新型光纤涂敷系统的制作方法

专利名称：新型光纤涂敷系统的制作方法
技术领域：
新型光纤涂敷系统
技术领域：
本发明属于光纤制作领域，具体涉及一种在光纤制作后期为光纤加上与 光纤同轴的树脂涂敷层的新型光纤涂敷系统。背景技术：
光纤的制备工艺自其产生以来经历了二十多年的提高与完善，虽然目前 光纤工业已经逐步发展成为一门成熟的产业，但是很多特殊材料光纤仍停留 在实验室阶段。并且由于很多特殊材料光纤在光通信领域中巨大的发展潜力 及潜在的商业价值，如今乃至以后其必将成为众多实验室的研究热点之一。 因此，非常有必要学习、研究光纤的生产工艺，并对其进行改造，使之更适 合于实验室中对特殊材料光纤的开发。
常见的光纤制备工艺主要为制作预制棒，将预制棒在通有保护气体的 拉丝炉中引下，拉制成玻璃纤维，然后测量所拉制的玻璃纤维的直径并将测 量结果反馈给系统，系统通过控制拉丝速度来获得标准直径的光纤，光纤离 开直径测量系统后经过冷却系统，在光纤表面的微裂纹受空气中水分等的影 响扩大之前，迅速地对光纤进行涂覆来保护其表面。最后将拉制得到的经过 涂敷后的光纤进行收集。
在众多的光纤生产流程中，为光纤加上树脂保护层是光纤制备工艺中不 可或缺的一部分。因为大多数光纤是由玻璃制成，有着易磨损，易腐蚀，不 易弯曲等缺点，所以涂覆层对光纤的损耗(防止微弯损耗)和强度(防止静态 疲劳和磨损)会产生很大的影响。
目前光纤的涂敷方法按照涂料类型来划分，主要可以分为热固化光纤 涂料和紫外光固化光纤涂料两种。
热固化光纤涂料主要包括聚硅氧烷(硅橡胶)、聚丁二烯以及环氧丙烯酸 酯等。所采用的涂敷工艺主要是将涂敷树脂加热成为液体状态，在涂敷模 具中将液态的树脂附着到正在引下中的光纤上，并且在下面加上冷风装置，
4使光纤外表面的涂敷层在短时间内冷却成为固态，包覆在光纤的外表面形成 保护层。初次涂敷后还可以用同样的方法施加更硬的二次涂敷层。
但是这种涂敷工艺却有很多不可避免的缺点，例如加热涂料的过程中 会在空气里中产生很多有害气体；为保证光纤外表面的树脂能够充分冷却， 以便光纤收集时不会产生粘连，涂敷系统与下端的光纤收集系统应留有足够 的空间，致使整个拉丝系统很难做到紧凑；由于涂料固化时间较长，光纤涂 覆速度一般小于50m/min。因此，基于这类涂敷材料的涂敷工艺并不适用于 实验室中的对光纤的研发及拉制，并且已经逐渐退出工业生产。
紫外光固化光纤涂料是80年代发展起来并迅速在光纤生产中得到广泛 应用的光纤涂料。最常用的是采用自由基聚合的丙烯酸酯类涂料。针对这类 涂料，所采用的涂敷工艺主要是将紫外线固化树脂涂料附着到正在引下中 的光纤上，并且在下面加上紫外线固化装置，经过紫外线的照射使光纤外表 面的涂敷层在短时间内成为固态，包覆在光纤的外表面形成保护层。涂敷工 艺进一步可以分为单层涂覆(wet on wet)与双层涂覆(wet on dry)两种。 基于紫外光固化光纤涂料的涂敷工艺由于其具有污染小，对人体比较安全， 固化速度快等优点，所以较热固化涂料更加适合于在工业和实验室中对光纤 进行涂敷。
目前基于紫外线固化涂料的涂敷工艺，美国专利US-A-4531959设计了 一种以喷射器为形式的涂敷模具，并且被广泛用于光纤工业生产中。但是这 种涂敷模具的最主要缺点为分级外缸筒，模具和格栅的设计使树脂涂敷层 与拉丝光纤的同心度产生严重的偏差。为解决以上问题，法国阿尔卡塔尔公 司在此基础上申请专利01119348. 4，提出了一种改进的光纤涂敷设备。但是 和美国专利一样，法国阿尔卡塔尔公司的光纤涂敷设备也是针对光纤工业生 产所设计的，具有设备体积大，造价高，设备更新困难等缺点，很难满足实 验室中对光纤的拉制和研发的要求，并且为小规模的光纤生产带来了很多困 难。因此，非常有必要针对实验室中的光纤研发设计一种新型，简便，对人 体安全的涂敷系统来进行光纤涂敷。
发明内容
本发明为解决以上所提出的问题，针对紫外线聚合树脂设计了 一种的 新型光纤涂敷系统，系统简单，造价低廉，并利用此系统介绍了一种新型 的光纤涂敷方法，方法简便易行，安全可靠，尤其适合于对新型材料玻璃 光纤的开发及小批量试生产。
