光线涂层剂.pptx

传输容量需求的增加驱动传输技术领域传输容量需求的增加驱动传输技术领域的进步，光纤通信技术不断向着更高速率、的进步，光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。网络演进。2.5 光纤维表面涂层材料光纤维表面涂层材料光纤维的特点：光纤维的特点：1）传输信息量很大；）传输信息量很大；2）传输中损失较少；）传输中损失较少；3）不易受电磁干扰；）不易受电磁干扰；4）质量很轻。）质量很轻。2.5.1 什么是光纤维表面涂层？什么是光纤维表面涂层？人类从未放弃过对理想光传输介质的寻找，人类从未放弃过对理想光传输介质的寻找，经过不懈的努力，人们发现了透明度很高的石经过不懈的努力，人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传光。这种玻璃丝叫做光纤维，英玻璃丝可以传光。这种玻璃丝叫做光纤维，简称简称“光纤光纤”。光纤剖面光纤剖面传输路径传输路径电缆芯线与镀层界面电缆芯线与镀层界面镀层（低折射率）镀层（低折射率）光光石英芯线（高折射率）石英芯线（高折射率）光纤维的光纤维的“中心中心”部分：部分：a）当入射角）当入射角a小时：反射、折射同时发生；小时：反射、折射同时发生；b）当入射角）当入射角b大时：入射光全部被反射。大时：入射光全部被反射。光纤即利用此原理设计。光纤即利用此原理设计。：入射角低折射率材料高折射率材料光源ba折射光全反射光部分反射两材料界面光纤维的传输原理：光纤维的传输原理：此纤维刚生产出时，张力可达钢琴弦的两此纤维刚生产出时，张力可达钢琴弦的两倍。但显微镜下会发现，纤维上有一些小瑕疵，倍。但显微镜下会发现，纤维上有一些小瑕疵，当其暴露在空气中或受外力时，纤维会对水解当其暴露在空气中或受外力时，纤维会对水解和应力腐蚀很敏感。和应力腐蚀很敏感。纤维的物理强度迅速降低，最终变得很脆纤维的物理强度迅速降低，最终变得很脆因未处理的玻璃纤维缺乏长期可靠性，而不因未处理的玻璃纤维缺乏长期可靠性，而不能直接用作光纤能直接用作光纤需要将玻璃纤维需要将玻璃纤维包覆包覆，避免与空气水分等不，避免与空气水分等不利因素接触。利因素接触。光纤维表面涂层：光纤维表面涂层：包覆方法：包覆方法：熔融玻璃纺成纤维状熔融玻璃纺成纤维状 为不降低纤维的物理强度为不降低纤维的物理强度 拉丝与包覆过程相隔不能超过两秒拉丝与包覆过程相隔不能超过两秒 光纤必须包覆一层特殊的化学物质以保护光纤必须包覆一层特殊的化学物质以保护内部结构内部结构 光纤涂层是一种在不影响纤维性能的前提下，光纤涂层是一种在不影响纤维性能的前提下，保持甚至加强纤维物理强度的高分子试剂保持甚至加强纤维物理强度的高分子试剂 光通信中默默无闻的英雄光通信中默默无闻的英雄光纤表面涂层2.5.2 2.5.2 光纤表面涂层实例光纤表面涂层实例光纤有两层保护层光纤有两层保护层初次涂层初次涂层二次涂层二次涂层初次涂层二次涂层石英芯线镀层125 450 900单位：m每层都发挥着不同的作用：每层都发挥着不同的作用：使纤维隔绝空气，避免与水分等不利使纤维隔绝空气，避免与水分等不利因素接触因素接触 保障光纤维的传导作用。保障光纤维的传导作用。初次涂层初次涂层：二次涂层作用：二次涂层作用：保护光纤不受外力损伤，保护光纤不受外力损伤，易于施工操作等。易于施工操作等。2.5.3 2.5.3 光纤涂层的作用机理光纤涂层的作用机理初层：初层：为硅树脂、丙烯酸酯类紫外为硅树脂、丙烯酸酯类紫外线硬化树脂等线硬化树脂等富有弹性的软树脂富有弹性的软树脂。第二层：第二层：为尼龙、丙烯酸酯类紫外为尼龙、丙烯酸酯类紫外线硬化树脂等线硬化树脂等强韧性树脂强韧性树脂。光纤涂层的作用光纤涂层的作用原理：原理：包覆层较硬,无弹性 外力直接作用于光纤导致微小的扭曲 部分光信号不能完全反射以折射形式导致光信号泄露 传输损失增加 折射光（光信号泄露）折射光（光信号泄露）因此单独使用硬聚合物维持光纤物理强度传输信号损失增加电缆芯线电缆芯线光信号光信号硬聚合物涂层硬聚合物涂层镀层镀层因丙烯酸紫外线固化既可用作初次涂层，也可用作二次涂层，因此此处重点介绍。