Влияние структуры и внешних факторов на прозрачность полимерного световода тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

РГВ од

1 з Щй 1338

На правах рукописи

ХЮШЯК СВЕТЛАНА ДШТИЕВВА

ВЛИЯНИЕ структура И ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЗРАЧНОСТЬ ПОЛШЕРНОГО СВКТОВОДА

оа. 00 . 04 - Физическая ишия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата стоических наук

Тверь 1996

Работе выполнена в Тверской государственной университета

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Пахомов П.Ы.

Научный консультант:

кандидат физико-иатеиатичеоких наук, Зубков А.И.

Официальные оппоненты!

доктор хишческих наук, профессор Шаблыгин М.В.

кандидат химических наук, доцент Зишш Р. А.

Ведущая организация!

Хиыический факультет Московского государственного университета их. М.В. Ломоносова

Защита состоится

1996 г. в /5"—^на заседании диссертационного совета Д 063.97.02 Тверского государственного университета по адресу) г. Тверь, Садовый пер., 35,

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТвГУ

Автореферат разослан 9 н _ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.х.н., доцент Щербакова Т.А.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Полимерные оптические материалы в настоящее время ужа широко используются в волоконной оптике, оптовлектрони-ке, лазерной технике и т.д. Особенно перспективным направлением юлчется применение втих материалов для изготовления полимерных световодов - полимерных оптических волокон (ПОВ). НОВ обладают рядом несомненных преимуществ перед кварцевыми световодами, а именно, высокой гибкостью, устойчивостью ге динамическим нагрузкам и радиации. ПОВ относительно дешеви и прости в изготовлении, больше значения диаметра и числовой апертуры облегчают стыковку ПОВ мевду собой и с источниками излучения.

Это обеспечивает интенсивное использование ПОВ в приборостроении, в объектовых и бортовых волоконно-оптических системах связи, в медицине- и при разработке различных конструкций волоконно-оптических датчиков физических величин, для декоративных и рекламных целей.

Однако ПОВ, по сравнению со световодами из неорганических стекол, обладают высокими светопотерями, что сдерживает их широкое внедрение в различные отрасли техники. Механизмы светопотерь в ПОВ исследованы слабо, так как его достаточно новые материалы в волоконной оптике. Кроме того, безопасная и надежная вксплуатацил ПОВ требует выяснения различных воздействий (механических, температурных, радиационных, влакноотных и т.д.) на их прозрачность. Не менее интересен вопрос о влиянии структуры полимера па его светопрспускапие. Из ©того вытекает актуальность изучения механизмов светопотерь в ПОВ в зависимости от внутренних и внеипмт факторов.

Цаль работы. Основной цслъ.ю работ йелялосы

1. Развить комплексный фи ь пко - х к,'Д! ч е е 1 ги Я подход, включаший методы оптической спектроскопии, светорассеяния, электронной и оптической шпфоскогош, ЭГР и др. для изучения механизма спогагютерь в зависимости от структур я условий вксплуатещш ПОВ.

2. Получить, исследовать и систгматизмровать оЯщие закономерности вляяняя механической де|орыящта (изгиб, рао?я*елче, одчипиратмЬ УФ-радичшт, пстнп'емнсй те.тпратур«. йлаучпщц, ■ скч-геаа

полимера, дейтериргсания и фторирования на светооропуекание ПОВ.

3. Выяснить механизм светопотерь ПОВ в зависимости от внутреннего строения и внешнгх воздействий. Наметить пути улучшения оптичео-ких характеристик ПОВ.

4. Определить допустимые величины механической деформации, УФ-ра-диации, температур», влажности для безопасной работы ПОВ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней гаервые!

- показано, что под действием жесткого УФ-облучения изменяется окраска материала ядра ПОВ и одновременно растут светопотери, состоящие из обратимой и необратимой части; при етом обратимые светопотери и окраска связаны о появлением и гибелью макрорадикалов, а необратимые изменения - с накоплением хромофорных группировок, на которых происходит поглощение света?