本发明采取了如下技术方案
新型光纤涂敷系统，其特征在于包括涂敷模具，储液瓶，固化盒，高 压汞灯，限位器。
涂敷模具位于固化盒上方，涂敷模具下端的锥形涂敷口紧贴固化盒上面 的光纤引入口；
储液瓶位于涂敷模具的侧面，储液瓶下端的出液管和涂敷模具侧面的注 液管相连接；
高压荥灯位于固化盒侧面的平台上，高压汞灯正对固化盒侧面的紫外线 光入射口；
一个限位器位于涂敷模具上方，限位器的锥形口的下端正对涂敷模具圆 柱形空心管的上端；
一个限位器位于固化盒下方，固化盒下面的光纤引出口正对限位器的锥 形口的上端。
光纤经过所述的限位器导入涂敷模具，涂敷模具将紫外线聚合树脂附着 于光纤上，涂敷模具和储液瓶相连接，可以将紫外线固化树脂注入到涂敷模 具中，而后将光纤竖直通过固化盒，高压汞灯由侧面将紫外线照射入固化盒， 紫外线经固化盒内侧的反射镜反射后照射到光纤表面，并使光纤表面的紫外 线聚合树脂固化，最终将带有涂敷的光纤经限位器导出完成涂敷。
所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的涂敷模具下端为锥形涂敷口，上端为圆柱形空心管，在空心管侧面处有一个注液管。
所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的储液瓶由瓶体和瓶盖两部 分组成。瓶体为圆柱形，在瓶体下端侧面处有一个出液管，瓶体入口内侧做 磨砂处理，在瓶体顶端处有一个出气孔。瓶盖下端为圆柱形空心管，瓶盖下 端外表面作磨砂处理，在瓶盖下端侧面处有一个方形缺口。
所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的固化盒的上面和下面分别 留有光纤引入口和光纤引出口，固化盒的侧面留有高压汞灯紫外线光入射 口 ，并且在高压汞灯紫外线光入射口的侧面处留有放置高压汞灯及电源的平 台。固化盒的每个内侧面可以对从入射口进入的紫外线光进行反射。
所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的高压汞灯的中心波长为紫 外线聚合树脂的固化波长。
所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的限位器为内部含有锥形口 的圆柱体，安装新型光纤涂敷系统要保证上下两个限位器锥形口的孔径和涂 敷模具的孔径同心、竖直地固定于整个系统中。
如图1所示，新型光纤涂敷系统包括涂敷模具l，储液瓶2，固化
盒3，高压汞灯4，限位器5五部分。
其中，涂敷模具1由普通玻璃经过上色处理后制成。其下端为锥形涂 敷口，其上端为圆柱形空心管，在空心管侧面处有一个注液管，当涂敷模 具中涂敷液体不足时，以便随时向其中补充紫外线聚合树脂。锥形涂敷口 的尺寸会对光纤涂敷产生很大的影响，理论上可以证明涂层半径Rc与 光纤半径Rp锥形涂敷口的半径R2具有以下关系
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因此，经计算不难得出如果要使涂层直径在190土5um左右，则锥 形涂敷口的直径必须在222—237 um之间，锥形涂敷口的最优直径还应 根据所用到的具体涂敷材料进行调整。储液瓶2中的紫外线聚合树脂可以为多次光纤拉丝提供涂敷，为避免 长时间暴露于日光下使紫外线聚合树脂变质，储液瓶由普通玻璃经过上色 处理后制成。储液瓶在结构上分为瓶体和瓶盖两部分。瓶体为圆柱形玻璃 瓶，在瓶体下端侧面处有一个出液管，瓶口内侧做磨砂处理，在瓶体顶端 处有一个出气孔。瓶盖下端为外表面作过磨砂处理的圆柱形空心管，在瓶 盖底端侧面处留有一个方形缺口。当盖上瓶盖时，经磨砂处理过的玻璃表 面可以保证储液瓶内空气的密闭性。旋转瓶盖，当方形缺口与瓶体上的出 气孔重叠时，储液瓶与大气联通。在光纤涂敷系统中，储液瓶的出液管和涂敷模具的注液管之间用橡胶 管连接。在不使用时，用夹子夹住橡胶管，避免液体进入涂敷模具。