專利名稱：涂覆光纖及其制造方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以高速制造優(yōu)質(zhì)涂覆光纖的制造方法和裝置，并涉及其涂層具有優(yōu)良的表面光滑度的涂覆光纖。
最近采用高速拉制法已提高了生產(chǎn)率。但在400米/分或更高的拉制速度時(shí)，光纖的橫向運(yùn)動(dòng)量(即垂直于光纖走向)增加。在這種情況下，(i)光纖可能會(huì)碰到樹脂涂覆系統(tǒng)的噴嘴，而降低光纖的強(qiáng)度，或(ii)涂層的厚度不均勻，而降低相對(duì)于橫向(或側(cè)向)壓力的特性。此處，(i)冷卻裸光纖或涂覆光纖的氣體以及(ii)樹脂固化系統(tǒng)中清洗氣體的流速增加是這種光纖運(yùn)動(dòng)增加的一個(gè)原因，因?yàn)楣饫w由于上述氣體的流動(dòng)而振動(dòng)?？赡苓€有各種其它的原因，但本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，涂覆光纖首先接觸的滑輪表面的光滑度也與光纖的這種橫向運(yùn)動(dòng)有關(guān)。
為了解決上述問題，日本特許公報(bào)第2863071號(hào)公開了一種制造涂覆光纖的工藝，即，圍繞裸光纖形成涂層，通過纏繞系統(tǒng)用諸如滑輪等固體纏繞此光纖，且涂覆光纖首先接觸的該固體的表面粗糙度為0.6μm或更小。該發(fā)明的目的是要降低(i)光纖的橫向運(yùn)動(dòng)，(ii)涂層的不均勻度，并且使用具有光滑表面的固體來抑制因固體表面不均勻而引起的光纖橫向運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)。
但是，雖然上述傳統(tǒng)的發(fā)明具有降低光纖橫向運(yùn)動(dòng)和減少涂層厚度不均勻的目的，但所述發(fā)明卻沒有改進(jìn)涂覆光纖表面光滑度的目的。此外，日本特許公報(bào)第2863071號(hào)只公開了涂覆光纖首先接觸的固體的表面粗糙度，而沒有提到光纖隨后依次要接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度，以及除拉制過程外其他過程中要使用的固體(例如在反繞過程中光纖接觸的固體)的表面粗糙度。
此外，在上述專利中也沒有研究光纖的表面溫度和楊氏模量。
在涂覆光纖的拉制過程中，涂覆光纖在通過UV燈(即UV輻射裝置)后其涂層溫度高于室溫，這種高溫涂覆光纖在被收線裝置(即纏繞系統(tǒng)或機(jī)器)纏繞之前會(huì)接觸到諸如卷筒(光纖加在上面)和浮動(dòng)體(包括浮動(dòng)滑輪)等固體。
通常，卷筒、浮動(dòng)體、通路滑輪以及收線裝置都是用金屬制成的。例如，鐵(Fe)的楊氏模量為60000Mpa(megapascal)，此值因材料質(zhì)量不同會(huì)有變化。不銹鋼和鋁的楊氏模量在相同的數(shù)量級(jí)。也可使用諸如陶瓷等其他材料，但這些是硬材料，其楊氏模量為幾萬MPa。
另一方面，涂覆光纖外部涂層表面的楊氏模量大約為幾百M(fèi)pa，如上所述，光纖接觸的每個(gè)固體的楊氏模量為幾萬Mpa。很明顯，當(dāng)一個(gè)硬物體按壓一個(gè)軟些的材料(即涂覆光纖的涂層)時(shí)，較軟的涂層就會(huì)變形。特別是如果涂覆光纖的外涂層溫度較高，這種與固體的接觸就會(huì)對(duì)涂層造成嚴(yán)重的影響。
因此，當(dāng)涂覆光纖接觸的固體的表面光滑度較差時(shí)，涂覆光纖的表面就會(huì)稍有不均勻。這種不均勻很容易被觀察到而作為劣質(zhì)產(chǎn)品，于是嚴(yán)重降低了其商業(yè)價(jià)值。
此外，當(dāng)用涂覆光纖生產(chǎn)光纜、光軟線、光纖帶(即光帶)時(shí)，涂覆光纖通常還要用一種彩色墨水涂覆以便相互區(qū)別。如果光纖表面有些微不均勻，彩色墨水涂層的性能也會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的一個(gè)目的就是要研究光纖外部涂層的溫度和楊氏模量與拉制過程中光纖接觸的固體的表面粗糙度的關(guān)系，并提出涂覆光纖的制造方法和裝置，使涂覆光纖具有優(yōu)異的樹脂涂層表面光滑度并可用彩色墨水涂覆而具有高的上色性能，從而避免因樹脂涂層表面的光滑度較差而造成涂覆光纖的劣質(zhì)的外觀和色彩。
