CN101767930A - 光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法 - Google Patents

光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法 Download PDF

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Abstract

本发明光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法涉及的是一种通信用G.652光纤的拉丝方法，尤其涉及较高速度(高于1500m/min)的拉丝方法及其高速拉丝设备。包括送棒器、拉丝炉、冷却管、涂覆器、固化装置、抽风装置、搓动装置、牵引轮和收线装置；送棒器安装在拉丝炉上部，拉丝炉部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成，在冷却管出口处设有涂覆器，在涂覆器前方装有固化装置，在搓动装置前方装有牵引轮和收线装置。高速拉丝方法方法：(1)预制棒表面预处理，(2)拉丝，将表面预处理后的预制棒悬挂在送棒器上送入石墨拉丝炉中拉丝；采用紫外光固化涂料，固化后光纤经过搓动装置，经搓动后，光纤经牵引轮和收线装置收线。

Description

光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法
技术领域
本发明光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法涉及的是一种通信用G.652光纤的拉丝方法，尤其涉及较高速度(高于1500m/min)的拉丝方法及其高速拉丝设备。且通过该种方法所生产出的单模光纤的光学特性、几何参数、环境性能等满足通用的单模光纤标准。
背景技术
随着近几年来光纤通信的飞速发展，对光纤的要求亦越来越高，行业内竞争亦日趋激烈。提高拉丝速度是降低成本，进行大规模生产的有效方法。在光纤生产行业，目前国内大部分生产厂家拉制光纤的速度保持在1200-1300m/min，较少厂家拉丝速度达到1400m/min。
由于受到拉丝塔高度的限制，提高拉丝速度后，从拉丝炉内出来的裸光纤会由于在各部件处停留时间缩短造成冷却不足，出现涂层受损或涂覆后外观状况不佳的现象。
中国专利200410060906.9提出一种高速拉丝的方法，在内涂层UV固化炉出口和外涂覆器之间增加一个冷却装置，在外涂层UV固化炉出口和搓动装置之间增加一个冷却装置，使涂覆树脂充分固化，从而更好的对光纤进行保护，防止涂层受损情况发生，但这种方法只适用于拥有较高的拉丝塔情况(拉丝塔要高于25m)。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处提供的一种光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法，通过该方法和设备可制备出符合常规非色散位移单模光纤G.652光纤(I-TUT国际标准)，该光纤能够满足所有光学特性，几何性能亦能满足并优于I-TUT国际标准。且单根棒速度达到1500m/min以上，有效提高生产效率。
光纤生产过程中高速拉丝设备及其高速拉丝方法是采用以下方案实现的：
