CN101952215B - 用扩展的辐照器进行纤维固化 - Google Patents

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Abstract

一种生产光纤的方法，所述方法包括：(i)以至少10m/s的速率沿第一路径从预成型件拉制裸露的光纤；(ii)使所述裸露的光纤与液压轴承中的流体区接触并在所述裸露的光纤被拉伸通过所述流体垫区时沿第二路径使得所述裸露的光纤重新定向；(iii)涂覆所述裸露的光纤；和(iv)在至少一个辐照区中辐照所述涂覆的纤维以便至少使所述涂层部分固化，同时使所述光纤接受紫外线灯照射。

Description

用扩展的辐照器进行纤维固化
发明背景
发明领域
本发明涉及形成光纤的方法和设备，更具体地，涉及形成具有改善的特征的光纤的方法和设备。
背景技术
光纤在通信领域已担当起越来越重要的作用，经常代替已有的铜丝。这种形式的传输通过发射一束光线通过光学透明的纤维来实现。因为在传输过程中对光束的干扰或其部分损失必须降到最小以便使光纤的使用成为一种成功的通信技术，所以，必须保护光纤不受会导致信号损失或信号失真的任意环境的影响。涂覆光纤是一种此类技术。涂覆光纤以便保护光纤表面不受因磨损或水引起的损坏、维持光纤强度、并防止因光纤弯曲造成的传输损耗。
光纤通常含有玻璃芯、玻璃包覆层和至少两个涂层，即第一(或内部)涂层和第二(或外部)涂层。第一涂层在光纤形成后立即施加，用作缓冲的缓冲层并在光纤被弯曲、拧成缆或缠绕时保护玻璃芯。第二涂层作为坚硬的、保护性的外层被施加于第一涂层上，防止在加工和使用过程中对玻璃纤维的损坏。这两层涂层一般需要固化(例如通过用紫外线灯辐照)以便硬化在光纤使用期限内维持结构完整性。
生产光纤的常规技术和制造工艺通常包括通过生产的几个步骤沿线性路径向下拉制光纤。
然而，这种技术对光纤生产的改善和改进造成明显阻碍。例如，涉及线性生产光纤的设备通常是从上到下对齐的，因此，不增加整个系统高度将难以加入或改变工艺。在一些情况下，扩充线性生产体系需要附加的结构以增加建筑物的高度(例如在拉伸塔位于或靠近已有建筑物的的天花板处时)。此类障碍造成的结果是，为改进或更新光纤生产系统和设备将耗资巨大。
例如，难以增加光纤的拉制速度，因为光纤在使光纤涂层固化的紫外线辐照器中停留时间较短。然而，向线性生产体系中添加更多的辐照器或更大的辐照器是困难的。如果不增加整个系统的高度，一般几乎没有空间可用于添加另外的辐照器(用于适应更快地穿过辐照器的光纤)。因为增加已有系统的高度会显著增加整个系统的成本，所以，需要一种无需增加整个系统的高度也能提供用于附加的辐照器的空间的光纤拉制系统。
发明内容
本发明的一个方面包括生产光纤的方法，所述方法包括：
(i)沿第一路径以至少10米/秒的速度从预成型件拉制裸露的光纤；(ii)使所述裸露的光纤与液压轴承中的流体区接触并在所述裸露的光纤被牵拉通过所述流体垫区时沿第二路径使得所述裸露的光纤重新定向；(iii)涂覆所述裸露的光纤；和(iv)在至少一个辐照区中辐照所述涂覆的光纤以便至少使所述涂层部分固化，同时使所述光纤接受紫外线照射。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体描述中叙述，本领域的技术人员会从这些描述中容易地明白或通过实施本文描述的发明(包括随后的具体描述、权利要求以及附图)而认识到其中的一部分。
应该理解，以上的综述和随后的详细描述都展示了本发明的实施方式，并且都意在为理解要求保护的本发明的本质和特征而提供综述或总纲。附图被包括在内以提供对本发明的进一步理解，附图被包括在说明书内并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用于解释本发明的构思和操作。
附图简述
图1显示了一种光纤生产系统；
图2说明用于光纤生产系统中的液压轴承的分解图；
图3说明用于光纤生产系统的具有楔形区的液压轴承的侧面平视图；
图4说明图3的液压轴承区的一部分的放大图；和
图5描绘液压轴承的一部分的正视图。
优选实施方式的具体描述
现在我们将具体涉及本发明的优选实施方式，附图中例举了这些实施方式的实例。
本发明提供通过使用液压轴承沿非线性路径生产光纤的新型系统和方法。本文中结合附图1-5具体说明本发明的实施方式，所述附图中，类似的号码在所有图中指示相同的或相应的元件。
