光纤对UV胶水提出硬度要求,主要基于以下几个关键原因,这些都与光纤网络的长期可靠性和信号传输质量密切相关:
1.保护脆弱的玻璃光纤:
插拔时的侧向力:连接器反复插拔时,内部的固定光纤部位会受到挤压和摩擦。
弯曲或扭曲:光缆在安装、维护或日常使用中可能发生弯曲扭曲。
振动和冲击:尤其是在工业环境或移动设备中。
光纤的纤芯和包层是由超纯玻璃(通常是二氧化硅)制成的,直径非常细(典型包层直径为125微米),本质上是脆性的。
在连接器(如SC、LC接头)内部或光纤阵列板(FAU)的V型槽中,光纤需要被精确固定。硬度足够的UV胶水固化后形成坚固的“护甲”,能抵御外界机械应力,如果胶体太软,无法提供足够的支撑,光纤在受力时可能发生微弯甚至断裂,导致信号损耗剧增或完全中断。
2.维持精准对位:
光纤通信依赖于两根光纤的端面实现亚微米级的精密对准,核心对准误差必须控制在极小的范围内(通常小于1微米)。这是实现低插入损耗和低回波损耗的关键。
硬质UV胶固化后形状稳定性高。它能牢固地“锁定”光纤在连接器(如陶瓷插芯内的孔)或V型槽中的位置,防止光纤在使用、温度变化或受力时发生微小的偏移、倾斜或沉降。
软质胶体在受力或温度变化时更容易变形,导致光纤位置移动,引起光信号耦合效率下降(插入损耗增加)和反射光增加(回波损耗变差)。
3.抵抗温度循环影响:
如果胶太硬但脆性大(模量高但韧性差),温度循环产生的内应力可能导致胶体自身开裂或在胶体-光纤/基材界面处形成裂纹、脱粘。
如果胶太软(模量低),虽然热应力小,但无法有效固定光纤位置(见第2点),也可能在高温下发生蠕变,导致光纤移位。
光纤网络需要在各种温度环境(通常-40℃到+85℃)下稳定工作。
UV胶水固化后的热膨胀系数通常比玻璃大(即受热膨胀更多)。
热应力控制:当温度变化时,硬质胶体由于模量(硬度)高,其热膨胀/收缩施加到光纤上的力更大。这就需要硬胶具有优异的热机械性能。
对硬度的要求:理想的UV胶水需要有足够高的硬度(模量) 以确保固定效果,同时配方需要经过优化(如添加柔性组分、优化交联密度),使其在具有高硬度的前提下,具备良好的韧性,以缓冲、分散热应力,避免开裂和脱粘。
4.减小固化收缩对光纤的应力:
微弯损耗:使原本笔直的光纤发生微小的弯曲变形,增加信号损耗。
双折射:在保偏光纤应用中,应力的不均衡会破坏光纤的偏振保持能力。
长期可靠性风险:应力加上热循环可能导致疲劳。
所有UV胶水在从液体单体聚合交联成固体聚合物时都会发生体积收缩。
应力传导:这种收缩会对包裹在其中的光纤产生径向的箍紧力(束缚应力)。胶体的模量(硬度)越高,这种残余应力对光纤的影响就越大。过大的应力可能导致:
对硬度的要求:尽管需要较高硬度来提供机械固定,但UV胶水的配方设计和固化工艺必须严格控制固化收缩率(通常要求极低,小于5%,先进产品可小于2-3%),以最大程度减小这项应力的影响。即使在高硬度要求下,低收缩配方也是关键考量。
UV胶水的硬度要求是对其固化后关键机械性能(模量)的体现。主要为了保障:
机械保护:为脆弱的玻璃光纤提供坚固支撑,防止断裂。
位置稳定:抵抗外力、温度变化和胶体本身蠕变,确保光纤精准对位长期不变。
可靠性平衡:在足够硬的前提下,通过配方实现良好的韧性,以缓冲、分散热应力和固化收缩应力,避免胶体开裂、脱粘或对光纤造成过大应力导致微弯损耗或长期失效。
选择不合适硬度的UV胶水,尤其是过软的产品,极易导致光纤网络性能下降或失效。
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