專利名稱：高速拉制光纖的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高速拉制光纖的方法，其中光纖涂層在高速拉伸條件下不變形受損。
背景技術：
為了低成本大規(guī)模生產光纖，采用更大尺寸的光纖預制棒和更高的拉制速度成為光纖制造廠家追求的目標。但是隨著拉絲速度的提高，拉制過程中光纖更容易受到外界的影響，尤其是光纖在高的拉制速度下光纖涂層容易受到損害。
傳統(tǒng)的光纖拉制工藝和主要裝置如圖1所示。該拉制裝置包括一個拉絲爐2，預制棒1在饋送機構(未示出)的作用下按一定速率送入拉絲爐2中。預制棒1在拉絲爐2中被加熱到2000～2400℃，從預制棒軟化的底部抽出裸光纖3，其外徑由外徑測量裝置4測量，裸光纖直徑一般為125μm。裸光纖3經過適當?shù)睦鋮s后進入涂敷器，在光纖周圍涂上樹脂以保護光纖不受傷害，該樹脂涂層由UV可固化樹脂制成，由UV固化爐固化。經過內涂層涂敷器5及固化爐6和外涂層涂敷器9及固化爐10固化后涂敷光纖11外徑約為250μm，由直徑測量裝置(未示出)測量。然后涂敷光纖11經過導向輪14在牽引裝置的作用下纏繞在收絲筒(未示出)上。
為了降低光纖的偏振模色散(PMD)，光纖拉制設備采用如圖2所示的一種搓動裝置13，通過搓動固化后的涂敷光纖11以降低光纖PMD。該裝置安裝在固化爐10出口和導向輪14之間。中國專利申請03118858.3公開了這種搓動裝置降低光纖PMD的原理和使用實例。
當拉絲速度不太高的時候，無論是裸光纖還是涂敷光纖都有較充分的冷卻時間，使光纖的拉制過程在合理的溫度制度下進行，包括從UV固化爐出來的涂敷光纖11在到達搓動裝置13前可以通過自然空氣冷卻的方法被充分冷卻。
近年來，光纖拉制速度不斷提高，特別是拉制速度提高到1000m/min到1500m/min乃至更高速率后，由于光纖在各區(qū)域停留的時間縮短，使光纖拉制過程中的溫度變化有了很大不同，尤其是固化后的涂敷光纖在空氣中自然冷卻的時間顯著變短。由于光纖在固化爐中的溫度可以達到幾百度，冷卻時間的縮短使光纖處于較高的溫度。光纖涂層在較高的溫度下受搓動裝置擠壓造成變形，同時，過高的溫度還會影響內涂層與裸光纖的粘合強度。
公開的中國專利申請03131484.8提出了一種高速拉絲時解決光纖涂層變形的方法，通過控制UV固化爐的出口與用于拉伸具有UV固化的樹脂涂層的光纖的卷筒的入口部分之間的通行線長度，使樹脂涂層有充分固化的反應時間，在高速拉伸光纖時不會由于卷筒而變形。但這種方法只適合于沒有搓動裝置的光纖拉制設備，光纖變形主要是受卷筒輪和卷筒帶的擠壓造成的。
公開的中國專利申請03104378.X提供了一種高速拉絲時解決光纖涂敷問題的方法。在裸光纖進入涂敷裝置前把它冷卻到60～110℃，使樹脂涂層與裸光纖之間的粘合力得到改善，并保證樹脂得到充分的固化。這種方法沒有解決涂敷光纖受搓動裝置擠壓變形的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種高速光纖拉制方法，通過對固化后的涂敷光纖進行強制冷卻，使UV可固化樹脂充分固化，能夠保證高速拉絲條件下涂敷光纖不被擠壓變形和損傷，并改善光纖的微彎性能。
該方法包括在內涂層固化爐的出口和外涂層涂敷器之間安裝冷卻裝置，對涂敷內涂層后的光纖強制冷卻，使光纖內涂層充分固化。
這個冷卻裝置是冷卻管(下面稱之為“冷卻管A”)，冷卻管的長度不小于0.5m，不超過3m；將冷卻水注入冷卻管，使冷卻管的溫度控制在10℃到30℃，優(yōu)選的在18℃到25℃；冷卻管中通入氣體，如氦氣、氮氣或空氣等氣體中的一種或多種，優(yōu)選氦氣與氮氣的混合氣體，根據(jù)拉絲速率調整氣體流量。