初次涂层硅酮树脂(热固性)紫外线固化丙烯酸脂热塑性橡胶二次涂层尼龙紫外线固化丙烯酸脂液晶聚酯树脂聚酰亚胺树脂2.5.4 2.5.4 光纤表面保护涂层的化学结构光纤表面保护涂层的化学结构表 用于涂层的树脂 紫外线照射后，聚合迅速开始，紫外线固化丙烯酸脂立即变硬，这使得生产率得到提高。因此有很好的应用前景。预聚物预聚物单体单体光聚合引发剂光聚合引发剂成成分分紫外线照射紫外线照射三维网络结构的聚三维网络结构的聚合物合物丙烯酸紫外线固化反应：预聚物包含丙烯酸基团CH2=CH-COO-所用原料预聚物分子量每个预聚物分子中丙烯酸基团的数量很大程度上影响固化涂层的物理性能常用预聚物的结构低分子量丙烯酸酯预聚物聚氨酯丙烯酸预聚物环氧丙烯酸预聚物 预聚物一般有很高的粘度，需加入单体来调节粘度。单体的作用A.降低粘度，便于包覆操作B.调整交联密度 1）增加固化树脂柔软度（单体只有一个丙烯酸官能团）2）增加固化树脂硬度（单体有多个丙烯酸官能团）根据预聚物、单体种类，紫外线固化树脂 既可有较柔软的弹性初次涂层 也可有较硬的物理性能二次涂层典型单体结构单官能团单体2-羟乙基丙烯酸酯2-乙基己基丙烯酸酯苯氧基乙基丙烯酸酯1,6-己二醇二丙烯酸酯双官能团单体乙氧基新戊基乙二醇二丙烯酸酯乙氧基双酚-A二丙烯酸酯初次涂料的典型配方成分含量（wt%）聚氨酯丙烯酸（分子量：大约7000）40苯氧基乙基丙烯酸60光聚合引发剂2总共102二次涂料的典型配方成分含量（wt%）聚氨酯丙烯酸（分子量：大约2000）60乙氧基双酚-A二丙烯酸酯（双官能团单体）40光聚合引发剂3总共103紫外线固化涂层工艺略图：拉丝炉（2000成纤维状）光纤维母体初次涂层紫外线照射（固化）二次涂层卷绕待用紫外线照射（固化）芯线镀层2.6 2.6 塑料高硬表面涂层材料塑料高硬表面涂层材料 随着高分子化学的快速发展，塑料也越来越随着高分子化学的快速发展，塑料也越来越受到人们重视，因其具有质轻、易加工、抗断受到人们重视，因其具有质轻、易加工、抗断裂、防灰尘等优良特性而在很多方面代替了金裂、防灰尘等优良特性而在很多方面代替了金属、木材或玻璃的应用。比如汽车灯罩、生活属、木材或玻璃的应用。比如汽车灯罩、生活用品等。表面硬度不足，就容易产生划痕，影用品等。表面硬度不足，就容易产生划痕，影响正常使用。响正常使用。塑料高硬表面涂层材料塑料高硬表面涂层材料是用于是用于涂在塑料表面的高分子试剂，它涂在塑料表面的高分子试剂，它可以形成可以形成坚硬的坚硬的涂膜，来保护塑涂膜，来保护塑料制品不受伤害，不产生划痕。料制品不受伤害，不产生划痕。塑料高硬表面涂层可分为两类：塑料高硬表面涂层可分为两类：1）无机材料形成的薄膜（真空沉淀）无机材料形成的薄膜（真空沉淀/喷镀）；喷镀）；2）有机材料形成的聚合物薄膜。）有机材料形成的聚合物薄膜。膜质量很好，但膜质量很好，但成本太高。成本太高。成本低、涂布方法多、可成本低、涂布方法多、可以得到满足要求的高质量以得到满足要求的高质量2.6.2 2.6.2 塑料高硬表面涂层的实际效果塑料高硬表面涂层的实际效果加硬涂层处理后的效果测试摩擦轮置于试件上，试件置于转动圆盘上，圆盘保持转动。转动圆盘摩擦轮转动方向试件测试结果如图：未用加硬剂处理的PC不透明度很高；用加硬剂处理的PC透明度很高，与玻璃相近。未处理PC用加硬剂处理的PC玻璃不透明度转动次数高402010300 100 200 300 400 500 加工过程：加工过程：1）加硬涂剂涂布于塑料镜片表面，形成）加硬涂剂涂布于塑料镜片表面，形成5-10m的薄膜；的薄膜；2）固化后形成硬聚合物薄膜。）固化后形成硬聚合物薄膜。涂有加硬剂的塑料镜片能避免大多数的损害。涂有加硬剂的塑料镜片能避免大多数的损害。