- установлено, что необратимые светопотери при механической деформации (изгиб, сдавливание, раотяхение) обусловлены рассеянием света на возникающих микротрепцшах (крейзях) в материале ядра ПОЁ. •

- исследовано влияние жидкости в зависимости от ее природы (вода, пластификатор, растворитель, остаточный мономер) на светопропуо-канне ПОВ и доказано, что падение светопропускания во всех случаях связано с ростом поглощения в области обертояшх колебаний ОН-груш {

- методом ИК спектроскопии показано, что катастрофически? рост светопотерь при расстещювывашш материала ядра ПОВ связан с увеличением молекулярной подвижности, приводящей к необратимому изменению геометрии световоде, и термодеструкцией полимера;

- установлено, что в зависимости от условий синтеза (температура радикальной полимеризации) изменяется степень гетерогенности материала; на возникающих при втом неоднородности! в шюррном полимере происходит рассеяние света;

- проведено отнесение ИК полос поглощения в лолифторакрилатах, являющихся новым перспективным материалом для волоконной оптики; показано, что дейтерировашге и фторирование ШЛА (Н—»Б —»?), являющегося ядром ПОВ, ведет к улучшении его светопропускания за счет умсньвиния поглощения в области обертонных колебаний СН-грушг.

Практическая эначниость работы состоит в той, что изученные механизмы светопотерь ПОВ в зависимости от структуры и внешних факторов позволяет получить световоды с лучшими оптическими характеристиками, а такте определить оптимальные условия их эксплуатации.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции "Прочность и живучесть конструкций", (Вологда, 199Э),Всороссийской конференции по теории спектров сложных систем, (Москва, 1994), IX Мездународной конференции по механике композитных материалов (ЫКМ-95) (Рига, 1993), Региональных Каргинских чтениях (Тверь, 1995, 1996 г.), II иеадународном симпозиуме "Молекулярной порядок и подвижность полимерных систем", (С-Петербург, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и обгеы работы. Диссертация состоит из лведения, шести глав, заключения и списка литературы из 133 наименований. Диссертация содержит страниц текста, включая 48 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, рассмотрена научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи работы, направленные но выяснение механизма светопотерь ПОВ в зависимости от структуры и внешних воздействий.

глава 1. ПОЙМЕМ В ВОЛОКОННОЙ ОПТИКЕ

Эта глава носит обзорный характер. В ней рассмотрены современные достиженчя в области создания полимерных световодов о высокими оптическими характеристиками и возможные источники и механизмы светопотерь. Обсуждаются пути повышения оптической прозрачности полимерного световода, при атом сообое ьннматш у.являэтоя структурному фактору. Отмэчвется, что несмотря на анпччтешюэ количество ребот, посвященных теоретическому и акспе^имглтмшону

исследованию световодов иэ кварцв и многокомпонентных стекол, НОВ изучены недостаточно. При етом особенно слабо исследован вопрос о влиянии условий гхсплуаташш (влвгаость, механическая деформация, УФ- и 7-облучение, температура) не опгическую прозрачность полимерных световодов. Обзор литературы подтверждает актуальность проблемы, которой посвящена работа.

Глава 2. 05КЕКТЫ И МКГОДЦ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящей работе рассмотрены методические вопросы - особенности синтеза исходных полимеров, а тагае модельные соединения и образцы, типы исследованных образцов ПОВ.

Химические формулы мономеров, из которых получены оптические полимерные материалы и световоды, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Исходные мономеры для получения ПОВ

N Химическая формула Название мономера ___(условное сокращение)_

1 СНа^О(ОН3)СОООНэ метилмегакрилат (ША)

2 СНЯ=СНСООСНЭ мвтила!филат (МА)

3 ОНа=С(СН3)ОООСНаОРяСРяН тетрафторпропилметакрилат (МН-1)

4 СНа=0(0На)С0ОСНа(01'а01|я)эН октафторпропилметакрилат (МН-2)

5 СНа=0(СН3)СООСНя(ОРаСРа)яН додекафторпротигметакрилат ХМН-3)

6 CHa=CTOOOOHaOiaO?aH тетрафторпропилфгоракрилат (4Н-1)

7 шя=снаоошасрасрян тетрвфторамилакрилат (АН-1) В СНя=ОШОООНа(СРаОРя)аН октвфторамшшкрилат (АН-2)

В главе 2 также рассмотрены особенности синтеза оптических полимерных материалов.

