專利名稱：制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向光導(dǎo)纖維預(yù)型件制成的光導(dǎo)纖維絲上涂覆碳薄膜等，來制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的設(shè)備和方法。
作為向紡出的原纖維上密封涂覆碳層的技術(shù)，在使光導(dǎo)纖維變薄的過程中，通過把光導(dǎo)纖維暴露于高溫碳?xì)夥罩?，對原纖維表面涂覆碳薄膜的方法已屬已知(例如，見JP-B-38-10363)。
EP 0 308 143(1989.3.22 出版)公開了一種制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的方法，它是在從光導(dǎo)纖維預(yù)型件紡制光導(dǎo)纖維的過程中，將弄薄了的高溫原纖維導(dǎo)入碳?xì)夥罩?，使原纖維表面涂覆上一層碳薄膜。在其公開方法的一個實施方案中，使用具有兩個反應(yīng)室的反應(yīng)管，原料氣被分別引入各個反應(yīng)室，在這分開的反應(yīng)室中，分兩步涂覆上碳薄膜。
過去，當(dāng)光導(dǎo)纖維表面密封涂覆碳層時，在碳膜和光導(dǎo)纖維的界面出現(xiàn)殘余應(yīng)力，或者由于碳膜表面存在的高低不平，使纖維的抗張強度下降。
在相關(guān)的領(lǐng)域中，因為在一個反應(yīng)室內(nèi)的原料氣的濃度和組成等反應(yīng)條件維持不變，原纖維表面形成的碳膜是均勻的。
當(dāng)有兩個或以上反應(yīng)室時，如該對比文獻(xiàn)所提出的，涂覆碳是在各個反應(yīng)室內(nèi)以不同的氣體氛圍進(jìn)行的，由于室與室之間纖維溫度不同，因此在界面形成不均勻的膜。因此，由于在不均勻的相界面存在殘余應(yīng)力產(chǎn)生了變形，使之不能達(dá)到強度的改進(jìn)。
本發(fā)明的一個目的是在原纖維的徑向方向上，連續(xù)改變在原纖維上形成的密封涂層的性質(zhì)。
本發(fā)明是基于下列發(fā)現(xiàn)。
當(dāng)用烴和囟化碳作為原料氣及囟化碳的濃度提高時，形成的碳膜的表面變得平滑，纖維的抗強度增加。然而，隨著囟化碳濃度提高，形成的碳膜的密封效應(yīng)下降。經(jīng)過各種研究后發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)室內(nèi)形成的碳膜的性質(zhì)取決于基料的溫度(原纖維的溫度)和原料氣的流速、組成、濃度和溫度，通過控制這些參數(shù)，就能成功地控制形成的碳膜的性質(zhì)。為了達(dá)到上述目的，已經(jīng)發(fā)明了具有如下特點的制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的設(shè)備和方法。
本發(fā)明制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的設(shè)備的特征是提供一個對原纖維進(jìn)行密封涂覆的單個反應(yīng)室和將原料氣引入該反應(yīng)室的一組入口管，以及在原纖維通過該反應(yīng)室的運動方向上，這一組入口管以相互不同的位置通入反應(yīng)室。對于每根入口管，可以提供對經(jīng)這一組入口管引入該單個反應(yīng)室的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數(shù)之至少一種參數(shù)進(jìn)行控制的控制裝置。
本發(fā)明制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的方法的特征是當(dāng)原纖維通過該單個反應(yīng)室，原料氣被引入反應(yīng)室對原纖維進(jìn)行涂覆時，在沿著原纖維通過該反應(yīng)室的運動方向上，在該單個反應(yīng)室內(nèi)的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數(shù)之至少一種參數(shù)被連續(xù)改變。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)光導(dǎo)纖維通過反應(yīng)室時，對該光導(dǎo)纖維進(jìn)行密封涂覆時，反應(yīng)室內(nèi)的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數(shù)的至少一種參數(shù)，可以在原纖維導(dǎo)入該反應(yīng)室的運動方向上被連續(xù)改變，所以原纖維在沿其徑向方向上得到具有連續(xù)改變膜性質(zhì)的密封涂覆膜。
這是基于下列原理當(dāng)烴和囟化碳作為原料氣被導(dǎo)入該單個反應(yīng)室時，烴的濃度愈高，膜形成溫度越高，形成的膜的密封效應(yīng)愈好。另一方面，當(dāng)具有脫氫效應(yīng)的囟化碳的濃度提高時，反應(yīng)溫度就降低，就會形成具有平滑表面和增強了纖維起始強度的碳膜。
纖維溫度升高及原料氣流速增加時，膜的形成溫度就趨于升高。
