CN1437035A - 光纤的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤的制造方法，在光纤的高速拉拔情况下，当在裸光纤上形成涂层期间，所述方法改善所述涂层和由二氧化硅玻璃组成的裸光纤之间的粘合力。在这种方法中，裸光纤被引入到处于涂覆装置内的涂料中之前，其温度达到60至110℃之间。裸光纤在被引入到处于涂覆装置4内的涂料中之前，通过向其中吹入冷却气体所述裸光纤被冷却。此外，在裸光纤的冷却期间，具有不同导热率的至少两种类型冷却气体被混合且被吹入到裸光纤11上。此外，通过改变所述冷却气体的混合比率，裸光纤的温度达到所规定的范围之内。

Description

光纤的制造方法
                      发明背景
发明领域
本发明涉及一种光纤的制造方法，其中光纤是通过在由二氧化硅玻璃(silica glass)组成的裸光纤上形成一个涂层而获得。
技术背景
对光纤的温度特征、环境特征、处理简便性等具有重要影响的因素之一是形成裸光纤的二氧化硅玻璃与由树脂或其它涂料组成的涂层之间的粘合力。
当光纤暴露在低温环境下且裸光纤与涂层之间的粘合力差时，形成涂层的涂料大量剥离，随后与裸露的光纤分离。在此时，由于二氧化硅玻璃与涂料如树脂之间的热膨胀系数之间的不同，大量力作用在裸光纤的中心轴方向。由于所述这一力，在光纤中形成被称为微弯曲的微小弯曲。这些微弯曲造成光纤中吸收损耗的增加。
因此，一种硅烷耦合剂被添加到形成涂层的涂料中，以便于保证裸光纤与涂层之间适宜的粘合强度。所述硅烷耦合剂是改善树脂与无机物质之间亲合力和粘合力的添加剂。据说由于在硅烷耦合剂的OH根与包含在二氧化硅玻璃中的氧原子之间形成氢键，所以裸光纤与涂料之间的粘合力被认为得以增加。
增强硅烷耦合剂反应所需要的一个条件是适合于硅烷耦合剂反应的温度。
然而，光纤的高速拉拔技术发展使用于固化形成涂层的涂料的时间变短。结果是，所述这一涂料的固化趋向于不足，并且将出现裸光纤与涂层之间的粘合强度降低。此外，由于高速拉拔，导致用于缓解出现在涂料表面的扰动所需要的时间变得不够，因此自从这种涂料被固化开始、但在涂料表面变得光滑之前，存在气泡容易被圈陷在涂层中的问题。
发明概述
考虑到上述情况，本发明提供一种光纤的制造方法，在光纤的高速拉拔情况下，当在由二氧化硅玻璃所组成的裸光纤上形成涂层时，所述方法改善所述涂层和裸光纤之间的粘合力。
通过包括下述步骤的光纤制造方法，上述问题可以得到解决：将由二氧化硅玻璃组成的裸光纤引入到处于涂覆装置的涂料中、将包括耦合剂的涂料涂覆到处于涂覆装置中的裸光纤上、以及通过固化所述涂料而形成涂层；其中，在裸光纤被引入到处于涂覆装置中的涂料之前其温度在60至110℃之间。
优选地，上述制造方法还被提供有一个冷却步骤，即在将所述裸光纤引入到处于涂覆装置中的涂料之前，所述冷却步骤将裸光纤冷却。
附图的简要说明
图1是一个示出光纤制造设备实例的示意图。
图2A是示出处在夹具中的光纤的正视示意图，以用于解释测量光纤拉出力的方法。
图2B是示出处在夹具中的光纤的俯视示意图，以用于解释测量光纤拉出力的方法。
优选实施例的说明
下面提供对本发明的详细说明。
图1是一个示出光纤制造装置实例的示意图。
为了利用所述这一装置制造光纤，首先在拉拔炉1内提供由二氧化硅玻璃组成的光纤预型件10，并且根据普通方法进行拉拔，以获得由二氧化硅玻璃组成的裸光纤11。其次，所述这一裸光纤11被输送到冷却筒2中，且裸光纤11被引入到这一冷却筒2中的冷却气体所冷却。随后，在这一经冷却的裸光纤11被引入到处于下一阶段的涂覆装置4内的涂料中之前，利用温度测量仪器3测量此裸光纤11的温度。然后，经冷却的裸光纤11被引入到处于涂覆装置4内的涂料5中。所述材料是一种含有硅烷耦合剂的紫外线固化的树脂且利用加热器6已经被调节到一个适合的温度，并且其被涂覆到裸光纤11的表面上。随后，在由紫外线灯组成的涂料固化装置7中，所述涂料被紫外线固化，由此制造出光纤12。
