专利名称：光纤制造方法
技术领域：
本发明涉及光纤制造方法，该光纤制造方法通过加热并熔化玻璃
预制棒(preform)的一端来从该玻璃预制棒拉制玻璃纤维，并绕所拉制的 玻璃纤维的外周涂覆至少一层树脂。
背景技术：
日本专利申请特开No.2001-247340公开了一种通过供给压縮气体 来吹飞逆流树脂并吸入所吹飞的树脂以解决涂覆装置中的涂覆树脂由 于逆流而溢出的技术。
然而，当使用上述申请中公开的技术时，因为它需要压縮气体的 供给以及用以吸入树脂的装置，所以它具有装置构造复杂的问题。此 外，由于树脂供给受到压缩气体供给、树脂吸入的干扰，所以拉制光 纤的特性波动，并且所拉制的玻璃纤维的涂覆量变化。
发明内容
本发明提供一种用于使用简单的装置构造来制造具有一致特性的 光纤的方法。
为了解决上述问题，本发明公开了一种拉制光纤的方法，其中通 过加热并熔化玻璃预制棒的一端来从该玻璃预制棒拉制玻璃纤维并绕 所拉制的玻璃纤维的外周涂覆至少一层树脂。该方法包括如下步骤 随着光纤拉丝速度增加，将树脂的粘度从起动过程时间期间的初始粘 度降低到定常粘度，其中该定常粘度是预定粘度；以及将起动过程时 间期间的拉丝速度增加到较快的定常速度。
现在参照附图
图1是在本发明的实施例中使用的光纤制造设备的总体构造的示
意图2是在本发明的实施例中制造的涂覆光纤的示意性剖视图； 图3示出了图1的树脂涂覆装置的构造；
图4是图3中的着陆部中的第一树脂边界面附近的放大图5示出了每个过程中光纤拉丝速度的变化(虚线)与第一树脂 的粘度的变化(实线)之间的关系；
图6示出了每个过程中光纤拉丝速度的变化(虚线)与第一树脂 的粘度的变化(实线)之间的另一关系；以及
图7示出了每个过程中光纤拉丝速度的变化(虚线)与第一树脂 的粘度的变化(实线)之间的又一关系。
具体实施例方式
下面参照上述附图来阐述根据本发明的光纤涂覆和制造方法的详 细描述。尽管下面描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，这些 实施例仅作为示例提出，并非意欲限制本发明的范围。
(本发明的实施例)
图1是在本发明的实施例中使用的光纤制造设备的总体构造的示 意图。如图1中所示，光纤制造设备100包括如热器2a;用以加热
并熔化玻璃预制棒的一端的拉丝加热炉2;用以绕玻璃光纤3的外周涂 覆紫外线固化树脂的树脂涂覆装置5和7;用以固化所涂覆树脂的树脂 固化装置6和8;用以牵拉涂覆的光纤9的巻线辊10;以及收线轴ll。
树脂固化装置6和8例如是紫外线照射装置。巻线辊10还设有拉丝速 度测量装置4，并且基于巻线辊10的旋转速度，拉丝速度测量装置4 测量从玻璃预制棒1拉制的光纤9的拉丝速度。
图2是根据本发明的方法制造的涂覆光纤9的示意性剖视图。如图2中所示，光纤9由玻璃纤维3、第一涂层9a和第二涂层9b组成。 由硅石制成的玻璃纤维3具有芯3a (例如，直径大约lOixm)和环绕 芯3a外周的覆层3b (外径大约125 um)。光纤9的外径例如大约为 250nm。而且，选择分别用于第一和第二涂层9a和9b的第一树脂和 第二树脂来维持光纤9的光学特性并改进光纤9的耐用性和外观。
接下来，对与本发明的实施例相关的光纤制造方法进行说明。首 先，在光纤制造设备100中，将由石英玻璃制成的玻璃预制棒1置于 拉丝加热炉2中。加热器2a加热并熔化玻璃预制棒1的底部，并从玻 璃预制棒1拉制玻璃纤维3。在此制造方法中，玻璃光纤3的初始拉丝 以相对缓慢的速度(例如70 m/min)进行。然后，拉丝速度逐渐增加 到预定速度(例如1700 m/min)。下面，在该制造方法中，把从初始拉 丝速度起增加拉丝速度的过程称为起动过程，而把拉丝速度保持恒定 的过程称为定常过程。而且，把起动过程的时段称为起动过程时间 (Tl)，并且把定常过程的时段称为定常过程时间(T2)。通过例如改 变加热器2a的温度和/或巻线辊10的牵拉速度能改变拉丝速度。接下 来，树脂涂覆装置5绕所拉制的玻璃纤维3的外周涂覆第一树脂，而 树脂固化装置6固化该第一树脂并形成第一涂层9a。
