本实用新型属于光纤技术领域，具体涉及一种h-gi-pof高温光导纤维。
背景技术：
光导纤维（opticalfiber）一般是指一种能够传导光波和各种光信号的，透明的，几微米到几百微米直径的纤维。
传统光纤通常被用在光通讯里长距离传输信号，它的信号传输速度远大于金属电缆和电线的信号传输速度，因此光纤能取代金属线缆。而另一个决定光纤取代金属线缆的因素是光纤对传输信号的损耗很小；光纤不会受到类似严重困扰金属电线的电磁干扰所影响。从结构上来说典型的光纤是一个光指数稍高的、透明的芯层(core)外包一个折光指数稍低的皮层(cladding)，形成能对入射光线全反射的结构，因为全反射，使得光线信号就被限制在光纤里传输。允许多种入射光线传输路径的光纤称作多模光纤（mmf），反之只能允许一种路径的叫单模光纤（smf）。多模光纤（mmf）的芯层通常是直径>50μm的大芯，用于短程通信；单模光纤（smf）一般芯层直径为8-10μm，通常用于远程（>2000m）通信。
光纤通信的一个值得注意的事项是尽可能地减少光纤之间的联接，即连接要紧密，方便，以减少由此带来的光损耗。玻璃光纤以其优良的性能而被广泛用于长距离高速通信系统，但玻璃光纤的联接比金属电缆的联接要复杂得多，由于玻璃光纤（gof）截面细小，导致其联接损耗尤为重要和复杂，且在需要永久联接的用途中，通常要用机械方式将玻璃光纤熔接在一起；且玻璃光纤（gof）非常容易折断，特别是在运营和安装过程时弯曲转角动作中，目前常使用接头联接来解决此问题，但这又增加玻璃光纤的运营成本。这两个缺点使得玻璃光纤在现代高速网络、数据通信上的末端应用受阻，因此人们还必须使用金属线或同轴电缆来进行短距离的联接，如光纤入户（ftth），智能车，办公室内，大楼内通信等。金属电缆的超低速度就是现代高速通信的瓶颈。
多年来科研人员一直致力于开发更柔软更高速的高聚合物光纤来替代金属电缆。从上世纪60年代科学家证实了高聚合物光纤（pof，或高分子塑料光纤）在现代信号通讯领域中的重要作用以来，pof在现代信号通讯领域中的应用越来越多，特别是在lan，数据中心，大飞机制造，智能汽车，智能家居，游戏娱乐，医疗等等。pof可以与gof合作，取代金属导线形成真正的高速通信网络。近代高聚合物光纤通常是使用聚苯乙烯（ps）或聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）作为芯材，皮层是由折光指数低些的聚合物制成，形成阶跃式的聚合物光纤（si-pof）。pmma的透明度很高而且防水，适用于短程的光通讯。虽然这些光纤的成本低，但是其光损耗及传输速度方面的缺陷极大地限制了其取代金属电缆电线的可能性。因此，开发用于超高速通信的聚合物光纤具有广泛的潜在市场需求。
技术实现要素：
为了解决现有的玻璃光纤芯径小，联接复杂，成本高，而金属电缆的通信速度超低等问题，本实用新型提供一种h-gi-pof高温光导纤维。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种h-gi-pof高温光导纤维，包括内芯层和外皮层，所述内芯层与所述外皮层同心结构设置，所述内芯层和外皮层由全氟二氧戊环烷和全氟二恶英双环壬烷共聚而成的不同折光指数的高聚合物组成，所述内芯层的折光指数大于所述外皮层的折光指数，所述内芯层由折光指数由芯向外逐渐减小的5层芯层一体成型构成，所述外皮层由单层皮层构成。
进一步的，内芯层包括第一芯层、第二芯层、第三芯层、第四芯层、第五芯层，所述第五芯层、第四芯层、第三芯层、第二芯层、第一芯层具有1.3512-1.3635的梯度折光指数。
进一步的，第一芯层的折光指数为1.3635，所述第二芯层的折光指数为1.3605，所述第三芯层的折光指数为1.3574，所述第四芯层的折光指数为1.3543，所述第五芯层的折光指数为1.3512。
