Фотоотверждаемые силиконовые эластомеры и оптические клеи Батталов Э.М Прочухан Ю.А. Широкое использование силиконовых эластомеров в качестве покрытий для оптических волокон (как наиболее подходящего материала для отражения сигналов, проходящих по оптическому волокну с наименьшими потерями [1-8]) ограничивается из-за малой скорости их термоотверждения на поверхности кварцевых волокон.Существенным достижением явилось открытие УФ-отверждаемых силиконовых композиций [9-14], позволяющих резко (в десятки раз) увеличить скорость нанесения покрытия во время вытяжки оптического волокна.
Фирма “Dow corning” выпустила УФ-отверждаемый силиконовый эластомер под названием “Optigard”. [10]. Композиция предназначена для первичного буферного покрытия оптического волокна. Низкий модуль упругости позволяет покрытию распределять локальные напряжения, предотвращая концентрацию нагрузки, приводящую к микроизгибанию световода.Из-за низкой температуры стеклования (-1260 С) модуль упругости остается низким в широком интервале температур (от -600 С до +1250 С). Эти данные представлены в проспекте фирмы по использованию композиции “Optigard”. В дальнейшем интерес к УФ-отверждаемым силиконовым композициям значительно возрос [11-14]. Композиция на основе полиорганосилоксанов предложена авторами [11]. Количество фотоинициаторов (ароматические углеводороды ацето- и бензохинонные производные, о-бензоилбензоат, бензоин и его алкиловые эфиры, тиоксантоны, органические пероксиды) достигает до 0,002-30,0 % от массы олигомера.
Фотоотверждаемая композиция на основе полиорганосилоксанов приведена в [12] (ч.): Смешивают 100 полиметилфенилвинилсилоксана, содержащего 20 % мол. фенил 3 % мол. винилов с вязкостью 1500 СП, 50 полисилоксана с вязкостью 10000 СП и формулой 4,5 2-гидрокси-2-метил-1-фенилпрпанона-1, 0,01 п-метоксифенола, 0,005 п-третбутилпирокатехина, 0,02 тетракисметилен-3-3 5 (третбутилфенил)бен-зотриазола.
Смесь наносят на подложку, отверждают светом ртутной лампы высокого давления (1,0 вт/см, 0,5 сек расстояние 10 см) и получают пленку с твердостью 24, прочностью при растяжении 25 кгс/см, удлинением при разрыве 40 %, модулем упругости при растяжении 0,08 кгс/мм2. Аналогичная УФ-отверждаемая композиция на основе полидиметилсилоксана описана в [9], где фотоинициатором полимеризации является изопропиловый эфир бензоина (20 % мас.). Время отверждения композиции на основе силиконовых эластомеров под действием УФ излучения и в присутствии изопропилового эфира бензоина (5 % мас.) составляет 1-6 сек. [14]. При монтаже оптических волоконных систем связи неотвратимо возникает необходимость в клеевых композициях.
Как правило, для надежного склеивания световодов пригодны лишь специальные оптически прозрачные клеи, синтезированные для таких целей.
Одно из главных требований к оптическим клеям - высокое светопропускание клеевого материала во всем диапазоне длин волн. Используемые в настоящее время оптически прозрачные клеи (например, OПН-1, ОПН-2, ОПН-8-1, OП-81-1 и др.) позволяют надежно склеивать волоконные световоды при монтаже линий связи с минимальными потерями передаваемых сигналов.
Время отверждения таких клеев - до 20 часов при различных температурах. В основе их лежат в основном акриловые мономеры [15-19]. Для интенсивной сборки оптических систем названные клеи мало пригодны, и поэтому проблема синтеза быстроотверждаемых качественных клеев остается вполне актуальной.Появление сведений в научной литературе о таких клеевых композициях свидетельствуют об интенсивной работе в этой области химии.
Так, в [20] сообщается о создании фотоотверждаемой акрилатной композиции, содержащей в своем составе в качестве промотров адгезии перэфир и таутомерные циклы органических кислот.Оптические клеящие вещества для оптической связи с вязкостью 300-2000 СП, с температурой отверждения 200 С, временем отверждения 1 минута и nd=1645-1659 приведены в [21]. Фотоотверждаемая клеевая композиция с хорошей адгезией к стеклу и водостойкостью получена авторами [22]: основу клея составляют эпокси- и уретанакрилаты. Быстроотверждаемая клеевая композиция для волоконной оптики на основе акриловых и эпоксиолигомерных соединений с временем полимеризации 0,5-5,0 минут, была предложена авторами [23]. Если судить по данным [24], клеи УФ-отверждения можно вполне успешно использовать для склеивания оптических волокон.