在下文中，对树脂涂覆装置5的构造以及涂覆方法进行详细说明。 图3公开了图1中所示的树脂涂覆装置5的构造以及涂覆方法。如图3 中所示，树脂涂覆装置5具有圆柱形的流嘴部51、连接到流嘴部51的 下侧的圆柱形模具部52、从下侧保持该模具部52的模具保持器53、 向模具部52供给树脂的树脂供给装置54、将气体喷射到流嘴部51上 的气体喷射装置55，以及控制器C。
流嘴部51具有光纤导入部51a和着陆部51b，该光纤导入部51a 是圆形的开口并随着其朝着下侧延伸减小其内径并且置于中心轴附 近，该着陆部51b具有为恒定内径的圆形开口并连接到光纤导入部51a。 模具部52置于与着陆部51b相同的轴上并具有縮径部52a、树脂形成部52b、树脂存储部52c、连接部52d和树脂供给管线52e，该縮径部 52a是圆形开口，该圆形开口随着其朝着下侧延伸减小其内径，该树脂 形成部52b是具有恒定内径的圆形开口并且连接到縮径部52a并与縮径 部52a在同一轴上，该树脂存储部52c是环绕縮径部52a的空间，该连 接部52d连接縮径部52a和树脂存储部52c，而该树脂供给管线52e置 于模具部52的外表面处并连接到树脂存储部52c。
模具保持器53具有开口部53a和加热器53b，该开口部53a是具 有恒定内径的圆形开口并且连接到树脂形成部52b并与树脂形成部52b 在同一轴上。树脂供给装置54具有用以存储树脂R的树脂供给罐54a、 用于供给存储在树脂供给罐54a中的第一树脂R的泵54b，以及连接模 具部52的树脂供给管线52e并将第一树脂R从泵54b供给到模具部52 的供给管54c。气体喷射装置55置于流嘴部51上方并向流嘴部51的 光纤导入部51a喷射C02气体。控制器C接收关于光纤拉丝速度的信 息并基于此信息来控制模具保持器53的加热器53b。
树脂涂覆装置5以如下方式将第一树脂R涂覆到玻璃光纤3上。 首先，如图3中所示，树脂供给装置54的泵54b发出存储在树脂供给 罐54a中的第一树脂R，并通过供给管54c将它供给到模具部52。然 后，模具部52的树脂存储部52c、连接部52d、縮径部52a和树脂形成 部52b充满该第一树脂R。树脂存储部52c起到减小第一树脂R的压 力变化的作用。第一树脂R的边界面置于流嘴部51的着陆部51b内。 玻璃光纤3插入到流嘴部51的纤维导入部51a中。然后玻璃光纤3经 过着陆部51b、模具部52的縮径部52a和树脂形成部52b，并从模具保 持器53的开口部53a离开。结果，填充在縮径部52a和树脂形成部52b 处的第一树脂R绕玻璃纤维3的外周涂覆。第一树脂R由树脂形成部 52b控制，使得涂覆的外径在预期的范围内。
控制器C接收关于光纤拉丝速度的信息。在初始的起动过程中， 将模具保持器53中的加热器53b的输出设为零并将要绕玻璃光纤3涂覆的第一树脂R保持在室温(例如25°C 35°C)下。之后，随着在起 动过程时间期间拉丝速度增加，控制器C增加第一树脂R的温度，并 且在定常过程时间期间，控制器C控制加热器53b以将第一树脂R保 持在恒定的温度下。
在本发明的实施例中，通过在定常过程期间如上所述地用控制器 C控制加热器53b，玻璃纤维3能被涂覆具有理想的预定粘度的第一树 脂R。并且，在起动过程时间期间(其中拉丝速度随时间变化)，能以 比在预定粘度期间更高的粘度等级涂覆第一树脂R。结果，防止了树脂 溢出，并且能将第一树脂R均匀地涂覆到玻璃纤维3上。
图4是图3中的着陆部51b中的第一树脂R的边界面Ra附近的 放大视图。如图3和图4中所示，当树脂涂覆装置5将第一树脂R涂 覆到玻璃纤维3上时，随着玻璃纤维3向下移动，着陆部51b中的第 一树脂R的边界面Ra具有凸起的弯月面形状。在该过程期间，光纤的 拉丝速度近似恒定，而边界面Ra的高度也得以稳定。然而，在起动过 程期间，因为拉丝速度随时间变化，所以边界面的高度易于变化。
如果将第一树脂R向上游的流量表示为Q，树脂涂覆装置5内的
压力是P，粘度是P,玻璃光纤3与着陆部51b之间的间隙是w，而玻
