CN1458100A - 制造光纤的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

在一个制造光纤的方法及设备中，涂覆有UV可固化树脂的光纤以1000m/min或以上的拉伸速度被拉伸，使得该光纤具有从235μm至265μm的预定涂层直径。从UV固化炉的出口到用于向下游拉动光纤的卷筒的入口部分的传送时间设置为0.5秒或以上。

Description

制造光纤的方法及设备
技术领域
本发明涉及制造光纤的方法及设备，其中光纤被高速拉伸而不变形。
背景技术
通常，光纤在其周围具有树脂涂层以保护该光纤。该树脂包层由热固性树脂例如硅或UV可固化树脂制成。
在使用热固性树脂用于光纤的树脂涂层的情况下，通常在热固化炉与用于拉紧光纤的卷筒之间具有一个被动冷却装置，因为从热固化炉拉伸的光纤具有很高的温度。
另一方面，在使用UV可固化树脂用于光纤的树脂涂层的情况下，通常光纤在从UV固化炉的出口到卷筒入口部分的一个预定长度的通行线(pass line)中冷却，因为当光纤从UV固化炉中拉动时并不具有太高的温度。尤其，在制造经过涂覆树脂涂层后外径约为250μm的普通光纤的情况下，光纤可以通过自然空气冷却的方法被充分冷却，因为光纤的树脂涂覆部分的热容很小。
参考图5，以下将描述相关技术中的光纤拉伸方法及设备。图5是使用UV可固化树脂涂覆光纤的光纤拉伸设备101的示意图。
如图5所示，加热炉104位于光纤预制件102的下端部分102b周围，其中通过熔化光纤预制件102的下端部分102b，光纤预制件102被拉伸，以制造具有较小直径的光纤105。
该光纤105被馈送到涂覆装置106。该光纤在其周围涂覆通过用紫外线照射而被固化的UV可固化树脂。
由涂覆装置106在其周围涂覆有UV可固化树脂的光纤105被***通过UV固化炉107。然后，使用紫外线照射被涂覆的光纤，使得被紫外线照射的光纤部分逐渐反应而被固化。当光纤105从UV固化炉107拉伸时，光纤105通过导辊108转向不同的方向。然后，光纤105通过卷筒109拉动。光纤105通过拉紧线轴110被拉紧。
卷筒109包含卷筒轮109A和压在卷筒轮109A上的卷筒带(橡胶带)109B。通过驱动卷筒轮109A或卷筒带109B使得光纤105处于卷筒轮109A与卷筒带109B之间的状态，光纤105在朝着拉紧线轴110的方向被拉动。
最近，光纤的拉伸速度有日益增加以提高生产效率的趋势，并且要求在更短时间制造大量的光纤。
当拉伸速度增加时，光纤105被拉动，同时光纤通过卷筒109的侧面保持。但是，如果在UV可固化树脂充分固化之前光纤被卷筒109保持，则卷筒带109B的橡胶的不规则就会转移到被涂覆的光纤使其变形。这种变形会导致产品的传输特性失效。
因此，如果使用UV可固化树脂用于光纤的树脂涂层，认为光纤可以在UV可固化树脂由于热容小而充分固化之后被卷筒109保持，并且光纤不变形。
但是，当高速使用拉伸设备时，在使用UV可固化树脂作为光纤的树脂涂层的情况下光纤变形。
因此，本发明者进行了一项实验，使用与从UV固化炉的出口到卷筒的入口部分的一个通行线相连的一个冷却装置冷却包层部分。但是，发现光纤变形。
此时，测量了从UV固化炉的出口到卷筒的入口部分的通行线中光纤的树脂涂覆部分的温度，该温度约为60℃至70℃。光纤在此温度被充分冷却。
此外，本发明者进行了另一项实验。通过改变从UV固化炉出口到卷筒入口部分的通行线的长度而不降低拉伸速度，测量从使用紫外线照射光纤的时刻直到光纤进入卷筒的时刻的一段时间。发现如果这段时间为预定时间或以上，则光纤不变形。
因此，认为导致光纤变形的原因是当UV可固化树脂固化时无法充分保证光化学聚合反应的反应时间。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光纤拉伸方法及设备，通过充分保证UV可固化树脂的固化时间，能够高速拉伸光纤而不变形。
根据本发明的第一方面，提供了一种制造光纤的方法，包括步骤：
设置或控制在UV固化炉的出口与用于拉动所述具有UV固化的树脂涂层的光纤的卷筒的入口部分之间的通行线长度；
