & Cable ASIA – March/April 2014