使用 时打开夹子，旋转储液瓶的瓶盖使储液瓶与大气联通，这时储液瓶中的液 体会自动注入到涂敷模具中。固化盒3外型可以是长方体、球体或圆柱体，固化盒的上面和下面分 别留有光纤引入口和光纤引出口，固化盒的侧面留有高压汞灯紫外线光入 射口 ，并且在高压荥灯紫外线光入射口的侧面处设计了放置高压汞灯的平 台。固化盒的每个内侧面可以将从入射口进入的紫外线光进行反射，保证 了涂敷时大部分紫外线光在固化盒内传播。这样做一方面可以提高紫外线 光的强度，縮短固化时间，另一方面可以从各个不同的方向将紫外线照射 到光纤的外表面，提高固化的均匀性。另外，尽量避免紫外线光的泄漏可 以减少涂敷过程中其对人体的伤害。高压荥灯4的中心波长为紫外线聚合树脂的固化波长。限位器5为一个含有锥形口的圆柱体，主要负责将光纤引入和引出光 纤涂敷系统。限位器在固定时应尽量保证锥形口的孔径和涂敷模具的孔径 同心。紫外线聚合树脂为本技术领域常规的涂敷材料。以上所有设备均固定在支架上，可以作为一套整体系统方便的添加到光纤拉丝设备中。本发明改善了传统涂敷设备的不足之处，具有以下优点1、 在光纤拉丝之前，固定好限位器和涂敷模具的位置，可以得到与 光纤的同心度和均匀性较理想的光纤涂敷层，并且涂敷时对光纤本身的损 害很小。2、 由于没有树脂加热过程和树脂喷射过程，空气中的有害气体挥发 很小，减少了涂敷过程中对操作者的损害，使在实验室中进行光纤拉丝涂 敷成为可能。3、 光纤涂敷层在固化盒中可以迅速凝固，不仅提高了拉丝速度，而且减小了整个光纤制备系统的体积。4、 整套设备造价低廉，易于制作。整个涂敷系统中的设备只有光纤 涂敷模具在长时间使用后会影响涂敷效果，需要更换，但是光纤涂敷模具 具有更换简单，价格低廉的特点。5、 可以在不影响光纤生产的情况下，多次向涂敷模具中注入紫外线 聚合树脂，避免了一次性注入的紫外线聚合树脂过多而产生的浪费，节省 涂敷成本。
图1为光纤涂敷系统结构示意图。其中，l为涂敷模具，2为储液瓶，3为固化盒，4为高压汞灯，5为限位器。 图2为固化盒结构示意图。其中，6为光纤引入口， 7为光纤引出口， 8为放置高压汞灯的平台，9为高 压汞灯紫外线光入射口。具体实施例以下结合具体实施方式
对本发明作进一步的说明，但是本发明不限于这 些实施例。具体实施例1新型光纤涂敷系统，采用图l的结构，包括涂敷模具l，储液瓶2， 固化盒3，高压汞灯4，限位器5五部分。其特征在于涂敷模具1由普通玻璃经过上色处理后制成。其下端为内径①l=0.3mm，高度H^20mm的锥形涂敷口，锥形涂敷口的直径为230 U m， 其上端为内径O240mm，高度H2^00mm的圆柱形空心管，在空心管侧 面距顶端H3=70mm处有一个内径03-4mm，长度Ll=15mm的注液管。储液瓶2由普通玻璃经过上色处理后制成。储液瓶在结构上分为瓶体 和瓶盖两部分。瓶体为内径O4-440mm，高度H4=90mm的圆柱形玻璃瓶， 在瓶体下端侧面处有一个内径05-4mm，长度L2=15mm的出液管，瓶口 内侧做高H5=20mm的磨砂处理，在距瓶体顶端H6=10mm处有一个内径 06=2mm的出气孔。瓶盖下端为外径O7-440mm，高度H7=20mm的外表 面作过磨砂处理的圆柱形空心管，在瓶盖底端侧面处留有一个方形缺口。固化盒3为长L3-150mm,宽L4=70mm的长方形铁盒，固化盒的上面 和下面分别留有光纤引入口和光纤引出口，固化盒的侧面留有高压汞灯紫 外线光入射口 ，并且在高压汞灯紫外线光入射口的侧面处设计了放置高压 汞灯及电源的平台。固化盒的每个内侧面安装了紫外线平面反射镜。高压汞灯4的中心波长为365nm，功率为2W。限位器5为一个含有锥形口的圆柱体。锥形口的上端内径08=20mm， 下端内径^9-0.5mm，高H8=35mm。新型光纤涂敷系统，实施步骤为(1) 涂敷前，按图1所示构建涂敷系统，将整个系统放在支架中，使 它可以定位于相对于从光纤拉丝炉中引下的待涂敷的光纤位置处。用夹子将 连接储液瓶和涂敷模具的橡胶管夹住，向储液瓶中注入紫外线聚合树脂，盖 上瓶盖不要使储液瓶与大气联通，打开高压汞灯电源20分钟，待高压汞灯 光线稳定后开始涂敷。