光纤生产过程中高速拉丝设备包括送棒器、拉丝炉、冷却管、涂覆器、固化装置、抽风装置、搓动装置、牵引轮和收线装置。送棒器安装在拉丝炉上部，送棒器包括伺服电机、卡盘和二根导轨，伺服电机装在二根导轨上可上下移动，伺服电机输出轴上装有卡盘，用于装夹输送预制棒。所述的卡盘采用三爪式夹头卡盘。拉丝炉部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成，在石墨加热部件上安装有上、中、下三路进气管道，在拉丝炉出口处装有冷却管，冷却管采用水循环冷却管和气循环冷却管，将裸光纤的温度带走，降低光纤表面温度，在冷却管出口处设有涂覆器，涂覆器设有一次、二次涂料的进料口，一次性进行一次、二次涂覆，一次涂料进口和二次涂料进口上下排列，位于涂覆器一侧，涂料进入涂覆器后，再由内部通道分至多个方向对光纤表面进行涂覆。在涂覆器前方装有固化装置，固化装置采用4-6个紫外光固化炉，4-6个紫外光固化炉紧密摆放，缩短空间，保证光纤内外涂层充分固化，同时拉长固化后到搓动装置之间的距离维持在0.8～1m以上，在最后一个固化炉出口处安装抽风装置，使固化后光纤表面附着的油烟得以充分挥发，防止被光纤带到搓动装置上，搓动装置采用正弦扭转搓动轮，在搓动装置前方装有牵引轮和收线装置。牵引轮采用伺服电机驱动，收线装置采用双收线装置，双收线装置具有两个收线盘，可以自动切换收线。
所述气循环冷却管中的冷却气体采用氮气与氦气的混合气体。
光纤生产过程中高速拉丝方法如下：
1、预制棒表面预处理
将待处理预制棒进行预处理，首先将预制棒与石英棒进行对接，表面采用清洗法进行清洁处理，采用氢氟酸与硝酸混合溶液对预制棒表面进行清洗，硝酸与氢氟酸重量配比在1∶2～8，硝酸与氢氟酸的混合酸液浓度保持在30％～80％。
2、拉丝
将表面预处理后的预制棒悬挂在送棒器上送入石墨拉丝炉，设定参数开始拉丝，拉丝炉温度控制在2000℃～2300℃。
拉丝炉部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成。其中对石墨件的挥发物数量以及表面粗糙度都进行了严格的规定：石墨件灰分≤20ppm；石墨件表面粗糙度RC≤6.3。并且对进到拉丝炉前的保护气体进行了二次过滤，保证了气体的洁净度。拉丝炉中的气流进行了流量控制10-80L/min，在石墨加部件上安装有上中下三路进气管道，使气体严格的按照层流方式运动，以使石墨件产生的颗粒在气流的吹扫下，以不与熔融玻璃和光纤相接触的轨迹被带出炉外或者附着在拉丝炉的内壁；同时避免气流直接吹到玻璃的熔融区及光纤形成区，极大的提高了裸纤的稳定性和均匀性。
拉丝过程中，保证拉丝速度在1500m/min-1800m/min，拉丝速度波动小于20m/min。裸光纤出炉后，经过冷却装置后，进入到涂覆环节，采用紫外光固化涂料，采用新型涂覆器，该涂覆器设有一次、二次涂料的进料口，一次性进行一次、二次涂覆，对紫外光固化炉进行位置调整，4-6个紫外光固化炉紧密摆放，缩短空间，保证光纤内外涂层充分固化，同时拉长固化后到搓动装置之间的距离维持在0.8～1m以上，同时在最后一个固化炉出口处安装抽风装置，使固化后光纤表面附着的油烟得以充分挥发，防止被光纤带到搓动装置上，影响搓动效果的实现。
所述的涂覆器含有一次涂料进口和二次涂料进口，一次涂料进口和二次涂料进口上下排列，位于涂覆器一侧，涂料进入涂覆器后，再由内部通道分至多个方向对光纤表面进行涂覆。
经过紫外光固化装置固化后。对于涂覆环境进行严格控制，采用空气高效过滤装置，保证其洁净状况。定期测量粒子数，使空气中粒子含量达到百级净化效果。固化后光纤经过搓动装置，采用正弦扭转搓动轮对光纤进行正弦搓动，经搓动后，可以有效降低光纤的偏振模色散指数，光纤经牵引轮和收线装置收线(双收线系统收线)，进入下一道工序。
3、光纤性能检测确认
经检测：该光纤在1310nm的衰减不大于0.34dB/km，在1550nm的衰减不大于0.20dB/km。零色散斜率不大于0.092ps/nm2·km，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的指标优于常规G.652指标。