更高的拉制速率减少制造光纤的费用。当涂覆光纤时，重要的是以高拉制速率产生能保护纤维芯的均匀的、坚固的涂层。然而，当不向新鲜涂覆的光纤提供在辐照器内足够的停留时间时(例如，当光纤被太快牵拉通过辐照设备时)，光纤涂层不能充分固化，光纤将具有缺陷，诸如涂层脱层、涂层不均匀、涂层比较不牢固或不希望的光纤光学参数的变化。为了克服这些缺陷，根据本发明，通过使光纤在辐照区中辐照足够的时间以便固化光纤。本发明的一个优点是，使更快的拉制速度成为可能并提供更长的辐照区以便充分使光纤涂层固化。
本发明包括用于辐照拉制出的光纤的改善的方法，以便减少与不充分的涂层固化造成的缺陷。如本文中使用的，“辐照”表示移动涂覆的光纤以便优选地使用紫外线进行辐照，至少使所述涂层部分固化。从以下的说明能更好地理解，与制造光纤的现有技术的方法相比，本发明的方法和装置可以实现以较高的速度和高张力形成具有良好固化的涂层的拉制的、掺杂的光学玻璃纤维。
为了达到以上效果，本发明的一个实施方式包括用于生产光纤的系统和方法，包括从加热的玻璃源拉制光纤、使裸露的光纤与液压轴承的流体垫区接触、和当所述裸露的光纤被牵拉通过所述流体垫区时沿至少一条第二路径使得所述裸露的光纤重新定向。
根据本发明的其它实施方式，提供以高速度生产光纤的方法，所述方法包括以大于或等于10m/s、优选大于或等于20m/s、甚至更优地大于或等于30m/s的拉制速率从加热的玻璃源-诸如光纤预成型件-拉制光纤的步骤，以及随后的冷却步骤，在所述冷却步骤中，光纤优选地被冷却至低于100℃、甚至更优地至低于80℃。
如本文中使用的，术语“辐照区”表示位于拉制炉下游的一个区域，在此区域，涂覆的光纤被辐照-例如通过紫外线辐照，以便使光纤涂层至少部分固化。在一个优选的实施方式中，辐照区中光纤的平均辐照率(本文中也称为平均功率)可以小于400W/cm，包括小于300W/cm、优选地大于80W/cm、例如110-280W/cm。例如，平均功率可以是300W/in(约118W/cm)或500W/in(约195W/cm)或600W/in(约240W/cm)。术语“紫外线”表示波长为约150nm至约420nm的光。
如本文中使用的，短语“裸露的光纤”表示直接从预成型件拉制的、对其外表面施加保护性涂层层之前(例如裸露的光纤被聚合物基材料涂覆之前)的光纤。通过在施加保护性涂层之前通过数个生产步骤沿非线性路径运输裸露的光纤，本发明提供柔韧性，由此为附加的(或更长的)辐照器提供更多垂直空间。此外，如本文稍后讨论的，本发明的实施方式的系统和方法不仅提供非线性的路径，而且还能在生产过程中帮助冷却和进一步加工光纤。
参考图1，例举了生产光纤的系统100的例子。在图1中显示的实施方式中，预成型件110放置在熔炉112中，由此拉制光纤以便产生裸露的光纤114。预成型件110可以由任意玻璃或适合生产光纤的材料构造。一旦裸露的光纤114从预成型件110拉出并离开熔炉112，裸露的光纤就与至少一个静态液压轴承116(在图1中显示为多个液压轴承)接触并从沿大体上第一或垂直路径(Y)移动变换为沿第二路径(Z)移动。所述第二路径(Z)可以定向为近似水平或与第一路径正交，但是所述轴承116可以在对光纤施加保护性涂层之前沿任意非线性路径使得光纤重新定向。通过至少一个静态液压轴承116，可以引导光纤114取向通过任选的冷却机构118，或者，可以通过静态液压轴承116将光纤114冷却至需要的温度。注意，所述任选的或附加的冷却机构118(未显示)可以是本领域中已知的用于冷却光纤的任意机构。优选地，所述冷却机构118填充了能有助于以比在空气中冷却速度更快的速度冷却光纤的气体。
如果需要，任选的附加的液压轴承可以用于从大体上水平的路径(Z)运输裸露的光纤114返回至大体上垂直的路径(Y)(或任意其它第三路径)，所述大体上水平的路径(Z)通过使第一和第二轴承116对准而获得。在图1中所示的实施方式中，光纤114通过三个液压轴承116，然后被涂覆和固化。然而，也可以使用更少或更多的液压轴承116。
使本发明的第一和第二涂层的组合物固化的方法可以是热诱导性的、化学诱导性的或辐射诱导性的，取决于涂料组合物和任选地使用的聚合引发剂的性质。对本申请来说，辐射表示红外线、可见光、原子辐射、光化辐射和紫外线，以及电离射线诸如X-射线、电子束、α-射线、β-射线、γ-射线等的应用。就本申请来说，“固化”、“可固化的”和“固化的”包括部分地、大体上或完全固化的涂层和涂层组合物，所述涂层或涂层组合物可以部分、大体上或完全固化。所述第一和第二涂层组合物优选地因辐射、更优地因紫外线辐射而固化(但是，应该理解，第一和第二涂层都可以在这两种涂层施加后立即固化)。如果使用紫外线(UV)辐射，优选地，所述涂层在至少约0.2J/cm2、更优地约0.5至约1.0J/cm2的照射强度水平下发生固化。