Основным объектом исследования в работе слук-ли бикомпонент-те оптические волокна с ядром из полиметйлметакрилата (ПША) и оболочкой из политетрафторпропилметакрилата (ПМН-1) или сополимера вшгалацэтатз с тетрафторетиленом. В ряде случаев исследовались ПОВ с ядром из дейтерировашого ПМкА^: [-CDa-0(OD3)(COOCD3) -Jn и оболочкой из ПМН-1. В качестве модельных образцов использовали плетей ИМЯ А и различных (см. табл. 1) полифт^ракрилатов (ША), глгорно получали из раствора в тетрагидрофуране отливкой нп стек-

ле. Рассмотрены овойсгвв кидкоетей, используемых при увлвкиейии ПОВ и пленок из ГШ А.

В главе 2 описаны установки и приспособления для УФ-облуче-ния, механической деформации (изгиб, растяжение, сдавливание), нагрева и увлажнения как ПОВ, так и пленок.

Общие светопотери в ПОВ а находили по формуле!

■ ■ (ЮЛ.) (10Л) * (Ю/Ь) 18 (1/Т), (к1)

где 10и I - мощность монохроматического излучения на входе и выхода из образца, Т - светопропускание ПОВ, Ь - длина ПОВ. Измерения проводили при помощи прибора, состоящего *та источника света, монгхроматора и измерителя мспдаости светового потока, как правило, Н( длине волны Х-540 им.

Исслодов81ше спектра светопстерь ПОВ в видимой области (400800 нм) .осуществляли с помощью установки, вклчче'вдой интегрирующую сферу диаметром 25 см, что позволяло разделять общие светопотери на потери за счет рассеяния (а„) и поглощения света (а„).

о Д

Измерения выполняли в следующей последовательности! сначала измеряли сигнал 1д, пропорциональный интенсивности света , рассеянного через боковую поверхность исследуемого отрезка ПОВ длины Ь, затем сигнал I о выходного торца ПОВ. После итого ПОВ укорачивался па длину Ь и измерялся сигнал 10 с входного торца. Далее оценивали светопотери на рассеяние!

«в - « ^/«о-т>" (2)

и поглощение!

V * - "в (3)

'При испытании ГЮВ на растяжение величину светопотерь а рассчитывала по формуле!

« =(ю/А1) 1е(10/г), (4)

при испптшти на изгиб:

а а С10/2ЯР) 1в(Т0/1), (5) а при иетдашш на сдэвливснме величину светопотерь рир^кпли в относительны* единица, сравнивая оо спетспропускетгаем ГЮВ до на-грукопля. В формулах (4) и (?) 41 - изменение ллипы ПОП под дей-ствнгм р^стятаоякшюго н«тр.<т>го?я, р - !М г (г - радиус волокна, П радиус югшЗп), 3 и 1 - мощность монозроияпт'чгого а?луч?Ш!я, проходящего череп до и поплп нчгружения.

Спектры поглощения и УФ, видимой и ИК областях полимерных пленок различной толщины записывали на приборах "Бреоок! ЩО", "Бреоогй 75 ХН", "Регк1п - Е1тер ШО», и "Вех-Ми - В1юег 1760". ЭПР спектры получали на спектрометре "Рубин" о рабочей длиной волны (Ж = 3,2 см. Электронно-микроскопическкэ снимки получали о помощью просвечивающего влектронного микроскопа "Тев1а". Концентрацию микротрещин в полимере и их средний размер оценивали с помощью оптического микроскопа "ХеИг АлЧа1их 2". Механические характеристики ПОВ (удлинение и напряжение при разрыве и при переходе в "шейку") определяли на приборе "1пв1;гоп 1122" в стандартном режимэ.