进一步的，第一芯层的边缘与所述第二芯层的边缘通过渗透剂形成第一共混区，所述第二芯层的边缘与所述第三芯层的边缘通过渗透剂形成第二共混区，所述第三芯层的边缘与所述第四芯层的边缘通过渗透剂形成第三共混区，所述第四芯层的边缘与所述第五芯层的边缘通过渗透剂形成第四共混区，从而使所述第一芯层与第二芯层、第三芯层、第四芯层、第五芯层形成一光折射指数由芯到外逐渐减小的芯层。
进一步的，外皮层的折光指数为1.3473。
进一步的，内芯层和外皮层的玻璃转化温度为160-165℃。
进一步的，内芯层的直径为50-120μm。
进一步的，外皮层的直径为490-750μm。
进一步的，h-gi-pof高温光导纤维的光损耗19-31db/km，带宽不小于760mhz·km。
本实用新型提供一种h-gi-pof高温光导纤维，包括内芯层和外皮层，所述内芯层与所述外皮层同心结构设置，所述内芯层和外皮层由全氟二氧戊环烷和全氟二恶英双环壬烷共聚而成的不同折光指数的高聚合物组成，所述内芯层的折光指数大于所述外皮层的折光指数，所述内芯层由折光指数由芯向外逐渐减小的5层芯层一体成型构成，所述外皮层由单层皮层构成，使其透明率达到98%以上，玻璃转化温度tg超过150℃，适用于超高速通信；与现有技术的si-pof相比，本实用新型因使用了6层芯材，而且每一芯层都是渐变折光指数，使得入射光线传输延时比普通si-pof更短，信号传输带宽更大，传输速度更快。
附图说明
图1为h-gi-pof高温光导纤维的结构示意图；
图2为h-gi-pof高温光导纤维的成型前截面图；
图3为高聚合物x的反应方式；
图4为高聚合物y1-y6的dsc曲线分析图；
图5为共挤出系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1和2所示，一种h-gi-pof高温光导纤维，包括内芯层10a和外皮层10b，所述内芯层10a与所述外皮层10b同心结构设置，所述内芯层10a的折光指数大于所述外皮层10b的折光指数，所述内芯层10a和外皮层10b由全氟二氧戊环烷和全氟二恶英双环壬烷共聚而成的不同折光指数的高聚合物组成，应用下述的h-gi-pof高温光导纤维的制备方法制得。
内芯层10a由折光指数由芯向外逐渐减小的5层芯层一体成型构成，包括第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14、第五芯层15，所述内芯层10a的折光指数由芯向外逐渐减小；所述外皮层10b由单层皮层构成，所述外皮层10b的折光指数小于内芯层10a任一芯层。
第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14、第五芯层15与外皮层10b具有1.3370-1.3560的梯度折光指数，第一芯层11的边缘与第二芯层12的边缘成第一共混区，第二芯层12的边缘与第三芯层13的边缘成第二共混区，第三芯层13的边缘与第四芯层14的边缘成第三共混区，第四芯层14的边缘与第五芯层15的边缘成第四共混区，第五芯层的边缘与外皮层10b的边缘成第五共混区，从而使第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14、第五芯层15与外皮层10b形成一折光指数由芯到外逐渐减小的h-gi-pof高温光导纤维。
本实施例中第一芯层11的折光指数为1.3635，所述第二芯层12的折光指数为1.3605，所述第三芯层13的折光指数为1.3574，所述第四芯层14的折光指数为1.3543，所述第五芯层15的折光指数为1.3512，外皮层10b的折光指数为1.3473；且第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14以及第五芯层15构成的内芯层的直径为50-120μm。外皮层10b的直径为490-750μm。