光纤的生产中普遍使用的涂料是聚氨酯丙烯酸酯基组合物，它可通过曝露于紫外线(UV)中而固化。该材料以液态施加于光纤的表面，随后曝露于紫外线中以进行固化。涂料可以施加一层或更多层，两层的涂层体系是优选的实施方式。第一涂层通常直接施加于光纤的表面，而第二涂层施加于第一涂层外部。在图1的实施方式中，光纤离开最后一个液压轴承116后被引导至第一涂布器单元120A(即第一次包覆)，在此处，第一保护性涂层121A被施加于裸露的光纤114的外表面上。在离开第一涂布器单元120A后，通过至少一个辐照器122A使具有湿的保护层121A的光纤(不再是裸露的)固化，所述辐照器122A一般含有至少一个紫外线光源。然后，光纤114通过第二个涂布器单元120B，在那里，它被涂覆第二涂料层121B，所述第二涂料在至少一个与辐照器122A类似的辐照器122B中固化。
在所述体系中，光纤可以通过各种其它加工阶段(未显示)。拉制机构128(在本文中也称为拉张系统)用于提供光纤被拉伸通过图1中所示的整个系统和最终被缠绕到光纤储存线轴(未显示)上时施加到光纤上的所需的张力。
可以包括其它常规工艺步骤，诸如非接触直径测量装置、进一步光纤冷却装置和线轴缠绕装置。此类附加工艺步骤是常规的，为清楚起见不再显示。
当运输光纤114通过液压轴承116时(本文稍后叙述)，各液压轴承116上的流体垫区使裸露的光纤114冷却。例如，参考图1，离开拉制熔炉的光纤114在进入液压轴承116时可具有约1000-3000℃的温度。因为液压轴承采用运动的流体流，该流体流支承光纤，所以，光纤冷却的速度快于光纤在室温的非运动的空气中冷却的速度，后一种情况出现在从拉制熔炉中刚出来后的情况。光纤和液压轴承中的流体(其优选地是室温时的空气)之间的温差越大，液压轴承冷却光纤114的能力就越大。在另一个实施方式中，被发射通过液压轴承116的流体实际上可以被冷却以便以更快的速度冷却光纤。与流体垫区相关的流体可充分地冷却光纤114以便光纤可以直接被运输到涂覆单元120并且可在裸露的光纤114的外表面上施加保护层以产生涂覆的光纤121。在一个实施方式中，液压轴承116的流体垫区可包括相对裸露的光纤114非反应性的流体(例如空气、氦气)。所述流体能在涂覆光纤之前使光纤冷却至所需的温度。
除了提供冷却以外，利用多个液压轴承116的图1的设置在将裸露的光纤114从大体上线性的排列(Y)转换至大体上非线性的排列(Y+Z)时可提供更好的稳定性。不愿受理论的约束，通过使多个液压轴承116相邻地设置，可以更容易地控制光纤114从一个流体垫区移动至下一个流体垫区的精密度。当然，应该理解，可以使用以任意顺序排列并且提供任意数量所需的路径的任何数量的轴承组件(本文稍后讨论)(包括一个轴承组件)来生产光纤。
在此以前，描述了以非线性路径生产光纤的系统和方法。如本文中所述，此类系统和方法可以包括加入一个或多个轴承组件。图2和3例举了可用于如本文中所述的生产光纤的轴承组件216的实施方式。在图2和3中所示的实施方式中，轴承组件216(有时被称为“液压轴承”)包括第一平板230、第二平板232、内部构件236和在第一和第二平板中至少一个中的至少一个孔234。第一平板230和第二平板232可以由金属制成并包括弓形的外表面238、239并可位于相互的相对侧上。第一平板230和第二平板232通过接合件(例如螺栓240)连接以便将平板230和232联系在一起，以便流体可以通过轴承组件216。各平板230、232的弓形外表面239、239通常沿着各相应平板230、232的周缘设置。第一平板230和第二平板232各自具有相应的内部面242、244和外部面243、245，其中，平板230、232的内部面242、244相互对准。一个凹陷的部分247至少部分围绕第一平板230或第二平板232中任意一个的内部面242、244延伸，以便为流体流提供充气增压。在另一个实施方式中，凹陷的部分可以包含各种构造以便提供均匀的流量进入光纤支承通道250，这将在本文稍后讨论。
在所示的实施方式中，第一平板230和第二平板232的弓形外表面238、239优选地大体上对齐并形成第一平板230和第二平板232的外表面238、239之间的区域。该区域构造用来接受光纤，以便在轴承组件不发生旋转的情况下使光纤通过该区域。在图4中显示的实施方式(本文稍后讨论)中更清楚地说明该光纤支承通道250。至少一个孔234通过第一平板230和第二平板232中的至少一个。如图2中所示，第一平板230和第二平板232的孔234允许流体(例如空气、氦气或其它所需的气体或液体)被加入通过轴承组件216，以便流体能在光纤支承通道250处离开轴承组件216，所述光纤支承通道250在第一平板230和第二平板232之间形成。(将图3和4)
