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2013/05/27
作者：郭浩林 俞亮 郝昌平 姜建新 王利英 汪洪海
一、引言
随着光纤应用环境的拓展，普通光纤-60℃～+85℃的温度使用范围已经不能满足所有的需求，尤其在高温环境下的适用性。如在高温环境下的油气田探测、航天军工、传能光纤应用等等，都对光纤涂层提出了更高耐温的要求。
因此，很多国外光纤厂家都针对非通信领域的耐高温光纤进行了研发，并形成了一个完整的产品系列。根据所使用涂覆材料的性能及涂覆工艺特点进行设计制造，从耐温性能上分类，主要形成了以下系列产品（见表1）：
金属涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤以及硅树脂/氟塑料涂覆光纤可以提供相对较高的耐温性能，但是制备工艺相对复杂，应用长度也受到衰耗等因素的限制，不能长距离使用。仅有少量厂家可以提供产品，价格昂贵。
采用耐高温丙烯酸树脂双层涂覆、耐温150℃左右的中温光纤，由于制备工艺相对简单、稳定，适合量产，可以长距离使用。在光电复合缆、油气田高温探测、航天军工、激光光纤等方面应用较多。
二、新型耐高温光纤设计及开发
1、未固化涂料耐温性能比较
选取未经固化的一种常规丙烯酸树脂涂料及耐高温丙烯酸树脂涂料在150℃高温烘烤100h以上。在热失重稳定后，比较了不同涂料的外观状态（见图1）。
随着光纤应用环境的拓展，普通光纤-60℃～+85℃的温度使用范围已经不能满足所有的需求，尤其在高温环境下的适用性。如在高温环境下的油气田探测、航天军工、传能光纤应用等等，都对光纤涂层提出了更高耐温的要求。
因此，很多国外光纤厂家都针对非通信领域的耐高温光纤进行了研发，并形成了一个完整的产品系列。根据所使用涂覆材料的性能及涂覆工艺特点进行设计制造，从耐温性能上分类，主要形成了以下系列产品（见表1）：
表1 主流耐高温产品介绍
| 耐高温 光纤产品 |
温度/℃ | 涂覆材料 | 涂覆直径/um |
| ～150 | Hta | Dual～242 | |
| ～200 | Silicone /ETFE、PFA |
242/900 | |
| ～300 | PI | 145-155 | |
| >400 | metal | ～155 |
采用耐高温丙烯酸树脂双层涂覆、耐温150℃左右的中温光纤，由于制备工艺相对简单、稳定，适合量产，可以长距离使用。在光电复合缆、油气田高温探测、航天军工、激光光纤等方面应用较多。
二、新型耐高温光纤设计及开发
1、未固化涂料耐温性能比较
选取未经固化的一种常规丙烯酸树脂涂料及耐高温丙烯酸树脂涂料在150℃高温烘烤100h以上。在热失重稳定后，比较了不同涂料的外观状态（见图1）。
常规涂料老化前 150℃；>100h老化后
耐高温涂料老化前 150℃；>100h老化后
图1 未固化涂料150℃高温处理前后外观比较
从图1可以看出，常规涂料在150℃有一定程度的碳化。而耐高温丙烯酸树脂，在高温150℃处理后无碳化，热性能稳定。
2、单层涂覆200um耐高温光纤制造
目前主流耐高温丙烯酸树脂产品，均采用两种丙烯酸树脂涂料，进行双层涂覆至外径约242um。Corning、OFS等公司均推出了相应产品，能满足150℃的长期使用。
亨通光纤公司选用了一种新型耐高温丙烯酸树脂，重新设计了涂覆模具，采用单层涂覆工艺一次性涂覆光纤外径至200um。
由于涂覆直径更薄，对选用耐高温丙烯酸树脂的要求也更高。在150℃-200℃范围内需要更少的失重以及更低的热收缩率。否则，由于涂料热性能变化带来的微弯损耗会导致衰耗异变而影响到使用性能。
三、高温性能测试
1、温度循环实验
2、单层涂覆200um耐高温光纤制造
目前主流耐高温丙烯酸树脂产品，均采用两种丙烯酸树脂涂料，进行双层涂覆至外径约242um。Corning、OFS等公司均推出了相应产品，能满足150℃的长期使用。
亨通光纤公司选用了一种新型耐高温丙烯酸树脂，重新设计了涂覆模具，采用单层涂覆工艺一次性涂覆光纤外径至200um。
由于涂覆直径更薄，对选用耐高温丙烯酸树脂的要求也更高。在150℃-200℃范围内需要更少的失重以及更低的热收缩率。否则，由于涂料热性能变化带来的微弯损耗会导致衰耗异变而影响到使用性能。
三、高温性能测试
1、温度循环实验
图2 -60℃～150℃温度循环实验 1310/1550波长光纤衰耗变化
从温度循环实验结果可以看出，1310/1550波长衰耗变化差值最大为0.037dB/km，该新型耐高温光纤体现了良好的高低温稳定性。
2、高温老化实验
（1）150-200℃高温老化实验
2、高温老化实验
（1）150-200℃高温老化实验
图3 高温老化实验 1550波长光纤衰耗的变化
图4 高温老化实验 光纤热失重比例
在150-200℃温度范围对松散耐高温光纤样品进行了500小时以上的老化实验。其中衰耗为在线高温老化测试数据，光纤失重为中断性取样称重。
从图3可以看出，单层200um涂覆光纤在长期150℃-165℃，短期200℃老化条件下，衰耗附加值与双层涂覆光纤基本处于同一水平。从图4可以看出，在150℃光纤样品失重率在2.5%以内，短期200℃样品失重率也在4%以内。涂料失重率表现良好，能有效保证高温下涂料的保护性能。
（2）高温老化后拉伸强度比较
从图3可以看出，单层200um涂覆光纤在长期150℃-165℃，短期200℃老化条件下，衰耗附加值与双层涂覆光纤基本处于同一水平。从图4可以看出，在150℃光纤样品失重率在2.5%以内，短期200℃样品失重率也在4%以内。涂料失重率表现良好，能有效保证高温下涂料的保护性能。
（2）高温老化后拉伸强度比较
图5 高温老化前后 拉伸强度比较
从图5可以看出，高温老化前后，耐高温光纤断裂拉伸强度分布。15%、50%断裂概率强度均优于ITU/IEC标准，充分说明了耐高温丙烯酸树脂涂料在长期使用后的稳定性。
四、结束语
在高温丙烯酸树脂涂料应用及双层涂覆工艺的基础上，重新设计了一种单层涂覆200um耐高温光纤。该产品使用了一种新型耐高温涂料，在保证耐高温性能的同时，实现了光纤小型化设计，满足了部分客户需求。
在温度循环实验、高温老化实验中，证明了该耐高温光纤在150℃长期使用的衰耗稳定性，热失重稳定性。并测试了200℃短期使用3天以上的热稳定性。
四、结束语
在高温丙烯酸树脂涂料应用及双层涂覆工艺的基础上，重新设计了一种单层涂覆200um耐高温光纤。该产品使用了一种新型耐高温涂料，在保证耐高温性能的同时，实现了光纤小型化设计，满足了部分客户需求。
在温度循环实验、高温老化实验中，证明了该耐高温光纤在150℃长期使用的衰耗稳定性，热失重稳定性。并测试了200℃短期使用3天以上的热稳定性。