本發(fā)明中，用冷卻管A冷卻內涂層不僅能促進內涂層的固化，也能影響裸光纖與內涂層的結合，改善光纖的微彎性能，降低光纖的微彎衰減。
在外涂層固化爐出口與搓動裝置之間安裝冷卻裝置，對涂敷外涂層后的光纖強制冷卻，使光纖外涂層充分固化。這個冷卻裝置可以是冷卻管，也可以是氣體吹掃裝置。
從圖4可以看到(見“Tan Delta”線)，外涂層存在一個最佳溫度，在這個溫度外涂層的模量達到最大，從而保護光纖不受損傷。涂敷光纖從UV固化爐的高溫環(huán)境出來后，通過本發(fā)明的冷卻裝置進行強制冷卻，使涂敷光纖的溫度達到這個最佳溫度。
根據(jù)本發(fā)明，該冷卻裝置是一個冷卻管(下面稱之為“冷卻管B”)，冷卻管的長度不小于0.5m，不超過1.5m；將冷卻水注入冷卻管，使冷卻管的溫度控制在10℃到40℃，優(yōu)選的在15℃到25℃；在冷卻管中導入氣體，如氦氣、氮氣或空氣等氣體的一種或多種。根據(jù)不同氣體的密度，通入的冷卻管的方向不同，優(yōu)選氣體是氦氣和氮氣的一種或兩種。氣體流量為0.5到15L/min，優(yōu)選的在2L/min到5L/min；本發(fā)明在不對拉絲裝置和工藝做大的改動情況下，解決高速拉絲條件下光纖涂層變形和損傷問題，同時改善光纖的微彎性能。光纖的內涂層要求與裸光纖緊密結合，使光纖抗微彎性能好。外涂層要求模量大，具有好的機械強度，以保護光纖不受損傷。如圖3所示，本發(fā)明在內涂層UV固化爐6出口和外涂層涂敷器9之間增加了一個冷卻裝置8，以及在外層涂層UV固化爐10出口和搓動裝置13之間增加一個冷卻裝置12，通過對涂敷光纖進行強制冷卻使UV可固化樹脂充分固化，充分發(fā)揮內外涂層的特點，保護高速拉絲條件下的光纖免受搓動裝置13擠壓而變形和損傷，并使光纖具有好的抗微彎性能。在現(xiàn)有拉絲裝置和工藝條件下，光纖拉制速度最高只能達到1000m/min，若拉制速度再提高就存在光纖擠壓變形和損傷，本發(fā)明在不改變現(xiàn)有拉絲裝置和工藝條件，增加冷卻裝置，可使光纖拉制速度提高到1500m/min，使光纖拉制速度提高了50％。相應的冷卻裝置結構簡單，適于大規(guī)模使用而不增加光纖制造成本。
本發(fā)明的其他和進一步的特征和優(yōu)點將從附圖和下面的描述中得到更為全面的闡述和理解。


圖1是傳統(tǒng)的拉絲工藝示意圖；圖2是本發(fā)明所適用的拉絲工藝示意圖；圖3是本發(fā)明改進的拉絲工藝示意圖；圖4外涂層動態(tài)機械分析圖(DMA)，顯示了溫度與模量的關系；圖5是涂敷光纖冷卻管通氮氣冷卻的示意圖；圖6是涂敷光纖冷卻管通氦氣冷卻的示意圖。
具體實施例方式
實施例1在光纖拉制過程中，通過監(jiān)測裝置控制裸光纖的外徑為125μm，冷卻管A中的氣體流量和溫度見表1，固化后的涂敷光纖外徑約為245μm。從固化爐出來的涂敷光纖進入冷卻管，再穿過搓動裝置，在牽引裝置的作用下纏繞在收絲筒上。
當拉絲速度達到1200m/min時，調整冷卻管A的氣體流量和溫度(見表1)，同時開啟冷卻管B。冷卻管B中的冷卻水溫度為20℃，從冷卻管頂部向冷卻管中通入氮氣對光纖進行強制冷卻，氮氣流量為2.5L/min。如圖5所示。
由此方法拉制的光纖涂層沒有變形和損傷，并且光纖微彎性能符合產品要求。作為對比，在1200m/min速度下，如果不采用本發(fā)明所描述的這種強制冷卻方法，則光纖的涂層易被PMD搓動裝置擠壓變形和損傷。
表1 冷卻管A氣體流量與溫度