根據(jù)上述原理，當(dāng)具有高烴濃度的原料氣供給高溫原纖維的入口端(沿原纖維運動方向的上游端)和當(dāng)具有更高濃度的囟化碳原料氣供給時，由于原纖維的溫度降低(當(dāng)它向沿原纖維運動的方向的下游端移動時)及原料氣的供給量增加，就形成了一個足夠厚的膜，并在原纖維和碳膜的界面處，形成具有致密結(jié)構(gòu)和高密封效應(yīng)的碳膜，形成的碳膜具有平滑的表面，而無明顯的邊緣或臺階。
從下列詳述和僅作為舉例的附圖，本發(fā)明就變得更易被充分理解。這些附圖不能認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。
從下列詳述，可以更明白看出本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用范圍。然而，應(yīng)當(dāng)理解這些詳述和具體實例，以及指明的本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，僅僅是作為舉例性質(zhì)，因為從這些詳述中，對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，他們可以作出各種變化和修改。


圖1 表示本發(fā)明密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備的實施方案的視圖，它可應(yīng)用于本發(fā)明密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造方法。
圖2 表示本發(fā)明密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備的另一個實施方案的視圖。
現(xiàn)在參考圖1說明本發(fā)明的一個實施方案。
如圖所示，原纖維由拉伸設(shè)備10拉伸光導(dǎo)纖維預(yù)型件2形成。從預(yù)型件2拉出的原纖維1被送到密封涂覆設(shè)備20，在那里被密封涂覆以例如碳，以形成密封涂覆了的光導(dǎo)纖維3。該密封涂覆的光導(dǎo)纖維3經(jīng)纖維直徑監(jiān)測設(shè)備35和冷卻設(shè)備40后，送到樹脂涂覆設(shè)備50，以形成涂覆了樹脂的光導(dǎo)纖維5。該樹脂涂覆的光導(dǎo)纖維5經(jīng)一絞盤被繞到一個滾筒上(未顯示出)，或在它涂以尼龍后被繞在滾筒上。
預(yù)型件2被掛在拉伸設(shè)備10的管子11上，由一個臂(未示出)持住。管子11置于拉伸爐12內(nèi)，爐12有用于加熱和熔化預(yù)型件2下端的加熱器。拉伸爐12可以是公知的電爐或射頻爐。最好是它不產(chǎn)生氫分子或塵埃。由拉伸設(shè)備10從預(yù)型件2紡出折射率分布與預(yù)型件2基本相似的原纖維1，纖維照原樣被喂入密封涂覆設(shè)備20。
密封涂覆設(shè)備20有一反應(yīng)管21和冷卻套22。反應(yīng)管21內(nèi)部由隔板23a和23b分隔成一個單個反應(yīng)室25和其上、下游端形成的兩個密封室26。隔板23a和23b上分別有孔24a和24b，纖維通過兩孔中心穿過。密封氣如氮或氬，經(jīng)入口管26a通入密封室26。一組入口管25a、25b、25c和25d以及排氣管25e，在沿原纖維1穿過反應(yīng)室25的運動方向上，相互以不同位置通向反應(yīng)室25。原料氣經(jīng)入口管25a、25b、25c和25d供給反應(yīng)室25，而經(jīng)放空管25e放空。待供給反應(yīng)室25的原料氣的流速、組成、濃度和溫度，由為每根入口管提供的控制裝置27獨自控制。因此，在沿原纖維流經(jīng)反應(yīng)室25的流動方向上，反應(yīng)室25內(nèi)原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數(shù)中至少一種參數(shù)能被連續(xù)改變。
為了減小吹向原纖維1的原料氣的變化，反應(yīng)室25可以是具有一組管子的多管結(jié)構(gòu)。圖2示出本發(fā)明另一實施方案的縱向剖示圖，其中雙管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室在沿原纖維運動方向上被剖開。在反應(yīng)室25內(nèi)，安排著1根在其表面具有許多小孔的內(nèi)管25f。作為雙管結(jié)構(gòu)，可使用具有壁厚1.5mm、內(nèi)徑40mm的反應(yīng)管和壁厚1.5mm、內(nèi)徑25mm，帶直徑為1-2mm、間距5mm小孔的石英管。原纖維1沿著內(nèi)管25f的中心軸運動。因此，原料氣通過小孔，并吹到原纖維1的表面。因此，1.在原料氣的上游端和下游端的氣體的速度差成為一致，和2.在形成的膜的深度方向上，原料氣能均勻供給原纖維。因此，即使入口管25a、25b、25c、25d和25e沿圓周方向不是對稱排列，原料氣氛圍的變化也將被減小，膜能沿原纖維1的圓周方向均勻形成。
