梯度型聚合物光纤挤出机头的制作方法

本实用新型涉及光纤加工，特别涉及一种梯度型聚合物光纤挤出机头。

背景技术：

近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，光导纤维已经在通信、电子和电力等领域日益扩展，成为大有前途的新型基础材料，与之相伴的光纤技术也以新奇，便捷赢得人们的青睐。

据报道，美国拉里安公司早已经成功地运用光纤完成了输电功能，在电力领域中开拓一条新的途径。他们在发送端利用半导体激光二极管，把电能转变为激光在光纤中传送，在接收端，他们用太阳能电池作为接收端器件，这种器件用300微米厚的砷化镓作为绝缘基片，上面覆盖着20微米厚的太阳能电池；它被分为6个独立的区域这些区域由镀金的空气桥串联起来，当由光纤传来的激光照射到太阳能电池时，光能立即变成电能。每个区域产生的电压恰好是1伏，6个区域串联起来就有6伏电压，足可供应大多数传感器的控制电路使用。

法国专门从事计算机、电子工业、信号处理和图像技术的波根实验室，利用光的孤波子和短冲脉，可在光纤内实现无失真传输。这一技术可解决色散和非线性效应问题，无需沿光缆设置多个再生装置。工作时只需在每100公里左右的地方放置一个放大器孤波子就可以相互穿越，互不干扰。

澳大利亚保林公司，近年来研制成一种光纤秤，利用一根光纤和一个激光器就可以给汽车称重。这种光纤秤利用了一种电阻特性非常特别的光纤，当它受到压力或者张力时，光纤会发生轻微的变形，导致激光特征发生变化，这时探测器会立即将这一变化转化为电信号，从而在仪器上显示出来。

光导纤维主要包括阶跃折射率分布型光纤（简称SI型聚合物光纤）和梯度型折射率分布型光纤（简称GI型聚合物光纤）。由于前者存在较大的模间色散，光纤的传输宽带较窄，大约只有5MHz•km，通常只能满足大于100m内小容量信号传输的要求。例如传输一般视频信号需要6MHz•km宽带、传输高分辨率图像需要10MHz•km宽带、传输数字化视频信号则需要至少40MHz•km宽带。SI型聚合物光纤的宽带已经无法满足上述需要，这一缺陷严重阻碍了聚合物光纤在通讯传输领域的大规模应用。

现有技术中生产GI-POF主要有两种方法，一种是采用先制棒后拉丝的两步法制造，用界面凝胶聚合法制造一根外径大约为22mm的GI-POF光纤预制棒；再将该预制棒放入一个拉丝炉内，将预制棒加热到220~230℃拉成芯径大约为500μm，外径大约为750μm的GI-POF，通过改变掺杂剂、聚合引发剂、链转移剂的种类和浓度，控制GI-POF的折射率分布；另一种是采用直接共挤法生产GI-POF，用两台挤出机分别挤出芯和包层材料熔体，然后两种材料熔体在机头处合为一体形成一个同心的熔体流，掺杂材料位于熔体的中心，在挤出机头后，这些熔体材料流过一个长加热扩散管，熔体中心的小分子掺杂剂扩散到包层材料熔体中，通过控制温度、停留时间和芯/包层材料的相对流速，从而控制GI-POF的折射率分布。

目前，现有专利中授权公告号为CN205997303U的中国专利公开了一种光缆挤出成型抽真空结构，包括有挤出机头，挤出机头的挤出端安装有模盖及模芯，模盖和模芯之间留有塑料流道，挤出机头的入口端组装有针管，针管的一端延伸插入模芯，针管的内孔供光纤和油膏同时通过，成型塑料从塑料流道挤出并包裹光纤和油膏，即制成套管，挤出机头的入口端设有真空件，针管的相应端露出真空件外，该真空件具有真空腔及抽真空孔，真空件组装后其真空腔接通针管与模芯之间的空隙，形成抽真空体系，以适当的抽吸力进行抽吸，将挤出机头的挤出端带入的空气从针管与模芯的间隙排出，减少了生产后套管中的气泡，保证套管的外径更加稳定，结构简单，使用方便，提升产品质量，节省原材料。

目前，国内只能生产高光损的照明用、广告装饰用抵挡塑料光纤，而光损耗参数在200dB/km以下，且有连续折光指数分布的GI光纤更是该领域的空白。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种梯度型聚合物光纤挤出机头，可生产光损耗参数在200dB/km以下且有连续折光指数分布的GI光纤，弥补了国内领域的空白。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种梯度型聚合物光纤挤出机头，包括机头本体，所述机头本体内由上至下依次设置有进料室、混合室以及挤出室，所述机头本体上设有若干连接多组挤出机组向进料室内供料的进料口、与挤出室相连通的出料口以及连接在出料口处的口模；所述混炼室内转动连接有至少一个用于均匀混合多种光纤料的混炼元件；所述挤出室内转动连接有用于向出料口输出均匀物料的挤出件。

