着色是将油墨经过涂覆、紫外固化形成固体薄膜的加工过程，从理论上讲，液态的油墨在紫外光照射下发生聚合反应形成高聚物，这是一个复杂的物理和化学过程。液体油墨之所以能在光纤上形成均匀光滑的涂层薄膜，涉及液体表面张力、湿润角等特征参数、油墨溶剂挥发特性以及油墨交联特性等。
4.1.1.1 黏性液体流动理论
1）表面张力
在液体内部每个分子的周围都存在着其他分子，这些分子之间产生的引力能达到暂时的平衡；而液体表面的情况就有所不同，液体表面层的分子一方面受到液相方面分子的引力，其作用力垂直于液面而指向液体深处，另一方面则是表面层的分子与液体内部分子相比，表面层分子数量稀松，分子间的距离也比液体内部大，分子间表现的引力大，而受到气相方面的吸引力就小，所以不能产生与之相平衡的引力。液体表面有一个收缩的趋势，是液体具有表面引力的原因。
表面张力的表现就是液体力求表面积收缩到最小。在相同体积的几何形状中，球的表面积最小，所以液体不受任何其他力而只在表面张力的作用下它将变成球形。表面张力的方向与液面边界垂直。
表面张力f大小与液面边界的长度成正比：
式中，σ为液体表面边界单位长度上的表面张力系数，单位为dyn／cm，表面张力系数与下列因素有关：
（1）不同的液体，表面张力系数不同；
（2）同一种液体随温度的升高，表面张力系数减小；
（3）与液体纯度有关，液体中含有杂质，尤其表面上的杂质影响表面张力系数；
（4）与液体表面相接触的气体种类有关，通常表面张力系数是根据液体的饱和蒸气压力与空气相接处的情况而测得的。
利用表面张力特性可以解释着色时的一些现象。油墨中包含的气泡（存在时将造成着色层表面不光滑或脱节）是由于油墨在搅拌加料过程中夹杂了空气，空气的浮力使其上升到表面。但由于油墨的表面张力，使空气不能冲破油墨表面而留在油墨中，形成气泡。这种现象可以在涂覆杯中看到，有大量的气泡在翻滚，如果气泡小于光纤与模具的间隙，气泡就会被光纤带走。
由于表面张力的作用，液面在凸起时，其下层液体将会产生一个附加压强P，其值为：
式中，σ为表面张力系数；R为该点的曲率半径。
当液面凹下时，也将产生数值相同的附加压强，但值为负值。
当光纤从模口出来后，油墨在较厚处的曲率半径最小，产生了一个很大的附加压强，使油墨向薄的地方流动，直至相等，起到使油墨层拉圆的作用。如果光纤本身成椭圆形，着色时在附加压强作用下，油墨则在椭圆长轴的两端变薄，而在短轴的两端变厚，形成不均匀现象。
2）湿润现象
当液体和固体接触时，通常用湿润程度来表示它们之间的关系。表面清洁的光纤通过涂覆膜后，光纤上就会覆盖上一层油墨。反之，如果表面沾有油污或者水分则不能涂上油墨，这是因为油墨能湿润光纤而不能湿润油类物质。
湿润现象也是分子力作用的一种表现，如果液体表面张力大于固体与液体之间的附着力，则液体就会缩成球形，在这种情况下油墨就涂不到光纤。反之，则可以。
液体与固体接触所构成的角度叫做接触角。当处在湿润的情况下，其接触角是锐角，否则是钝角，如图4.1.1所示。
图4.1.1 固体表面的润湿接触角(www.xing528.com)
接触角和表面张力的数学关系如下：
接触角越小，则固体的润湿性越好，接触角最小为0°，最大为180°，接触角达到180°时，则完全不能润湿。接触角大，则表现张力小，油墨的拉圆性差。
