CN114315126A - 一种超细径光纤的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超细径光纤的制备工艺，光纤预制棒在拉丝炉内熔化，形成坠头掉落，然后进入退火炉内，对裸光纤进行退火，退火炉下方的辅助牵引轮将裸纤向下牵引，丝径逐渐变细，细的裸光纤在辅助牵引轮的向下牵引和气流带动之下，完成穿模过程，光纤穿过模具，先后进行内层和外层涂覆，涂覆后在主牵引轮的拉动下，经过固化炉进行固化和收线。本发明的拉丝炉结构设计具有热传递效率高、结构简单便于拆装清扫、优化的密封结构和石墨件结构使拉丝时气流更稳定，便于超细径光纤裸纤丝径波动的控制，使裸光纤丝径更稳定，改进的穿丝辅助***使超细径光纤的穿丝操作更加便利和稳定，减少穿丝导致的异常堵模、强度差等异常的发生。

Description

一种超细径光纤的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种40μm超细径光纤的制备工艺。属于光纤技术领域。

背景技术

随着通讯技术、以及航空、航天、航海等各个领域的发展，一些特殊的光纤得到了广泛的应用。光纤作为其中的主要角色，也被提出了更高的要求，为了适应小型化、高稳定、高精度的发展趋势，光纤的研制工作将围绕细直径、大长度、高抗弯和复杂环境的适应性等方面开展，其中超细径光纤则是重要的研发内容之一。

目前，对于超细径光纤尚未有较为成型稳定的技术，由于超细径光纤的裸光纤外径极细，只有40μm，其横截面积只有通讯光纤的1/10，超细的光纤具有丝径难以控制，强度差易断纤，涂覆同心度难控制等问题，采用传统的光纤生产工艺无法达到要求。

在光纤制备过程中，影响光纤直径的因素主要有以下两点：

1)光纤拉丝是制造光纤生产过程中的一个重要环节，光纤拉丝工艺过程中有很多影响光纤拉丝质量的因素，例如拉丝速度、拉丝张力以及拉丝温度等。目前所采用的光纤预制拉丝炉结构单一，难以根据应力棒的材料性能进行工艺调控，另外也不易对温区温场参量进行优化，影响了保偏光纤的偏振串音性能；另外，由于退火炉与拉丝炉之间的间隙容易导致空气流入拉丝炉下部，加剧了其内部温厂不均匀性与层流的紊乱，导致裸光纤直径波动幅度增大，影响最终光纤的强度。

2)现有的涂覆模具，其结构由导模，模芯，腔体等部分组成，对于较粗的光纤拉丝穿模来说是可以实现的，但由于超细径光纤过于柔软，其静电吸附作用也会更加明显导致穿模时，光纤容易弯曲或吸附在模具边缘导致穿丝时容易折断光纤或难以穿过模芯。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种超细径光纤的制备工艺，降低穿丝操作难度和穿丝操作异常所导致的光纤强度差问题，同时能实现较好的涂覆质量，最终实现超细径40μm光纤的制备。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种超细径光纤的制备工艺，光纤预制棒在拉丝炉内熔化，形成坠头掉落，然后进入退火炉内，对裸光纤进行退火，退火炉下方的辅助牵引轮将裸纤向下牵引，丝径逐渐变细，当达到40～60μm时在辅助牵引轮的牵引同时进行穿模具操作，细的裸光纤在辅助牵引轮的向下牵引和气流带动之下，完成穿模过程，光纤穿过模具，先后进行内层和外层涂覆，涂覆后在主牵引轮的拉动下，经过固化炉进行固化和收线。

优选地，所述拉丝炉采用一体式中套管发热体设计，顶部为上虹膜，所述上虹膜的下部为进气盘，惰性气体从气管通入后进入气盘的气锋，然后通过发热体顶部的工艺气进气孔流入发热体，并在发热体中间沿着预制棒向下流动，最后通过马弗管的向下流出拉丝炉腔体。