實施例2光纖拉制過程同實施例1，當拉絲速度達到1500m/min時，冷卻管A的氣體比例、流量和溫度見表2，冷卻管B中的冷卻水溫度為15℃，從冷卻管底部向冷卻管中通入氦氣對光纖進行強制冷卻，氦氣流量為5L/min。如圖6所示。
由此方法拉制的光纖涂層沒有變形和損傷，并且光纖微彎性能符合產品要求，而如果不采用本發(fā)明所描述的這種強制冷卻方法，則光纖的涂層被PMD搓動裝置嚴重擠壓變形和損傷。
表2 冷卻管A氣體流量與溫度


本領域的普通技術人員知道，在不偏離本發(fā)明范圍的條件下可以對本發(fā)明做各種改進和變化。如本發(fā)明所提出的冷卻裝置不限定是冷卻管，還可以是其他的冷卻裝置，如冷卻氣體吹掃裝置，將經過冷卻后的氣體，如氦氣、氮氣或空氣等氣體中的一種或多種，通過環(huán)形氣嘴，形成氣簾對涂敷外涂層的光纖進行強制冷卻。因此，本發(fā)明將包括這些改進和變化，只要它們在所附權利要求范圍及其等價內容以內。
如上所述，本發(fā)明可以使光纖在以1200m/min或更高的速度拉絲時，光纖涂層得到充分的固化，從而不被搓動裝置所損傷，使生產效率得到提高。
權利要求
1.一種高速拉制光纖的方法，包括下述步驟預制棒在拉絲爐中被加熱到2000～2400℃，從預制棒軟化的底部抽出裸光纖，裸光纖經過適當?shù)睦鋮s后進入涂敷器，在光纖周圍涂上UV可固化樹脂，由UV固化爐固化，經過內涂層涂敷器及固化爐和外涂層涂敷器及固化爐固化后，涂敷光纖經搓動裝置后在導向輪的牽引裝置作用下纏繞在收絲筒上，其特征在于在內涂層固化爐的出口和外涂層涂敷器、外涂層固化爐出口與搓動裝置之間安裝冷卻裝置，對涂敷涂層后的光纖強制冷卻，使光纖外涂層充分固化。
2.根據(jù)權利要求1所述的高速拉制光纖的方法，其特征在于所述的冷卻裝置為冷卻管或氣體吹掃裝置。
3.根據(jù)權利要求2所述的高速拉制光纖的方法，其特征在于所述的冷卻管的長度為0.5-3米。
4.根據(jù)權利要求2所述的高速拉制光纖的方法，其特征在于所述的冷卻管的溫度控制在10-40℃。
5.根據(jù)權利要求4所述的高速拉制光纖的方法，其特征在于所述的冷卻管的溫度控制在18-25℃。
6.根據(jù)權利要求2所述的高速拉制光纖的方法，其特征在于所述的冷卻管中通入的氣體為氦氣、氮氣和空氣中的一種或多種，氣體流量為0.5-15L/min。
7.根據(jù)權利要求6所述的高速拉制光纖的方法，其特征在于所述的冷卻管中通入的氣體為氦氣與氮氣的混合氣體，流量為2L/min-5L/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速拉制光纖的方法，在內涂層UV固化爐6出口和外涂層涂敷器9之間增加了一個冷卻裝置8，以及在外層涂層UV固化爐10出口和搓動裝置13之間增加一個冷卻裝置12，通過對涂敷光纖進行強制冷卻使UV可固化樹脂充分固化，充分發(fā)揮內外涂層的特點，保護高速拉絲條件下的光纖免受搓動裝置13擠壓而變形和損傷，并使光纖具有好的抗微彎性能。本發(fā)明在不對拉絲工藝做大的改動情況下，解決高速拉絲條件下光纖涂層變形和損傷問題，同時改善光纖的微彎性能。相應的冷卻裝置結構簡單，適于大規(guī)模使用而不增加光纖制造成本。
文檔編號C03B37/02GK1618751SQ20041006090
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權日2004年9月27日
發(fā)明者謝康, 朱坤, 黃代勇, 蔣曉強 申請人:長飛光纖光纜有限公司