因此，本發(fā)明提出一種制造涂覆光纖的方法，它包括以下步驟通過圍繞裸光纖形成外涂層來制造涂覆光纖；以及借助滑輪利用收線裝置纏繞所述涂覆光纖，其中，運(yùn)行的涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
根據(jù)上述方法，可以改進(jìn)涂覆光纖外涂層的光滑度。因此，有可能制造具有優(yōu)異的表面光滑度和利用彩色墨水的優(yōu)異的上色性能的涂覆光纖。
一個(gè)典型的實(shí)例是，當(dāng)外涂層的溫度等于或高于35℃時(shí)，涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
另一典型的實(shí)例是，當(dāng)外涂層的楊氏模量等于或低于500MPa時(shí)，涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
本發(fā)明還提出一種制造涂覆光纖的方法，它包括以下步驟通過圍繞裸光纖形成外涂層來制造涂覆光纖；以及借助滑輪利用收線裝置纏繞所述涂覆光纖，其中，當(dāng)外涂層溫度為室溫和外涂層的楊氏模量高于500Mpa的這些條件中至少一個(gè)條件得到滿足時(shí)，在拉制或反繞過程中涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于1.2μm。
這樣，可改進(jìn)涂覆光纖外涂層的光滑度和上色性能(使用彩色墨水)，同時(shí)降低制造成本。
本發(fā)明還提供利用上述方法制造的涂覆光纖，該涂覆光纖的平均表面粗糙度等于或小于0.2μm(等于或小于0.15μm更好)，以便降低光纖上色的缺陷百分比。
本發(fā)明還提供一種制造涂覆光纖的裝置，它包括用于熔化光纖預(yù)制料并形成裸光纖的拉制爐；用于冷卻形成的裸光纖的冷卻系統(tǒng)；用于以作為涂覆光纖外涂層的樹脂涂覆裸光纖的樹脂涂覆系統(tǒng)；固化所述樹脂的固化系統(tǒng)；以及設(shè)置在涂覆光纖沿其傳送到收線裝置的通路上的滑輪，其中，運(yùn)行的涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
根據(jù)上述裝置，可以改進(jìn)涂覆光纖外涂層的光滑度。因此，有可能制造具有優(yōu)異的表面光滑度和利用彩色墨水的優(yōu)異的上色性能的涂覆光纖。
本發(fā)明還提供一種制造涂覆光纖的裝置，它包括用于熔化光纖預(yù)制料并形成裸光纖的拉制爐；用于冷卻形成的裸光纖的冷卻系統(tǒng)；用于以作為涂覆光纖外涂層的樹脂涂覆裸光纖的樹脂涂覆系統(tǒng)；固化樹脂的固化系統(tǒng)；以及設(shè)置在涂覆光纖沿其傳送到收線裝置的通路上的滑輪，其中，當(dāng)外涂層溫度為室溫和外涂層的楊氏模量高于500Mpa這些條件中至少一個(gè)條件得到滿足時(shí)，涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體(即所述通路的組成部分)的表面粗糙度等于或小于1.2μm。
這樣，可以改進(jìn)涂覆光纖外涂層的光滑度和上色性能(用彩色墨水)，同時(shí)降低制造成本。
本發(fā)明還提供用上述裝置制造的涂覆光纖，該涂覆光纖的平均表面粗糙度等于或小于0.2μm(等于或小于0.15μm更好)，從而降低了光纖上色的缺陷百分比。
圖2是顯示卷筒滑輪的表面粗糙度與涂覆光纖的外觀和上色的缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖3是顯示卷筒皮帶圈的表面粗糙度與涂覆光纖的外觀和上色的缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖4是顯示當(dāng)拉制速度改變時(shí)，浮動(dòng)滑輪的表面粗糙度與涂覆光纖的外觀缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖5是顯示當(dāng)浮動(dòng)滑輪的表面粗糙度改變時(shí)，拉制速度與涂覆光纖的外觀缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是顯示當(dāng)浮動(dòng)滑輪的表面粗糙度改變時(shí)，在浮動(dòng)滑輪處測(cè)量的第二涂層溫度與涂覆光纖的外觀缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是顯示當(dāng)通路滑輪的表面粗糙度改變時(shí)，在通路滑輪處測(cè)量的第二涂層溫度與涂覆光纖的外觀缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖8是顯示在通路滑輪處測(cè)量的二次樹脂涂層的楊氏模量與涂覆光纖的外觀缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
