一种聚合物光纤面板、制造方法及大面积聚合物光纤面板
阅读说明：本技术 一种聚合物光纤面板、制造方法及大面积聚合物光纤面板 (Polymer optical fiber panel, manufacturing method and large-area polymer optical fiber panel ) 是由 马西响 王三昭 王梓舟 甄文 任宏宇 于 2021-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种聚合物光纤面板、制造方法及大面积聚合物光纤面板,属于成像技术中使用的光纤面板。本发明采用的一种技术方案为：聚合物光纤面板,整体结构为正多边形,内部为阵列排布的聚合物光纤单丝,所述聚合物光纤单丝包括聚合物芯料和包裹聚合物芯料的聚合物皮料,聚合物芯料处于中心,聚合物皮料包裹住聚合物芯料。与现有技术相比本发明采用复合纺丝法制备聚合物光纤是成本低、制造速度快、能够连续化、高效的进行制造。采用聚合物光纤采用熔合-拉丝-熔合的工艺来制造聚合物光纤面板,所制得的聚合物光纤面板每个均能够单元独立传像,单个聚合物光纤面板单元结构规整,内部结构稳定,使用时获得的分辨率高。(The invention relates to a polymer optical fiber panel, a manufacturing method and a large-area polymer optical fiber panel, belonging to an optical fiber panel used in the imaging technology. The invention adopts a technical scheme that: the polymer optical fiber panel is in a regular polygon shape in the whole structure, polymer optical fiber monofilaments arranged in an array are arranged inside the polymer optical fiber panel, each polymer optical fiber monofilament comprises a polymer core material and a polymer cladding material wrapping the polymer core material, the polymer core material is located in the center, and the polymer cladding material wraps the polymer core material. Compared with the prior art, the polymer optical fiber prepared by the composite spinning method has the advantages of low cost, high manufacturing speed, continuity and high efficiency. The polymer optical fiber panel is manufactured by adopting a fusion-drawing-fusion process for the polymer optical fiber, each unit of the manufactured polymer optical fiber panel can independently transmit images, the unit structure of a single polymer optical fiber panel is regular, the internal structure is stable, and the resolution obtained in use is high.)
技术领域
本发明涉及一种聚合物光纤面板、制造方法及大面积聚合物光纤面板，属于成像技术中使用的光纤面板。
背景技术
光纤面板是指厚度小于横截面的板状图像传递原件，由许多根光纤按一定的规则排列后，经过加热熔合形成。光纤两端按一一对应的关系紧密排列，使每根光导纤维输入和输出端在几何上一一对应，每一根光导纤维传递一个像点，从而起到像传导的作用。每根光纤的直径在几微米到数十微米量级，对图像有很高的传递效率，且畸变很小。光纤面板具有集光效能高、传光效率高、传像真实的特点，利用光纤面板加工成的各种平面或曲面作输入、输出窗并与电子光学器件匹配消除像差，能获得大反差、高分辨率的像。
现有的光纤面板绝大多数是由生产加工工艺较成熟的玻璃光纤制作而成，虽能满足大部分使用要求，却存在质量重、性脆易碎、不耐酸易腐蚀、生物兼容性差、产品的成品率低、造价及其昂贵等问题。
面对市场需求和技术瓶颈，聚合物光纤面板具有价格低、韧性好、耐酸碱、生物兼容性好等优点，目前世界只有美国可以生产用于成像应用的聚合物光纤面板，可以做到以高均匀性、真实色彩保真度和最小失真将图像从输入表面传输到输出表面。
目前，国内尚未涉及到一种采用聚合物光纤技术来制造聚合物光纤面板，有望成为替代玻璃光纤面板、弥补玻璃光纤面板缺陷的首选产品。
发明内容
本发明提供一种一种聚合物光纤面板、制造方法及大面积聚合物光纤面板，
实现制造出低成本、高分辨率、应用范围广的聚合物光纤面板。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
聚合物光纤面板，整体结构为正多边形，内部为阵列排布的聚合物光纤单丝，所述聚合物光纤单丝包括聚合物芯料和包裹聚合物芯料的聚合物皮料，聚合物芯料处于中心，聚合物皮料包裹住聚合物芯料。
作为优选，聚合物芯料为PMMA, 聚合物皮料为氟树脂。
聚合物光纤面板的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）使用高精度溶体纺丝机通过复合纺丝法制备芯皮纤维结构的聚合物光纤单丝。
2）使用精密自动排板机按照预设模板排布上述聚合物光纤单丝，形成一次单丝棒。
3）在热压成型炉中抽真空加压，对排列好的一次单丝棒进行升温与保温处理，并压制成一次预制棒。
4）采用多段控温近红外光纤拉制设备拉制上述一次预制棒成为光纤复丝，然后通过激光切丝将光纤复丝断成多段一定长度的复丝。
5）取多根复丝在正六边形的排板模具中排出正六边形纤维阵列板，绑扎纤维阵列板的两端并固定；
6）将排列好的纤维阵列板装入熔压成型模中并放入真空热压炉中，进行二次熔压；
7）将真空熔合的聚合物光纤阵列板段通过内圆切片机切片、研磨机研磨、抛光机抛光，制得出预设厚度的聚合物光纤面板。
制造方法中的步骤优选：步骤3）中真空热压的温度为180~220℃，压力为0.40MPa。
制造方法中的步骤优选：步骤4）中光纤复丝拉制时的拉丝温度为205~240℃，送料速度为4mm/min，拉丝速度为4r/min，拉制出对边为1.3mm的光纤复丝。
制造方法中的步骤优选：步骤6）中真空热压的温度为160~180℃，压力为0.198MPa.