(2) 将从光纤拉丝炉中引下的标准直径的光纤依次引入到上端限位器，光纤涂敷模具，固化盒和下端限位器中，并从下端限位器中将光纤引入收集 系统。(3) 将橡胶管上的夹子取下，旋转储液瓶的瓶盖，使储液瓶与大气联通，根据联通器的原理，光纤涂敷模具中会逐渐注入紫外线聚合树脂，达到所需的用量(液面高度为模具高度的3/4)后，旋转储液瓶的瓶盖切断其与 大气的联通，停止注液。(4) 随着光纤不断从光纤拉丝炉中被引下，光纤涂敷系统开始涂敷。 实验证明，光纤涂敷模具中的紫外线聚合树脂液面高度为模具高度的3/4时， 可以进行一个小时以上的连续光纤涂敷。如果光纤涂敷模具中的紫外线聚合 树脂不够使用，则可通过转动储液瓶的瓶盖向涂敷模具中进行注液。(5) 光纤拉丝结束后，用夹子夹住橡胶管，取下光纤涂敷模具进行清 洗。涂敷模具可以进行五至六次重复使用，而注液瓶内的紫外线聚合树脂可 以长期保存于储液瓶中。本发明设计的新型光纤涂敷系统克服了传统光纤涂敷系统的缺点，具有 对人体损害小，设备简单紧凑，造价低等优点，并且涂敷层与光纤的同心度 和均匀性比较理想，特别适用于实验室中对新型材料光纤的研发，同时也可 以胜任于光纤的小批量生产。
权利要求1、新型光纤涂敷系统，其特征在于包括涂敷模具，储液瓶，固化盒，高压汞灯，限位器；涂敷模具位于固化盒上方，涂敷模具下端的锥形涂敷口紧贴固化盒上面的光纤引入口；储液瓶位于涂敷模具的侧面，储液瓶下端的出液管和涂敷模具侧面的注液管相连接；高压汞灯位于固化盒侧面的平台上，高压汞灯正对固化盒侧面的紫外线光入射口；一个限位器位于涂敷模具上方，限位器的锥形口的下端正对涂敷模具圆柱形空心管的上端；一个限位器位于固化盒下方，固化盒下面的光纤引出口正对限位器的锥形口的上端。
2、 按照权利要求1所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的涂敷 模具下端为锥形涂敷口，上端为圆柱形空心管，在空心管侧面处有一个注液管。
3、 按照权利要求1所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的储液 瓶由瓶体和瓶盖两部分组成；瓶体为圆柱形，在瓶体下端侧面处有一个出液管，瓶体入口内侧做磨砂 处理，在瓶体顶端处有一个出气孔；瓶盖下端为圆柱形空心管，瓶盖下端外表面作磨砂处理，在瓶盖下端侧 面处有一个方形缺口。
4、 按照权利要求1所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的固化 盒的上面和下面分别留有光纤引入口和光纤引出口，固化盒的侧面留有高压 汞灯紫外线光入射口 ，并且在高压汞灯紫外线光入射口的侧面处留有放置高 压汞灯的平台；固化盒的每个内侧面可以对从入射口进入的紫外线光进行反 射。
5、 按照权利要求1所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的高压 汞灯的中心波长为紫外线聚合树脂的固化波长。
6、 按照权利要求1所述的新型光纤涂敷系统，其特征在于所述的限位 器为内部含有锥形口的圆柱体，安装新型光纤涂敷系统要求上下两个限位器 锥形口的孔径和涂敷模具的孔径同心、竖直地固定于整个系统中。
专利摘要本实用新型涉及一种新型光纤涂敷系统，包括涂敷模具(1)，储液瓶(2)，固化盒(3)，高压汞灯(4)，限位器(5)五部分。新型光纤涂敷系统克服了传统光纤涂敷系统的缺点，具有对人体损害小，设备简单紧凑，造价低等优点，并且涂敷层与光纤的同心度和均匀性比较理想，特别适用于实验室中对新型材料光纤的研发，同时也可以胜任于光纤的小批量生产。
文档编号C03C25/26GK201165492SQ20072009668
公开日2008年12月17日 申请日期2007年7月11日 优先权日2007年7月11日
发明者于小晨, 峰 宋, 张家祥, 田建国, 程振洲, 苏瑞渊, 蒋雪萍, 邹昌光 申请人:南开大学