Глава ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ ЯДРА ПОВ НА СВЕТОПОШМ

На прозрачность ПОВ мсшет существенное влияние оказывать как химическое строение материала ядра, так и его физическая структура. Для улучшения светопрпуокания в качестве материала для ПОВ в последнее время широко используют дейтерированяые и фторированные аналоги ПММА. В настоящей работе путем анализа ИК спектров ряда ПФА и их модельных соединений дано отнесение основных полоо поглощения в етих новых оптических материалах. Установлено, что замена Н-*Р-*Р в молекулах ПММА приводит к существенному сдвигу валентных и деформационных колебаний СНэ - групп в низкочастотную область. Так, например, валентные колебания Р<сна> в ЯША отвечают области (2800 - 3000) см"1, Р<соа> в ПММАвв~ (2000 - 2300)см"', а 1>(СРЯ> вША -(1100 - 1300) сы"1. Этот факт является главной причиной улучшения светопропускания в видимом и ближнем ИК- диапазоне для дейтерированных и особенно фторттюнанын полимерен. Рост светопропускания ПОВ указанных полимеров происходит за счет снижения поглощения в области обертоя-шх (2-й 3- обертона) колебаний групп СНЯ.

Большое влияние на светопропускяние ПОВ оказывает структура материма ядра. Кок прьтшо, для ПОВ используют аморфные изотропные полимеры, так как в них отсутствуют области упорядоченности, на историк происходит рассеяние овета. К существенному изменению степени упорядоченности полимера может приводить его конфигураци онный состав, который, в свою очередь, определяется способом и угг^г.гсямп по,яям»рияяцяи. С цель» внчпн<>нкв рличнид тфп'уряци'««-

- Я

ного состава ПММА на его свртопропусктше методами радикальной полимеризации в пассе при температурах от 70 до 120°С и анионной полимеризации в толуоле при кокнятной температуре были получены образцы полимера. Конфигурациошшй состав ГОШ оценивали методом ИК спектроскопии.

В результате проведенных исследований удалось синтезировать образцы ШМА со степенью микротактачности в широтах 'пределах (практически от полностью изотэктнческого до полностью сипдиотак-тического). Установлено, что лучшей оптической прозрачностью обладает ПМЧЛ, полученный радикальной полимеризацией в массе при Т = 120°С. В отом образце содержалось 15% изо- и 60$ синдио-тактических последовательностей. Такое соотношение сшг/сто- и нзо-тяктических последовательностей приводит к наибольшей амортизации ГОШ. Действительно, с помощью метода влектрошюй микроскопии удалось показать, что увеличение температуры радикальной полимеризации от 70 до 120°С вызывает сокращение и выравнивание средних размеров упорядоченных областей от 40 до 30 нч, на которых происходит рассеяние света, и, следовательно, улучшение свето-пропуекания ПММА.

Глава А. ВЛИЯНИЯ УФ-0Ш1ГЧЕЯКЯ НА СВЕТСПОТЕГЯ ПОЗ

В настоящей главе представлены результаты изучения ■ влияния кесткого УФ излучения с длиной волны'253,7 нм на cBOTonpcirycKaime ПОВ о ядром из ПММА. Впервые установлено, что УФ-облучетте ПОЯ вызывает пожелтение ШМА и одновременный рост сватопоторь. В зависимости от дозы облучения вти изменения могли носить полностью обратимый характер (то есть окраска исчезала, а светопропуекание ПОВ восстанавливалось при "отдыхе" образца) или необратимый характер. На рис. 1 представлено спектральное распределение све-топотерь ПОВ в их рабочем диапазоне 500 - 800 mi.

Из рисунка видно, что с ростом дозы (времени) УФ- облучения существенно увеличиваются светопотери за счет поглощения (спектр 1-4), особенно в коротковолновой области спектра. В то кэ время светопотери за счет рассеяния (спектр 5) после облучения не изменялись .

