折射率梯度型塑料光纖棒的制備與模擬
2結果與探討2.1反饋溫度的影響鉆研了不同反饋溫度(40~80°C)對GI塑料光纖棒的影響,發現反饋單體的聚合速度隨著反饋溫度的增加而加快,但在大于70C時由于聚合物收縮過快,招致塑料光纖棒中造成許多氣泡,而當溫度低于60C時,由于聚合反饋速度較慢,招致單體長期溶脹并軟化PMMA管,使之發作彎曲變形。
產生氣泡或真空泡的起因:(1)在加熱過程中,溶于單體混合物中的空氣以及由BP0分解產生的CO2一直逸出,當聚合反饋停止到一定程度,由于體系均勻分子量和反饋物粘度增大,使無暇氣和0不能從反饋物中逸出,在棒中就造成了氣泡;(2)當體系分子量增大到一定程度,粘度更大,反饋物迅速聚合,體積收縮,而體系液面難以下降回填,招致造成真空泡。實驗結果標明,GI塑料棒的制備溫度在60~ 70°C之間氣泡較少,且不變形。
2.2反饋氣壓的影響通過重復實驗發現,在聚合反饋前期,使單體混合物處于真空狀態,在反饋后期單體混合物處于高壓狀態,這時制備的GI塑料光纖棒的氣泡或真空泡最少。
70C和真空氣壓下聚合時,單體混合物中氣體能較好逸出;反饋后期,單體混合物在高氣壓下聚合,并被壓縮,難以造成真空泡。運用這種新工藝,制備出了沒有任何真空泡和氣泡且不變形的梯度型塑料光纖棒。
依據小分子在聚合物溶液中擴散的Vrenta-Duda模型,擴散系數決定于聚合物和小分子的濃度與溫度,表示如下:3實踐與模擬A和BB的Vrentas-Duda自由體積參數見表1. Vrentas-Duda實踐的一個推論是同一體系中兩種小分子擴散系數的對數具有線性關系:依據式(2)~(5),可以計算出在60C時£>bb,Dmma與聚合物濃度的關系。由可知,擴散系數隨著聚合物濃度的增加而降低。這主要因為聚合物濃度的增加,減少了單體擴散所需的自由體積,增加了擴散阻力。
反饋物完全成為凝膠體時,聚合物濃度從管中心到內壁逐漸增大,如果合乎下列關系式:W2為聚合物的質量分數,為PMMA管的內徑,a,b是常數。邊境條件是r=0時,W2=0.1;r=芡依據擴散系數的定義,推導出在擴散均衡時有關于相容性體系,依據折射率的可加和性原理,體系的折射率可表示為=Mbbbb+(1-Mbb)npmma(9),n(r)是塑料光纖棒折射率沿半徑方向的散布,bb和nPMMA別離是BB和PMMA的折射率。
當PMMA管的內徑芡=2 5mm,R=4.0mm時,GI塑料光纖棒的折射率散布的丈量值和模擬值見。由可見,模擬曲線與丈量曲線根本吻合,闡明我們建設的實踐模型是正確的。應該闡明的是,界面凝膠聚合反饋是十分復雜的,在模擬過程中停止了很多如果,模擬結果肯定與實際有所差異。
通過該實踐模型可以對折射率梯度的造成過程停止全面的理解。通過扭轉摻雜劑品種與濃度,就可以扭轉梯度型塑料光纖棒中的折射率差,改善其性能。因此具有重要的實踐意義與實用價值。
4結論本文主要鉆研了反饋條件對梯度型塑料光纖棒中缺陷造成的影響。降低反饋溫度可以使氣泡或真空泡減少,但是溫渡過低會招致塑料光纖棒的變形。在反饋前期,將單體混合物置于真空下可以使其中的氣體順利逸出;在反饋后期,堅持反饋溫度不變,對烘箱加壓,單體混合物因被壓縮而難以造成真空泡。采納這種新工藝可以制備出無氣泡或真空泡、無變形的梯度型塑料光纖棒。
利用Vrentas-Duda自由體積實踐,對梯度型塑料光纖棒的折射率梯度的造成停止了實踐剖析與模擬,模擬結果與實驗結果具有很好的一致性。
致謝:感謝中國科學院西安光學機械鉆研所姚勝利高級工程師的實驗丈量工作!