璃光纤3的拉丝方向是z轴的负方向，那么从Navier-Stokes方程推出
下面的方程
g 二 ，4 /8//(-<^/刮 (1)
如方程(l)中所示，第一树脂R向上游的流量Q与第一树脂R的粘 度u成反比。根据该关系，在本发明的实施例中，第一树脂R在起动 过程时间期间(拉丝速度随时间变化)的粘度"高于在定常过程时间 中的粘度。因此，能抑制随着拉丝速度增加第一树脂R向上游的流量 的增加，并且也能抑制边界面Ra的高度的变化。结果，防止了树脂从 着陆部51b溢出并且能将树脂均匀地涂覆到玻璃光纤上。而且，如果抑制了在起动过程时间期间的边界面Ra的变化，那么在后续的定常过 程时间中的树脂溢出也不太可能发生。
如果树脂的粘度从初始起动过程到起动过程时间中的预定时间保 持恒定，然后在该预定时间之后降低(为定常过程时间中的粘度)，那 么能在没有复杂控制的情况下抑制树脂溢出。而且，如果树脂的温度 在初始起动过程时间处于室温(例如，25'C 35'C)下，那么能进一 步简化控制。
而且，通过控制其温度来改变粘度是控制连续发送到树脂涂覆装 置5的树脂的粘度的最容易的方式之一。希望预先了解待使用的树脂 对温度的粘度特性，然后根据所述特性控制树脂温度。例如，控制温 度使树脂粘度在初始起动过程超过1.4Pa s能有效地抑制树脂溢出。
如上所述，气体喷射装置55将C02气体喷射到流嘴部51的光纤 导入部51a上。利用C02气体的喷射防止第一树脂中的气泡形成，因 为边界面Ra充满了 C02气体，C02气体的动粘度系数小于空气的动粘 度系数。如果发生树脂溢出，那么第一树脂R的边界面Ra最有可能暴 露于空气。在这种情况下，气泡可能会进入第一树脂R中(甚至进入 第一涂层9a中)并降低光纤9的可靠性。然而，根据本发明的实施例， 由于防止了树脂溢出，所以也能防止任何气泡混入第一树脂R中。
接下来，具有第一涂层9a的玻璃纤维3通过树脂涂覆装置7进一 步涂覆第二树脂，然后通过树脂固化装置8固化以形成第二层9b。因 为树脂涂覆装置7具有与树脂涂覆装置5相同的构造并且提供相同的 控制功能，所以也防止了树脂涂覆装置7中的树脂溢出，并将第二树 脂涂层均匀地施加到具有第一涂层9a的玻璃纤维3上。
图5示出了每个过程中光纤拉丝速度的变化(虚线)与第一树脂 R的粘度的变化(实线)之间的关系。在图5中，将拉丝的开始时间设定为原点，从开始时间到时刻tl是起动过程时间T1，而在时刻tl之后 是定常过程时间T2。如图5中所示，在本发明的实施例中，拉丝的开 始时间中的初始拉丝速度从VI开始，接下来在起动过程时间Tl期间 拉丝速度逐渐增加，然后在定常过程时间T2中拉丝速度保持在预定速 度Vc。同时，控制器C将加热器53b的输出设为零以使在拉丝的开始 时间中第一树脂R的粘度(y 1)高于在定常过程时间T2的期望预定 粘度yc。然后随着在起动过程时间Tl期间拉丝速度增加，控制器C 逐渐将该粘度降低到预定粘度uc。在定常过程时间T2中，控制器C 促使粘度变为预定粘度uc。此外，光纤拉丝速度的变化与第二树脂的 粘度的变化之间的关系能以与图5相似的模式进行表示。
如上所述，根据本发明的实施例，能够利用简单的装置构造来提 供一致的树脂涂覆并制造具有一致特性的光纤。
此外，光纤拉丝速度的变化与第一树脂R的粘度的变化之间的关 系不限于图5中所示的关系。图6和图7示出了每个过程中光纤拉丝 速度的变化(虚线)与第一树脂R的粘度的变化(实线)之间的其它 关系。在图6的情形中，光纤拉丝速度的变化与图5中相同，然而， 在起动过程时间Tl期间，第一树脂R的粘度在预定时刻t2以前保持 在恒定值u2，然后在t2之后，该粘度逐渐降低以达到预定粘度nc。 例如通过在初始起动时间与预定时刻t2之间将加热器53b设定为关闭 来进行上述粘度控制。之后，将加热器53b的输出设为期望量。