Установлены закономерности светопотерь ИОВ при малых и больших дозах Уф-облучрпия. При малых временах облучения (до 1ч)

изменение светопотерь обратимо, и после прекращения облучения происходит практически полдое восстановление исходного светопро-пуекания. Время восстановления составляло примерю 200 ч при комнатной температуре. При больших времена;, облучения (несколько часов) происходили необратимые изменения: келтая окраска и значительные светопотери сохранялись после длительного отдыха. С роо-тои дозы облучения необратимая чаоть светопотерь нарастала. Так, например, при длительности облучения 6 ч необраг^атя доля светопотерь достигала 2 дБ/м, то есть того предела, когда ПОВ уже о трудом ыогут использоваться даже в качестве декоративного сгето-вода.

При циклическом Уф-обл>чении ПОЗ накопление необратимой доли светопотерь происходило по аддитивному закону, то есть было пропорционально суммарному времени облучения образца. С ростом температуры опыта от 20 до 70сС восстановление светопропускания

оС0,%/н

Рис. 1. Спектры потерь ПОВ на поглощение! 1 - исходный еипктр} 2 - 4 - посла обл&чения в теченич 20, 30 и 60 минут поответ слагаю; 5 - потери нч рвепеятега.

протекало быстрее. аффективная анергия активации процесса составляла ~40 кДк/моль.

Методом ЭПР установлено, чю УФ- облучение ПОВ сопровождается образованием и стабилизацией концевых алкилышх макрорадикалов -СН2-б(СН3)С00СН3. При атом показано, что оараткша изменения светопропускания и окраска световода при малых доиак обусловлены появлением и гибелью макрораднкалов преимущественно алкильного типа.

При больших дозах облучения (более 1ч) в УФ- спектре ПММА (рис. 2) наблюдалось поглощение, обусловленное накоплением в образце хромофорных груш 0=0 и 00. Это, в первую очередь, полосы поглощения с максимумами на длинах волн 195 (С=С), 218 (С=С) и 280 нм (С=-0). Накопление хромофорных групп носило необратимый характер. Между величиной необратимых светопотерь и концетрзщий хромофорных групп имелась линейная однозначная связь.

Рис. 2. Изменение У4>-епекгра пленки ПМЧА толтдчой 5 (а) я 130 мш (б) в зарисготости от длительности с?лучеш»л. а! ■ 1 - искогаш!» с?р*эец? 2-5 - отрази», облученные в тс-чечч» 0,5 ■ (2); 1,5 (1)1 i,0 (4) я 5.5 ч (5); 5 - УТ-спектр УМА а тоящтой 1 мч; .'*!

1 - ВеХО.'ПГОЧ «(5ГЯЧЭ!!} ? • оЗрчЭЦН, З^'Ь'ЧЯТгПЯГ) Р теч«""''1 1,0

(?); 2,п П>? 1.0 И); 1,0 5," («Л п К.о (7).'

Накопление хромофорам груш в ГШ А при его УФ- облучещщ было подтверждено и методом ИКС по появлению в спектре С-С (1650 см"1) и С-0 (1720 и 1770 см"1) групп. Рассмотренные процессы в ТММА долзпш учитываться при вкеплуатацли ИОВ в условиях косткого облучения (космос, ядерные реакторы и т.д.).

ГЛЧРЯ 5. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ Л^ПШШИ И ПОВДНЕННОЙ таВТЕРАТУИД НА СВЕТ0ИР0НУСКА1ШЕ ПОВ

При эксплуатации н монтоке ПОВ испытывают различные механические деформации (изгиб, растяжение, сдавливание, кручение и др.). Ц>злью настоящей главы диссертации являлось выяснение влияния некоторых из этих факторов (изгиб, растяжение и сдавливание) на еветопропускание I10B. Оказалось, что при изгибе ПОВ све-топотерй в образце возрастают о уменьшением радиуса изгиба (рис. 3, кривая 1). При снятии нагрузки и выпрямлении волокна светопропускшше частично восстанавливалось, но не достигало исходного значения (pic. 3, кривая 2). Таким образом, полные светонотери к, определяешь по формула (5), можно представить в виде двух составляющих:

« = *0 + «н , (б) где « - обратимые, а «,, - необратимые светопотери.