实施例一
如图3所示，高聚合物x1的合成
高聚合物x1是按照自由基聚合路线合成，自由基由全氟过氧化双苯甲酰pfdbpo经过热分解提供。
s101：往反应釜中加入n摩尔单体m8a：全氟-2-甲基-4，5-甲醚基-1，3-二氧戊环烷、m摩尔单体m8e：全氟-3-亚甲基-2,4-二恶英双环[4,3,0]壬烷、引发剂，其中n：m=35-90:10-65；该引发剂包括全氟过氧化双苯甲酰，该引发剂的质量百分比为0.05-0.15%；
即在一个气密性良好的小型反应釜里，加入244.8克（0.90mol）m8a单体和35.6克（0.10mol）m8e单体，接着再加入0.280克（0.1%，w/w）引发剂；
s102：搅拌并通入氮气进行清洗，清洗完成后反应釜减压至0.35-0.95大气压，并加热至60-90℃进行聚合反应，反应时间为20-40h；
本实施例中反应釜的反应压力为0.5大气压，反应温度为80±1℃，反应时间为30h；
s103：反应完成后将反应物用溶剂六氟苯溶解，接着用溶剂氯仿沉淀，反复溶解、沉淀后，获得高聚合物x；将获得高聚合物x放入压力为0.35-0.95大气压，温度为90-105℃的减压烘箱中烘干20-30h；
即反应30h后将反应物用足够的溶剂六氟苯加热溶解，使得溶液呈现无色、透明状态，接着用溶剂氯仿沉淀；反复进行至少三次的溶解、沉淀操作，从而获得高聚合物x1；接着将高聚合物x1放入压力为0.5大气压，温度为100±1℃的减压烘箱中烘干24h。计算该高聚合物x1的转化率为75%，并应用热重分析法tga测得该高聚合物x1的在空气中的热分解温度td≥300℃，表明该高聚合物x1的热稳定高；
实施例二
如图3所示，高聚合物x2的合成
高聚合物x2是按照自由基聚合路线合成，自由基由全氟过氧化双苯甲酰pfdbpo经过热分解提供。
本实施例与实施例一的区别在于：m8a单体、m8e单体的摩尔质量，本实施例中m8a单体217.6克（0.8mol）、m8e单体71.2克（0.2mol）、引发剂0.290克，聚合反应后获得高聚合物x2，计算该高聚合物x2的转化率为77%，并应用热重分析法tga测得该高聚合物x2的在空气中的热分解温度td≥300℃，表明该高聚合物x2的热稳定高。
实施例三
如图3所示，高聚合物x3的合成
高聚合物x3是按照自由基聚合路线合成，自由基由全氟过氧化双苯甲酰pfdbpo经过热分解提供。
本实施例与实施例一的区别在于：m8a单体和m8e单体的摩尔质量，本实施例中m8a单体190.4克（0.7mol）、m8e单体106.8克（0.3mol）、引发剂0.297g，聚合反应后获得高聚合物x3，计算该高聚合物x3的转化率为78%，并应用热重分析法tga测得该高聚合物x3的在空气中的热分解温度td≥300℃，表明该高聚合物x3的热稳定高。
实施例四
如图3所示，高聚合物x4的合成
高聚合物x4是按照自由基聚合路线合成，自由基由全氟过氧化双苯甲酰pfdbpo经过热分解提供。
本实施例与实施例一的区别在于：m8a单体和m8e单体的摩尔质量，本实施例中m8a单体163.2克（0.6mol）、m8e单体77.6克（0.4mol）、引发剂0.306g，聚合反应后获得高聚合物x4，计算该高聚合物x4的转化率为72%，并应用热重分析法tga测得该高聚合物x4的在空气中的热分解温度td≥300℃，表明该高聚合物x4的热稳定高。
实施例五
如图3所示，高聚合物x5的合成
高聚合物x5是按照自由基聚合路线合成，自由基由全氟过氧化双苯甲酰pfdbpo经过热分解提供。
本实施例与实施例一的区别在于：m8a单体和m8e单体的摩尔质量，本实施例中m8a单体136.0克（0.5mol）、m8e单体178.0克（0.5mol）、引发剂0.314g，聚合反应后获得高聚合物x5，计算该高聚合物x5的转化率为76%，并应用热重分析法tga测得该高聚合物x5的在空气中的热分解温度td≥300℃，表明该高聚合物x5的热稳定高。