此外，如图2的实施方式中所示，轴承组件216可包括位于第一平板230和第二平板232之间的内部构件236。形成该内部构件236(例如填隙片237)是为了帮助将流体引导至第一平板230和第二平板232的外表面238、239之间的区域，以便流体离开光纤支承通道250时具有预定的流向。该内部构件236安置在第一平板230和第二平板232之间以便在它们之间提供间隙。该内部构件236引导流体以便流体在离开光纤支承通道250时具有预定的流向。如果需要，内部构件236可以包含多个指状结构(未显示)以便通过抑制非径向流动进一步控制流体流。此外，内部构件236用作密封部分以便提供第一平板230和第二平板232之间的充分接触。内部构件还可以包括切口以方便光纤的进入和离开。(见图5，本文稍后进行描述)
如图3中所示，在第一平板230和第二平板232的外表面238、239之间形成的光纤支承通道250可以是楔形的，由此流体离开第一平板230和第二平板232之间。然而，在另一个实施方式中，光纤支承通道250可以包括例如平行的或相反的楔形形状。此外，该楔形的光纤支承通道250中的孔260可根据垂直定位光纤214的位置而变化。优选地，孔260和光纤支承通道250构造成使得对于采用的具体的拉伸张力和拉伸速度以及流体通过孔260的流速，光纤被保持在光纤支承通道250的区域内，对于具有125微米的常规外径的光纤来说，所述区域宽度小于500微米、更优地小于400微米、甚至更优地为300微米、最优地小于200微米。因此，光纤优选地保持在通道250的区域内，所述区域宽度为光纤直径的1至2倍、更优地是光纤直径的1至1.75倍、最优地是光纤直径的1至1.5倍。优选地，所述光纤位于所述通道的区域内，使得外部光纤和各壁之间的距离为光纤直径的0.05至0.5倍。
图4是图3的一部分的放大视图，它更清晰地显示具有流体254区的光纤支承通道250，所述流体254在光纤214被运输通过流体轴承组件216时与光纤214接触并防止光纤与流体轴承组件216的机械部件实质性接触。如图4中描绘的，流体254(例如空气)从轴承组件216内绕光纤214离开光纤支承通道250并提供光纤214下方的流体254区，这造成光纤下方的正压并因此作用于并支承光纤的底部。可以优化压力以便使光纤位于流体轴承组件216的第一平板230和第二平板232之间形成的光纤支承通道250中。具体地，在光纤支承通道250处(即光纤214的下方)离开轴承组件216的流体254可以具有恒定的流体流速，该流速可支承光纤214或使其保持在所述光纤支承通道250内的某个位置。向光纤支承通道250提供足够高的流体压力以便当光纤214移动通过流体轴承组件216时支承光纤214并使所述光纤保持在光纤支承通道250内的需要的位置。
在图3和4所示的实施方式中，为了观察容易，在插图中从优选的楔形开口的角至光纤支承通道250放大所述楔形角。实际上，支承通道250的相对面中的至少一个、优选地两个各自倾斜优选地大于0并小于10度、更优地0.3-7度、最优地0.4-3度的角度，以便光纤支承通道250的顶部或外部的宽度260大于光纤支承通道250的底部或内部237的宽度260。例如，在此类实施方式中，形成所述区域的第一平板230和第二平板232可以分别倾斜-0.6°和+0.6°的角度。或者，光纤支承通道250可以具有任意深度、宽度或楔形角。通过使用楔形的光纤支承通道250和将流体注入由光纤支承通道250形成的槽以便流体进入光纤支承通道250的更狭窄的内部并从光纤支承通道250的更宽的外部离开，被发射通过通道250的流体垫将造成光纤将自己定位在通道250的深处。例如，对于给定的流体流，如果增加光纤拉伸张力，那么光纤将在通道250中向下移动直到光纤214和通道壁之间的间隙足够小以致区域237中的压力足以高到恰当地抵消新的更高的张力。如果减小光纤拉伸张力，那么光纤将在通道250中向上移动直到光纤214和通道壁之间的间隙足够大以致区域237中的压力足以小到恰当地抵消新的更低的张力。因此，使通道250呈楔形可使通道250用于更大范围的拉伸张力。另外，如果如所示的通道250不是楔形的并且减小拉伸张力，那么光纤将向上移动并离开光纤支承通道250。