О H

о , в первую очередь, обусловлены изменением геометрии ПОВ. Для части лучей не выполняется условие полного внутреннего отражения и очи, преломляясь, виходят за пределы волокна. Это сопровождается свечением волокна в области изгиба. С уменьшением радиуса изгиба доля лучей, покидающих световод, увеличивается, и све-топотери в ПОВ растут.

Влияние деформации растяжения и сдавливания под действием статического нагружвния на светопропускэние ПОВ приводило к таким же зависимостям, что и при изгибе (р<с. 3). Методами светорассеяния и оптической микроскопии било установлено, что необратимые светопотери во всех случаях (изгиб, растяжение, сдавливание),свя-зрш с рассеянием света на никротре"цшах (крейзах), образующихся в мчте},т'о.''п ядро НОВ при механических воздействиях (pic.3,6). При птем било установлено, что мекду величиной огд, с одпой сгорошг, кснцонтршагеЯ и размерами микротрещин, с другой, имеется

Рио. 3. а: Зависимость общих (1), необратимых (2) светопотерь и б: Концентрации мшротрещнн от радиуса изгиба ЛОВ с ядром из ПША.

I

линейная связь. Образование микротрещин в 1ШМА сопровождалось ростом концентрации молекулярных разрывов (данные метода ИКС).

В ходе эксперимента по механическому нагрукеши ПОВ было обнаружено появление "самозахлопыващихся" микротрещин, которые при снятии нагрузки с образца захлопывались и рассеяние на .них не происходило. Подобию микротрещины также вносили определенный вклад в величину а0.

Одним из вакных факторов, оказывающих влияние на екеалуата-ционные возможности НОВ, является повышенная температура. Установлено, что нагрев ПОВ о ядром из ШМА до температуры ?0вС практически не оказывает влияния на светрпропуекание. Дальнейший те рост температуры ПОВ приводил к резкому увеличению светопотерь, как за счет поглощения, так и рассеяния свете. Эти изменения носили преимущестречно необратимый характер и были обусловлены переходом ГОШ из стеклообразного в высоковластическое состояние, приводящим, в свои очередь, к изменению геометрга гвотополя. Методами оп<.,ктроекгчтип а ПК- и видимом диапазонах устмюдлопо, »то расотеклошрпни? «:опро«окдэ<»тея .ослаблением м<чгчо.ч*кулчг«юг-а гмяимодействия и роьтезм молекулярной пош'гности в ио.т'мере. При

температурах вииэ 70°С в ШШ интенсивно протекал процесс термоокислительной деструкции. Перечисленные физико-химические процессы, протекающие в полимере, являются причиной увеличения светопо-терь на рассеяние и поглощение.

Глява 6. ВЛИЯНИЕ ВОДЫ И ДРУГИХ ЖИДКОСТЕЙ НА СВЕТОПРОПУСКАНИВ ПОВ

В настоящей главе исследовано'влияние воды и других жидкостей (растворители, пластификаторы, остаточный мономер) на свето-пропускание НОВ с ядром из ПММА и ШМА^ . В ходе проведенных спектроскопических ;1еслэдованнй было установлено, что в процессе сорбцта воды НОВ происходит существенный рост светопотерь в видимой и ближней ИК-области (рис. 4а), в которой, как правило, и эксплуатируется световод. Хотя количество воды сорбируемой ПММА ■ не превышает 2% при сорбции воды пленкой ПММА с помощью метода ИК~-спектроскопии обнаружено резкое увеличение интенсивности полос поглощения на частотах 3650 и 3560 см"1 (рис. 46), которые соответственно относятся к валентнмм асимметричным и сишетрич- . кым колебениям групп ОН. Аналогичные изменения были зафиксированы для деформационных колебаний групп ОН. Так как процеоо сорбции вода в полимере является диффузионным процессом, то о ростах талщшгы .образце в нем медленнее устанавливалась равновесная концентрация. С ростом температуры вода увеличивалось ее содержание в полимере.