实施例六
如图3所示，高聚合物x6的合成
高聚合物x6是按照自由基聚合路线合成，自由基由全氟过氧化双苯甲酰pfdbpo经过热分解提供。
本实施例与实施例一的区别在于：m8a单体和m8e单体的摩尔比，本实施例中m8a单体95.2克（0.35mol）、m8e单体124.6克（0.65mol）、引发剂0.220g，聚合反应后获得高聚合物x6，计算该高聚合物x6的转化率为80%，并应用热重分析法tga测得该高聚合物x6的在空气中的热分解温度td≥300℃，表明该高聚合物x6的热稳定高。
实施例七
高聚合物x的物理性能测试
将上述实施例一至六制得的高聚合物x1、高聚合物x2、高聚合物x3、高聚合物x4、高聚合物x5、高聚合物x6在混合机器中分别与渗透剂共混，获得六种不同折光指数的高聚合物y1、y2、y3、y4、y5、y6；
在混合机内共混的顺序为：首先高聚合物x在温度230-270℃下混合熔化；熔化后，将温度降低5-10℃，在混合器转子运转同时加入渗透剂1，3-二溴四氟苯，然后混合5-10min后挤出各高聚合物y；渗透剂1，3-二溴四氟苯的质量百分比为0-5%；
即高聚合物x1-x6在特制的小型brabender型混合机器中分别与小分子渗透剂进行混合。所有的混合室内的活动部件都是由特制的陶瓷经过铸造而成，减少金属活动部件由于摩擦产生的细小碎末，从而减少污染。dbtfb（1，3-二溴四氟苯）由特制的注射器注入到混合室内。混合室内温度控制在230-270℃。
混合组分的加入顺序是先将高聚合物x1-x6分别加入混合器中，加热并混合熔化，然后稍将温度降低5-10℃，在混合器转子运转同时再缓慢加入dbtfb。混合5-10分钟后，将混合物样品挤出，急速冷却后存储在室温备用。将混合后的获得的高聚合物y1-y6进行物理性能测试，其结果如表1-1所示，从表中可以看出，实施例一至六中高聚物y1-y5可以作为光纤的芯层，高聚物y6作为皮层。注：样品的折光指数性能测试实验，需在共混实验后一天内马上进行测试。
表1-1
如图4所示，将混合后的获得的高聚合物y1-y6进行差示扫描量热法dsc测试，其dsc曲线可知高聚合物y1-y6只有玻璃转化温度tg，无结晶度。
实施例八
如图5所示，一种h-gi-pof高温光导纤维的制备方法，具体如下：
将实施例一至六制得的高聚合物x1、高聚合物x2、高聚合物x3、高聚合物x4、高聚合物x5、高聚合物x6在混合机器中分别与渗透剂共混，获得六种不同折光指数的高聚合物y1、y2、y3、y4、y5、y6，接着将该六种不同折光指数的高聚合物注入共挤出系统上制作h-gi-pof高温光导纤维；
所述共挤出系统包括共挤模具100及六个挤出头，所述共挤模具由其中心向外依次同心分布有第一流道101、第二流道102、第三流道103、第四流道104、第五流道105及第六流道106，所述共挤模具上设有加热渐变区，各挤出头与各流道一一对应对接；通过所述挤出头将六种高聚合物按其折光指数由大到小将其熔融流体一一对应注入所述第一流道101、第二流道102、第三流道103、第四流道104、第五流道105及第六流道106中，以分别生成第一芯层、第二芯层、第三芯层、第四芯层、第五芯层及外皮层；所述第一芯层、第二芯层、第三芯层、第四芯层、第五芯层及外皮层经所述加热渐变区渗透扩散逐渐形成h-gi-pof高温光导纤维。
即制作h-gi-pof高温光导纤维时，通过挤出头将六种高聚合物y1-y6按其折光指数由大到小将其熔体一一对应注入各挤出头内，即挤出头1的材料是由高聚合物y1的配方组成；挤出头2的材料是由高聚合物y2的配方组成；挤出头3的材料是由高聚合物y3的配方组成；挤出头4的材料是由高聚合物y4的配方组成；挤出头5的材料是由高聚合物y5的配方组成；挤出头6的材料是由高聚合物y6的配方组成，各挤出头分别向各共挤流道供给各层材料的熔体，熔体经模具组合100里形成初始截面为六层的同心圆结构的光导纤维，即生成芯层第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14、第五芯层15及外皮层10b，同心圆结构的光导纤维结构如图2所示。