圖9是顯示在反繞通路中通路滑輪的表面粗糙度與涂覆光纖的外觀缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。


圖10是顯示利用激光顯微鏡測(cè)量涂覆光纖的表面粗糙度的結(jié)果的曲線圖。
圖11是顯示涂覆光纖的表面粗糙度與涂覆光纖上色的缺陷百分比之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說明。
圖1中示出制造涂覆光纖的裝置的實(shí)施例。
在圖1中，標(biāo)號(hào)1代表光纖預(yù)制料，該預(yù)制料1在拉制爐2中熔化，以便形成裸光纖3。用外徑測(cè)量裝置4測(cè)量裸光纖3的外徑。然后，裸光纖3被輸送到冷卻系統(tǒng)5以便冷卻，此后，光纖被輸送到第一樹脂涂覆系統(tǒng)6。
在第一樹脂涂覆系統(tǒng)6中，在裸光纖3上涂覆一層樹脂，以便形成圍繞裸光纖的涂層。然后，光纖被輸送到第一固化系統(tǒng)7，樹脂在此固化，形成第一涂層。在第二樹脂涂覆系統(tǒng)8中，在光纖的第一涂層上再涂覆樹脂，該樹脂在第二固化系統(tǒng)9中被固化、從而形成第二涂層(相當(dāng)于本發(fā)明的外涂層)。按照上述過程，制成了涂覆光纖10。
涂覆光纖10的制造裝置基本上沿著縱方向布置，但是，涂覆光纖10的方向在轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪11處改變了90度，然后經(jīng)過卷筒12和浮動(dòng)滑輪13由收線裝置14纏繞。
卷筒12一般以恒定速度運(yùn)行，但是，隨涂覆光纖10的外徑的微小變化在(傳送光纖的)速度上也會(huì)有少許變化。根據(jù)這種速度變化，利用浮動(dòng)滑輪13來控制涂覆光纖10的殘留長度，收線裝置纏繞光纖的速度也跟隨這種變化。
此外，卷筒12、浮動(dòng)滑輪13和收線裝置14中每一個(gè)都具有適當(dāng)?shù)墓饫w進(jìn)入位置和角度，通路滑輪15用于形成優(yōu)選的通路，借助所述優(yōu)選的通路實(shí)現(xiàn)這種適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入位置和角度。
作為涂覆光纖10的涂覆材料，通常采用UV可固化樹脂(即UV樹脂)，雖然也可使用熱固化樹脂。而且，一般外徑為125μm的裸光纖要涂覆兩層UV樹脂，以便形成外徑為240到250μm的涂覆光纖。在此結(jié)構(gòu)中，內(nèi)層為楊氏模量大約為0.3到1.2MPa的軟層，而外層為楊氏模量大約為600到950MPa的硬層。上述楊氏模量的值均為室溫(23℃)下的值。
環(huán)氧丙烯酸鹽，丁二烯丙烯酸鹽，或酯丙烯酸鹽樹脂均可作為UV樹脂使用；但最普遍使用的是尿烷丙烯酸鹽樹脂。UV樹脂在UV輻射裝置(即UV燈)中固化、使得流體(或液體)變?yōu)楣腆w。
在大多數(shù)情況下，硬化反應(yīng)是一種放熱反應(yīng)，且UV燈不僅發(fā)射UV光，也發(fā)射可見光和紅外光。因此，UV樹脂的溫度在硬化過程中和剛結(jié)束硬化過程時(shí)都很高。此溫度取決于樹脂的類型和成分以及UV的輻射量，但在光纖拉制的通常硬化過程中，此溫度大約為120到200℃。
根據(jù)預(yù)制料的大小、冷卻容量、卷筒的性能、控制器的性能等來確定適當(dāng)?shù)睦扑俣?。UV燈的輸出功率和燈的數(shù)量也應(yīng)確定適當(dāng)以獲得所需的樹脂硬度。
如圖1所示，涂覆光纖10接觸轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪11、卷筒滑輪12a、卷筒皮帶圈12b、浮動(dòng)滑輪13a、通路滑輪15，這些滑輪等都是固體。涂覆光纖10的樹脂溫度(即樹脂部分的溫度)和楊氏模量隨固體的每個(gè)接觸位置而改變。
本發(fā)明優(yōu)化了涂覆光纖10接觸的固體的表面粗糙度，從而實(shí)現(xiàn)可制造出具有優(yōu)異的樹脂涂層表面光滑度且能用彩色墨水以高涂覆性能涂覆的涂覆光纖的方法和裝置。最好涂覆光纖首先接觸的固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
