长飞公司：特殊环境用光纤光缆产品--超强耐高温光纤

3/14/2018，光纤不仅大量应用于常规通信领域，同时也被应用到传感、测量、控制、数据采集等其他高科技领域，例如采矿工业、航空航天工业、军事、石油天然气以及高温医疗应用等。这些领域会涉及到一些特殊应用环境，比如高温环境。

   光纤作为一种复合材料，是由内层的石英部分和外涂覆层共同组合而成。其对环境的适应性和使用寿命受涂层影响非常大。常规光纤的外涂覆层一般为丙烯酸树脂，如图1，其工作温度一般为-65~85℃，如果长时间在高于85℃的环境下工作，普通丙烯酸树脂会发生热老化以及热氧老化，并且有机涂层在高温下会产生对石英光纤具有应力腐蚀作用的氢气，加速光纤的疲劳过程，从而导致光纤失效。随着光纤应用环境的延伸，普通聚丙烯酸脂涂层光纤无法满足高温环境的应用需求。


一、 耐高温光纤制备技术
   在常规拉丝平台和技术的基础上，长飞光纤光缆股份有限公司（以下简称长飞公司）早期即实现了工作温度为150℃的以特种聚酯为涂层的耐高温光纤的开发。为了进一步满足光纤长期在300℃以上环境工作的要求，我们采用了性能更优异的材料、搭建了更新进的工艺平台。

    1）采用聚酰亚胺为耐高温光纤的涂层
       聚酰亚胺（Polyimide）是光纤有机涂层材料中耐高温性能最好的一种，其优点是其他材料不可比拟的。聚酰亚胺具有高模量、高抗拉强度以及良好的化学稳定性，可长期承受300℃高温，短时间承受490℃的高温，另外在力学性能、耐疲劳性能、难燃性、尺寸稳定性、电性能等方面均十分优异。因此用这种材料作为涂层的光纤具有抗高温、耐腐蚀的特性，可长期应用于温度300℃的环境中。

    2）采用多层逐步涂覆的特殊拉丝工艺
       制备该类光纤的难点在于其多层逐步涂覆的特殊拉丝工艺。长飞公司在成熟的设备制造和拉丝工艺基础上，经过多年的探索和改进，最终实现了该类拉丝塔的制备及拉丝工艺的确认，顺利研制出了以优化的聚酰亚胺为涂层的耐高温光纤（又称为PI光纤），长期工作温度为300℃，并能够承受高压和化学侵蚀。

   长飞公司开发的PI光纤在波导结构上可根据需要选择不同型号，如单模、多模、纯硅芯或客户定制。对一些富氢、高温环境中，如油井、矿井可以选择纯硅芯结构的PI光纤。

二、长飞公司PI光纤的性能介绍
长飞公司所生产的PI光纤主要有HT1510-B单模光纤和HT2512-B及HT2515-B多模光纤，其主要参数性能见表1表2。



    1）长飞公司的PI光纤具有优异的高温稳定性
       我们实验验证了长飞PI光纤与某国际知名厂商PI光纤的高温稳定性。实验将两种光纤在300℃的环境中存放700h以上，并对其进行附加衰耗的测试，从图2可以看出，长飞公司所生产的PI光纤在高温环境下表现出了更好的稳定性，在1310nm以及1550nm两个波段的附加衰耗均小于0.2dB/km。其附加衰耗值远低于某国际知名厂商所生产的PI光纤。


    2）长飞公司的PI光纤具有优异的机械性能
       在机械性能上，长飞公司的PI光纤测试的抗拉强度动态疲劳参数Nd值达到了25.4，M值达到了5.35GPa，超过了IEC对标准通信光纤的要求指标，其理论寿命提高了5倍，保障了成缆后的强度和在恶劣环境中的稳定应用。


      长飞公司通过自有平台研制的PI光纤性能优越，在300℃长期高温环境下，1310nm和1550nm两个波段具备极低的附加损耗，同时机械可靠性高，可广泛应用于各种高温环境，如石油天然气、医疗、汽车、新能源以及食品加工等领域。未来，我们将进一步优化平台、工艺开发更高性能的耐高温光纤，为相关行业的安全及信息传递保驾护航！
 
   长飞公司耐高温光纤项目由国家重点研发计划“先进光纤传感材料与器件关键技术及应用”（项目编号 2017YFB0405500）资助。