以1000m/min或更高的拉伸速度拉伸所述光纤，其条件是从UV固化炉的所述出口到用于拉动所述光纤的所述卷筒的所述入口部分的传送时间被设置为0.5秒或以上；
用UV可固化树脂涂覆所述光纤，使之具有一个从235μm至265μm的涂层直径；以及
在所述UV固化炉中固化所述UV可固化树脂。
在本发明中，拉伸速度由光纤被拉伸时的静态实际速度定义。
由于从UV固化炉出口到卷筒入口部分的传送时间设置为0.5秒或以上，可以充分保证用于固化该固化树脂的反应时间，因此可以高速拉伸光纤，而没有由于卷筒而变形的危险。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造光纤的方法，其中：
基于通过使用实际拉伸速度的数据与用于固化所述UV可固化树脂的预定反应时间的算术运算结果，确定所述通行线的所述设置长度；及
所述传送时间长于所述预定反应时间。
由于基于通过使用在拉伸速度与预定反应时间之间的算术运算结果设置距离，因此从UV固化炉的出口到卷筒的入口部分的传送时间可以作为用于固化该UV可固化树脂的反应时间或更多。
根据本发明的第三方面，提供一种用于制造光纤的设备，包括：
一个涂覆装置，用于用UV可固化树脂涂覆所述光纤；
一个UV固化炉，用于固化所述UV可固化树脂；
一个卷筒，用于拉动具有固化了的UV固化的树脂涂层的所述光纤；
一个算术运算装置，用于基于通过使用实际拉伸速度的数据与用于固化所述UV可固化树脂的预定反应时间的算术运算结果，计算在所述UV固化炉的出口与所述卷筒的入口部分之间的通行线设置长度；以及
一个控制装置，用于控制通行线长度等于通过所述算术运算装置计算的所述通行线的所述设置长度，
其中从所述UV固化炉的所述出口到所述卷筒的所述入口部分的传送时间长于所述预定反应时间。
使用以上构造，从UV固化炉出口到卷筒入口部分的传送时间可以被控制为用于固化光纤的树脂涂覆部分的预定反应时间。
根据本发明的第四方面，提供一种用于制造光纤的设备，其中
传送时间设置为0.5秒或以上，
拉伸速度为1000m/min或以上，以及
在用UV可固化树脂涂覆所述光纤上之后，所述光纤的涂层直径为235μm至265μm。
使用以上构造，因为从UV固化炉出口到卷筒入口部分的传送时间设置为0.5秒或以上，并且拉伸速度设置为1000m/min或以上，该光纤具有从235μm至265μm的预定涂层直径。
根据本发明的第五方面，提供一种用于制造光纤的设备，其中
所述控制装置包括导辊装置和通行线长度控制器，
所述导辊装置包含第一导辊和第二导辊，
所述第一和第二导辊中的至少之一是可移动的，以改变所述第一
与第二导辊之间的距离，及
所述通行线长度控制器通过改变所述距离控制通行线长度。
因此，传送时间可以作为用于固化光纤的树脂涂覆部分的反应时间或更多，由此可以更高速地拉伸光纤，而没有由于卷筒而变形的危险。
附图说明
图1是一个示意图，显示根据本发明的一个实施例的一个光纤拉伸设备；
图2是一个示意透视图，显示一个导辊移动机构；
图3是一个示意剖视图，显示一个光纤的结构；
图4是一个曲线图，表示当使用根据本发明的一个实施例的光纤拉伸方法以1000m/min至1500m/min的拉伸速度拉伸光纤时，异常点数与传送时间之间的关系；
图5是相关技术中的光纤拉伸设备的一个示意图；以及
图6是根据本发明的一个实施例的显示每种UV固化的树脂的固化率与三种光纤(A，B，C)的传送时间之间的一个关系曲线图。
具体实施方式
以下将参考附图描述根据本发明的一个光纤拉伸方法及设备的较好实施例。
图1是一个示意图，显示使用UV可固化树脂涂覆光纤的一个光纤拉伸设备。在图1中，光纤拉伸设备1具有预先成型的具有某个折射率分布的玻璃棒状的一个光纤预制件2，用于纤芯和包层。光纤预制件2通过对棒状的玻璃粒子沉积物进行脱水和加热，并且使沉积的玻璃棒玻璃化制成。当制造光纤预制件时通过添加氯作为光纤的成分，可以制成具有氯添加剂的光纤。
以此方式制造的光纤预制件2通过位于制造设备顶部的光纤预制件馈送机构3支撑。光纤预制件馈送机构3抓住光纤预制件2的上部垂直移动。
加热炉4位于光纤预制件2的下端部分2b周围，由此通过熔化光纤预制件2的下端部分2b，光纤预制件2被拉伸，以制造具有较小直径的光纤5。光纤5通过光纤直径测量仪器6测量其直径，并被馈送到涂覆装置7。涂覆装置7使用通过照射紫外线就固化的UV可固化树脂涂覆光纤5的***。