在图7的情形中，光纤拉丝速度的变化与图5和图6中的相同； 然而，在起动过程时间Tl期间，第一树脂R的粘度在预定时刻t3以 前保持在恒定值U3。之后，粘度降低以达到预定粘度ixc。该预定时刻 t3在时刻t4之后，在起动过程时间T1期间，光纤拉丝速度在时刻t4 变化最快。如上所述，通过将开始降低第一树脂R的粘度的时间设定 在光纤拉丝速度变化最快的时刻t4之后，在时刻t4处能提供高粘度树 脂并且为防止树脂溢出提供更明确的控制。此外，光纤拉丝速度的变化与第二树脂的粘度的变化之间的关系能以与图6和图7相似的模式 进行表示。
而且，改变树脂粘度的方法不限于树脂的温度控制。通过控制树 脂的成分和/或树脂的浓度也能改变树脂的粘度。
(示例1和2，以及对比示例1) 接下来，作为本发明的示例1和2以及对比示例1，使用与上述 实施例中所描述的相同制造设备来制造光纤。在示例1和2以及对比 示例1中，起动过程中的初始拉丝速度是70 m/min，然后在定常过程 期间，该速度逐渐增加到1700m/min的预定速度。在树脂涂覆装置中， 在树脂的温度保持在定常过程时间的期望温度的情况下施加第一涂 层。拉丝速度在其达到600 700 m/min时变化最快。
在示例1中，在第二涂层中，树脂温度保持在30'C的室温下，直 至拉丝速度从初始拉丝速度达到1000 m/min。然后，树脂温度逐渐升 高并在定常过程时间期间保持在50。C。用于第二涂层的树脂在3(TC下 具有3.0Pa.s的粘度，而在50。C下具有0.65Pa's的粘度。当通过上 述设备制造1000000 km的光纤时，在起动过程时间期间树脂溢出的频 率低于0.005次/1000 km，而在定常过程期间不发生树脂溢出。
在示例2中，在第二涂层中，树脂温度保持在4(TC下，直至拉丝 速度从初始起动过程时间起达到1000 m/min。然后，树脂温度逐渐升 高并在定常过程时间期间保持在50'C。用于第二涂层的树脂在40'C下 具有1.45 Pa s的粘度，而在5(TC下具有0.65 Pa s的粘度。当通过 上述设备制造1000000 km的光纤时，在起动过程时间期间树脂溢出的 频率是O.Ol次/1000km，而在定常过程期间不发生树脂溢出。
在对比示例1中，在第二涂层中，树脂温度在起动过程时间和定 常过程时间中均保持在50°C。当通过上述设备制造1000000 km的光纤时，在起动过程时间期间树脂溢出的频率是0.05次/1000 km，并且在 定常过程期间也发生树脂溢出。
权利要求
1. 一种制造光纤的方法，其中通过加热并熔化玻璃预制棒的一端来从所述玻璃预制棒拉制玻璃纤维，并绕所拉制的玻璃纤维的外周涂覆至少一层树脂，所述方法包括如下步骤随着光纤拉丝速度增加，将所述树脂的粘度从起动过程时间期间的初始粘度降低到定常粘度，其中所述定常粘度是预定粘度；以及将所述起动过程时间期间的拉丝速度增加到较快的定常速度。
2. 根据权利要求l所述的制造光纤的方法，其中在所述起动过程 时间中，所述树脂的粘度在预定时间以前保持相对恒定，在所述预定 时间之后，所述树脂的粘度降低到所述预定粘度。
3. 根据权利要求l所述的制造光纤的方法，其中所述树脂的粘度 在初始起动过程时间超过1.4 Pa s。
4. 根据权利要求l所述的制造光纤的方法，其中通过控制所述树 脂的温度来改变所述树脂的粘度。
5. 根据权利要求l所述的制造光纤的方法，其中在初始起动过程 时间，所述树脂的温度在25'C与35X:之间。
全文摘要
本发明提供一种光纤制造方法，该光纤制造方法使用简单的装置构造来制造具有一致特性的光纤。所述光纤制造方法包括通过加热并熔化玻璃预制棒的一端来从该玻璃预制棒拉制玻璃纤维并绕所拉制的玻璃纤维的外周涂覆至少一层树脂。该方法包括如下步骤随着光纤拉丝速度增加，将树脂的粘度从起动过程时间期间的初始粘度降低到定常粘度，其中该定常粘度是预定粘度；以及将起动过程时间期间的拉丝速度增加到较快的定常速度。
文档编号C03B37/025GK101544465SQ20091013020
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年3月24日
发明者宋敏硕 申请人:古河电气工业株式会社