PMMA芯光纤侧面发光的制备及表征

36　　材料工程/2007年增刊1(ChinaSAMPE2007)

PMMA芯光纤侧面发光的制备及表征

PreparationandCharacterizationofPMMA

Side2glowingOpticalFiber

杨　斌,陈园园,盖国平

(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州310018)

YANGBin,CHENYuan2yuan,GAIGuo2ping

(KeyLaboratoryofAdvancedTextileMaterialsandManufacturing

TechnologyofMinistryofEducation,ZhejiangSci2TechUniversity,Hangzhou310018,China)

摘要:选用破坏皮层的溶剂处理PMMA芯端发光光纤,获得所需要侧面发光光纤。通过对各种条件下处理得到的侧发光光纤的发光效果进行表征及分析,结果表明:MMA溶液以及正己烷与丙酮以体积比1∶1混合溶液处理得到的侧发光效果较好,发光亮度呈指数衰减曲线。根据实验曲线给出了一个描述基于敏感系数、、侧面发光系数等发光参数的基本模型,并利用双光源入射光纤来提高侧发光亮度。发光织物及柔性织物显示器。

关键词:PMMA芯端发光光纤;侧发光;溶剂处理;亮度文献标识码:A　　文章编号:100124381(2007)Suppl20036206

Abstract:PMMAside2glowingopticfibersthroughsolventtreatment,andtheglowingeffectoftheandanalyzed1Theresultsindicatedthattheside2glowingsolutionandhexaneandacetonemixedsolutionsarebetterandthesideluminancealongthelengthareexponentialattenuation1Themodelistwiththelengthalongtheopticfiber,thesensitivitycoefficient,andtheside2coefficient1Usingtwolightsourcesatbothfiberendstoincreasethebrightnessisalsoestablishedandtestedinthispaper1Thispreparationmethodmaybeappliedintheluminancecontrollableopticfiberfabricandsoftfabricdisplay1

Keywords:PMMAopticalfibers;side2glowing;solventtreatment;luminance

　　聚合物光纤(PolymerOpticalFiber简称POF,又称塑料光纤)相对于石英光纤而言,具有柔软、弯曲性能好、易于加工、成本低,在短距离通信、传感、传光等方面有很好的特点[1],但也有耐热性不高,损耗较大,带宽值不高等缺点[2]。侧面发光聚合物光纤(side2e2mittingpolymeropticalfiber)是指光在光纤传输过程中,不仅将传输光从光纤的入射端面传输至出射端面,而且还有一部分光从光纤包覆层透射出来,从而形成光纤侧面发光,称为侧发光POF[3]。目前侧发光光纤的制备方法[4]包括锥面入射法、损伤芯皮结构法[5]、光纤编织法、在光纤芯材或皮材中添加特殊助剂法[6]、光纤多包层法[7]、改变芯皮折射率结构法、改变芯径法[8]和皮层结晶法等,通过这些方法,可以使光纤侧面发光,并能在长度方向上保持一定的发光强度和均匀性。　　现有商品化侧发光光纤直径均在3mm以上,这对于要求细直径光纤来说,使用受到一定的限制,而对端发光光纤进行一定的处理,可在需要部位发光,最大限度地节约光能,且操作简单方便。本论文研究目的,是制备光纤发光织物进而织物显示器,可应用于特殊领域如宇航服的可穿戴式电脑,当然也可用于装饰、装潢、广告业、指示照明、医疗和测量等行业中[3,9-12]。可控光纤发光织物是将光纤与普通纺织纤维交织,对处于织物表面浮长的光纤进行溶剂处理;或通过组织匹配,将通过拉伸处理为侧发光光纤先经水溶纱包覆后织进织物,再在所需发光处将处于织物正表面浮长的光纤外围的水溶纱溶去,从而获得既可导光又可侧面发光的光纤发光织物。从织造性能来看,要求光纤具有良好的弹性,合适的直径,与普通纱线必须相匹配。实验选用两种直径(分别为015,0125mm)的PM2MA为芯,氟树脂包层的端发光POF,分别用不同溶剂浸渍处理光纤表面,并对其侧发光强度与光源距离之间的关系进行了表征与分析。建立侧发光强度与敏感系数、沿纤维轴向的长度、侧面发光系数等发光参数的基本模型。