通过采用上述技术方案，利用多组挤出机组将多种光纤料同时注入进料室内，多种光纤料进而流进混炼室内，采用混炼元件对多种光纤料进行剪切、搅拌，使得多种光纤料混合更加均匀，混合后的光纤料再流进挤出室，采用挤出件将混合均匀的光纤料向出料口方向输出，有利于多种光纤物料的均匀混合，从而实现制备光损耗参数在200dB/km以下且有连续折光指数分布的GI光纤。

本实用新型进一步设置为：所述混合室包括混炼室以及一端与混炼室相连通、另一端分别与进料室、挤出室相连通的流道I与流道II，所述流道I与流道II关于混炼室对称设置，所述进料室与流道I均呈扁平状且垂直设置，所述进料室沿机头本体长度方向水平延伸设置。

通过采用上述技术方案，限定进料室与流道I的形状，多种光纤物料水平铺展在进料室内，再经由流道I下料，从进料室至流道I的过程，光纤物料会发生挤压，有利于提高多种光纤料的混合均匀性。

本实用新型进一步设置为：所述混炼元件包括沿机头本体长度方向延伸的螺杆以及驱动螺杆转动的第一驱动件，所述螺杆上沿其轴向设有若干顺次排布的螺纹元件，所述螺纹元件的断面形状为腰鼓形，所述螺纹元件的长径端壁与混炼室的内壁抵触。

通过采用上述技术方案，第一驱动件驱动混炼元件转动，混炼元件由顺次排布的螺纹元件组成，螺纹元件在转动过程中，其长径端壁与混炼室的内壁抵触，其短径端壁与混炼室的内壁之间形成间隙，光纤料在间隙内得到挤压、剪切，显著提高了光纤料混合的均匀性。

本实用新型进一步设置为：所述混炼室的截面形状为8字形，所述混炼元件包括两设置在8字形的每个内圈内的螺杆以及驱动螺杆转动的第一驱动件，所述螺杆沿混炼室的长度方向延伸设置，所述螺杆上沿其轴向设有若干顺次排布的螺纹元件，所述螺纹元件的断面形状为三角形。

通过采用上述技术方案，混炼室的截面形状为8字形，螺纹元件的截面形状为三角形，8字形的每个内圈里均有螺纹元件，当两个螺纹元件转动一圈后，螺纹元件对光纤料进行三次挤压、剪切，进一步提高对光纤料混合的均匀性。

本实用新型进一步设置为：所述挤出件包括锥形挤压杆以及驱动锥形挤压杆转动的第二驱动件，所述锥形挤压杆的锥端延伸至出料口方向，所述锥形挤压杆的外壁与挤出室的内壁之间形成挤压空间。

通过采用上述技术方案，锥形挤出杆在旋转过程中，对光纤料起到输送、推动作用，光纤料在挤压空间内进行挤压，使得在出料口处再次提高对光纤料的混合均匀性。

本实用新型进一步设置为：所述口模上分别设有相对的进料端与出料端，所述锥形挤压杆伸向进料端，所述进料端为梯形进口，所述出料端为圆柱形出口。

通过采用上述技术方案，限定口模的形状为圆柱形出口，光纤料从口模处挤出时，可制备混合均匀的棒状光纤，保证光纤具有均匀的折射率。

本实用新型进一步设置为：所述混炼室的断面形状为圆形或者一个以上圆形的任意组合。

通过采用上述技术方案，混炼室的形状比较多样，截面形状为一个或者多个圆形组合，根据对光纤的不同需求，选择合适形状的混炼室，从而制备性能更优异的光纤。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、光纤料经由不同的进料口投加至进料室内，再依次流进流道I、混炼室与流道II、挤出室内，光纤料分别经过四次挤压、剪切作用，从而实现对光纤料的均匀混合；

2、混炼室的形状不同，针对不同性能要求的光纤，选择合适的混炼室以及螺纹元件，对光纤料进行剪切、挤压；

3、选择合适形状的挤出室以及在挤出室内转动的挤出件，可同时对光纤料再次进行剪切混合以及顺利排出。

附图说明

图1是实施例一左视图的剖视图；

图2是实施例一主视图的剖视图；

图3是用于体现实施例一中混炼元件的结构示意图；

图4是用于体现实施例一中挤出件的结构示意图；

图5是用于体现实施例二主视图的剖视图；

图6是用于体现实施例二左视图的剖视图；

图7是用于体现实施例三主视图的剖视图；

图8是用于体现实施例四左视图的剖视图；

图9是用于体现实施例五主视图的剖视图。

图中：1、机头本体；2、进料室；3、混合室；4、挤出室；5、进料口；6、出料口；7、口模；8、混炼元件；9、挤出件；10、流道I；11、螺杆；12、第一驱动件；13、螺纹元件；14、锥形挤压杆；15、第二驱动件；16、进料端；17、出料端；18、流道II；19、混炼室。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

一种梯度型聚合物光纤挤出机头，如图1所示，包括机头本体1，机头本体1内由上至下依次设置有进料室2（图2）、混合室3以及挤出室4，进料室2呈扁平状且沿机头本体的长度方向水平延伸；混合室3包括混炼室19以及一端与混炼室19相连通、另一端分别与进料室2、挤出室4相连通的流道I10与流道II18，进料室2沿水平方向平铺在机头本体1内，流道I10垂直于进料室2设置，进料室2与流道I10呈T形，流道II18与流道I10关于混炼室19对称设置。