Из рис. 4в видно, что проникая в нов вода проявляется в виде интенсивных полос с максимумами на длинах волн, примерно, 920 и 950 нм (вторые обертона валентных колебаний ОН-групп) и в области ~ 700 - 850 нм, где лежат третьи обертона. Кроме того, при сорбция Нд0 ПОВ наблюдается повышение общего фона светопотерь, что может быть связано с ростом рвлеевского рассеяния от молекул воды про-диффувдлровавших в полимер. Аналогичные еффокты наблюдались при сорбции воды ПОВ с ядром из НММА1)Ч.

Воздействие других жидкостей на ПММА, в зависимости от ее природы (пластификатор, растворитель, инертная жидкость) носило различный и порой очень сложный характер. Установлено, что сорбция ПКЧЛ пластификатора (этилового и пронилового спиртов), как п волн, цп еще в большой степени, ведет к увеличению ИК- поглощения в власти валентных колебаний групп ОН (оснопные' тонв п '

обертона). При воздействии растворителя (диацетоновый спирт, втилцеллозольв, метилметакрилат) на ПША сначала происходит некоторый рост интенсивности валентных колебаний ОН-групп вследствие сорбции растворителя, а затем существенное уменьшение, обусловленное уменьшением е<2фективной толщины полимерного образца в результате его раотворепия. Показано, что глицерин является инертной жидкостью для ПММА и не оказывает заметного влияния на его ИК- спектр.

Рис. 4. а - Спектр полных светопотерь ПОВ! 1 - исходный образец* 2 - после увлажнения в На0 в течение 17 ч

0 - Изменение ИК-спекгра пленки П?Ш толщиной 250 мкм при ее увлажнении (температура На0 20°С)!

1 - исходный образец; 2-3- время увлаотенкя 10 и 20 хота соответственно.

Следовательно, в тех случаях, когда в результате сорбции жидкости происходит рост интенсивности валентных колебаний ОН-групп, одновременно наблюдается енитеняе снвтопропускепия ПОВ в видимой и ближней ИК-области за счет роста поглощения п области обертонных колебаний. При десорбции жидкости из №1 происходило

восстановление исходного ИК- спектра и светопропускания ПОВ.

Рассмотренный в работ- структурный физико-химический подход целесообразно использовать на практике.Он удобен для оперативной оценки качестве и пригодности ПОВ к определенным условиям эксплуатации. Он также позволяет вырабатывать простые методики контроля ПОВ на производстве и рекомендовать допустимые механические нагрузки, уровни радиации, температуру, влажнооть в другие факторы в процессе эксплуатации и монтажа ПОВ.

0СН01ШЕ выводи

1. Рспработан комплексной физкко-химичеокий подход к исследованию оптических свойств ПОЧ, позволяющий иооледовать их структурные и екеплуатчционные характеристики и, в большинстве случаев, установить механизм избыточных светопотерь.

2. Проведены систематические исследования влияния некоторых внутренних и внешних факторов на светопропуекание ПОВ, в результате которых

- установлен механизм изменения окраски и светопропускания ПОВ о ядром из ШША при УФ-об лучении, связанный с образованием и гибелью алклльных макрорадикалов и накоплением хромофорных груш в полимере!

- показано, что необратимые светопотери при механической деформации связаны о процессом крейзообразования в материале ядра ПОВ}

- с помощью метода ИК-спектроскопии доказано, что влияние жидкости на свеюпрспусканиэ ПОВ обусловлено изменением поглощения в области обертошпа. колебаний групп ОН}

- установлено, что быстрый рост светопотерь в области раоотекло-быеышя 1№А связан с изменением геометрии оветовода ва счет роста молекулярной подвижности и терыодеструкцие* полимера:

- дано огнесэние основных ИК полоо поглощения для ряда полифтор-акршттов, являицшея нозым перспективным материалом в волоконной оптике; экспериментально показано, что замена П-»П-»? в ПММА (матсрисл ядра) ведет к улучшению светопропуокания 1ЮВ аа пчот снижения Поглощения в облести обертогашх колебаний СН-1'рупп;

- покаэчно, что влияние температуры подимериэяция на проэрач-

нооть ШЛА связано с изменением конфигурационного состава полимера.