然后这个同心圆结构通过加热渐变区107后，由于热的作用，第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14以及第五芯层15的1，3-二溴四氟苯将进行渗透活动，其主要方向是1，3-二溴四氟苯向浓度低的区域渗透扩散形成一层的高聚合物光纤芯层10a。最终经扩散渐变后的光导纤维108结构是如图1所示；第一芯层11、第二芯层12、第三芯层13、第四芯层14以及第五芯层15的1，3-二溴四氟苯相互渗透扩散，形成具有一定阶梯式但总体是渐变折光指数的截面光纤。光导纤维从共挤模具100挤出成型后经激光检测器108检测光导纤维的直径等参数。最后光导纤维由接线辊109和卷线棍110收卷。在光导纤维引出到接线辊110时候，光纤温度已经大大降低，远低于高聚合物的玻璃转化温度，这时候高聚合物和渗透剂相对的活动就大大降低，从而达到渗透剂“固定”在该层的共聚物里，形成组合芯层。
利用本发明的h-gi-pof高温光导纤维的制备方法制得多种具有实用性的h-gi-pof高温光导纤维，并使用1310nm激光源测各h-gi-pof高温光导纤维的性能，其数据如表1-2所示；
表1-2
由表1-2可知，制得的h-gi-pof高温光导纤维的光损耗、带宽、数值孔径以及弯曲损失均符合超高速通信用的h-gi-pof高温光导纤维的要求；本发明的h-gi-pof高温光导纤维的制备方法制得的光纤在提高h-gi-pof高温光导纤维的生产速度的情况下，能够保证生产出的h-gi-pof高温光导纤维均适用于现代超高速通信用。
上述仅为本实用新型的优选具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
1.一种h-gi-pof高温光导纤维，其特征在于：包括内芯层和外皮层，所述内芯层与所述外皮层同心结构设置，所述内芯层的折光指数大于所述外皮层的折光指数，所述内芯层由折光指数由芯向外逐渐减小的5层芯层一体成型构成，所述内芯层包括第一芯层、第二芯层、第三芯层、第四芯层、第五芯层，所述第一芯层的边缘与所述第二芯层的边缘通过渗透剂形成第一共混区，所述第二芯层的边缘与所述第三芯层的边缘通过渗透剂形成第二共混区，所述第三芯层的边缘与所述第四芯层的边缘通过渗透剂形成第三共混区，所述第四芯层的边缘与所述第五芯层的边缘通过渗透剂形成第四共混区，从而使所述第一芯层与第二芯层、第三芯层、第四芯层、第五芯层形成一光折射指数由芯到外逐渐减小的芯层；所述第五芯层、第四芯层、第三芯层、第二芯层、第一芯层具有1.3512-1.3635的梯度折光指数，所述外皮层由单层皮层构成；所述内芯层和外皮层的玻璃转化温度为160-165℃。
2.根据权利要求1所述的h-gi-pof高温光导纤维，其特征在于：所述第一芯层的折光指数为1.3635，所述第二芯层的折光指数为1.3605，所述第三芯层的折光指数为1.3574，所述第四芯层的折光指数为1.3543，所述第五芯层的折光指数为1.3512。
3.根据权利要求1所述的h-gi-pof高温光导纤维，其特征在于：所述外皮层的折光指数为1.3473。
4.根据权利要求1所述的h-gi-pof高温光导纤维，其特征在于：所述内芯层的直径为50-120μm。
5.根据权利要求1所述的h-gi-pof高温光导纤维，其特征在于：所述外皮层的直径为490-750μm。
6.根据权利要求1所述的h-gi-pof高温光导纤维，其特征在于：所述h-gi-pof高温光导纤维的光损耗19-31db/km，带宽不小于760mhz·km。
技术总结