根據(jù)對(duì)(i)涂敷光纖10的外樹脂涂層的溫度和楊氏模量與(ii)固體的表面粗糙度的關(guān)系的研究，當(dāng)涂敷光纖外涂層的溫度是35℃或更高或者當(dāng)涂敷光纖外涂層的楊氏模量是500Mpa或更低時(shí)，最好涂覆光纖首先接觸的固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
此外，涂覆光纖10的外涂層在涂層處于室溫時(shí)可接觸固體。為了使光纖能在室溫下或普通溫度附近的溫度下從轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪運(yùn)行到收線裝置，就要確保在UV燈和轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪之間有足夠的距離，或者可以在UV燈和轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪之間設(shè)置冷卻管道。
當(dāng)涂覆光纖10的第二樹脂涂層具有室溫或者當(dāng)?shù)诙渲繉拥臈钍夏Ａ看蟠蟾哂?00MPa時(shí)，最好涂覆光纖10接觸的固體的表面粗糙度等于或小于1.2μm。
對(duì)表面粗糙度規(guī)定上述范圍的原因在以下實(shí)例中加以說明。
本實(shí)施例中的表面光滑度在JIS-B0601(JIS-日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中定義，并用光學(xué)或接觸式表面粗糙度測(cè)量裝置來測(cè)量。每個(gè)滑輪表面的不均勻度的測(cè)量值稱為表示滑輪表面光滑度的指標(biāo)。
制造滑輪的材料不限，但應(yīng)有優(yōu)異的耐久性、機(jī)械強(qiáng)度等，可以采用金屬陶瓷、硬塑料、工程塑料等。
為使每個(gè)滑輪具有優(yōu)異的光滑度，最好使滑輪經(jīng)過硬涂覆處理，即在滑輪表面拋光后形成一層金屬薄膜。薄膜形成方法可以采用電鍍?nèi)珏冦t，CVD(化學(xué)蒸汽淀積)，無電鍍(化學(xué)鍍)等來形成金屬薄膜，但沒有具體限制。至于涂覆材料，可以根據(jù)滑輪的大小和材料選擇任何材料。此外，也可僅采用拋光或形成薄膜來使滑輪表面光滑。
以下示出具體實(shí)例。實(shí)例1用外徑為125μm、模場(chǎng)直徑為9.2μm、截止波長為1.25μm的單模裸光纖制造涂覆光纖。用尿烷丙烯酸鹽UV可固化樹脂作為涂覆材料。第一涂層的外徑為190μm，第二涂層的外徑為245μm。
拉制速度為1500米/分。UV燈的距離為圖1中的“R”。該位置R表示第二固化系統(tǒng)9處在最低位置時(shí)UV燈的基準(zhǔn)位置。用IRCON股份有限公司生產(chǎn)的測(cè)量線性器件的高速溫度測(cè)量系統(tǒng)(產(chǎn)品名“Non-tact II”)作為測(cè)量涂層溫度的溫度測(cè)量裝置。
光纖通過第二固化系統(tǒng)9后接觸的所有固體，即轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪11、卷筒12、浮動(dòng)滑輪13、通路滑輪5以及收線裝置15，其表面粗糙度都等于或小于0.1μm，這是在各固體與涂覆光纖10接觸的部分測(cè)量的。
這些固體的表面都經(jīng)過在鐵表面上鍍硬鉻處理。此外，卷筒12的皮帶圈12b是用尿烷橡膠制成，表面粗糙度為0.3μm。實(shí)例2拉制速度在200米/分到2000米/分的范圍內(nèi)變化。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1相同。實(shí)例3第二固化系統(tǒng)9沿著縱方向(沿此方向布置有外經(jīng)測(cè)量裝置4到UV燈9)離開基準(zhǔn)位置。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1相同。對(duì)比例1卷筒12的圈筒滑輪12a經(jīng)過噴沙處理，即，將硬沙粒噴到金屬表面上使表面不均勻，并將表面適當(dāng)拋光，得到不同的特定的表面粗糙度。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1相同。對(duì)比例2改變皮帶圈12b的表面粗糙度，但不改變材料。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1相同。對(duì)比例3改變浮動(dòng)滑輪13中浮動(dòng)滑輪13a的接觸部分(與涂覆光纖相接觸的部分)的表面粗糙度。