光纖高速拉絲的工藝控制-科蘭

拉絲速度是拉絲工序的最重要指標(biāo)之一。高速拉絲向光纖制造工藝提出了嚴(yán)格的要求。本文介紹了光纖高速拉絲中的主要工藝控制方法和結(jié)果，包括光纖翹曲度、冷卻效率和凃覆等方面，并對優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行了比較。

1.引言

近幾年來，隨著光纖使用量和光纖生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，光纖生產(chǎn)技術(shù)一直在持續(xù)飛速發(fā)展，一方面光纖預(yù)制棒的尺寸越來越大;另一方面拉絲速度越來越高，這兩個(gè)方面相互促進(jìn)，配套發(fā)展，光纖制造商在這兩個(gè)方面作出了巨大的努力。其中拉絲速度的提高一直是具有挑戰(zhàn)性的課題，拉絲速度從10年前的200m/min發(fā)展到現(xiàn)在的800m/min或者更高。目前，商用的拉絲生產(chǎn)線能達(dá)到800~1000m/min，專用的拉絲生產(chǎn)線能達(dá)到1000m/min以上的生產(chǎn)速度，據(jù)商用拉絲線的設(shè)計(jì)專家稱：在未來10年，商用的拉絲生產(chǎn)線能達(dá)到1500m/min的生產(chǎn)速度。提高拉絲速度不僅能在經(jīng)濟(jì)上提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，而且對光纖的質(zhì)量也會有一定的好處。但是，提高拉絲速度要解決拉絲爐、裸光纖及涂覆光纖的冷卻和光纖的涂覆等主要問題。

在高速拉絲狀況下，光纖的翹曲度會隨著拉絲速度的升高而劣化，這主要是由于裸光纖在高速拉絲時(shí)光纖在圓周方向上的冷卻速度不均勻，造成裸光纖在橫截面上的密度不一致。另外當(dāng)光纖預(yù)制棒在拉絲石墨爐中所處的溫度場不一致時(shí)，也可能會引起拉制成的裸光纖在橫截面上的密度不一致，因而造成光纖的翹曲度變小。

在高速拉絲狀況下，為了取得良好的和穩(wěn)定的涂覆工況，必須讓光纖在進(jìn)入涂覆模時(shí)保持恒定的和足夠低的溫度(一般認(rèn)為在50℃左右)。良好的穩(wěn)定涂覆工況應(yīng)包括以下的幾個(gè)方面：(1)在涂覆層中，無氣泡(2)良好的涂層同心度(3)小的涂層直徑變化。隨著拉絲速度的提高，空氣在光纖涂覆時(shí)混入涂層的幾率大大的提高了。同時(shí)在高速拉絲時(shí)，拉絲張力也大大的提高了，由涂覆模產(chǎn)生的向心力和拉絲張力的相互作用的結(jié)果決定了涂覆工況的穩(wěn)定性。這就要求在高速拉絲時(shí)，使用能產(chǎn)生更高向心力的模具和更精準(zhǔn)的模座傾角調(diào)整系統(tǒng)。除此之外，涂覆工況與使用的涂料有很大的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中，我們使用的是涂料制造商專為住友電工研發(fā)的專用涂料，此涂料具有優(yōu)異的性能, 尤其是在抗靜電特性上。

2.試驗(yàn)及結(jié)果分析

隨提高拉絲速度的提高，首先要解決的問題就是光纖的翹曲度，其對帶纖來說，融接時(shí)要求光纖有較好的翹曲度。光纖的翹曲度是指裸光纖在不受任何外界應(yīng)力的情況下的彎曲程度。我們通過研究發(fā)現(xiàn)：翹曲度與爐子的結(jié)構(gòu)和光纖出爐后的冷卻有很大的關(guān)系，尤其是前者。在不改變爐子的結(jié)構(gòu)的情況下，我們用400m/min、750m/min和1000m/min進(jìn)行試驗(yàn)，可見，光纖的翹曲度隨拉絲速度上升而快速下降。但通過改變爐子的部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化和光纖的冷卻方式的改變，即使速度上升到1200m/min以上仍有很好的翹曲度, 如圖2所示。圖3為經(jīng)過優(yōu)化爐子的結(jié)構(gòu)后，光纖翹曲度的分布圖。

對于He冷卻系統(tǒng)，要綜合考慮制冷裝置(Chiller)的溫度，He的流量，光纖的震動(dòng)等因素的影響。在保證空氣中的水份不在冷卻管表面結(jié)凝的情況下，Chiller溫度較低效率較高，He流量也要合理利用。光纖的震動(dòng)則是光纖冷卻過程中的副作用，處理不當(dāng)，則會對光纖直徑測試和光纖涂覆造成副面影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，裸光纖和一次涂覆光纖必須冷卻適當(dāng)?shù)臏囟炔拍艿玫搅己玫男Ч?。光纖的涂覆則是提高拉絲速度的主要障礙之一。其中兩個(gè)主要問題是涂覆直徑的波動(dòng)，另一個(gè)就是涂層的同心度，涂層的均勻性等問題。我們通過涂覆模結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，很好的解決著方面的問題。

3.結(jié)論

我們通過對拉絲石墨爐、He冷卻系統(tǒng)、涂覆系統(tǒng)等裝置和工藝的研究和優(yōu)化，在1200m/min的速度下，嚴(yán)格而精確地控制了光纖的翹曲度、涂覆層、包層直徑等性能。我們將向更高的速度和更好的工藝而努力。

審核編輯黃宇