3. Демонстрируется целесообразность использования развитого физико-химического подхода на практике для оперативной оценки качества и пригодности ПОВ к определенным условиям эксплуатации.

Основные полояенпя диссертационной работы опубликованы»

1. Пахомов П.М., Зубков А.И., Хизшяк С.Д. Влияние крейзообразо-вания на светопропускшше полимерного оптического волокна//Тезиси докладов Воерооскйск. научно-техн. конф. "Прочность и ишучесть конструкций", Вологда, 1993. С.40-41.

2. Пахомов П.М., Мавреева И.С., Хикняк С.Д. Изменение кон^мгура-циошюго состава полиметилметакрилота в зависимости от условий сиптеза//Тезисн докладов науч. конф. профессорско-прогтодовательс-кого состава и сотрудников госбюдаетн. и хоздоговорных тем, Тверь, 1993. С.105-1С6.

3. Пахомов П.М., Зубков А.И., Хгашяк С.Д. Влияние крейзообрапо-ваштя не светопропускшше полимерного оптического волокна// Выео-комолек. соед. 1994. Сер. В. Т.36, N8. С.1379-1282.

4. Пахомов П.М., Хйжннк С.Д., Маржков М.А., Зубков А.И. Влияние впоспих факторов па светопропускат!9 полимерного оптического во-локна//В сб.ССязтаю-химия полимеров? синтез, свойотва, применение, Тверь, 1995. С.4-17.

5. Пахомов П.М., Хютяк С.Д., Белякова Т.И. ИК-поглощотш поли-мэталштакрилата в присутствии гидкости//Высокомолек. соед. 1995. Сер. А. Т.37, N 2. С.230-236.

6. Пахомов П.М., Яковлева O.E., Перепелица Н.М., Хюкняк С.Д. ИК-спектроскотпеское изучение полпфтор"лк.1л(мзт)агрилатов, используемых в волоконной аптикв//Выоокомолея. соед. 1995- Сор.А. Т.37, Н 2. 0.223-229.

7. Пахомов П.М., Хиттк С.Д., Зубков А.И. Влияние механической нагрузки и температуры на светопрспускапие полимерного оптического волокнв//Тезисы IX Мевдунар. копф. по мехаштке котозитннх материалов (МКМ 95). Ригв, 1995. C.7j.

8. Хитшяк С.Д., Зубков А.И., Левин В.М., Пахомов П.М. Влияние теиперетурно-мехаотчесют воздействия па светопропуекэтю поли-мэрпого оптического волокна//В еб.визгага-тотя погаш?рсв: синтез,

свойства, применение. Тверь, 1996. вып.2. С.89-96.

9. Пахомов П.М., Хиадяк С.Д.,Зубков А.И. Влияние механической нагрузки и температуры на сьетопропускание полимерного оптического волокна/УМегашжб композитных материалов. 1996. (в печати).

10. Хижняк С.Д., Пахомов Ü.M., Зубков А.И. Влияние температуры на светооропускакив полимерного оптического волокне//Высокоиолек. соед..199б. (в печати).

11. Хижняк с.Д., Бубкоз А.И., Левин В.Ы., Пахомов П.М. Влияние струкгуры но прозрачность полимерпых световодов //Тезисы II Мек-дунар. сюлт. "Молекулярный порядок и "подвижность полимерных систем". С-Петербург , 1996.

12. Хижнлк С.Д., Пахомов П.М., Зубков А.И., Левин В.И. Влияние морфологии ыа прозрачность полимерного световода // Ученые записки, посвященные 25-летию ТвГУ. Тверь, 1996. Т.1. С.190.