控制裝置27包括與原料氣(如乙烯或乙炔等烴類，四氯化碳、囟化烴、氯仿或三氯乙烯等囟化碳)和用作稀釋氣的惰性氣體，如氮、氦或氬等的供應(yīng)源(未表示出)相連的質(zhì)量流量閥28a、28b和28c，用于計量流過質(zhì)量流量閥的氣體的流速的質(zhì)量流速計29a、29b和29c，和一個用于混合經(jīng)質(zhì)量流速計的氣體的混合室30。在混合室30內(nèi)，裝有溫度計，以測量其內(nèi)部氣體的溫度和加熱內(nèi)部氣體的加熱器之類的溫度控制單元的溫度。因此，經(jīng)入口管25a、25b、25c和25d，從質(zhì)量流量閥供給反應(yīng)室25的原料氣的流速、組成、濃度和溫度，能被逐條管道地獨立加以控制。組成受到控制的原料氣在混合室30內(nèi)完全混合，然后供給反應(yīng)室25。只有經(jīng)過由控制裝置27所控制的入口管25a-25d中的至少一條向反應(yīng)室25供給惰性氣體，反應(yīng)室25內(nèi)的原料氣的濃度才能在沿原纖維1的運動方向上得到連續(xù)改變。
氫氣或氯氣可以加入被引入反應(yīng)室25的原料氣中，以控制原料氣中氫原子或氯原子的含量。
氦、氮或空氣之類氣體，或水或醇類等液體可作為冷卻劑，從入口管22a供給反應(yīng)室25外面的反應(yīng)管21周圍安裝的冷卻套22，并經(jīng)流出管22b進(jìn)行循環(huán)。在這種方式下，面對反應(yīng)室25的反應(yīng)管21的側(cè)壁是處于常溫下。
安裝在密封涂覆設(shè)備20下方的纖維直徑監(jiān)測設(shè)備35，用激光束測量密封涂覆光導(dǎo)纖維的外徑。原纖維1的纖維直徑由這一測量來控制。其下的冷卻設(shè)備40，被用于將密封涂覆的光導(dǎo)纖維冷卻到例如70℃的溫度。冷卻設(shè)備40可包括一個長度為30cm、內(nèi)徑為1.5cm圓筒，冷卻用的氦氣以每分鐘10升的速度供給。在冷卻設(shè)備下面的樹脂涂覆設(shè)備50，包括一個充填以樹脂52的模子51。該密封涂覆光導(dǎo)纖維3在通過模子51時被涂覆以樹脂52，而形成樹脂涂覆的光導(dǎo)纖維13。
由上述設(shè)備對原纖維進(jìn)行密封涂碳的一個實驗結(jié)果解釋如下在該實驗中，乙烯被用作烴原料氣，四氯化碳被用作為囟化碳原料氣。由于四氯化碳在室溫室壓下是液體，它由一蒸發(fā)器在30℃(恒溫)蒸發(fā)之，氦氣被用作為載氣。氮氣被用作為稀釋氣。從入口管25a、25b、25c和25d供給反應(yīng)室25的原料氣的組成和流速列于下表表 1(四氯化碳的)入口管 乙烯 載氣25a 80cc/min 120cc/min25b 60cc/min 140cc/min25c 40cc/min 160cc/min25d 20cc/min 180cc/min因此，在沿原纖維移動的方向上，在高溫原纖維的入口端(上游端)，原料氣以高濃度烴供給反應(yīng)室，在纖維向下游移動時，原料氣以高囟化碳濃度供給。
原纖維的拉伸速度為150m/min，反應(yīng)管壁溫度保持在100℃，對兩個密封室26通入口的密封氣(氮)的流速設(shè)定為3l/min。
在這一條件下，碳被密封涂覆在原纖維上，在原纖維和碳膜的界面上，形成了具有致密結(jié)構(gòu)和高密封效應(yīng)的碳膜，形成的碳膜具有平滑的表面，而無明顯的邊緣和臺階。結(jié)果，形成的密封涂覆光導(dǎo)纖維的平均起始強度不小于6.0kgf，抗張強度等于或高于無碳密封涂層的常規(guī)光導(dǎo)纖維。這個結(jié)果比涂碳光導(dǎo)纖維的有關(guān)技術(shù)的值約增加20%。在光導(dǎo)纖維留在氫氣氛(80℃，latm)20小時后，疲勞指數(shù)n高達(dá)100或更高，傳輸損失(1.24μm)沒有因為氫氣的作用而增加。這顯示出其很好的防水性和抗氫性。
為了比較目的，僅從入口管25a向反應(yīng)室25通入原料氣，而關(guān)閉該設(shè)備的入口管25b、25c和25d，來制造涂碳光導(dǎo)纖維，其特征表述如下
(1)通入反應(yīng)室的乙烯原料氣的流速為200cc/min，四氯化碳載氣(氦)的供氣流速為300cc/min。
抗張強度4.5-5.0kgf疲勞指數(shù)(n)100或更高由于氫氣造成傳輸損失的增加0dB/km(2)向反應(yīng)室通入乙烯原料氣的流速為100cc/min，四氯化碳載氣(氦)的供氣流速為400cc/min。
抗張強度6.0-6.5kgf疲勞指數(shù)(n)100或更高由于氫氣造成傳輸損失的增加0.1-0.4 dB/km從上述對本發(fā)明的描述中可知，很明顯本發(fā)明可以許多方式變化。這些變化不應(yīng)認(rèn)為是違背本發(fā)明的精神和范圍，而且所有這些對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是明顯的改進(jìn)，將被包括于下述權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，該設(shè)備具有一個單個的反應(yīng)室，原纖維和原料氣被引入該反應(yīng)室，當(dāng)原纖維通過反應(yīng)室時，由原料氣對原纖維進(jìn)行密封涂覆，該設(shè)備包括該反應(yīng)室有一組引入原料氣的入口管，和在原纖維通過該反應(yīng)室的運動方向上，這些入口管以相互不同的位置通入反應(yīng)室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，還包括對經(jīng)這組各自獨立的入口管引入反應(yīng)室的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數(shù)之至少一種參數(shù)進(jìn)行控制的控制裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