通过涂覆装置7在其***施加UV可固化树脂的光纤5被***通过UV固化炉8，被紫外线照射，使得使用紫外线照射的光纤的涂覆部分逐渐反应固化。从UV固化炉8出来的光纤5通过导辊9转向不同的方向。光纤被卷筒11通过导辊移动机构10的导辊10A和10B拉动，并在拉紧线轴12上卷绕。在导辊移动机构10中，多个导辊可以用作为导辊10A和10B。
导辊移动机构10包含导辊10A和10B。导辊移动机构10可以改变导辊10A的位置，如图2所示。通过改变导辊10A的位置，可以调节导辊10A与10B之间的距离。以此方式，通过改变导辊10A与10B之间的距离，可以改变从UV固化炉8出口到卷筒11入口部分的通行线长度。
在提供了多个UV固化炉8的情况下，通行线长度是由在最后一个UV固化炉的出口与卷筒11的入口部分之间的通行线长度定义的。
卷筒11包含卷筒轮11A和压在卷筒轮11A上的卷筒带11B，通过驱动卷筒轮11A或卷筒带11B使得光纤5处于卷筒轮11A与卷筒带11B之间的状态，光纤5在朝着拉紧线轴12的方向被拉动。
光纤拉伸设备1包括一个温度控制器13，用于控制加热炉4的温度，一个光纤直径控制器14，用于控制光纤5的外径，一个速度控制器15，用于控制卷筒11和拉紧线轴12的速度，一个拉伸控制器16，用于控制光纤10的拉伸速度，以及一个通行线长度控制器17，用于控制导辊移动机构10的导辊10A与10B之间的距离。
从加热炉4出来的光纤5通过光纤直径测量仪器6测量其直径，其测量结果输入光纤直径控制器14。
随后，光纤直径控制器14将关于光纤5的外径的信息传送到速度控制器15，速度控制器15控制拉伸速度，使得光纤5的外径可以是期望值。该拉伸速度信息被传送到拉伸控制器16，拉伸控制器16将设置的拉伸速度与当前的实际拉伸速度进行比较，并且通过光纤预制件馈送机构3调节光纤预制件馈送速率，以调节设置的拉伸速度与该拉伸速度之间的差异。
导辊9、10A和10B不从导辊侧面向光纤5施加压力以在其间保持光纤5。导辊不对光纤5有影响以使树脂包层部分5B变形。卷筒11拉动的光纤5在拉紧线轴12上卷绕。
通过该光纤拉伸设备拉伸的光纤5包含玻璃部分5A和树脂涂覆部分5B，如图3所示。该光纤5具有从235μm至265μm的预定涂层直径。光纤5的玻璃部分具有125μm的直径。
在该实施例的光纤拉伸设备1中，当形成具有从235μm至265μm的涂层直径的UV可固化树脂涂覆的光纤5时，算术运算装置18通过算术运算计算保证用于固化该UV可固化树脂的反应时间所需的通行线的长度，该算术运算使用了预定反应时间与通行线中的实际拉伸速度。
关于计算的所需通行线长度的信息被传送到通行线长度控制器17，通行线长度控制器17控制导辊移动机构10改变从UV固化炉8的出口到卷筒11的入口部分的通行线长度。
以此方式，保证了光纤5从UV固化炉8的出口传送到卷筒11的入口部分花费的传送时间T。
当以1000m/min或以上的拉伸速度拉伸光纤时，花费传送时间T以保证用于固化该UV可固化树脂的反应时间，并将其设置为0.5秒或以上。
由此，可以充分地保证固化该UV可固化树脂的光化学聚合的时间。因此，不存在当光纤被高速拉伸时由于卷筒而变形的危险。
本发明者进行了一项实验，以1000m/min至1500m/min的拉伸速度拉伸光纤，并通过在通行线长度控制器17的控制下调节导辊移动机构10，以改变通行线长度以及设置传送时间，测量光纤的树脂涂覆部分中外观异常发生的数量(异常点数)，由此得到表2的结果。对于在光纤的5mm长度单位中能够被区分的不规则点，作为异常点数被计数。
表1中列出600m/min至800m/min的较低拉伸速度下的参考值。
表1
通行线长度(m) 拉伸速度(m/min) 传送时间(秒)   异常点
    4     600     0.40     0
    8     600     0.80     0
    16     800     1.20     0
    24     800     1.80     0
表2