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1，2，3相同。對(duì)比例4改變通路滑輪15的接觸部分(與涂覆光纖相接觸的部分)的表面粗糙度。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1，2，3相同。對(duì)比例5通路滑輪15的接觸部分(與涂覆光纖相接觸的部分)的表面粗糙度為2μm，并且改變第二涂層的材料種類。制造涂覆光纖的其他條件與實(shí)例1相同。更具體地說，除了樹脂A用作第二涂層的材料外，不同的樹脂B，C，D和E分別用來制作第二涂層。測(cè)試1就實(shí)例1到3中制造的涂覆光纖而言，測(cè)量每條運(yùn)行光纖第二涂層的溫度。
測(cè)試2將25千米制造好的涂覆光纖纏繞在繞線盤上，每個(gè)繞線盤(繞25千米)的形狀都相同，對(duì)光纖外觀進(jìn)行目視觀察和研究。在此，對(duì)每種條件(由各實(shí)例定義)，研究100根涂覆光纖。
測(cè)試3對(duì)1000千米每種制造好的涂覆光纖上色，調(diào)查上色缺陷(例如有不均勻或未上色的部分)的頻度。用來上色的墨水是KansaiPaint Co.，Ltd.制造的KSU-455(產(chǎn)品號(hào))。
測(cè)試4對(duì)實(shí)例1中制造的每種涂覆光纖在室溫下作反繞測(cè)試。在此測(cè)試中，改變反繞通路中通路滑輪15的表面粗糙度。在此條件下，觀察并研究反繞涂覆光纖的外觀。
以下說明上述測(cè)試的結(jié)果。
首先，說明測(cè)試1的結(jié)果。對(duì)實(shí)例1到3中制造的涂覆光纖測(cè)得的溫度示于表1。
表1

表1中，“編號(hào)”表示圖1所示的每個(gè)測(cè)量位置(見參考符號(hào)A到J)?！盎鶞?zhǔn)”表示形成第二涂層的UV燈的最低位置在縱方向上的上述說明的基準(zhǔn)位置，“+”方向表示UV燈的最低位置從基準(zhǔn)位置向圖1的下方移動(dòng)(即朝向轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪11一側(cè))，而“-”方向表示UV燈的最低位置從基準(zhǔn)位置向圖1的上方移動(dòng)(即朝向第二樹脂涂覆系統(tǒng)8一側(cè))。位移的單位是米，UV燈的燈數(shù)和輸出功率不變。
下面說明測(cè)試2和3的結(jié)果。
首先，對(duì)實(shí)例1，2，3以及對(duì)比例1，2，3，4中制造的涂覆光纖所作測(cè)試2，3的結(jié)果示于圖2到圖7。
圖2示出實(shí)例1和對(duì)比例1的結(jié)果。圖2的曲線圖中橫軸表示卷筒滑輪12a的表面粗糙度(μm)，縱軸表示有關(guān)外觀和上色的缺陷百分比。
在實(shí)例1中，卷筒滑輪12a的表面粗糙度等于或小于0.1μm(在圖2的橫軸上，標(biāo)出對(duì)應(yīng)于0.1μm的點(diǎn))，外觀和上色的缺陷百分比值均為零。但隨著卷筒滑輪12a表面粗糙度的增加，具體地說，在表面粗糙度超過大約0.8μm時(shí)，外觀和上色的缺陷百分比值都增加。
圖3示出實(shí)例1和對(duì)比例2的結(jié)果。圖3的曲線圖中橫軸表示卷筒皮帶圈12b的表面粗糙度(μm)，縱軸表示有關(guān)外觀和上色的缺陷百分比。
在實(shí)例1中，卷筒皮帶圈12b的表面粗糙度為0.3μm，外觀和上色的缺陷百分比值均為零。但隨著卷筒皮帶圈12b表面粗糙度的增加，具體地說，在表面粗糙度超過大約0.8μm時(shí)，外觀和上色的缺陷百分比值都增加。
外觀和上色的缺陷百分比值都表示涂覆光纖觀察表面上的缺陷，因此這兩個(gè)數(shù)值明顯具有類似的傾向。此處確定缺陷外觀的涂覆光纖的表面粗糙度是等于或大于0.8μm，確定上色缺陷的涂覆光纖的表面粗糙度是等于或大于1.0μm。但是，外觀的缺陷百分比值實(shí)際上高于上色的缺陷百分比值，因此可以用缺陷外觀來詳細(xì)研究涂覆光纖。所以，在以下的實(shí)例中，用缺陷外觀來代表。
圖4示出對(duì)比例3的結(jié)果。
在圖4的曲線圖中，橫軸表示浮動(dòng)滑輪13b的表面粗糙度(μm)，縱軸表示外觀的缺陷百分比。每條曲線對(duì)應(yīng)于不同的拉制速度(米/分)。