中的控制裝置包括一系列控制原料氣的各氣體組分的流速的流速控制閥、混合流經(jīng)這些流速閥的原料氣組分的混合室和控制在混合室內(nèi)混合了的原料氣的溫度的溫度控制裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中的溫度控制裝置包括測量在混合室內(nèi)原料氣溫度的溫度計和加熱混合室內(nèi)原料氣的加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中原料氣的濃度由改變混合稀釋氣的量來控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中原料氣的濃度由改變混合稀釋氣的量來控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中至少1條入口管用于向反應(yīng)室內(nèi)引入惰性氣體而非原料氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中至少1條入口管用于向反應(yīng)室內(nèi)引入惰性氣體而非原料氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中至少1條入口管用于向反應(yīng)室內(nèi)引入惰性氣體而非原料氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中的反應(yīng)室裝有一個表面開著許多小孔的內(nèi)管，原纖維通過該內(nèi)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中的反應(yīng)室裝有一個表面開著許多小孔的內(nèi)管，原纖維通過該內(nèi)管。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中的反應(yīng)室裝有一個表面開著許多小孔的內(nèi)管，原纖維通過該內(nèi)管。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中的反應(yīng)室裝有一個表面開著許多小孔的內(nèi)管，原纖維通過該內(nèi)管。
14.一種將原纖維導(dǎo)入一個單個的反應(yīng)室，當(dāng)原纖維通過反應(yīng)室時，引入反應(yīng)室的原料氣對原纖維進(jìn)行密封涂覆，制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的方法，該方法包括在原纖維通過該反應(yīng)室的運動方向上，在反應(yīng)室內(nèi)的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數(shù)之至少一種參數(shù)被連續(xù)改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的方法，其中被引入反應(yīng)室的原料氣是乙烯、乙炔、囟化碳或囟化烴、或它們兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的方法，其中氯氣或氫氣與原料氣混合被通入該反應(yīng)室。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的制造密封涂覆光導(dǎo)纖維的方法，其中氯氣或氫氣與原料氣混合被通入該反應(yīng)室。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中原纖維上被密封涂覆一層碳膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中原纖維上被密封涂覆一層碳膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中原纖維上被密封涂覆一層碳膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，其中含高濃度烴的原料氣在按原纖維運動方向的上游端供給通向反應(yīng)室的入口管，含高濃度囟化碳的原料氣在按原纖維運動方向的下游端，以增加了的原料氣供應(yīng)量供給通向反應(yīng)室的入口管。
全文摘要
一種密封涂覆光導(dǎo)纖維的制造設(shè)備，該設(shè)備具有一個單個的反應(yīng)室，原纖維和原料氣被引入該反應(yīng)室，當(dāng)原纖維通過反應(yīng)室時，用以對原纖維進(jìn)行密封涂覆，其特征是該反應(yīng)室有許多引入原料氣的入口管，和在原纖維通過該反應(yīng)室的運動方向上，這許多入口管以相互不同的位置通入反應(yīng)室。
文檔編號C03C25/10GK1064466SQ92100979
公開日1992年9月16日 申請日期1992年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月14日
發(fā)明者相川晴彥, 永山勝也, 石黑洋一, 吉村一朗, 勝山豐, 吉澤信幸 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 日本電信電話株式會社