本发明光纤生产过程中高速拉丝的方法，由于采用一次、二次涂层同时涂覆的方式，同时对固化装置的位置重新进行摆放设置，采用集中式、密集式的摆放方法，缩短了拉丝塔的空间达3m以上，在塔高20m左右的拉丝塔上即可实现高速拉丝。由于固化炉的位置调整，将固化炉出口与搓动装置之间的距离拉长至0.8～1m以上，在固化炉出口处安装抽风装置，将涂覆层固化后的油烟吸走，防止带到搓动装置上，总体可将原拉丝塔的涂覆空间缩短1m以上，同时由于固化炉密集式摆放原则，使得UV固化炉可对一次、二次涂层一次性固化，保证了固化效果，拉丝方法可操作性强，参数可控性强，性能优越。
附图说明
以下将结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明制备方法的工艺流程图。
图2是本发明制备方法生产出的光纤的结构图。
图中：1、纤芯，2、内包层，3、外包层，4、一次紫外固化涂层，5、二次紫外固化涂层。
图3是本发明制备方法的设备结构示意图。
图中：6、送棒器，7、预制棒，8、拉丝炉，9、冷却管，10、涂覆器，11、固化系统，12、抽风装置，13、搓动装置，14、牵引轮，15、光纤，16、收线装置，17、收线盘。
具体实施方式
参照附图1-2，高速拉丝方法所制得的单模光纤包括纤芯1、内包层2、外包层3、一次紫外固化涂层4、二次紫外固化涂层5。在纤芯1外部包裹有内包层2、外包层3，外包层3外部有两层紫外固化涂料层分别为一次紫外固化涂层4、二次紫外固化涂层5，外包层外部经过一次涂覆，两层涂层一次成型，采用紫外固化涂料。紫外固化涂层具有低模量、低折射率的特点。该光纤的指标基本等同于常规G.652指标：该光纤的零色散波长为1300-1324nm之间，零色散斜率不大于0.092ps/(nm2km)。光纤在1310nm的衰减不大于0.34dB/km，在1550nm的衰减不大于0.20dB/km。该光纤的指标能够满足国家电信行业通用G.652标准。(1310nm处衰减不大于0.35dB/km，在1550nm的衰减不大于0.21dB/km，零色散波长范围1300-1324nm，零色散斜率不大于0.093ps/(nm2·km)，MFD为(8.6～9.5)±0.7um，光缆截止波长不大于1260nm)。
参照附图1-3，光纤生产过程中高速拉丝设备包括送棒器6、拉丝炉8、冷却管9、涂覆器10、固化装置11、抽风装置12、搓动装置13、牵引轮14和收线装置。送棒器6安装在拉丝炉8上部，送棒器6包括伺服电机、卡盘和二根导轨，伺服电机装在二根导轨上，上下移动，伺服电机输出轴上装有卡盘，用于装夹输送预制棒。所述卡盘采用三爪式夹头卡盘。拉丝炉8部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成，石墨加热部件上安装有上中下三路进气管道，在拉丝炉8出口处装有冷却管9，冷却管9采用水循环冷却管和气循环冷却管，将裸光纤的温度带走，降低光纤表面温度，在冷却管9出口处设有涂覆器10，涂覆器10设有一次、二次涂料的进料口，一次性进行一次、二次涂覆，一次涂料进口和二次涂料进口上下排列，位于涂覆器10一侧，涂料进入涂覆器10后，再由内部通道分至多个方向对光纤表面进行涂覆。在涂覆器10前方装有固化装置11，固化装置11采用4-6个紫外光固化炉，4-6个紫外光固化炉紧密摆放，缩短空间，保证光纤内外涂层充分固化，同时拉长固化后到搓动装置13之间的距离维持在0.8～1m以上，在最后一个紫外光固化炉出口处安装抽风装置12，使固化后光纤表面附着的油烟得以充分挥发，防止被光纤带到搓动装置13上，搓动装置13采用正弦扭转搓动轮，在搓动装置13前方装有牵引轮14和收线装置16。牵引轮14采用伺服电机驱动，收线装置16采用双收线装置，双收线装置16具有两个收线盘17，可以自动切换收线。