當(dāng)拉制速度高時(shí)，例如等于或高于1000米/分時(shí)，在浮動(dòng)滑輪13b的表面粗糙度超過0.8μm后，外觀的缺陷百分比值增加(即類似于圖2，3的結(jié)果)但當(dāng)拉制速度低時(shí)，例如200或500米/分時(shí)，即使浮動(dòng)滑輪13b的表面粗糙度很高也沒有出現(xiàn)缺陷外觀。與改變卷筒滑輪12a或卷筒皮帶圈12b的表面粗糙度的情況相比，此結(jié)果是大有區(qū)別的。
圖5是根據(jù)圖4的同樣結(jié)果作出的。在圖5中，橫軸表示拉制速度(米/分)，縱軸表示外觀的缺陷百分比，每條曲線對(duì)應(yīng)于浮動(dòng)滑輪13b不同的表面粗糙度(μm)。
與圖2，3所示結(jié)果類似，當(dāng)浮動(dòng)滑輪13b的表面粗糙度等于或小于0.8μm時(shí)，對(duì)每種拉制速度都不出現(xiàn)缺陷外觀。但是，作為一種不同的結(jié)果，產(chǎn)生缺陷外觀的拉制速度取決于浮動(dòng)滑輪13a的表面粗糙度。
按照表1所示的結(jié)果，很明顯拉制速度的改變引起經(jīng)過通路的光纖的第二涂層的溫度改變。因此，如果確定了第二涂層的溫度和外觀缺陷的相互關(guān)系，就可能建立這些參數(shù)之間的因果關(guān)系。
圖6示出對(duì)比例3的結(jié)果。隨著拉制速度或UV燈的位置變化，在浮動(dòng)滑輪13a處的第二涂層的溫度也改變(此處指在浮動(dòng)滑輪的入口和出口處測(cè)量的第二涂層溫度之間的平均值)。因此，在圖6中，橫軸表示第二涂層溫度的這種平均溫度(℃)，縱軸表示外觀的缺陷百分比，每條曲線對(duì)應(yīng)于浮動(dòng)滑輪13b不同的表面粗糙度(μm)。在此，為簡單起見，沒有示出3μm，1.5μm，和1μm的表面粗糙度數(shù)據(jù)的結(jié)果。
與上述結(jié)果類似，當(dāng)浮動(dòng)滑輪13b的表面粗糙度等于或小于0.8μm時(shí)，對(duì)每種拉制速度都不發(fā)生缺陷外觀。但是，在圖6中，當(dāng)?shù)诙繉拥臏囟仍?0℃到40℃之間時(shí)，缺陷外觀開始產(chǎn)生。
當(dāng)改變卷筒滑輪12a或卷筒皮帶圈12b的表面粗糙度時(shí)，觀察不到這種對(duì)第二涂層溫度的依賴關(guān)系。這是因?yàn)榈诙繉拥臏囟仍诰硗?2處比在浮動(dòng)滑輪13a處要高，這就不會(huì)造成對(duì)第二涂層溫度的依賴關(guān)系。
圖7示出對(duì)比例3的結(jié)果。在圖7中，橫軸表示在通路滑輪15處第二涂層的溫度(此處指在通路滑輪15的入口和出口處測(cè)量的第二涂層溫度之間的平均值)，縱軸表示外觀的缺陷百分比，每條曲線對(duì)應(yīng)于通路滑輪15不同的表面粗糙度(μm)。與圖6類似，為簡單起見，沒有示出3μm，1.5μm，和1μm的表面粗糙度數(shù)據(jù)的結(jié)果。
與上述結(jié)果類似，當(dāng)通路滑輪15的表面粗糙度等于或小于0.8μm時(shí)，對(duì)每種拉制速度都不出現(xiàn)缺陷外觀。但是，在圖7中，當(dāng)?shù)诙繉拥臏囟瘸^35℃時(shí)，缺陷外觀開始產(chǎn)生。
已知楊氏模量取決于溫度。當(dāng)?shù)诙繉拥臏囟壬邥r(shí)，楊氏模量降低。這樣，如果軟態(tài)的(涂覆光纖的)涂覆材料接觸表面情況差的固體，涂覆光纖的表面光滑度就會(huì)受損。換句話說，當(dāng)?shù)诙繉拥臏囟仍谄胀囟雀浇鼤r(shí)，涂層的楊氏模量高。在這種情況下，即使外涂層接觸表面情況差的固體，涂覆光纖的表面光滑度也不會(huì)受損。
圖8示出對(duì)比例5的結(jié)果。在圖8中，橫軸表示在通路滑輪15處第二涂層的楊氏模量(MPa)，縱軸表示外觀的缺陷百分比，每條曲線對(duì)應(yīng)于一種不同的樹脂。此外，拉制速度為1500米/分，通路滑輪15有關(guān)部分(接觸光纖的部分)的表面粗糙度為2μm，這是對(duì)比例5的共用條件。作為第二涂層，另外使用四種樹脂，即B，C，D和E，以便制造和比較相應(yīng)的涂覆光纖。
結(jié)果，當(dāng)樹脂的楊氏模量大約等于或小于500MPa時(shí)，外觀缺陷百分比開始增加。因此，很明顯當(dāng)?shù)诙繉拥臈钍夏Ａ扛哂?00MPa時(shí)，即使涂層接觸表面差的固體，涂覆光纖的表面光滑度也不會(huì)受損。
以下說明測(cè)試4的結(jié)果。圖9示出這些結(jié)果。在此測(cè)試中，反繞速度為1800米/分，改變?cè)诜蠢@通路中的反繞滑輪15的表面粗糙度。此測(cè)試在室溫下(23℃)進(jìn)行。第二涂層僅用樹脂A制成。
結(jié)果，當(dāng)通路滑輪15的表面粗糙度超過大約1.2μm時(shí)，外觀缺陷百分比開始增加。
