光纤涂料传统上对耐热、湿度和极端温度等多种环境因素有严格的要求。除此之外，纤维拉伸工艺的固化速度要求在UV/ eb固化行业中是最严格的，通常线速度超过1500-2000米/分钟。

电信电缆纤维在85°C、85°C/85%相对湿度和温度从-65到85°C循环条件下加速老化性能的行业标准已经出台。在这些老化测试中监测的主要特性之一是光纤在老化后对传输或“衰减”损失的抵抗能力。涂层中由于热转变、脆性或聚合物链断裂引起的应力，以及未结合组分的热氧化和/或挥发会导致纤维中的小半径弯曲或微弯曲，从而导致光传输的路径不太理想。

此外，某些用作光纤或电缆保护涂层的高分子材料在较高温度下会产生188金宝搏bet官网氢气，如果允许氢气迁移到玻璃本身，就会形成实际吸收传输光波长的区域。这一过程被称为纤维变黑。这些因素和其他因素使得快速固化涂层材料的设计成为高温应用的挑战。188金宝搏bet官网

新型光纤应用

光纤的一个较新的应用是在石油矿床的地下勘探。这些通常被称为“井下”或“地球物理”应用。自1993年以来，光纤已被用于检测油井中的温度、压力和化学环境(pH值)等条件，最远可达30公里。在过去，使用标准电传感技术进行这些测量被证明是困难的，因为需要为这些距离重新发电。截至2007年初，估计安装了200个光纤P&T(压力和温度)仪表和40个井下光纤流量计。光纤传感器提高了从地面“看到”石油矿床的能力，一旦发现石油矿床，就能更有效地排出。

在使用井下光纤时，井温可以从接近环境温度到90-250℃之间因此，标准丙烯酸酯涂层光纤将不适用于整个服务范围，因为许多典型的通信级光纤额定工作温度低于100°C。井下光纤中的裸硅玻璃通常用碳或密封涂层密封，这种涂层非常抗氢迁移。在这种密封涂层之上，使用了不同的化学物质，极大地影响了纤维的最终工作温度。通常，丙烯酸酯涂料用于85至150°C的应用。从150°C到200°C，使用硅酮和含氟材料，如PFA(四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物)，对188金宝搏bet官网于要求200-300°C的应用，使用聚酰亚胺涂层

在这些传感器应用中，以及在更典型的电信环境中，涂层最好可以从底层玻璃上剥离，以便拼接或连接到其他光纤或直接连接到仪器上。是否容易进行剥离是其在现场使用的实用性的关键因素。丙烯酸酯涂层通常可以在常温下或使用加热工具用机械方法剥离。使用更耐热的化学物质的一个问题是很难将它们从纤维中去除。例如，聚酰亚胺涂层通常需要非常强的酸来实现去除。这是耗时的，需要特殊的处理技术。

丙烯酸酯涂料

作为一个类别，丙烯酸酯涂料往往优于其他化学品的成本，易于处理，固化速度和商业可用性。硅酮和聚酰亚胺通常固化较慢，在许多情况下是溶剂型的，并且通常与液体形式的其他成分不兼容。

本文的目的是介绍在这些类型的应用中最大限度地提高丙烯酸酯涂料的工作温度范围所进行的一些工作。作为这项工作的一部分，测试了光纤的六种外层或“二级”涂层在逐渐升高的温度下老化后的失重、颜色和拉伸性能的变化。其次，对一些单体和寡聚物组分进行固化和热老化，以评估耐失重性，作为进一步开发涂层的基线信息。