参照图1-3，预制棒7清洗结束后，悬挂在送棒器6上，在拉丝炉8中熔融成型后，光纤15通过冷却管9，通过涂覆器10，内外层涂覆一次成型，再通过紫外光固化炉11对光纤表面进行固化，光纤固化后送到搓动装置13，在紫外光固化炉11与搓动装置13之间，安装有抽风装置12，除去光纤表面附着的油烟之后光纤经过在线搓动装置13进行偏振模色散控制，再经过牵引轮14到达收线装置16。
本发明提供了一种光纤生产中高速拉丝的方法，在光纤拉制过程中，调整设备，修正工艺参数设定，来达到高速拉丝的目的，可以大大提高可操作性，降低研制成本。
光纤生产过程中高速拉丝方法如下：
1、预制棒表面预处理
将待处理预制棒7进行预处理，首先将预制棒7与石英棒进行对接，表面采用清洗法进行清洁处理，采用氢氟酸与硝酸混合溶液对预制棒表面进行清洗，硝酸与氢氟酸重量配比在1∶2～8，硝酸与氢氟酸的混合酸液浓度保持在30％～80％。
2、拉丝
将表面预处理后的预制棒7悬挂在送棒器6上送入石墨拉丝炉8，设定参数开始拉丝，拉丝炉温度控制在2000℃～2300℃。
拉丝炉8部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成。其中对石墨件的挥发物数量以及表面粗糙度都进行了严格的规定：石墨件灰分要求≤20ppm；石墨件表面粗糙度RC≤6.3。并且对进到拉丝炉8前的保护气体进行了二次过滤，保证了气体的洁净度。拉丝炉8中的气流进行了流量控制10-80L/min，在石墨加热炉上安装有上中下三路进气管道，使气体严格的按照层流方式运动，以使石墨件产生的颗粒在气流的吹扫下，以不与熔融玻璃和光纤相接触的轨迹被带出炉外或者附着在拉丝炉的内壁；同时避免气流直接吹到玻璃的熔融区及光纤形成区，极大的提高了裸纤的稳定性和均匀性。
拉丝过程中，保证拉丝速度在1500m/min-1800m/min，拉丝速度波动小于20m/min。裸光纤出炉后，经过冷却装置后，进入到涂覆环节，采用紫外光固化涂料，采用新型涂覆器10，该涂覆器10设有一次、二次涂料的进料口，一次性进行一次、二次涂覆。固化装置11采用4-6个紫外光固化炉，对紫外光固化炉进行位置调整，4-6个紫外光固化炉紧密摆放，缩短空间，保证光纤内外涂层充分固化，同时拉长固化后到搓动装置13之间的距离维持在0.8～1m以上，同时在最后一个固化炉出口处安装抽风装置，使固化后光纤15表面附着的油烟得以充分挥发，防止被光纤15带到搓动装置13上，影响搓动效果的实现。
所述的涂覆器10含有一次涂料进口和二次涂料进口，一次涂料进口和二次涂料进口上下排列，位于涂覆器10一侧，涂料进入涂覆器10后，再由内部通道分至多个方向对光纤表面进行涂覆。
经过紫外光固化装置固化后。对于涂覆环境进行严格控制，采用空气高效过滤装置，保证其洁净状况。定期测量粒子数，使空气中粒子含量达到百级净化效果。固化后光纤15经过搓动装置13，采用正弦扭转搓动轮对光纤15进行正弦搓动，可以有效降低光纤的偏振模色散指数，经搓动后，光纤经牵引轮14和收线装置16收线，进入下一道工序。所述收线装置16采用双收线装置。
3、光纤性能检测确认
经检测：该光纤在1310nm的衰减不大于0.34dB/km，在1550nm的衰减不大于0.20dB/km。零色散斜率不大于0.092ps/nm2·km，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的指标优于常规G.652指标。

Claims (5)

1.一种光纤生产过程中高速拉丝设备，其特征在于包括送棒器、拉丝炉、冷却管、涂覆器、固化装置、抽风装置、搓动装置、牵引轮和收线装置；送棒器安装在拉丝炉上部，送棒器包括伺服电机、卡盘和二根导轨，伺服电机装在二根导轨上可上下移动，伺服电机输出轴上装有卡盘，用于装夹输送预制棒；拉丝炉部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成，在石墨加热炉上安装有上、中、下三路进气管道，在拉丝炉出口处装有冷却管，在冷却管出口处设有涂覆器，涂覆器设有一