WCA November 2020

光纤软涂层材料的分析研究 作者： Kumpei Kobayashi 、 Takumi Nakajima 、 Hirofumi Uchida 和 Noriyasu Shinohara 、 Tsukuba 实验室、日本 JSR 公司

摘要 研究低杨氏模量的 UV 固化聚氨酯丙烯酸酯在光纤中的机械 性能。将两种聚氨酯丙烯酸酯低聚物应用于 UV 固化聚氨酯 丙烯酸酯涂料。通过 tanδ 曲线对动态力学响应进行分析，发 现存在相位分离和不同的相位分离状态。利用原子力显微镜 ( AFM )可以观察到相位分离膜的纳米级形态。 1 简介 近年来， UV 固化聚氨酯丙烯酸酯作为光纤涂层材料得到了广 泛的应用，这种材料主要由聚氨酯丙烯酸酯低聚物、丙烯酸 单体和感光启始剂调配而成。对光纤的强烈需求之一是低微 弯曲衰减。可通过在玻璃纤维上涂覆软质材料和硬质材料的 双层涂层来获得这种光纤。 近年来，为了在恶劣条件下抑制微弯曲，要求软涂层材料采 用较低的杨氏模量，而硬质材料采用较高的杨氏模量。通 常，杨氏模量较低的软涂层材料，其机械强度较低，而机械

强度低又会导致软涂层材料中形成空腔，从而降低光纤生产 中的成品率。

因此，我们知道低杨氏模量难以实现高机械强度。在之前的 研究中，我们报告过在涂层中引入相位分离正是以低杨氏模 量 [1] 实现高机械强度的一种好办法。然而，该报告仅通过动态 力学响应分析证实了膜存在分离相位，对其具体形态所知甚 少。要阐明这一现象，必须检查纳米级形态。 第一步，我们用原子力显微镜( AFM )观察低杨氏模量的相位 分离膜的形态。本论文介绍 UV 固化软聚氨酯丙烯酸酯的机械 性能和形态方面的最新进展和信息。 实验 1.1 材料 由聚氨酯丙烯酸酯低聚物、丙烯酸单体和感光启始剂调配成 的软涂层样品均在实验室制备。 聚氨酯丙烯酸酯低聚物（ UA-1 、 UA-2 ） 以聚丙烯二醇和 2 , 4 -甲苯二异氰酸酯为原料，端封 2 -羟基丙 烯酸酯和乙醇，制备双官能聚氨酯丙烯酸酯( UA-1 、 UA-2 )。 单体 采用了两种单官能丙烯酸酯的混合物。两种单体的比率保持 40:60 。除了丙烯酸酯- 2 ，配方中还包含 6 wt % 成分的 N -乙烯 基单体。 感光启始剂和添加剂 感光启始剂采用 2 wt % 的 2 , 4 , 6 -三甲基苯甲酰二苯基氧化膦。 双官能单体 添加 0~3.5 wt % 衍生自烃基双醇的双官能单体。 1.2 物理性质制备 用 381-μm ( 15 MIL )的敷料器将配制好的树脂涂在玻璃板上。 玻璃板上的树脂通过紫外线剂量为 500mJ/cm 2 的金属卤化物 灯( 275 mW/cm 2 )下。把固化膜从玻璃板上揭下并翻面，再 次在同一盏灯下经过。膜在 23°C 、 50% RH 状况下处理 24 小 时。膜厚度约为 200 μm 。 1.3 物理性质评估 在 23°C 、 50% RH 下测定拉伸性能。采用拉伸试验机在拉伸 速度1毫米/分钟，十字头距离 25 毫米的情况下测定杨氏模 量。模量由延伸率为 2.5% 的正割模数定义。除拉伸速度变为 500 毫米/分钟外，在相同条件下测定断裂时的拉伸强度和拉 伸伸长率。 1.4 动态力学响应分析 采用粘弹性计在 -100℃ ~ +100℃ 温度范围内测量固化膜的动 态力学响应，升温速率为 2℃ /分钟，频率为 3.5 Hz 。测量固 化膜的储能模量( E’ )和损耗正切( tanδ )的温度依赖性。 2 结果与讨论 双官能单体的加入增强了交联密度，杨氏模量受二官能单体 数量的控制。表1列示测试的树脂。双官能单体对树脂的影响 范围为 0 ~ 3.5% ，配方中含有 70% wt % 的 UA-1 （ Run1 、 2 和 3 ）和 UA-2 （ Run4 、 5 和 6 ）。

❍ 图 1 : 杨氏模量与拉伸强度之间的关系

拉伸强度 [MPa]

杨氏模量 [MPa]

❍ 图 2 : Run2 和 Run5 膜的损耗正切( tanδ )

tanδ

杨氏模量 [°C]

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Wire & Cable ASIA – November/December 2020