通行线长度(m)   拉伸速度(m/min)   传送时间(秒) 异常点
    4     1000     0.24     10
    8     1000     0.48     1
    12     1000     0.72     0
    16     1000     0.96     0
    4     1200     0.20     32
    8     1200     0.40     3
    12     1200     0.60     0
    16     1200     0.80     0
    4     1500     0.16     128
    8     1500     0.32     32
    16     1500     0.64     0
    24     1500     0.96     0
此外，图4显示由表2的结果得到的异常点数与传送时间之间的关系。图6显示每种UV树脂的固化率与三种光纤(A，B，C)的每一种的传送时间之间的一个关系。加到三种光纤(A，B，C)的每一种之上的每种UV树脂是不同类型的树脂。基于光纤UV固化之后在UV固化的树脂中存在的CH2＝CH双键的数量得到UV固化的树脂的固化率。如图4所示，发现如果传送时间T设置为0.5秒或以上，则光纤的树脂涂覆部分中外观异常发生的数量(异常点数)变为零。此外，如图6所示，发现如果传送时间T设置为0.5秒或以上，则实际上每个光纤都可以被使用。由此，在光纤以1000m/min或以上的高拉伸速度被拉伸的区域不存在光纤由于卷筒11而变形的危险。
如上详述，使用本发明，光纤从UV固化炉的出口传送到卷筒的入口部分花费的传送时间设置为0.5秒或以上，由此可以充分保证用于固化该UV可固化树脂的反应时间。因此，光纤可以被高速拉伸，而没有由于卷筒而变形的危险，导致生产效率提高。
如这里所述，该设备使用卷筒，但是使用张力辅助机构的设备(没有图5中的109B)可以具有相同的效果，因为表面上的不规则根据相同的原理被转移。

Claims (5)

1.一种制造光纤的方法，包括步骤：
设置或控制在UV固化炉的出口与用于拉伸所述具有UV固化的树脂涂层的光纤的卷筒的入口部分之间的通行线长度；
以1000m/min或更高的拉伸速度拉伸所述光纤，其条件是从UV固化炉的所述出口到用于拉动所述光纤的所述卷筒的所述入口部分的传送时间被设置为0.5秒或以上；
用UV可固化树脂涂覆所述光纤，使之具有一个从235μm至265μm的涂层直径；以及
在所述UV固化炉中固化所述UV可固化树脂。
2.根据权利要求1的制造光纤的方法，进一步包括步骤：
基于通过使用实际拉伸速度的数据与用于固化所述UV可固化树脂的预定反应时间的算术运算结果，确定所述通行线的所述设置长度；及
所述传送时间长于所述预定反应时间。
3.一种用于制造光纤的设备，包括：
一个涂覆装置，用于用UV可固化树脂涂覆所述光纤；
一个UV固化炉，用于固化所述UV可固化树脂；
一个卷筒，用于拉动具有固化了的UV可固化树脂涂层的所述光纤；
一个算术运算装置，用于基于通过使用实际拉伸速度的数据与用于固化所述UV可固化树脂的预定反应时间的算术运算结果，计算在所述UV固化炉的出口与所述卷筒的入口部分之间的通行线设置长度；以及
一个控制装置，用于控制通行线长度等于通过所述算术运算装置计算的所述通行线的所述设置长度，
其中从所述UV固化炉的所述出口到所述卷筒的所述入口部分的传送时间长于所述预定反应时间。
4.根据权利要求3的用于制造光纤的设备，其中所述传送时间设置为0.5秒或以上，所述拉伸速度为1000m/min或以上，以及在用UV可固化树脂涂覆所述光纤上之后，所述光纤的涂层直径为235μm至265μm。
5.根据权利要求3的用于制造光纤的设备，其中所述控制装置包括导辊装置和通行线长度控制器，所述导辊装置包含第一导辊和第二导辊，所述第一和第二导辊中的至少之一是可移动的，以改变所述第一与第二导辊之间的距离，及所述通行线长度控制器通过改变所述距离控制通行线长度。
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