气相二氧化硅对紫外光固化光纤涂料性能的影响

潘小龙

新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830011

1 实验

紫外光固化光纤涂料选取的填料为气相二氧化硅，应用紫外灯开展固化工作时，在玻璃片中涂上配好的样品，水平放置于紫外灯下实施固化，固化时间应用秒表计量。然后，开展涂料涂覆工作，可运用紫外光固化光纤涂覆机开展。

实验应用的固化膜需要放置在丙酮溶液中进行萃取，时限为24小时。取出后干燥并称量，计算凝胶含量，可利用公式m1/m0×100%得到，其中的m1和m0表示的是固化膜在萃取前后具有的质量。

固化膜需要浸泡于水48小时，再利用滤纸的吸水作用将表面水分吸干，需要对固化膜浸泡前后的质量变化进行称量，将质量增加值与初始质量进行比较，得到固化膜吸水率。在涂覆时，需要采取逐渐加快涂覆速度的过程，能够保障光纤不粘手的最大速度为光纤涂覆速度，还要针对光纤材料涂覆前后的光纤损耗，得到的损耗增加值为光纤涂料的附加损耗。

2 结果与讨论

从上述的实验结果可知，气相二氧化硅（SiO2）的加入量对所配涂料的流动性具有一定的影响。当加入量达到30%（质量分数，以下相同）时，所配涂料流动性缺失；如果加入量达到35%，所配涂料的状态出现了不透明情况，如果在所配涂料中加入的填料达到过量的现象，涂料所具有的固化膜脆性变大，无法满足光纤涂料制造的标准要求。而能够满足光纤涂料制造要求的填料数量为2%-3%最佳[1]。

2.1 对涂料固化速度的影响

涂料要达到固化的目的需要满足固化的标准要求，而填料的填入对涂料固化速度具有较大的影响力度，比如填料的加入量如果在3%以下时，实施涂膜固化措施，固化速度未发生显著性的差异；增加添入量至10%、20%，涂料固化速度受到了影响，产生了下降的趋势，但是下降幅度较小。可见，填料加入量在3%以下时，对涂料固化速度的影响甚微，表明气相二氧化硅微粒不会对光纤涂料固化性能产生不良效果，在应用时不作影响因素考虑。

2.2 对涂料吸水性的影响

涂料吸水性也是本次实验研究的重点对象，因为吸水性决定着二氧化硅微粒是否具备保护光纤的能力。二氧化硅微粒的保护能力主要表现在：通过自身具备的较大表面积不断吸附扩散进入到涂层中的任何一个活性基团，从而达到降低光纤表面活性基团浓度的目的，达到保护作用。实验中采取二氧化硅填料的加入量方式验证二氧化硅的吸水能力，结果表现出气相二氧化硅填料随着添加量的增加，涂料吸水率逐渐降低；如果填料的添加量在2%以上时，涂料吸水率呈现出恒定状态。分析原因与聚合物吸水率大于二氧化硅吸水率相关，聚合物吸水率大的原因是聚合物的涂层极易被水渗透，而二氧化硅作为一种吸附剂能够将进入聚合物涂层中的水分有效吸附，并快速到达饱和状态，并在聚合物涂层的外表层产生防水保护层，成功阻滞水的再次扩散。所以，涂料中的气相二氧化硅含量越高，涂料吸水率越低并处于稳定状态，而对聚合物涂层最佳的改性效果是气相二氧化硅含量为2%。

2.3 对涂料触变性的影响

涂料体系具有松散网状结构的状态，是由多个次价键组成，如氢键、Vander Waals键等。如果涂料体系受到高剪切力的作用，拥有的松散网状结构会遭到破坏，从而使体系粘度逐渐降低；如果高剪切力作用有效消除，网状结构会逐渐恢复，体系粘度也会随之恢复如初，这种受外力变化而产生随时间变化的结构可逆性叫做触变性[2]。涂料在涂覆工作中要达到涂覆质量，需要涂料体系粘度暂时性的下降，目的是形成良好的流平性，促进涂覆效果，而在涂覆结束时，需要体系粘度恢复到最初状态，能够避免流挂现象发生。为达到上述要求，可使用气相二氧化硅，因为此物质是较好的触变剂，能够满足涂覆过程中的要求。气相二氧化硅具有触变能力的因素是表面存在硅醇基，硅醇基之间可以形成三维网状结构，是由氢键交联形成。如果气相二氧化硅具备硅醇基结构越多，具有的增稠、触变性能越高。研究中验证气相二氧化硅的加入量对自身具备的触变性能的影响，结果可见，二氧化硅加入量与触变指数形成线性变化关系，在1%-3%的气相二氧化硅加入量状态下，具有良好的触变能力。如果在涂料中加入2%的气相二氧化硅后，实施涂覆固化工作，结果显示能够明显改善未加入填料涂层具有的触变效果，并且表面具有光滑平整的特点，与光纤涂料的标准要求相一致。如果涂料中加入3%以下的填料时，不会影响涂料涂覆时所产生的附加损耗。

3 二氧化硅的作用机理探讨

到目前为止，二氧化硅的作用机理仍然还不明确。从众多研究学者的研究结果来看，存在着以下的结论：一是涂层中含有的二氧化硅能够有效改善光纤存在的疲劳与老化问题存在以下三种作用机理：首先，水扩散进入光纤涂层内，对二氧化硅产生溶解作用，并使二氧化硅达到了饱和状态。溶解后的二氧化硅饱和溶液进入到光纤表面，对光纤表面存在的溶解速度产生作用，实现速度减缓；其次，二氧化硅微粒拥有较大表面积，能够有效吸附扩散进入涂层内的任何一个活性基团，使基团浓度降低后，不会再与光纤表面存在的二氧化奎产生任何反应；最后，二氧化硅具有高表面活性的特点，能够使光纤表面活性基团极易与二氧化硅产生反应，实现保护光纤的目的[3]。

4 结语

综上所述，气相二氧化硅填料对紫外光固化光纤涂料的吸水率产生了较大的影响，通过加入适量的填料能够降低聚合物涂层吸水率，从而改善了光纤存在的疲劳与老化现象，并加大了涂料触变性，有效改善光纤表面性能。