如图2所示，机头本体1上设有若干连接多组挤出机组向进料室2内供料的进料口5（图1）、与挤出室4相连通的出料口6以及连接在出料口6处的口模7，多种光纤料分别经由进料口5汇入进料室2内，经由流道I10流进混炼室19，在混炼室19内进行均匀混合，再经由流道II18进入挤出室4，最终经由口模7挤出成型，从而制备具有均匀折射率的光纤。

需要说明的是该挤出机头还可适用在自动喂料机料斗、单螺杆喂料机、排气单螺杆挤出机、微米级过滤器上；另外，该挤出机头还可配合使用冷却、牵伸与定型装置，本申请不做详细阐述。

如图2所示，混炼室19的截面形状为圆形，混炼室19内转动连接有用于均匀混合多种光纤料的混炼元件8。

如图3所示，混炼元件8包括沿机头本体1（图1）长度方向延伸的螺杆11以及驱动螺杆11转动的第一驱动件12，螺杆11上沿其轴向设有若干顺次排布的螺纹元件13，螺纹元件13的断面形状为腰鼓形，该螺纹元件13的长径端壁与混炼室19（图1）的内壁抵触，第一驱动件12驱动螺杆11转动，进而带动螺纹元件13转动，螺纹元件13的长径抵触在混炼室19内壁上，螺纹元件13的短径端壁与混炼室19的内壁形成间隙，在转动过程中，光纤料在间隙内发生挤压、剪切，实现对光纤料的均匀混合。

如图1和图2所示，流道II18呈扁平状，流道II18的长度方向与机头本体1的长度方向同向，流道II18与流道I10关于混炼室19对称设置，即流道II18位于混炼室19下方且垂直于混炼室19设置，光纤料经螺纹元件13（图3）挤压剪切后流进流道II18，流进流道II18的瞬间，由于流动截面变窄，光纤料再次经过均匀混合。

如图2所示，挤出室4沿机头本体1的长度方向延伸设置，形状为圆柱状，挤出室4内转动连接有用于向出料口6输出均匀物料的挤出件9。

如图4所示，挤出件9包括锥形挤压杆14以及驱动锥形挤压杆14转动的第二驱动件15，锥形挤压杆14的锥端延伸至出料口6（图2）方向，锥形挤压杆14的外壁与挤出室4的内壁之间形成挤压空间，光纤料在挤压空间内进行挤压、混合，从而推动光纤料从口模7处排出。

如图2所示，口模7上分别设有相对的进料端16与出料端17，进料端16为梯形进口，出料端17为圆柱形出口，锥形螺杆11的锥端与进料端16相对，混合均匀的光纤料流进进料端16，继而流向出料端17，挤出圆柱形的棒状光纤。

工作过程：光纤料经过不同进料口5投至进料室2内，经过流道I10流进混炼室19内，由进料室2流进流道I10的光纤料经过第一次挤压；光纤料流进混炼室19内，转动的螺杆11挤压光纤料，进行第二次挤压、剪切；经混炼室19流出的光纤料依次流进流道II18与挤出室4，实现第三次挤压与第四次挤压，实现光纤料的均匀混合。

实施例二：

一种梯度型聚合物光纤挤出机头，如图5所示，与实施例一的不同之处在于混炼室19的形状不同，混炼室19的截面形状为两个圆形的组合，呈水平状或者竖直状的8字孔，在8字孔的每个内圈内的螺杆11（图中未示出），螺杆11上沿其轴向设有若干顺次排布的螺纹元件13，螺纹元件13的断面形状为腰鼓形，且两螺纹元件13垂直设置。

如图6所示，与实施例一的另一不同之处在于锥形挤压杆14的形状不同，挤出室4的形状不变，锥形挤压杆14的杆径向着锥端逐渐减小，对光纤料起到导向作用，从而提高光纤料的均匀混合性。

实施例三：

一种梯度型聚合物光纤挤出机头，如图7所示，与实施例二的不同之处在于螺纹元件13的形状不同，螺纹元件13的断面形状为三角形，每个8字孔内相邻的两个螺纹元件角抵触，当两螺杆11（图3）旋转1周时，可实现三次挤压光纤料，具有较高的剪切效率，提高对光纤料的混合均匀性。

实施例四：

一种梯度型聚合物光纤挤出机头，如图8所示，与实施例一的不同之处在于挤出室4的形状不同，锥形挤压杆14的杆径不变，挤出室4的内壁倾斜设置，使得光纤料在锥形挤压杆14与挤出室4内壁间的积压空间内发生挤压、剪切。

实施例五：

一种梯度型聚合物光纤挤出机头，如图9所示，与实施例一的不同之处在于混炼室19的形状不同，混炼室19的截面形状为三个圆形组合且共腔，三个圆形的圆心连线为三角形，螺纹元件13的断面形状为三角形，可进一步提高对光纤料的剪切性能。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。