优选地，光纤位于通道250的一个区域内，所述区域宽度为光纤直径的约1至2倍、更优地是光纤直径的约1至1.75倍、最优地是光纤直径的约1至1.5倍。通过使光纤位于通道250的此较窄的区域中，由于伯努利效应，操作过程中光纤将使自身居中。例如，当光纤与通道250的任一个相对面更靠近时，最靠近一个面的空气速度将增加，最靠近另一面的空气速度将减小。根据伯努利效应，流体速度的增加与压力的减小同时发生。结果，靠近一个表面的流体流速的减小造成的压力的增大将迫使光纤回到通道250的中心。因此，在一个优选的实施方式中，当拉制光纤时，由于在光纤周围通过并离开光纤支承通道250的流体流，光纤通过伯努利效应至少大体上居于光纤支承通道250的中心。值得注意地，此类居中的发生不需要利用从侧面冲击光纤的任意流体流，例如不采用从通道250的侧壁发出的流体流的射流。优选地，调整通过所述狭缝的流体流的速度以便保持光纤使其完全位于槽250的楔形区。在目前描述的实施方式中，因为光纤位于宽度为光纤直径的约1至2倍的通道250的区域中，所以，光纤受到存在于光纤214下方的压力差的支承(这是更合适并且与也可以用于支承光纤的气动阻力相反，如果有人如此选择的话)。通过利用流体压力差支承光纤或使光纤在通道250中浮起，相比使用气动阻力使光纤浮起的情形，可采用小得多的流体流速。
在例举的实施方式中，优选地以单一的流体流提供所述流体流，该单一的流体流经过光纤支承通道250的较窄的内部进入光纤支承通道250并经过光纤支承通道250的较宽的外部离开。通过这种方式，可以使光纤完全位于光纤支承通道250形成的槽内，以便光纤漂浮于所述槽的最窄的和最宽的部分之间。通过采用楔形的光纤支承通道250并以这种方式注入流体流、使其通过区域250，可以使光纤保持在由光纤支承通道250形成的所述槽的一个区域，其中所述槽的宽度被被引导穿过所述光纤支承通道250的光纤的直径大10-150微米、更优地15-100微米、最优地约24-70微米。在光纤拉制过程中，同样优选地，使所述光纤保持在所述通道的一个区域内，使得外部光纤和各壁之间的距离为光纤直径的0.05至0.5倍。
在一些优选的实施方式中，光纤支承通道250配备当光纤向外移动离开流体流的来源时降低光纤下方的压力的装置。此类用于释放压力的装置可以采用楔形通道的设计，如上所述。在美国专利申请第60/861,587号中公开了用于降低压力的其它装置，该申请的全部公开内容以其全部通过引用结合于此。
本文所述的液压轴承可使光纤通过流体垫区以便防止或大体上防止光纤与轴承组件之间的实际的机械接触，即光纤在光纤支承通道250中移动但不接触平板230和232中的任意一个。此外，由于所述区域的大小和构造，液压轴承可以在不主动控制流体流速的情况下在一定拉伸张力范围内使光纤保持在该区域内而不发生机械接触。
参考图3和4，流体流速对于防止光纤214向光纤支承通道250的底部移动和与填隙片237或光纤支承通道250的侧面接触来说是很重要的。当光纤仍是裸露的以致不能因与轴承组件机械接触而损害光纤的质量时，这将变得特别重要。而且，据信，光纤的位置相对光纤支承通道250的底部越近，那么，光纤支承通道250中需要更高的压力来使光纤214保持在所需的位置。显然，通道侧面的锥度将造成通道侧面和光纤之间的间隙变得更小，造成该必需的更高的压力。
影响光纤在光纤支承通道250中的位置的其它因素包括拉伸张力。例如，假设流体流速相同，用200g的张力牵拉的光纤比用100g张力牵拉的在光纤在支承通道250中漂浮得更低。因此，这一点是重要的，即对于采用的具体的光纤拉伸速度和拉伸张力，离开液压轴承区的流体足够多以便使光纤保持在所需的位置。
例如，在使用光纤支承通道250的实施方式中，所述光纤支承通道250在平板230和232之间的最里面的部分处的宽度是约127微米，在最外面的部分处的宽度是约380微米，流体流速可以是约0.5L/s至大于5L/s。此类构造和流体流速会导致光纤周围的局部流体速度高达800km/h或甚至更高。因此，在一些实施方式中，光纤支承通道250中采用的光纤周围最大的流体速度大于100km/h、大于200km/h、大于400km/h、甚至可大于600km/h。在一些实施方式中，光纤支承通道中采用的光纤周围最大的流体速度大于900km/h。例如，申请人已经在光纤支承通道250中成功地采用1000km/h的光纤周围的流体速度。然而，本文中公开的方法当然不限于这些流体速度，实际上，优选地，可根据拉制条件(例如拉制速度、拉制张力等)和流体液压支承设计选择流体速度以导致光纤位于光纤支承通道250中的希望的位置。在另一个实施方式中，流体流速可以是约3L/s至约4L/s。当然，可以利用在给定的拉制张力下足以使光纤保持在希望的位置的任意流体速度。此类高流体流速的使用可大大有利于光纤的冷却。光纤的温度和被发出通过液压轴承的流体的温度之间的差异越大，流体速度越大，那么，可以达到的冷却水平就越大。在一些实施方式中，进入液压轴承的光纤的温度可以比被发出通过液压轴承并在液压轴承中支承光纤的流体的温度高100℃、500℃、1000℃、甚至1500℃。