涂料评估

表1给出了测试的六种光纤涂层中存在的不同成分的细分。九种不同类型的聚氨酯丙烯酸酯(UA)低聚物，一种双酚a环氧双丙烯酸酯低聚物和各种丙烯酸酯单体存在于这些化学反应中。一种α-羟基酮光引发剂和一种标准的双酚类抗氧化剂也分别存在于这些化合物中。这些涂层是使用Fusion 600瓦/英寸带有“H”灯泡的辐照器固化的。用于固化这些涂层的辐射能密度或紫外线剂量为1000 mJ/cm2。一个3毫米的鸟涂器被用来固化玻璃上的薄膜。在固化前，涂层、玻璃和涂药器都被允许平衡到85°C，以最大限度地减少玻璃化效应，因为这些涂层的玻璃化转变温度远高于室温，通常为>75°C。固化后，将薄膜从玻璃中取出，在23±2°C/ 50±5% RH的环境中平衡，然后在强制风炉中在125、175和225°C的温度下老化。

减肥改变

图1显示了这些涂层在125、175和225°C下24小时后的重量损失。图2显示了在225°C下1、2和24小时后体重的下降情况。从这些数据来看，很明显，在225°C的温度下，它们的重量在很短的时间内就下降了很大一部分。暴露在这种条件下可以作为相对耐热性的快速筛选过程，但125°C和175°C的数据可以提供更好的连续使用温度指标。

SC-3配方在125℃时的减重略高于其他配方，但也含有该组中最高水平的光引发剂，其中大部分实际上没有结合到交联结构中。在较高的温度下，SC-3的失重明显低于其他配方。最好的减肥阻力似乎是SC-3, 4和5的公式。

理论上，在高温下的重量损失是由于(a)薄膜中挥发性成分的损失，如未反应的光引发剂、单体、低聚物抗氧化剂和其他添加剂，以及(b)热引发共价键的断裂，产生低分子量材料，最终迁移到薄膜表面并挥发。188金宝搏bet官网图3显示了与公式SC-1到SC-6组成相似的uv固化膜的典型TGA图。该图是通过以2°C/分钟的速度加热固化薄膜并测量重量损失来获得的。在这幅图中可以辨认出两个不同的区域。在大约100-125°C时，体重开始下降。体重减轻的速度从大约150°C到200°C变得稳定，然后开始稳定。第二次转变发生在大约200°C，失重速率再次从250°C到275°C变得稳定。第一个转变可能是未结合组分的挥发，因为失重接近6%的平台值，这与系统中未反应的光引发剂和其他未结合添加剂的重量相似。第二种转变更可能是由于热分解，在更高的温度下变得更强。

颜色和拉伸变化

还对SC-1到SC-6组合物的颜色和拉伸性能变化进行了评价。这些结果如图4和5所示。颜色变化是通过测量在标准白色背景瓷砖上的老化薄膜的Delta E来评估的。在225°C下，如果有足够的曝光时间，所有的薄膜都将接近相似的Delta E值，但SC-3的变色速度明显比其他公式慢。

通过85℃2.5%应变下的割线模量测量拉伸性能随温度的变化。选择这个温度是为了了解薄膜的交联密度是否增加。这些材料的模量作为温度的函数会降低，直到达188金宝搏bet官网到一个平台或平衡值。随着交联密度的增加，高温下的模量也会增加。在测试的六个公式中，只有SC-1到SC-4具有足够的延伸率，可以在2.5%应变下给出模量值。另外两个公式太脆弱，无法检验。从图5中可以看出，85°C模量和交联密度都在增加。SC-3公式似乎对这种变化的抵抗力最强。

快速治愈高温变化

进一步研究了适合光纤应用的快速固化高温材料。188金宝搏bet官网采用4%的α-羟基酮引发剂和1%的双酚类抗氧化剂对不同单体组分进行固化。这些薄膜是使用1.5 mil线绕棒在60°C的玻璃上和1000 mJ/cm2使用相同的固化灯制备的。将固化的材料从玻璃中取出，并在125、175和225°C下加热，以评估重量损失。结果如图6所示。