油墨特性参数之间存在内在联系，粘度、表面张力和接触角的值都是相关联的。在着色过程中，油墨的粘度、固化能量、表面张力、接触角都是内因，温度、速度、固化功率等因素是外因，所以光纤着色过程要调整好其相互间的关系。
4.1.1.2 着色过程的成膜
1）着色油墨的涂覆过程
油墨的粘度与颜色、配方等有关联，因此，其表面张力存在一定差异性。粘度越小，其表面张力越小，流动性就越好，涂覆速率也就越容易提高。
涂覆模一般比光纤外径大10～20μm，如光纤的直径为245μm，而涂覆模具的孔径取260μm，涂覆后的光纤直径为250～256μm。在涂覆过程中，涂覆层有一个拉伸过程（图4.1.2），涂层拉伸变薄而外径变小。光纤在通过涂覆模时，其涂层外形不一定是正规的圆形，可能出现不同的形状，如图4.1.2（a）所示，通过拉伸和表面张力的作用使其变圆，并使厚薄均匀，如图4.1.2（b）所示。当油墨的粘度较小时，所需的拉圆时间就越少。在粘度很大时，有时表面张力不能克服油墨的内摩擦力的作用，将造成涂层的不均匀。
图4.1.2 光纤着色涂覆拉伸示意图
当光纤涂覆油墨出模具后，在涂层的拉圆过程中还有一个重力作用。若拉圆的作用时间很短，则重力对其影响很小，涂层均匀。若拉圆的时间很长，这时由于重力作用涂层就会向下流淌，使局部涂层增厚。重力问题跟油墨的粘度有直接关系，粘度很大时，油墨内摩擦力很高，流动性差，也就是说重力对其影响较小。
2）油墨固化过程
光纤着色层应具有良好的使用特性，涂覆在光纤表面的油墨就必须变成固体，并能与光纤结合良好，同时要有一定的寿命。光纤着色油墨是一种含有紫外光交联剂的颜料、树脂的混合体，当附着涂层的光纤通过固化炉后，一方面油墨受紫外光照射，交联剂与油墨中高分子材料反应生成网状固相结构；另一方面，油墨涂层在固化炉内受热，油墨中的挥发物蒸发。
固化的质量与油墨本身的固化能量、粘度和线速度以及固化灯功率有密切的关系。
（1）若油墨本身需要的固化能量小，固化灯功率和线速度一定时，其固化质量越好，甚至可以进一步提高生产线速度。但若固化过头，油墨会发生裂解，影响产品性能。
（2）若油墨的粘度很大时，则其表面张力很大，涂覆膜与固化炉距离一定时，粘度大的油墨，其涂层厚度要比粘度小的要厚一些，所以其固化时间要相对较长。
（3）当固化灯功率很小时，而光纤在固化炉内停留的时间一定时，会导致固化不全，造成褪色或者涂层脱落。当固化灯的功率很高时，光纤在炉内接受紫外光照射的时间较长，可能使丙烯酸树脂产生裂解，使油墨性能严重恶化。
（4）在固化灯功率、油墨固化能量及粘度一定时，线速度太高会导致固化时间缩短，导致固化质量下降（如褪色或脱落）。但线速度下降时，光纤在固化炉内停留时间又会延长，油墨受紫外光长时间照射而产生裂解，破坏油墨原有性能。
4.1.1.3 着色工艺流程
着色过程中，本色光纤由放线单元放出，经导轮、放线张力舞蹈轮，使光纤始终以恒定的张力放线。光纤在进入着色模前，需去除光纤表面的静电和灰尘。油墨涂敷腔内充满油墨，对通过的光纤涂覆颜色，随后进入有连续氮气（N2）保护的紫外光固化炉迅速固化（因为空气中的氧气会阻止油墨的交联反应而影响固化效果），最后经牵引导轮和收线张力舞蹈轮后收卷到光纤盘上。
光纤着色工艺过程主要分为油墨涂覆和UV固化两大过程，光纤着色工艺路线如图4.1.3所示。
图4.1.3 光纤着色的工艺路线图
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