長飛公司 — 特殊環(huán)境用光纖光纜產(chǎn)品：超強(qiáng)耐高溫光纖

  Iccsz訊 光纖不僅大量應(yīng)用于常規(guī)通信領(lǐng)域，同時也被應(yīng)用到傳感、測量、控制、數(shù)據(jù)采集等其他高科技領(lǐng)域，例如采礦工業(yè)、航空航天工業(yè)、軍事、石油天然氣以及高溫醫(yī)療應(yīng)用等。這些領(lǐng)域會涉及到一些特殊應(yīng)用環(huán)境，比如高溫環(huán)境。

  光纖作為一種復(fù)合材料，是由內(nèi)層的石英部分和外涂覆層共同組合而成。其對環(huán)境的適應(yīng)性和使用壽命受涂層影響非常大。常規(guī)光纖的外涂覆層一般為丙烯酸樹脂，如圖1，其工作溫度一般為-65~85℃，如果長時間在高于85℃的環(huán)境下工作，普通丙烯酸樹脂會發(fā)生熱老化以及熱氧老化，并且有機(jī)涂層在高溫下會產(chǎn)生對石英光纖具有應(yīng)力腐蝕作用的氫氣，加速光纖的疲勞過程，從而導(dǎo)致光纖失效。隨著光纖應(yīng)用環(huán)境的延伸，普通聚丙烯酸脂涂層光纖無法滿足高溫環(huán)境的應(yīng)用需求。

圖1 各涂層耐受溫度情況

  一、耐高溫光纖制備技術(shù)

  在常規(guī)拉絲平臺和技術(shù)的基礎(chǔ)上，長飛光纖光纜股份有限公司(以下簡稱長飛公司)早期即實現(xiàn)了工作溫度為150℃的以特種聚酯為涂層的耐高溫光纖的開發(fā)。為了進(jìn)一步滿足光纖長期在300℃以上環(huán)境工作的要求，我們采用了性能更優(yōu)異的材料、搭建了更新進(jìn)的工藝平臺。

  1)采用聚酰亞胺為耐高溫光纖的涂層

  聚酰亞胺(Polyimide)是光纖有機(jī)涂層材料中耐高溫性能最好的一種，其優(yōu)點是其他材料不可比擬的。聚酰亞胺具有高模量、高抗拉強(qiáng)度以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可長期承受300℃高溫，短時間承受490℃的高溫，另外在力學(xué)性能、耐疲勞性能、難燃性、尺寸穩(wěn)定性、電性能等方面均十分優(yōu)異。因此用這種材料作為涂層的光纖具有抗高溫、耐腐蝕的特性，可長期應(yīng)用于溫度300℃的環(huán)境中。

  2)采用多層逐步涂覆的特殊拉絲工藝

  制備該類光纖的難點在于其多層逐步涂覆的特殊拉絲工藝。長飛公司在成熟的設(shè)備制造和拉絲工藝基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的探索和改進(jìn)，最終實現(xiàn)了該類拉絲塔的制備及拉絲工藝的確認(rèn)，順利研制出了以優(yōu)化的聚酰亞胺為涂層的耐高溫光纖(又稱為PI光纖)，長期工作溫度為300℃，并能夠承受高壓和化學(xué)侵蝕。

  長飛公司開發(fā)的PI光纖在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上可根據(jù)需要選擇不同型號，如單模、多模、純硅芯或客戶定制。對一些富氫、高溫環(huán)境中，如油井、礦井可以選擇純硅芯結(jié)構(gòu)的PI光纖。

  二、長飛公司PI光纖的性能介紹

  長飛公司所生產(chǎn)的PI光纖主要有HT1510-B單模光纖和HT2512-B及HT2515-B多模光纖，其主要參數(shù)性能見表1表2。

表1 耐高溫單模光纖產(chǎn)品參數(shù)

表2 耐高溫多模光纖產(chǎn)品參數(shù)

  1)長飛公司的PI光纖具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性

  我們實驗驗證了長飛PI光纖與某國際知名廠商PI光纖的高溫穩(wěn)定性。實驗將兩種光纖在300℃的環(huán)境中存放700h以上，并對其進(jìn)行附加衰耗的測試，從圖2可以看出，長飛公司所生產(chǎn)的PI光纖在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出了更好的穩(wěn)定性，在1310nm以及1550nm兩個波段的附加衰耗均小于0.2dB/km。其附加衰耗值遠(yuǎn)低于某國際知名廠商所生產(chǎn)的PI光纖。

圖2 PI光纖的高溫性能(紅色圓點標(biāo)記的為長飛公司產(chǎn)品)

  2)長飛公司的PI光纖具有優(yōu)異的機(jī)械性能

  在機(jī)械性能上，長飛公司的PI光纖測試的抗拉強(qiáng)度動態(tài)疲勞參數(shù)Nd值達(dá)到了25.4，M值達(dá)到了5.35GPa，超過了IEC對標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的要求指標(biāo)，其理論壽命提高了5倍，保障了成纜后的強(qiáng)度和在惡劣環(huán)境中的穩(wěn)定應(yīng)用。

圖3長飛PI光纖機(jī)械性能參數(shù)

  長飛公司通過自有平臺研制的PI光纖性能優(yōu)越，在300℃長期高溫環(huán)境下，1310nm和1550nm兩個波段具備極低的附加損耗，同時機(jī)械可靠性高，可廣泛應(yīng)用于各種高溫環(huán)境，如石油天然氣、醫(yī)療、汽車、新能源以及食品加工等領(lǐng)域。未來，我們將進(jìn)一步優(yōu)化平臺、工藝開發(fā)更高性能的耐高溫光纖，為相關(guān)行業(yè)的安全及信息傳遞保駕護(hù)航!

  長飛公司耐高溫光纖項目由國家重點研發(fā)計劃“先進(jìn)光纖傳感材料與器件關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”(項目編號 2017YFB0405500)資助。