在测试的三种单功能稀释剂中，环三甲基丙烷丙烯酸酯(CTFA)似乎具有最好的抗体重减轻能力。很明显，使用异硼酸酯(IBOA)可在高温下显著减轻体重。各种双官能团单体的抗失重性非常相似。也许最重要的是，己二醇二丙烯酸酯(HDODA)与三环十二烷二甲醇二丙烯酸酯(TCDDA)和3摩尔乙氧基化双酚a二丙烯酸酯(3EO BPADA)的性能相似。在高功能稀释剂中，三羟乙基异氰尿酸酯三丙烯酸酯(THEIC TA)的性能最好。两种高功能(f = 14和16)低粘度聚酯丙烯酸酯也测试了这项研究。它们都基于高度分支的主干。这两种聚酯在225°C的曝露下比大多数二官能和三官能单体有更高的重量损失，并且似乎不适合作为耐温稀释剂。

在一项单独的研究中也测试了各种低聚物的化学性质。在这种情况下，共混物由丙烯酸低聚物、4%的光引发剂和无抗氧化剂制成。用1.5%的碘离子光引发剂和0.7%的ITX光敏剂混合固化了一些缩水甘油醚基环氧低聚物。这些都是在85°C和1000 mJ/cm2的玻璃上固化的。在225°C下进行了为期5天的长期减肥研究。这些实验的描述列在表2和表3中，权重变化数据绘制在图7和图8中。这项研究既研究了软段低聚物以增强柔韧性，也研究了硬段低聚物，后者传统上具有更好的耐热性。

性能最好的软段材料是硅改性聚氨酯丙烯酸酯SUA-1。这种材料在暴露5天后仍保持了近80%的重量。聚碳酸酯基聚氨酯丙烯酸酯减重最多，聚醚聚氨酯UA-8次之，硅基材料SA和SUA-2次之。188金宝搏bet官网聚酰亚胺改性聚氨酯丙烯酸酯UA-11表现出轻微的改善，但仍远低于SUA-1的耐腐蚀性。

耐热性最好的硬段低聚物是基于环氧结构。酚醛环氧树脂、双酚F环氧丙烯酸酯、双酚A环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯和酚醛改性环氧丙烯酸酯在5天后均能保持75%或以上的重量。在此之后，最稳定的寡聚物是低分子量聚酯聚氨酯丙烯酸酯与THEIC TA (UA-10)共混。异氰尿酸酯基聚氨酯丙烯酸酯(UA-5)和三聚氰胺丙烯酸酯低聚物在5天后损失了大约45%的重量。

在此基础上，利用SUA-1低聚物与较硬段低聚物结合，以及先前测试的二级涂层中使用的类似光引发剂和抗氧化剂，制成了最终的一组配方(XN1, 2,3和6)。与SC-3二级涂层相比，薄膜在225°C下固化和老化。结果如图9所示。耐热有机硅聚氨酯丙烯酸酯的掺入提供了即使在24小时后也能保持近90%重量的配方。

总结

许多丙烯酸酯基二次光纤涂层已经评估了暴露于高温后的性能变化。在测试的材料中188金宝搏bet官网，由特定类型的聚氨酯丙烯酸酯低聚物和己二醇双丙烯酸酯稀释剂组成的涂层在暴露于125至225°C的温度下对重量下降、颜色变化和交联密度增加的抗性最强。此外，单体和寡聚物材料也以整齐的形式固化，并在高温下老化。188金宝搏bet官网低聚物材料已被发现具有188金宝搏bet官网比聚氨酯和HDODA基涂层更强的耐热性。这些结果是用于高温光纤应用的快速固化技术的持续发展的一部分。

确认
作者要感谢Cathy Ciardiello, OFS专业光子学部门军事与传感应用市场经理;海克森UV涂料(上海)有限公司总经理Robin Voigt;Dave Moberly和Mike Purvis, Hexion特种化学品，肯塔基州路易斯维尔;以及Hexion辛辛那提技术小组的Dana Jones，感谢他们对这项工作的贡献。