在上述实施方式中采用此类温差，采用大于10m/s、优选地大于20m/s的光纤拉伸速度，通过使光纤通过液压轴承以便使光纤完成180°的转向，使用室温(即约20℃)流体(优选地空气)可以将进入液压轴承后具有1100℃温度的光纤冷却最多1000℃之多，达到约100℃。这种极大的冷却水平说明使用诸如本文中公开的液压轴承能够将光纤冷却大于50℃、200℃、500℃、700℃、甚至大于900℃。也许更为重要的是，在小于3m、更优地小于2m、最优地小于1m的光纤距离(即光纤曝露于液压轴承的流体垫区的圆周距离)上可达到此类光纤冷却水平。然而，根据希望的结果和制造区域的设计，可以采用更大或更小的光纤/流体垫的接触距离。本文中公开的液压轴承的这种有效的冷却能力有可能从光纤拉制工艺中省去氦气冷却设备。
液压轴承116的半径不是关键。在一些实施方式中，液压轴承被构造成产生约8至16cm的光纤回转半径。例如根据是否需要更大的冷却(在这种情况下，更大半径的液压轴承可能是优选的)或光纤拉伸工艺的系统规定参数，可采用更大或更小半径的液压轴承或附加液压轴承。
玻璃预成型件110优选地由掺杂氧化硅玻璃形成。预成型件110可以如此形成使得被拉制的光纤的芯或包覆层(如果存在)中的任一个是掺杂的，或使得被拉制的光纤的芯和包覆层都是掺杂的。例如，氧化硅玻璃可以掺杂锗、氟、磷或氯、或它们的组合中的一项或多项。还可以使用其它合适的掺杂剂。发明人发现掺杂锗的光纤在大多数制造条件下显示出热老化。形成预成型件110的方法和装置众所周知并且容易为本领域的技术人员理解。此类方法包括IVD、VAD、MCVD、OVD、PCVD等。
如下说明和生产本发明的合适的第一和任选的第二涂层组合物的例子。所述第一涂层组合物包含低聚物，其中，所述低聚物由包含具有“m个”羟基官能团的多元醇的反应形成，其中，在形成所述低聚物中，所述多元醇的“n个”羟基被诸如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯端接并且“m”大于“n”。优选地，第一涂层组合物还包括至少一种单体和至少一种光引发剂。此外，本发明的第一涂层组合物可任选地包括任意数量的添加剂，例如增粘剂、抗氧化剂、催化剂、润滑剂、共聚单体、低分子量非交联树脂和稳定剂。一些添加剂(例如链转移剂)可起到控制聚合过程的作用，由此影响由第一涂层组合物形成的聚合产品的物理性质(例如模量、玻璃化转变温度)。其它添加剂可以影响第一涂层组合物的聚合产品的完整性(例如保护不受解聚或氧化降解的破坏)。
第二涂层组合物一般含有聚氨酯聚丙烯酸酯液体，它的分子在聚合时变成交联状态。用于第二涂料的其它合适的材料以及有关这些材料的选择的考虑事项在本领域中是众所周知的，在Chapin的美国专利第4,962,992和5,104,433中有说明，该文献的说明书通过引用结合于此。
优选地，光引发剂用于第一和第二涂层组合物。
所述光引发剂应该适合在所述组合物被施加于玻璃纤维后引起聚合作用(即固化)。对于大多数丙烯酸酯基涂料配方，光引发剂诸如酮类光引发添加剂和/或氧化膦添加剂是优选的。当用于本发明的组合物时，光引发剂以足够造成快速紫外线固化的量(例如0.5-10重量％)存在。
光引发剂提供合理的固化速度，不导致涂层组合物过早地胶凝。希望的固化速度是足以造成涂层组合物的涂料显著固化(即大于85％、优选地大于90％、更优选地95％)的任意速度。如剂量对模量曲线中测量的，对于约25至约100μm的涂层厚度，固化速度优选地小于约1.0J/cm2、更优地小于约0.5J/cm2。
用于第一和第二涂层组合物的合适的光引发剂包括例如1-羟基环己基苯基酮(例如可从汽巴精化(Ciba Specialty Chemical)(Hawthorne，N.Y.)购买的Irgacure 184)、双(2，6-二甲氧基苯甲酰)-2，4，4-三甲基苯基氧化膦(例如可从汽巴精化购买的商业混合物Irgacure 1800、1850和1700)、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如可从汽巴精化购买的Irgacure651)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰)苯基-氧化膦(Irgacure 819)、(2，4，6-三甲基苯甲酰)二苯基氧化膦(Lucerin TPO，可从BASF(Munich，Germany)购买)、乙氧基(2，4，6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦(来自BASF的Lucerin TPO-L)、和它们的组合。