以这种方法制造出的光纤12借助于经过一个旋转滑轮(未示出)而使其改变了方向，并且此后顺序地经过一个拉紧机(未示出)和浮动辊(未示出)由卷线设备(未示出)将其卷绕。
在本发明的光纤制造方法中，优选地，在被引入到处于涂覆装置4内的涂料中之前，裸光纤11的温度在60至110℃之间，并且更优选地在70至100℃之间。
因为具有处于上述范围内温度的所述裸光纤11被引入到处于涂覆装置4内的涂料中，所以硅烷耦合剂的反应性得到增强，并且在硅烷耦合剂与由二氧化硅玻璃所组成的裸光纤11表面之间的耦合反应得以加强，造成其之间的粘合力得到显著增加。此外，由于使裸光纤11的温度达到上述范围内，因裸光纤11的辐射热导致在裸光纤11和涂料之间的接触表面处涂料的表面张力减小。结果是，因高速涂覆而已经出现的涂料表面扰动得到缓解，并且通过使涂料与裸光纤11表面相接触，涂料被光滑地涂覆，因此使气泡难以被圈陷在涂层内。
如果裸光纤11被引入到处于涂覆装置4内的涂料中之前的温度小于60℃，则硅烷耦合剂的反应性没有得到改善，并且硅烷耦合剂与裸光纤11表面之间的耦合反应没有得到增强。另一方面，如果上述温度超出110℃，则在涂料与裸光纤11之间出现滑动，使涂料难以均匀地涂覆到裸光纤11的表面上。此外，在光纤12内出现偏离裸光纤11中心轴的偏心，并且校正调节变得有难度。
此外，本发明的光纤制造方法被提供有一个冷却步骤，其中裸光纤11在被引入到处于涂覆装置4内的涂料中之前被冷却，以便于使裸光纤11的温度处在上述范围内。裸光纤11的拉拔温度为2000℃及以上的高温，且在随后的拉拔中不可能使裸光纤11的温度处于上述规定的温度范围内。因此，有必要将拉拔后的裸光纤11强制冷却到所述的规定温度范围内。
通过将裸光纤11输送入冷却筒2，并且向裸光纤11上吹入被引入到所述冷却筒2内的冷却气体，便完成了冷却步骤中对裸光纤11的冷却。更具体而言，在这一冷却步骤中，通过将具有不同导热系数的至少两种类型冷却气体混合并且将其吹入裸光纤11内，裸光纤11被冷却且其温度达到所规定的温度范围内。在此使用的冷却气体实例包括氦气(He)、氮气(N2)、氩气(Ar)及二氧化碳气(CO2)。由于氦气(He)和氮气(N2)其优良的冷却效率，所以尤其优选地是采用这两种气体的混合。
此外，通过改变上述冷却气体的混合比率，裸光纤11在被引入到处于涂覆装置4内的涂料中之前的温度可以达到上述规定范围内。例如，通过将由氦气(He)和氮气(N2)的混合气组成的冷却气体的混合比率从95∶5变化到50∶50(按体积百分比)，裸光纤11的温度可以达到上述所规定的温度范围内。
此外，利用温度测量仪器3测量出冷却后裸光纤11的温度，并且基于测量结果，被引入到冷却筒2中的冷却气体流量得到控制，以使裸光纤11的温度处于所规定的温度范围内。
通过利用图1和2表示具体的实施例，下面阐明本发明的效果。
实施例1
利用由二氧化硅玻璃组成的光纤预型件10进行融熔拉拔，从拉拔炉子出来的裸光纤11被引入到冷却筒2中，并且在这个冷却筒2内氦气和氮气的混合气体被吹到裸光纤11上，以引起裸光纤11内的变化。此时，在光纤进入处于涂覆装置4内涂料的入口正上方25cm的位置处，利用光纤温度测量仪器(Ircon，Model CHF-7000)对裸光纤11的温度加以测量。冷却后裸光纤11的外径为125μm。随后，这一裸光纤11被引入到处于涂覆装置4内的涂料中，形成涂层的涂料被涂覆到其表面上，被涂覆有所述涂料的裸光纤11被引入到涂料固化装置7中，并且通过照射紫外线所述涂料被固化以形成涂层且获得具有外径为250μm的光纤12。
包括已经添加有按重量计为0.5％硅烷耦合剂的紫外线固化树脂被用做涂料。此外，拉拔速度为1200m/min。