Время отверждения клея составляет 0,3-5,0 минут при длине волны источника излучения 100-400 нм. Таким образом, фотоотверждаемые оптически прозрачные клеи имеют большие перспективы развития для оптических систем связи.
Как следует из литературы, свойства УФ-отверждаемых композиций и полимеров на их основе должны всегда рассматриваться в неразрывной связи с техническими характеристиками волоконных световодов с предлагаемыми покрытиями.Поэтому даже удачное решение, например, скорости фотоотверждения или прочности полученного полимерного материала не всегда означает, что данное покрытие может быть использовано в технологии изготовления световодов.
Причина может быть заключена в чрезвычайно больших оптических потерях волоконного световода с данным покрытием, разрушении покрытия под влиянием окружающей среды и т.д. Дополнительную информацию читатель может получить в публикациях [25-26]. Список литературы Алексеева Е.И Кравченко В.Б. и др. // Кремнийорганические полимерные материалы для волоконных световодов. Препринт М. 1985. № 8. (426). ИРЭ АН СССР. Susuki Y Kashiwagi H. Polymer-clad fused-optical fiber // Appl. opt. 1974. V. 13. № 11. P. l. Kaiser P Hart A.C Blyler L.L. LOW-Loss FEP-clad. Silica fibers // Appl. opt. 1975. V. 14. № I. P. 156. Бубнов М.М Гурьянов А.Н Девятых Г.Г. и др. // Квантовая электроника. 1969. Т. 6. № 5. С. 1084. Милявский Ю.С Нанушьян С.Р. и др. // ЖТФ. 1985. Т. 517J63. С. 652. Андреев А.Ц Боркина Г.Ю Бубновидр М.М. // Квантовая электроника. 1980. Т. 7. № 10. С. 2206-2210. Tectmioal Data Dow corning ING. 1986. Dow Corning X2-3314 OPTICAL fiber Cable Buffer, Bulletin № 10-1020-01. OPTIGARD ТМХЗ-6662 OPTICAI fiber Coating Form. № 10-997-01. 1986. Dow-Corning.
Заявка № 2245060 Япония // РЖ Хим. 1992. 9Т103П. Заявка № 3-64463 Япония // РЖ Хим. 1993. 1У42П. Заявка № 2233764 Япония // РЖ Хим. 1993. 13Т137П. UV-Cure Silicones // Mater. ENG. 1991. 108. № 11. P. 12. Кардашов Д.А Петрова А.П. Полимерные клеи. Создание и применение.
М.: Химия, 1983. Калинина И.Д Мельникова Т.А Земскова И.А. Клеевые композиции, их свойства и применение (по данным отечественной и зарубежной печати за 1960-1984 гг.) - обзоры по электронной технике. Сер. 6. Материалы.
Вып. 10 (1156). М.: ЦНИИ “Электроника”, 1985. Оптические прозрачные герметизирующие материалы /В.М.Николаев, К.А.Труфанова, В.И.Филоненко, И.Е.Шубин // Электронная промышленность. 1980. Вып. 10. С. 78. Бормотов Ю.А Мирошин Н.Ф Губанова Н.Ф. Свойства оптически прозрачных полимерных материалов для оптоэлектронных компонентов // Электронная техника.Сер. 5. Радиодетали и радиокомпоненты. 1982. Вып. 1. С. 36-40. Труфанова К.А Филоненко В. И. // Электронная промышленность. 1984. Вып. 5 (133). С. 39. Пат. 4964938 США // РЖ Хим. 1992. 4Т207П. Накамура Кодзоо.
Мурадо Норио // Дзен тэнку=loin Assembl. Eng. 1990. 6. № 12. C. 100. Заявка 2-296879 Япония // РЖ Хим. 1992. 7Т55П. Накамура Кодзоо, Мурадо Норио // Дзен тэнку=1оin Assembl. Eng. 1991. № 12. С. 100. Заявка 2-296879 Япония.Быстоотверждаемые клеевые композиции для волоконной оптики // Данилюк О.А Кузнецова В.М Ляхов В.Ю Глушков В.C. Клеи, достижения в технологии склеивания: обмен опытом. Тезисы докл. конф. З-4 окт. 1991 // Пенза: Пензен. политехн. ин-т, 1991. UV-harstende Kleber fur Glas und Halz. Thiel H. // BM: Bau + Mobilscheiner. 1991. № 11. S. 68. Gruber G.W. Pat. 4024296 USA. 1977. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.bashedu.ru.