辐照器122A、122B优选地包括外壳322，其围绕在光纤周围，具有用作光纤114的出口的定位的孔隙323。圆柱形套筒状的壁326(它可以例如由反射性材料形成)延伸通过辐照器122A、122B，其中界定通道330。各辐照器的围绕通道330的壁326包括一个或多个紫外线发送源332(未显示)，它提供辐照区内需要的辐射。在每个涂覆步骤后可以使用数个辐照器以便提供所需长度的辐照区。将辐照器改造成可接受和引导光纤114。然而，可以意识到，还可以采用其它外壳构造和部件。
通道330优选地在沿其长度的所有位置处具有大于15mm的直径尺寸D，优选地约15mm至30mm，以便被拉制的光纤容易地从中落下。术语辐照区的“长度L”定义为总辐照区的长度，即L＝Lp+LS＝∑li，其中Lp是第一辐照区的长度，Ls是第二辐照区的长度，li是各单独的辐照器设备122i提供的辐照区的长度，i是使用的辐照设备的数量。例如，li可以是10-50cm长，例如25cm。如果系统利用总共4个辐照设备(2个在辐照区中，2个在第二辐照区中)，每个长25cm，那么L＝100cm。类似地，如果系统利用总共6个辐照设备，每个长25cm，那么L＝150cm。假设发射到光纤上的紫外线功率不改变，那么，拉制速度越快，光纤就越快地移动通过各辐照设备，因此，对移动更快的光纤，需要更多或更长的辐照设备来提供相同程度的固化。总辐照区的长度L优选地是约1m至10m，更优地约1.5m至8m，例如约3m至7m。优选的长度L取决于光纤114的拉制速度，拉制速度的范围的例子是约10m/s至约100m/s，诸如约10m/s至75m/s，包括约20m/s至50m/s。液压轴承116(如图1中所示)存在于光纤形成装置300的下游可使辐照区具有更长的长度L(其中L＝Lp+Ls)，诸如长度L为至少1.5m、更优地至少2.5或3m的辐照区，包括长度L为至少4m的辐照区，还包括长度L为至少5m的辐照区。在至少一个实施方式中，辐照区中的光纤的总停留时间是小于1s、优选地小于0.5s、优选地0.03-0.2s。
优选地，形成光纤的整个系统被封装在受保护的区域内，防止外部因素的干扰，诸如屋顶高度为约10-30m的建筑物或工厂。优选地，熔炉112和涂覆单元120A之间的垂直距离小于6m、优选地小于5m、甚至更优地小于4m(例如，小于或等于3m、2.5m、2m、1.5m、1m、0.75m或0.5m)。在至少一个实施方式中，(总)辐照区的总长度L可以达到整个系统的垂直高度的至少10％，包括整个系统的垂直高度的至少20％。此外，辐照区的长度L可以达到建筑物或工厂的屋顶和地板之间的垂直距离的至少25％，包括至少30％，所述建筑物或工厂将整个系统容纳于其中。
张力调整站128可以是用于控制被拉制的光纤114中的张力的任意合适的设备。优选地，张力调整设备包括微处理器，它连续地接收来自一个或多个光线张力和/或直径传感器(未显示)的输入信号并被操作以便按需要施加光纤114的张力。在一个优选的实施方式中，根据控制光纤直径等于存储器中储存的设定直径来控制张力。
而且，当光纤114通过通道330时，以所选的张力FT使光纤114保持在辐照器的内部。优选地，张力FT为约25至200g。更优地，张力FT为约60至180g。最优地，张力FT为约90至150g。选择第一和第二辐照区的总长度，使得第一和第二涂层充分固化(即大于85％、优选地大于90％、更优选地95％的涂层组合物固化)。光纤在辐照器中保留所选的停留辐照时间tT，如上所述，该时间优选地小于0.5s。优选地，在第一辐照区内的停留时间小于0.2s，在第一辐照区内的停留时间也小于0.2s。更优地，在第一辐照区内的停留时间小于0.1s，在第一辐照区内的停留时间也小于0.1s。
液压轴承116(如图1中所示)存在于光纤熔炉的下游使辐照区具有更长的长度L，例如至少1.5m。根据一些实施方式，在操作中，根据本发明的实施方式的方法可以包括以下步骤：(i)从加热的玻璃供应源诸如光纤预成型件拉出光纤，拉制速度大于或等于10m/s、优选地大于或等于20m/s，包括大于或等于30m/s、优选地大于40m/s，随后，(ii)用第一涂层组合物涂覆光纤并通过使所述光纤保持在第一辐照区中达一定停留时间来辐照所述第一涂层，在至少一个实施方式中，所述停留时间可以大于0.005秒并小于0.25秒，在其它实施方式中，可以是至少0.01秒(诸如0.02秒至0.4秒)，(iii)用第二涂层组合物涂覆光纤并通过使所述光纤保持在第二辐照区中达一定停留时间来辐照至少所述第二涂层，在至少一个实施方式中，所述停留时间可以大于0.005秒并小于0.25秒，在其它实施方式中，可以是至少0.01秒(诸如0.02秒至0.4秒)，其中，(a)所述第一辐照区的长度Lp是至少0.5米，诸如至少1米或至少1.5米，优选地至少2米、更优地至少2.5米、更优地至少3米，例如4或5米；(b)所述第二辐照区的长度Ls是至少0.5米，诸如至少1米、或至少1.5米，优选地至少2米、更优地至少3米，例如4或5米；(c)总长度L＝Lp+Ls是至少1米、更优地至少2米、甚至更优地至少2.4米或2.5米(例如，2.7米、2.8米)、优选地至少3米(例如3.3米、3.5米、3.75米)、优选地至少4米例如4.5米、6米、7米或8米。例如总长度L＝Lp+Ls可以是2.2m＜L＜3.7m或2.4m＜L＜4.5m。