制造方法中的步骤优选：步骤1）制备出的聚合物光纤单丝直径为Φ300μm~500μm。
制造方法中的步骤优选：步骤4）根据不同聚合物光纤面板的要求，制备得到的一次复丝棒亦可再采用光纤拉丝设备拉制为二次或多次光纤复丝.
一种聚合物光纤面板制作的大面积聚合物光纤面板，将若干个的聚合物光纤面板紧密排好，并通过紫外光固化胶进行粘合，最后形成一个大面积聚合物光纤面板。
大面积聚合物光纤面板的结构优选，所述紫外光固化胶为一种无色透明、光透过率高的的光敏胶，通过紫外线光照射会迅速固化，实现将多个聚合物光纤面紧密固定在一起。
本发明的通过高精度溶体纺丝机纺制聚合物光纤单丝，进行规则矩阵排列、熔合成一次预制棒，拉制光纤复丝，排板、真空熔压为聚合物光纤阵列板段，再进行切片、研磨、抛光处理，最终制作出低成本、高分辨率、应用范围广的聚合物光纤面板。
与现有技术相比本发明采用高精度溶体复合纺丝法制备聚合物光纤是成本低、制造速度快、能够连续化、高效的进行制造。其中本发明采用聚合物光纤采用熔合-拉丝-熔合的工艺来制造聚合物光纤面板，所制得的聚合物光纤面板每个均能够单元独立传像，单个聚合物光纤面板单元结构规整，内部结构稳定，使用时获得的分辨率高，应用范围广，是一种全新的光纤产品。
附图说明
图1为本发明所制得的一次单丝棒的结构示意图，
图2为本发明所制得的聚合物光纤面板示意图，
图3为本发明聚合物光纤面板粘结成型的大尺寸光纤面板示意图。
具体实施方式
下面对本发明具体内容进行进一步的说明：
本发明是一种由聚合物制造的光纤面板，整体结构为正多边形，内部为阵列排布的聚合物光纤单丝，所述聚合物光纤单丝包括聚合物芯料和包裹聚合物芯料的聚合物皮料，聚合物芯料处于中心，聚合物皮料包裹住聚合物芯料。聚合物芯料为PMMA, 聚合物皮料为氟树脂。
聚合物光纤面板制造过程采用高精度溶体纺丝机纺制聚合物光纤单丝，进行规则矩阵排列、熔合成一次预制棒，拉制光纤复丝，排板、真空熔压为聚合物光纤阵列板段，再进行光学精加工处理，最终制作出成品聚合物光纤面板。
对上述聚合物光纤面板的制造方法进行具体的说明，包括如下步骤：
（1）使用高精度溶体纺丝机通过复合纺丝法制备芯皮纤维结构外径规格为Φ300μm~500μm聚合物光纤单丝，其中聚合物光纤单丝的芯材料为PMMA，皮材料为氟树脂。
（2）在超净实验室中，对聚合物光纤单丝进行静电处理，使用精密自动排板机排成对边根数为40的正六边形一次单丝棒，将排棒完成的一次单丝棒两端用铜丝捆绑固定。
（3）将捆绑好的一次单丝棒装入专业模具中并放入热压成型炉中，对热压成型炉进行内部抽真空，进行升温与保温处理，同时根据产品制备要求设定熔压温度为180~220℃，施加压力为0.40MPa，自然冷却后，形成聚合物光纤一次预制棒。
（4）将上述真空熔合的一次预制棒，采用多段控温近红外光纤拉制设备，在205~240℃下，送料速度为4mm/min，拉丝速度为4r/min，拉制成对边长为1.3mm光纤复丝，然后通过激光切丝机切成多段一定长度的复丝。
（5）取m根复丝在正六边形的排板模具中排出对边根数为13的六边形复丝纤维阵列板，并用铜丝将两端捆绑固定。
（6）将捆绑好的复丝纤维阵列板装入熔压成型模中并放入真空热压炉中，同时根据产品制备要求设定熔压温度为160~180℃，施加压力为0.198MPa，形成聚合物光纤阵列板段。
（7）将真空熔合的聚合物光纤阵列板段通过内圆切片机切片、研磨机研磨、抛光机抛光，制得出预设厚度的聚合物光纤面板。
聚合物光纤单丝直径、复丝直径以及其他尺寸是由聚合物光纤面板单元阵列要求推导而出，根据要求也可为其他尺寸。
根据不同聚合物光纤面板的要求，制备得到的一次复丝棒亦可再采用光纤拉丝设备拉制为二次或多次光纤复丝，然后通过排板、真空熔压制备不同尺寸要求的聚合物光纤面板。
大面积聚合物光纤面板结构为若干个聚合物光纤面板紧密排好，并通过紫外光固化胶进行粘合，最后形成一个大面积聚合物光纤面板。紫外光固化胶为一种无色透明、光透过率高的的光敏胶，通过紫外线光照射会迅速固化，实现将多个聚合物光纤面紧密固定在一起。
本发明所提供的一种聚合物光纤面板及制造方法和大面积聚合物光纤面板，采用复合纺丝法制备聚合物光纤具有低成本、快速制造、连续生产、高效制造等优点，本发明采用聚合物光纤熔合-拉丝-熔合的工艺来制造聚合物光纤面板，所制得的聚合物光纤面板每个单元能够独立传像，单个单元规整，整体及内部结构稳定，成像高分辨率，应用范围广。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。