2.6.3 塑料加硬涂层的作用机理：塑料加硬涂层的作用机理：为防止塑料表面出现划痕等，可在塑料表面为防止塑料表面出现划痕等，可在塑料表面涂布加硬涂剂，加硬剂的物理性能：涂布加硬涂剂，加硬剂的物理性能：1）硬度大（与玻璃相当）；）硬度大（与玻璃相当）；2）表面光滑；）表面光滑；3）薄膜表面具有弹性。）薄膜表面具有弹性。抗摩擦损坏抗摩擦损坏抗坚硬物体损坏抗坚硬物体损坏加硬薄膜加硬薄膜 提高交联密度提高交联密度 高度三维高度三维结构结构 薄膜硬度提高，但失去弹性。薄膜硬度提高，但失去弹性。因此一般因此一般1）硬度和）硬度和3）弹性难以同时达）弹性难以同时达到，目前大部分的塑料加硬涂层拥有到，目前大部分的塑料加硬涂层拥有1）硬度硬度和和2）光滑度）光滑度来满足要求。来满足要求。交联密度较低时，涂层较软交联密度较低时，涂层较软 交联密度较高时，交联密度较高时，涂层较硬涂层较硬交联发生交联反应，形成高度三维结构发生交联反应，形成高度三维结构“高硬度高硬度”产生的用机理：产生的用机理：2.6.4 塑料加硬涂剂的化学结构塑料加硬涂剂的化学结构通常加硬剂分为两类：通常加硬剂分为两类：1）有机硅氧烷类加硬涂层；）有机硅氧烷类加硬涂层；2）多官能团丙烯酸酯类加硬涂层。）多官能团丙烯酸酯类加硬涂层。1）有机硅氧烷类加硬剂）有机硅氧烷类加硬剂 此类试剂主要成分为有机多分子硅醚，其化此类试剂主要成分为有机多分子硅醚，其化学结构如下：学结构如下：有机烷氧基硅烷(Rn-Si(OR)4-n(R:烷基或苯基，R:烷基)水解生成硅烷醇Rn-Si(OH)4-n，然后发生缩聚反应。有机烷氧基硅烷 硅烷醇 有机聚硅氧烷水解脱水缩合 根据分子中烷氧基（-OR）的数量，有机烷氧基硅烷也叫“双官能团硅烷”或“三官能团硅烷”。四官能团硅烷 更高的交联密度 形成最硬薄膜 但此类薄膜较脆，受热易断裂 因此：一般采用三官能团硅烷作主要成分，调节二或四官能团硅烷的添加量 获得所需的性能（抗摩擦、抗断裂）此为常用有机烷氧基硅烷结构双官能团硅烷三官能团硅烷四官能团硅烷二甲基二甲氧基硅烷甲基三甲氧基硅烷四甲氧基硅烷 一般，加硬剂是由上述物质经历水解和进一步脱水缩合形成，通常还会加入有机溶剂/添加剂已达到所需性能。2）多官能团丙烯酸酯基加硬剂 此类试剂也是紫外线固化丙烯酸酯的一种，前一节已经介绍，有三种成分组成：但前一节介绍的光纤维涂层，其交联密度较低，易受磨损，不适于作为加硬剂。1）预聚物2）单体3）光聚合引发剂改善方法：1）为提高交联密度，形成较硬薄膜 多官能团丙烯酸酯应至少含有三个丙烯酸基团2）为便于涂布 多官能团丙烯酸酯中应添加有机溶剂及其他添加剂调节其粘度常用多官能团丙烯酸酯结构三官能团单体羟甲基丙烷三丙烯酸酯乙氧基羟甲基丙烷三丙烯酸酯丙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯四官能团单体季戊四醇四丙烯酸酯六官能团单体二季戊四醇六丙烯酸酯2.6.5 塑料加硬剂的典型应用塑料加硬剂的典型应用领域应用举例汽车行业相关领域灯罩、仪表罩、中央内墙板、轮毂罩、室内镜等电学相关领域仪器外表、电视机前盖、刻度板、照明折射板、自动盘等光学领域太阳镜、时尚镜、保护镜等建筑领域陈列柜、塑料瓷砖等其他化妆品容器等表表 有机聚硅氧烷类有机聚硅氧烷类塑料高硬塑料高硬表表 面涂层材料的配方例面涂层材料的配方例：成分含量（wt%）部分浓缩有机烷氧基硅烷30脂肪族醇50水20固化剂3各种添加剂1总共104表表 多官能团丙烯酸酯基多官能团丙烯酸酯基塑料高硬表塑料高硬表 面涂层材料的面涂层材料的配方例：配方例：成分含量（wt%）环氧丙烯酸酯8二季戊四醇六丙烯酸酯22光聚合引发剂0.1混合溶剂70各种添加剂1总共101.1塑料高硬表面涂层的涂布工艺塑料高硬表面涂层的涂布工艺：塑料模型制品 在中/碱性洗涤剂中以超声波法清洗(清除表面脱模剂/油脂等)使用喷涂/浸涂等涂布加硬剂溶液 溶剂挥发固化 塑料表面形成加硬涂层A硅酮类80100加热2h;B多官能团丙烯酸酯类室温下UV照射数秒上述过程概括为：上述过程概括为：塑料模型制品完成清油脂涂布加硬剂凝固固化绝对无尘室