优选地，所述拉丝炉的炉壳上下各配有一个电源电极，分别为上电极和下电极，采用直流供电的方式使发热体石墨件发热，发热体将热量直接辐射传递至预制棒进行加热。

优选地，所述上、下电极与拉丝炉的金属外壳之间有电阻圈绝缘。

优选地，所述发热体中间底部出口连接有锥形的马弗管，马弗管下端连接延伸管，马弗管锥形导气设计和内径较细的延伸管可以使拉丝时裸光纤的外径波动更加稳定。

优选地，所述延伸管的底部连接有可以调节中心孔大小的下虹膜，根据工艺气流量匹配相应大小，保证拉丝炉内工艺气流为稳定的层流状态。

优选地，所述发热体外部有石墨硬毡材质的保温层，保证炉内温场稳定性，同时减少热量散失，减少能量浪费。

优选地，所述退火炉的中间设有陶瓷管，裸光纤从陶瓷管中部穿过，使用热电器传导热量，经过陶瓷管将热量传递到裸光纤，退火温度为1000-1100℃，对裸光纤进行退火。

优选地，所述涂覆模具由光纤导模、内涂模、外涂模组成，模具顶部设计有吹气辅助气环，在穿丝操作中，细径光纤在辅助牵引轮的旋转牵引向下移动，当到达模具上口附近时经过除静电器，然后人工将光纤端部放入涂覆模具中间，此时启动压缩空气，气流从气孔中斜向下吹动光纤，并起到光纤居中作用，同时模具底部的抽气装置启动，光纤在气流的带动下依次穿过光纤导模孔、内涂模孔和外涂模孔，完成穿模。

优选地，所述吹气辅助气环中间开设有45－60°斜向下的气槽。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明优化的拉丝炉结构设计具有热传递效率高、结构简单便于拆装清扫、优化的密封结构和石墨件结构使拉丝时气流更稳定，便于超细径光纤裸纤丝径波动的控制，使裸光纤丝径更稳定，改进的穿丝辅助***使超细径光纤的穿丝操作更加便利和稳定，减少穿丝导致的异常堵模、强度差等异常的发生。

附图说明

图1为本发明实施例中一种超细径光纤的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例中拉丝炉的结构示意图；

图3为本发明实施例中涂覆模具的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本实施例涉及一种超细径光纤的制备工艺，整个生产***包括自上而下依次布置的拉丝炉、退火炉、辅助牵引轮、除静电装置、涂覆模具、固化炉、牵引轮和收线机。光纤预制棒在拉丝炉内熔化，形成坠头掉落，然后进入退火炉内，对裸光纤进行退火，可以消除其中残余应力，退火炉下方的辅助牵引轮将裸纤向下牵引，丝径逐渐变细，当达到40～60μm时可以在辅助牵引轮的牵引同时进行穿模具操作，涂覆模具上口设由45－60°的斜向下压缩空气入口，细的裸光纤在辅助牵引轮的向下牵引和气流带动之下，完成穿模过程，光纤穿过模具，先后进行内层和外层涂覆，涂覆后在主牵引轮的拉动下，经过固化炉进行固化和收线。

如图2所示，拉丝炉采用一体式中套管发热体设计，顶部有上虹膜可以改变孔径，对预制棒起到密封作用，保证拉丝过程中气流稳定性同时可以兼顾多种直径的棒型。其下部是进气盘，惰性气体从气管通入后进入气盘的气锋，然后通过发热体顶部的工艺气进气孔流入发热体，并在发热体中间沿着预制棒向下流动，最后通过马弗管的向下流出拉丝炉腔体，以光棒的外径×1.15～1.4之间来定中套管(发热体)的内直径。拉丝炉的上下两边各配有一个电源电极，分别为上电极和下电极，采用直流供电的方式使发热体石墨件发热，发热体将热量直接辐射传递至预制棒进行加热，减少类似其他电阻炉发热体经过中套管传递的方式形成的热量损失。电极与拉丝炉金属外壳之间有电阻圈绝缘。发热体中间底部出口连接有锥形的马弗管，马弗管的外径比发热体内径小2mm，锥形长大概在150mm，马弗管下端连接适应延伸管，延伸管的内直径在20mm，马弗管锥形导气设计和内径较细的延伸管可以使拉丝时裸光纤的外径波动更加稳定。延伸管的底部连接可以调节中心孔大小的虹膜，根据工艺气流量匹配相应大小，保证拉丝炉内工艺气流为稳定的层流状态。发热体外部有石墨硬毡材质的保温层，保证炉内温场稳定性，同时减少热量散失，减少能量浪费。