次、二次涂料的进料口，一次性进行一次、二次涂覆，一次涂料进口和二次涂料进口上下排列，位于涂覆器一侧，涂料进入涂覆器后，再由内部通道分至多个方向对光纤表面进行涂覆；在涂覆器前方装有固化装置，固化装置采用4-6个紫外光固化炉，4-6个紫外光固化炉紧密摆放，缩短空间，保证光纤内外涂层充分固化，同时拉长固化后到搓动装置之间的距离维持在0.8～1m以上，在最后一个固化炉出口处安装抽风装置，使固化后光纤表面附着的油烟得以充分挥发，防止被光纤带到搓动装置上，在搓动装置前方装有牵引轮和收线装置；牵引轮采用伺服电机驱动，收线装置采用双收线装置，双收线装置具有两个收线盘，可以自动切换收线。
2.根据权利要求1所述的光纤生产过程中高速拉丝设备，其特征在于所述卡盘采用三爪式夹头卡盘。
3.根据权利要求1所述的光纤生产过程中高速拉丝设备，其特征在于所述冷却管采用水循环冷却管和气循环冷却管。
4.根据权利要求1所述的光纤生产过程中高速拉丝设备，其特征在于所述搓动装置采用正弦扭转搓动轮。
5.一种光纤生产过程中高速拉丝方法，其特征在于：
(1)预制棒表面预处理
将待处理预制棒进行预处理，首先将预制棒与石英棒进行对接，表面采用清洗法进行清洁处理，采用氢氟酸与硝酸混合溶液对预制棒表面进行清洗，硝酸与氢氟酸重量配比在1∶2～8，硝酸与氢氟酸的混合酸液浓度保持在30％～80％；
(2)拉丝
将表面预处理后的预制棒悬挂在送棒器上送入石墨拉丝炉，设定参数开始拉丝，拉丝炉温度控制在2000℃～2300℃；
拉丝炉部分由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成，其中对石墨件的挥发物数量以及表面粗糙度都进行了严格的规定：石墨件灰分≤20ppm；石墨件表面粗糙度RC≤6.3，并且对进到拉丝炉前的保护气体进行了二次过滤，保证了气体的洁净度，拉丝炉中的气流进行了流量控制10-80L/min，在石墨加热部件上安装有上中下三路进气管道，使气体严格的按照层流方式运动，以使石墨件产生的颗粒在气流的吹扫下，以不与熔融玻璃和光纤相接触的轨迹被带出炉外或者附着在拉丝炉的内壁；同时避免气流直接吹到玻璃的熔融区及光纤形成区，极大的提高了裸纤的稳定性和均匀性；
拉丝过程中，保证拉丝速度在1500m/min-1800m/min，拉丝速度波动小于20m/min，裸光纤出炉后，经过冷却装置后，进入到涂覆环节，采用紫外光固化涂料，采用新型涂覆器，该涂覆器设有一次、二次涂料的进料口，一次性进行一次、二次涂覆，对紫外光固化炉进行位置调整，4-6个紫外光固化炉紧密摆放，缩短空间，保证光纤内外涂层充分固化，同时拉长固化后到搓动装置之间的距离维持在0.8～1m以上，同时在最后一个固化炉出口处安装抽风装置，使固化后光纤表面附着的油烟得以充分挥发，防止被光纤带到搓动装置上，影响搓动效果的实现；
所述的涂覆器含有一次涂料进口和二次涂料进口，一次涂料进口和二次涂料进口上下排列，位于涂覆器一侧，涂料进入涂覆器后，再由内部通道分至多个方向对光纤表面进行涂覆；
经过紫外光固化装置固化后，对于涂覆环境进行严格控制，采用空气高效过滤装置，保证其洁净状况，定期测量粒子数，使空气中粒子含量达到百级净化效果，固化后光纤经过搓动装置，采用正弦扭转搓动轮对光纤进行正弦搓动，经搓动后，可以有效降低光纤的偏振模色散指数，光纤经牵引轮和收线装置收线，进入下一道工序；
(3)光纤性能检测确认
经检测：该光纤在1310nm的衰减不大于0.34dB/km，在1550nm的衰减不大于0.20dB/km，零色散斜率不大于0.092ps/nm2·km，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的指标优于常规G.652指标。
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