　PMMA芯光纤侧面发光的制备及表征37

1　实验

111　材料

　　两种直径(分别为015,0125mm)的PMMA为芯,氟树脂为皮层的端发光光纤,两种光纤的芯材2聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的溶度参数为910～915,由于皮层不是单一的氟树脂,而是由多种氟树脂共聚物,所以其溶度参数和极性很难具体确定,我们所使用光纤皮

层氟化丙烯酸酯类聚合物的溶度参数δ约为817左

[15]

右。根据高聚物“相似相溶,极性相近”的溶解原则,选用表1中与芯材溶度参数接近的试剂与光纤作用,来部分破坏光纤皮层或皮芯界面。混合溶剂的溶

δδ度参数[11]由公式δ混=<11+<22(<1和<2分别表示两δ种纯溶剂的体积分数,1和δ2是两种纯溶剂的溶度参

数)计算出。其中正己烷与丙酮以体积比1∶1混合溶液溶度参数与MMA接近,且接近聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和氟树脂的溶度参数。

表1　处理试样所用试剂

Table1　Reagentsfortreatingopticalfibers

ReagentsnameSolubilityparameterδPolarfractionPSamplenumber

(0.5mmdiameteropticfiber)

Samplenumber

(0.25mmdiameteropticfiber)

Original--1

Ethanol12.700.2682

Acetone10.000.6953

MMA8.700.1494

V(exane)∶V(acetone)=1∶1

8.65-5

V(exane)∶V(ethanol)=1∶1

10.00-Hexane7.300-

1’2’3’5’6’-

112　溶剂处理方法及亮度测试

　　实验试样长为50cm,其中根一束,0125mm,,侧面,净,55℃干燥2h。用恒定电压的发光二极管提供恒定光强的光源,将发光二极管(LED)与光纤一端进行连接固定,亮度测试采用TOPCON公司生产的BM25A亮度色度计,测试点间隔距离为1cm,整个测量过程在暗室中进行。

2　实验结果与分析

211　不同溶剂处理侧发光效果

　　试剂处理后光纤侧发光亮度与距离的关系如图1所示,图2为处理后光纤表面的电镜照片。从图1可以看出,

乙醇以及正己烷与乙醇的混合液处理的光纤侧面发光亮度曲线2,2’,6,6’与未经过溶剂处理的曲线1,1’几乎重合,即几乎没有侧发光现象,另外三种试剂对光纤处理后侧面发光亮度随着光源距离的增加呈指数下降趋势。用丙酮处理的光纤表面侧发光亮度较高,衰减波动较大,这是由于丙酮极性较大,对试样表面形成部分溶解与粘合,甚至破坏到光纤芯层,造成沿长度方向与试样作用不均匀,亮度上下跳动,如图2b,b’所示。用MMA溶液、正己烷与丙酮混合溶液处

图1　试样侧面发光亮度

(a)为015mm直径光纤;(b)为0125mm直径光纤Fig11　Side2glowingluminanceofopticalfibers

(a)isthefiberof0125mmdiameter;(b)isthefiberof015mmdiameter

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图2　光纤经各试剂处理后表面形貌

(a),(b),(c),(d)分别为015mm直径光纤未经处理,经丙酮处理,丙酮加正己烷处理,MMA溶剂处理;

(a’),(b’),(c’),(d’)分别为0125mm直径光纤未经处理,

经丙酮处理,丙酮加正己烷处理,MMA溶剂处理

Fig12　Morphologiesofopticalfiberstreatedbydifferentreagents

(a),(b),(c),(d)areSEMpicturesof015mmdiameterfibersoforiginal,treatedbyacetone,admixtureof

),(b’),(c’),(d’)areSEMpicturesof0125mmdiameterfibersofhexaneandacetone,MMAreagentrespectively;(a’

original,treatedbyacetone,admixtureofhexaneandacetone,MMAreagentrespectively

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