退火炉：拉丝炉延伸管下端有光纤退火炉，中间有陶瓷管，裸光纤从陶瓷管中部穿过，使用热电器传导热量，经过陶瓷管将热量传递到裸光纤。炉子温度设置1000-1100℃，对裸光纤进行退火，可以消除其中残余应力，同时有益于改善光纤的损耗和翘曲等指标。

如图3所示，所述涂覆模具由光纤导模、内涂模、外涂模组成，模具顶部设计有吹气辅助气环，其中间有45－60°斜向下的气槽，在穿丝操作中，细径光纤在辅助牵引轮的旋转牵引向下移动，当到达模具上口附近时经过除静电器，消除裸光纤表面静电防止因光纤太软太轻吸附到模具孔壁或其他物体阻碍穿丝，人工将光纤端部放入涂覆模具中间。此时启动压缩空气，气流从气孔中斜向下吹动光纤，并起到光纤居中作用，同时模具底部的抽气装置启动，光纤在气流的带动下依次穿过光纤导模孔、内涂模孔和外涂模孔，完成穿模，其中光纤导模孔、内涂模孔和外涂模孔的孔径满足：(模具孔直径–光纤直径)×0.58≈涂层厚度，以40um光纤为例，内涂模孔直径85um，外涂模孔在110um。

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：光纤预制棒在拉丝炉内熔化，形成坠头掉落，然后进入退火炉内，对裸光纤进行退火，退火炉下方的辅助牵引轮将裸纤向下牵引，丝径逐渐变细，当达到40～60μm时在辅助牵引轮的牵引同时进行穿模具操作，细的裸光纤在辅助牵引轮的向下牵引和气流带动之下，完成穿模过程，光纤穿过模具，先后进行内层和外层涂覆，涂覆后在主牵引轮的拉动下，经过固化炉进行固化和收线。

2.根据权利要求1所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述拉丝炉采用一体式中套管发热体设计，顶部为上虹膜，所述上虹膜的下部为进气盘，惰性气体从气管通入后进入气盘的气锋，然后通过发热体顶部的工艺气进气孔流入发热体，并在发热体中间沿着预制棒向下流动，最后通过马弗管的向下流出拉丝炉腔体。

3.根据权利要求2所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述拉丝炉的炉壳上下各配有一个电源电极，分别为上电极和下电极，采用直流供电的方式使发热体石墨件发热，发热体将热量直接辐射传递至预制棒进行加热。

4.根据权利要求3所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述上、下电极与拉丝炉的金属外壳之间有电阻圈绝缘。

5.根据权利要求2所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述发热体中间底部出口连接有锥形的马弗管，马弗管下端连接延伸管，马弗管锥形导气设计和内径较细的延伸管可以使拉丝时裸光纤的外径波动更加稳定。

6.根据权利要求5所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述延伸管的底部连接有可以调节中心孔大小的下虹膜，根据工艺气流量匹配相应大小，保证拉丝炉内工艺气流为稳定的层流状态。

7.根据权利要求2所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述发热体外部有石墨硬毡材质的保温层，保证炉内温场稳定性，同时减少热量散失，减少能量浪费。

8.根据权利要求1所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述退火炉的中间设有陶瓷管，裸光纤从陶瓷管中部穿过，使用热电器传导热量，经过陶瓷管将热量传递到裸光纤，退火温度为1000-1100℃，对裸光纤进行退火。

9.根据权利要求1所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述涂覆模具由光纤导模、内涂模、外涂模组成，模具顶部设计有吹气辅助气环，在穿丝操作中，细径光纤在辅助牵引轮的旋转牵引向下移动，当到达模具上口附近时经过除静电器，然后人工将光纤端部放入涂覆模具中间，此时启动压缩空气，气流从气孔中斜向下吹动光纤，并起到光纤居中作用，同时模具底部的抽气装置启动，光纤在气流的带动下依次穿过光纤导模孔、内涂模孔和外涂模孔，完成穿模。

10.根据权利要求9所述的一种超细径光纤的制备工艺，其特征在于：所述吹气辅助气环中间开设有45－60°斜向下的气槽。

Images