为了评估裸光纤11和以这种方法所获得光纤12的涂层之间的粘合力，当裸光纤11被从光纤12中拉拔出时测量出拉出力。
如图2所示，通过将被调节到涂层长度为5mm的测试光纤12放置在夹具的V形槽21内，并且用高强度粘合剂将涂层的整个长度固定在V形槽21内，可测量出拉出力。其次，以3mm/min的速度在垂直方向上向下拉拔通过除去涂层而暴露的裸光纤11，以便从涂层中将裸光纤11拔出。在那一时刻所施加到裸光纤11上的载荷最大值被取为拉出力。通过使用一个用于拔出裸光纤11的拉力试验机，利用一个测压元件则检测出施加到裸光纤11上的载荷。
试样数量(n)为n＝15，针对所述试样，在裸光纤11被引入到处于涂覆装置4内的涂料中之前的每个温度下拉出力被加以测量。所测量的裸光纤11温度、拉出力的平均值以及光纤12拉拔条件的状态均示于表1。
                          表1
  裸光纤的温度(℃)   拉出力(gf/mm)   在拉拔期间光纤的状态
  60   80   气泡被圈陷在涂层中
  70   100   没有问题
  80   123   没有问题
  90   158   没有问题
  100   170   没有问题
  110   199   没有问题
  120   -   无法被涂覆，调节偏心有难度
实施例2
除了使用已经添加有按重量计为0.1％硅烷耦合剂的紫外线固化树脂用于形成涂层的涂料以外，光纤12按照同实施例1相同的方法被制造，并且为了评估裸光纤11和由此而获得光纤12的涂层之间的粘合力，当裸光纤11被从光纤12中拉拔出时测量出拉出力。那些结果被示于表2。
                          表2
  裸光纤的温度(℃)     拉出力(gf/mm)   在拉拔期间光纤的状态
  60     45   气泡被圈陷在涂层中
  70     50   没有问题
  80     55   没有问题
  90     57   没有问题
  100     60   没有问题
  110     70   没有问题
  120     -   无法被涂覆，调节偏心有难度
基于表1和表2的结果，如果裸光纤11在被引入处于涂覆装置4内的涂料中之前的温度在70至110℃之间，则肯定拉拔没有问题，并且能够制造出具有均匀涂层的光纤12。此外，如果所述温度在所述范围之内，则肯定裸光纤11的较高温度具有在裸光纤11与涂层之间更大的粘合力。
然而，如果裸光纤11在被引入到涂覆装置4之前的温度为60℃，则气泡以被圈陷在涂层中而告终。此外，如果裸光纤11的温度为120℃，则涂层的厚度变得不规则，并且不可能形成稳定的涂层，因而难以调节光纤12中的偏心。
正如上述所解释，根据本发明的光纤制造方法，被添加到构成光纤涂层的涂料中的硅烷耦合剂的反应性得到增强，硅烷耦合剂与由二氧化硅玻璃组成的裸光纤表面之间的耦合反应得到提高，并且它们之间的粘合强度被适当地增加。此外，由于涂料被涂覆到与其表面相接触的裸光纤上，所以使气泡难以被圈陷在涂层中。此外，由于涂料被均匀地涂覆到裸光纤的表面上，所以在光纤中没有出现偏心。因此，本发明的光纤制造方法允许高速拉拔被应用到光纤上。

Claims (2)

1.一种光纤的制造方法，包括下述步骤：
将由二氧化硅玻璃组成的裸光纤引入到涂料涂覆装置中，
将包括耦合剂的所述涂料涂覆到处于所述涂料涂覆装置中的裸光纤上，以及
固化所述涂料的涂层；其中，
在裸光纤被引入到所述涂料涂覆装置中之前其温度在60至110℃之间。
2.根据权利要求1所述的光纤制造方法，其中提供一个冷却步骤，在所述裸光纤被引入到所述涂料涂覆装置之前所述冷却步骤对裸光纤进行冷却。
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