在室溫23℃時(shí)第二涂層(用樹脂A制成)的楊氏模量為750MPa。如上所述，最好涂覆光纖接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度總是等于或小于0.8μm。但一般來說，在通路中具有優(yōu)質(zhì)表面的滑輪或皮帶圈等固體都比表面情況較差的要昂貴。因此，所有固體都具有優(yōu)質(zhì)表面的系統(tǒng)增加了制造成本。
所以，當(dāng)?shù)诙繉拥臏囟葹槭覝?，或第二涂層的楊氏模量顯著高于500MPa時(shí)，涂覆光纖10接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度可以超過0.8μm，但應(yīng)等于或小于1.2μm。上述普通溫度應(yīng)在20℃到30℃之間。
可以用激光顯微鏡來觀察如上述制造的涂覆光纖的表面光滑度。下面說明研究的結(jié)果。此處用的是KEYENCE公司生產(chǎn)的激光顯微鏡，產(chǎn)品號(hào)為VK-8510。
在以下的說明中，“Ra值”表示將光纖相對(duì)于軸向旋轉(zhuǎn)90度時(shí)，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量的涂覆光纖的平均表面粗糙度值。圖10中，縱軸表示Ra值，橫軸表示每種旋轉(zhuǎn)角度，示出無缺陷和有缺陷的涂覆光纖的測(cè)量結(jié)果。在所述曲線圖中，線A表示外觀有缺陷的缺陷涂覆光纖的測(cè)量結(jié)果，線B表示無缺陷涂覆光纖的第一次測(cè)量的結(jié)果，線C表示無缺陷涂覆光纖的第二次測(cè)量的結(jié)果。此處，無缺陷或有缺陷涂覆光纖根據(jù)對(duì)外觀的目測(cè)觀察確定。
(用于測(cè)量平均表面粗糙度的)測(cè)量間距為0.1μm，激光束的增益自動(dòng)控制，并且在測(cè)量中采用4x光學(xué)放大(optical zoom)或簡單的8x細(xì)磨(smoothing)。沒有采用諸如暗切(dark-cut)或亮切(bright-cut)過程等亮度控制機(jī)制。對(duì)無缺陷涂覆光纖進(jìn)行了兩次測(cè)量測(cè)試。在兩種情況下，Ra值都是0.1μm或更小。相比之下，有缺陷涂覆光纖的Ra值有時(shí)為大約0.3μm。
圖11示出用于確定上色的缺陷百分比如何隨Ra值(它表示上述測(cè)量的平均表面粗糙度)而變化的研究結(jié)果。圖11中，橫軸表示Ra值(μm)，縱軸表示上色的缺陷百分比，在此次研究中，研究了100根涂覆光纖，長度均為10km，但具有不同的平均表面粗糙度值。
如圖11所示，當(dāng)Ra值等于或小于0.15μm時(shí)，上色的缺陷百分比幾乎為零，但當(dāng)Ra值超過0.2μm時(shí)，上色的缺陷百分比急劇增加。因此為了減少上色的缺陷百分比，Ra值可以等于或小于0.2μm，更好的是等于或小于0.15μm。
按照上述制造涂覆光纖的方法和裝置，對(duì)裸光纖3進(jìn)行涂覆，制成涂覆光纖10，該涂覆光纖10通過固體滑輪由收線裝置14纏繞。當(dāng)涂覆光纖10接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm時(shí)，涂覆光纖10的外涂層的光滑度可得到改善。所以，就可能制造出具有優(yōu)異的表面光滑度和利用彩色墨水的優(yōu)異的上色性能的涂覆光纖10。
特別是，當(dāng)涂覆光纖的外涂層的溫度等于或高于35℃時(shí)，或當(dāng)外涂層的楊氏模量等于或低于500MPa時(shí)，涂覆光纖10接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度最好等于或小0.8μm，從而改善涂覆光纖10的外涂層的光滑度和上色(用彩色墨水)性能。
當(dāng)涂覆光纖10的外涂層溫度為室溫或外涂層的楊氏模量高于500Mpa時(shí)，在拉制或反繞時(shí)涂覆光纖10接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度最好等于或小于1.2μm，從而改善涂覆光纖10的外涂層的光滑度和上色(用彩色墨水)性能，同時(shí)降低制造成本。
當(dāng)涂覆光纖10的平均表面粗糙度等于或小于0.2μm、最好等于或小于0.15μm時(shí)，上色的缺陷百分比就可降低。
權(quán)利要求
