折射率梯度型塑料光纤棒的制备与模拟

2019-02-05 03:22:48 52
本文转载自网络,如有侵权,请联络删除:  制备梯度型塑料光纤棒有很多办法,本文采纳界面凝胶聚合法>7,它具有整体成型和简便的长处。Yang等发现,通过增加引发剂和链转移剂用量可以减少缺陷。这主要是降低了聚合物均匀分子量而减少了聚合物的收缩,但是增加引发剂和链转移剂用量将会招致GI塑料光纤棒中的杂质和光损耗增加。加等。这时由于凝胶效应/.、使得凝胶相中的聚合反馈速度远远高于液相中的反f应速度,聚合反馈主要从管内壁凝胶相开端。由于1开端时MMA浓度大于BB浓度,以及BB分子扩散常数稍小于MMA,所以开端时MMA比BB分子更容易扩散进入凝胶相。随着反馈停止,凝胶相Fig.1Sectionalsketchmapofpreparing GIpolymero-增厚,在管中心区域BB浓度逐渐增加,tical故后造成的凝胶相中BB浓度大于先造成的凝胶相。当聚合反馈达到PMMA中心轴处,便可造成GI塑料光纤棒。

  2结果与探讨2.1反馈温度的影响钻研了不同反馈温度(40~80°C)对GI塑料光纤棒的影响,发现反馈单体的聚合速度随着反馈温度的增加而加快,但在大于70C时由于聚合物收缩过快,招致塑料光纤棒中造成许多气泡,而当温度低于60C时,由于聚合反馈速度较慢,招致单体长期溶胀并软化PMMA管,使之发作弯曲变形。

  产生气泡或真空泡的起因:(1)在加热过程中,溶于单体混合物中的空气以及由BP0分解产生的CO2一直逸出,当聚合反馈停止到一定程度,由于体系均匀分子量和反馈物粘度增大,使无暇气和0不能从反馈物中逸出,在棒中就造成了气泡;(2)当体系分子量增大到一定程度,粘度更大,反馈物迅速聚合,体积收缩,而体系液面难以下降回填,招致造成真空泡。实验结果标明,GI塑料棒的制备温度在60~ 70°C之间气泡较少,且不变形。

  2.2反馈气压的影响通过重复实验发现,在聚合反馈前期,使单体混合物处于真空状态,在反馈后期单体混合物处于高压状态,这时制备的GI塑料光纤棒的气泡或真空泡最少。

  70C和真空气压下聚合时,单体混合物中气体能较好逸出;反馈后期,单体混合物在高气压下聚合,并被压缩,难以造成真空泡。运用这种新工艺,制备出了没有任何真空泡和气泡且不变形的梯度型塑料光纤棒。

  依据小分子在聚合物溶液中扩散的Vrenta-Duda模型,扩散系数决定于聚合物和小分子的浓度与温度,表示如下:3实践与模拟A和BB的Vrentas-Duda自由体积参数见表1. Vrentas-Duda实践的一个推论是同一体系中两种小分子扩散系数的对数具有线性关系:依据式(2)~(5),可以计算出在60C时£>bb,Dmma与聚合物浓度的关系。由可知,扩散系数随着聚合物浓度的增加而降低。这主要因为聚合物浓度的增加,减少了单体扩散所需的自由体积,增加了扩散阻力。

  反馈物完全成为凝胶体时,聚合物浓度从管中心到内壁逐渐增大,如果合乎下列关系式:W2为聚合物的质量分数,为PMMA管的内径,a,b是常数。边境条件是r=0时,W2=0.1;r=芡依据扩散系数的定义,推导出在扩散均衡时有关于相容性体系,依据折射率的可加和性原理,体系的折射率可表示为=Mbbbb+(1-Mbb)npmma(9),n(r)是塑料光纤棒折射率沿半径方向的散布,bb和nPMMA别离是BB和PMMA的折射率。

  当PMMA管的内径芡=2 5mm,R=4.0mm时,GI塑料光纤棒的折射率散布的丈量值和模拟值见。由可见,模拟曲线与丈量曲线根本吻合,阐明我们建设的实践模型是正确的。应该阐明的是,界面凝胶聚合反馈是十分复杂的,在模拟过程中停止了很多如果,模拟结果肯定与实际有所差异。

  通过该实践模型可以对折射率梯度的造成过程停止全面的理解。通过扭转掺杂剂品种与浓度,就可以扭转梯度型塑料光纤棒中的折射率差,改善其性能。因此具有重要的实践意义与实用价值。

  4结论本文主要钻研了反馈条件对梯度型塑料光纤棒中缺陷造成的影响。降低反馈温度可以使气泡或真空泡减少,但是温渡过低会招致塑料光纤棒的变形。在反馈前期,将单体混合物置于真空下可以使其中的气体顺利逸出;在反馈后期,坚持反馈温度不变,对烘箱加压,单体混合物因被压缩而难以造成真空泡。采纳这种新工艺可以制备出无气泡或真空泡、无变形的梯度型塑料光纤棒。

  利用Vrentas-Duda自由体积实践,对梯度型塑料光纤棒的折射率梯度的造成停止了实践剖析与模拟,模拟结果与实验结果具有很好的一致性。

  致谢:感谢中国科学院西安光学机械钻研所姚胜利高级工程师的实验丈量工作!

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