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江苏亨通:耐高温光纤开拓光纤应用新市场

导读: 目前,国际主流的耐高温光纤主要有:耐高温丙烯酸树脂涂层光纤、有机硅胶涂层光纤、聚酰亚胺涂层光纤以及金属涂覆光纤四种。凭借在制造工艺和性能上的不同特点,这几款耐高温光纤已经在油气井探测、航天、光纤传能等高端领域实现了部署,开拓了光纤应用的新市场。

  有机硅胶与耐高温丙烯酸树脂涂层的最高使用温度为200℃,而聚酰亚胺涂层光纤是一种能够在更高温度下工作的光纤。理论上,其300℃的环境下长期使用,在350℃-400℃可短期使用,同时在高压或真空的环境也能保持良好的性能,并拥有生物友好型,因此聚酰亚胺涂层光纤广泛用于航空、航天领域以及生物医药领域。

  在现有的有机材料中,聚酰亚胺(PI)是一种综合性能极佳的高分子材料,其具备耐热性能好、耐低温性能佳、热膨胀系数较低、优异的机械性能以及生物友好性等特点。聚酰亚胺涂层光纤的生产工艺也相对复杂:使用石墨拉丝炉将光纤预制棒加热至1700℃-2100℃,抽丝速度为2m/min-20m/min,裸光纤经过直径监测仪后,进入内置了储料瓶和带有橡胶尖嘴的涂覆杯的预涂覆装置,在预涂覆和预固化后还需进行二次涂覆,从而保证将光纤涂覆至要求的外径。

  与前两种耐高温光纤相比,由于涂层固化过程时间较长,因此聚酰亚胺涂层光纤的生产效率较低,拉丝速度约为10-20m/min。同时,由于模量较高,其也不能使用剥线钳施加外力进行涂层剥离,而应该采用火焰烧蚀、烤箱或马弗炉加热、等离子电弧烧蚀、CO2激光器加热烧蚀等方法。

  金属涂层光纤

  在大于400℃的空气环境的环境下,有机材料涂层会快速热氧老化,丧失保护光纤的作用,导致光纤失效。因此,只有金属涂覆光纤,才能正常使用。

  金属涂层光纤将耐高温金属材料紧覆在裸光纤上,主要有化学镀、电镀法、熔融涂覆法与材料溅射薄膜法等制作方法。其中化学法与电镀法虽然工艺简单、容易操作、成本低;但是镀出的光纤衣层薄膜均匀度差,难以满足高灵敏度传感器的需求。

  与前三种高温光纤的涂覆工艺相比,金属涂覆光纤的优势在于:金属衣层的热膨胀系数低,基本与光纤处于同一数量级;金属衣层的抗腐蚀、耐应力性能最佳;耐低温性能最佳,可在-269℃连续工作;衣层与光纤包层结合紧密,机械强度高;耐疲劳、抗水、抗氢性能好;可用金属焊接。

  不过,金属涂覆的工艺最为复杂,需要精确溅射炉功率、反应物质流量,光纤收放速度,才能保证在裸光纤表面溅射均匀的衣层。同时生产效率极低,连续生产长度仅为1km左右。此外,由于金属涂层同样无法使用剥线钳进行涂层剥离,因此采用加热硫酸溶解方式或王水进行溶解剥除。

  随着光纤应用领域的扩大,市场对特种光纤的需求持续增加,目前在售的几类耐高温光纤可以满足市场的部分需求,但都不同程度的存在局限性,这还需要广大光纤工艺工作者从生产工艺源头着手,改进工艺,制作出性能更佳的耐高温光纤。