1.一種制造涂覆光纖的方法，它包括以下步驟圍繞裸光纖(3)形成外涂層，制成涂覆光纖(10)；以及借助滑輪利用收線裝置(14)纏繞所述涂覆光纖，其中，所述運(yùn)行的涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述外涂層的溫度等于或高于35℃時(shí)，所述涂覆光纖的所述外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述外涂層的楊氏模量等于或低于500MPa時(shí)，所述涂覆光纖的所述外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當(dāng)所述外涂層的楊氏模量等于或低于500MPa時(shí)，所述涂覆光纖的所述外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
5.一種制造涂覆光纖的方法，它包括以下步驟圍繞裸光纖(3)形成外涂層，制成涂覆光纖(10)；以及借助滑輪利用收線裝置(14)纏繞所述涂覆光纖，其中，當(dāng)所述外涂層的溫度為室溫和所述外涂層的楊氏模量高于500Mpa這些條件中至少一個(gè)條件得到滿足時(shí)，在拉制或反繞時(shí)所述涂覆光纖的所述外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于1.2μm。
6.一種通過如權(quán)利要求1到5中任一個(gè)所述的方法制造的涂覆光纖，其中，所述涂覆光纖的平均表面粗糙度等于或小于0.2μm，以便降低所述光纖的上色缺陷百分比。
7.一種通過如權(quán)利要求1到5中任一個(gè)所述的方法制造的涂覆光纖，其中，所述涂覆光纖的平均表面粗糙度等于或小于0.15μm，以便降低所述光纖的上色缺陷百分比。
8.一種制造涂覆光纖(10)的裝置，它包括用于熔化光纖預(yù)制料(1)并形成裸光纖(3)的拉制爐(2)；用于冷卻所述形成的裸光纖的冷卻系統(tǒng)(5)；樹脂涂覆系統(tǒng)(8)，用于以作為所述涂覆光纖的外涂層的樹脂涂覆所述裸光纖；用于固化所述樹脂的固化系統(tǒng)(9)；以及設(shè)置在沿其把所述涂覆光纖傳送到收線裝置(14)的通路上的滑輪，其中，所述運(yùn)行的涂覆光纖的所述外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。
9.一種制造涂覆光纖(10)的裝置，它包括用于熔化光纖預(yù)制料(1)并形成裸光纖(3)的拉制爐(2)；用于冷卻所述形成的裸光纖的冷卻系統(tǒng)(5)；樹脂涂覆系統(tǒng)(8)，用于以作為所述涂覆光纖的外涂層的樹脂涂覆所述裸光纖；用于固化所述樹脂的固化系統(tǒng)(9)；以及設(shè)置在沿其把所述涂覆光纖傳送到收線裝置(14)的通路上的滑輪，其中，當(dāng)所述外涂層的溫度為室溫和所述外涂層的楊氏模量高于500Mpa這些條件中至少一個(gè)條件得到滿足時(shí)，所述涂覆光纖的所述外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于1.2μm。
10.一種利用如權(quán)利要求8和9中任一個(gè)所述的裝置制造的涂覆光纖，其中，所述涂覆光纖的平均表面粗糙度等于或小于0.2μm，以便降低所述光纖的上色缺陷百分比。
11.一種利用如權(quán)利要求8和9中任一個(gè)所述的裝置制造的涂覆光纖，其中，所述涂覆光纖的平均表面粗糙度等于或小于0.15μm，以便降低所述光纖的上色缺陷百分比。
全文摘要
一種制造涂覆光纖的方法和裝置，所述涂覆光纖具有樹脂涂層的優(yōu)異表面光滑度并且可以以優(yōu)異的涂覆性能涂覆彩色墨水。所述方法包括以下步驟圍繞裸光纖(3)形成外涂層，制成涂覆光纖(10)；以及用收線裝置(14)通過滑輪纏繞此涂覆光纖，運(yùn)行的涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于0.8μm。當(dāng)外涂層溫度為室溫或外涂層的楊氏模量高于500MPa時(shí)，在拉制或反繞時(shí)涂覆光纖外層接觸的每個(gè)固體的表面粗糙度等于或小于1.2μm。
文檔編號(hào)C03B37/12GK1444062SQ02149980
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2002年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者鶴崎幸司, 原田光一, 藤卷宗久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