光线涂层剂课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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、更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。,2.5,光纤维表面涂层材料,光纤维的特点：,1,）传输信息量很大；,2,）传输中损失较少；,3,）不易受电磁干扰；,4,）质量很轻。,2.5.1,什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，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，简称“光纤”。,光纤剖面,传输路径,电缆芯线与镀层界面,镀层（低折射率）,光,石英芯线（高折射率）,光纤维的“中心”部分：,a,）当入射角,a,小时：反射、折射同时发生；,b,）当入射角,b,大时：入射光全部被反射。,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,b,a,折射光,全反射光,部分反射,两材料界面,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,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,需要将玻璃纤维,包覆,，避免与空气水分等不利因素接触。,光纤维表面涂层：,包覆方法：,熔融玻璃纺成纤维状,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,光纤必须包覆一层特殊的化学物质以保护内部结构,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,光通信中默默无闻的英雄,光纤表面涂层,2.5.2,光纤表面涂层实例,光纤有两层保护层,初次涂层,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：,使纤维隔绝空气，避免与水分等不利因素接触,保障光纤维的传导作用。,初次涂层,：,二次涂层作用：,保护光纤不受外力损伤，易于施工操作等。,2.5.3,光纤涂层的作用机理,初层：,为硅树脂、丙烯酸酯类紫外线硬化树脂等,富有弹性的软树脂,。,第二层：,为尼龙、丙烯酸酯类紫外线硬化树脂等,强韧性树脂,。,光纤涂层的作用,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）,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,光信号,硬聚合物涂层,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,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,单体,光聚合引发剂,成分,紫外线照射,三维网络结构的聚合物,丙烯酸紫外线固化反应：,预聚物包含丙烯酸基团,CH,2,=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,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，影响正常使用。,塑料高硬表面涂层材料,是用于涂在塑料表面的高分子试剂，它可以形成,坚硬的,涂膜，来保护塑料制品不受伤害，不产生划痕。,塑料高硬表面涂层可分为两类：,1,）无机材料形成的薄膜（真空沉淀,/,喷镀）；,2,）有机材料形成的聚合物薄膜。,膜质量很好，但成本太高。,成本低、涂布方法多、可以得到满足要求的高质量,2.6.2,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,40,20,10,30,0,100,200,300,400,500,加工过程：,1,）加硬涂剂涂布于塑料镜片表面，形成,5-10m,的薄膜；,2,）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。,2.6.3,塑料加硬涂层的作用机理：,为防止塑料表面出现划痕等，可在塑料表面涂布加硬涂剂，加硬剂的物理性能：,1,）硬度大（与玻璃相当）；,2,）表面光滑；,3,）薄膜表面具有弹性。,抗摩擦损坏,抗坚硬物体损坏,加硬薄膜 提高交联密度 高度三维,结构,薄膜硬度提高，但失去弹性。,因此一般,1,）硬度和,3,）弹性难以同时达到，目前大部分的塑料加硬涂层拥有,1,）硬度,和,2,）光滑度,来满足要求。,交联密度较低时，涂层较软 交联密度较高时，涂层较硬,交联,发生交联反应，形成高度三维结构,“高硬度”产生的用机理：,2.6.4,塑料加硬涂剂的化学结构,通常加硬剂分为两类：,1,）有机硅氧烷类加硬涂层；,2,）多官能团丙烯酸酯类加硬涂层。,1,）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，其化学结构如下：,有机烷氧基硅烷,(R,n,-Si(OR),4-n,(R:,烷基或苯基，,R:,烷基,),水解生成硅烷醇,R,n,-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,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 有机聚硅氧烷类,塑料高硬表,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 多官能团丙烯酸酯基,塑料高硬表,面涂层材料的,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：,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,内容总结,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、更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。b）当入射角b大时：入射光全部被反射。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，纤维会对水解和应力腐蚀很敏感。2.5.2 光纤表面涂层实例光纤有两层保护层。初层：为硅树脂、丙烯酸酯类紫外线硬化树脂等富有弹性的软树脂。第二层：为尼龙、丙烯酸酯类紫外线硬化树脂等强韧性树脂。预聚物包含丙烯酸基团CH2=CH-COO-。预聚物一般有很高的粘度，需加入单体来调节粘度。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）。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。表面硬度不足，就容易产生划痕，影响正常使用。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/喷镀）。绝对无尘室,