以高速(大于20m/s)进行拉制可以产生大体积的光纤，所述光纤随后根据本发明的方面被涂覆和辐照以便产生高质量的涂覆的光纤。
表2中显示了实施例1-14，它们代表本发明的各种实施方式。这些实施例对应于85％-95％的涂层固化、照射到光纤上的紫外线辐射的功率是118W/cm，显示光纤通过具有相应指示长度Lp、Ls(以米计)和总长度L＝Lp+Ls的第一和第二辐照区的处理，以及指示的光纤拉制速度(以m/s计)。应该注意，虽然在这些实施例中，在第一涂层辐照区中的辐照时间与在第二涂层辐照区中的辐照时间相同，但是，涂层的辐照时间将取决于具体的涂层组合物，不必一定是相同的。
表2
Figure BPA00001187480800161
本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明作各种修改和变化。
因此，本发明意欲涵盖本发明的修改形式和变化形式，只要这些修改形式和变化形式落在附加的权利要求和它们的等同物的范围内。

Claims (14)

1.一种制造光纤的方法，所述方法包括：
以至少20m/s的拉制速度沿第一路径从预成型件拉制裸露的光纤；
使所述裸露的光纤与液压轴承中流体垫区接触，并在所述裸露的光纤被牵拉通过所述流体垫区时沿第二路径使得所述裸露的光纤重新定向；
对所述裸露的光纤进行涂覆；
在至少一个辐照区中辐照所述包覆的光纤，其中所述辐照区的总长度为L，其中L至少是1.5米，以使所述涂层至少部分固化，同时使所述光纤接受紫外线辐照。
2.如权利要求1或12所述的方法，其特征在于，所述总长度L是至少3米。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总长度L是至少5米。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用平均功率为至少300W/in的紫外光源辐照所述光纤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用平均功率为至少500W/in的紫外光源辐照所述光纤。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤在所述辐照区中的总停留时间小于0.5秒。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉制速度是30-100m/s。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述拉制速度是30-70m/s。
9.一种制造光纤的方法，所述方法包括：
以至少10m/s的拉制速度沿第一路径从预成型件拉制裸露的光纤；
使所述裸露的光纤与液压轴承中流体垫区接触，并在所述裸露的光纤被牵拉通过所述流体垫区时沿第二路径使得所述裸露的光纤重新定向；
对所述裸露的光纤进行涂覆；
在至少一个辐照区中辐照所述包覆的光纤以使所述涂层至少部分固化，同时使所述光纤接受紫外线辐照，其中，所述从加热的玻璃来源拉制光纤和在处理区中处理光纤的步骤沿第一路径发生，并且，所述方法还包括：
使裸露的光纤与液压轴承中的流体区接触，所述液压轴承包括一个通道，所述通道由至少两个侧壁确定，使所述光纤保持在所述两个侧壁之间的所述通道的一个区域内，导致所述光纤因为存在于所述通道内光纤下方的压力差而大体上漂浮在所述通道内，造成所述压力差的原因是被供应的处于通道内光纤下方的所述流体产生的压力大于存在于光纤上方的压力，和
当所述裸露的光纤被牵拉通过所述流体垫区时，沿第二路径使得光纤重新定向。
10.一种制造光纤的方法，所述方法包括：
以大于或等于20m/s的拉制速度从加热的玻璃来源拉制光纤，
用至少一种光学涂层涂覆所述光纤；和
通过使所述光纤保持在辐照区内0.01至0.5秒的总停留时间，辐照所述光纤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，以大于或等于30m/s的拉制速度和约25至200g的拉制张力拉制所述光纤。
12.一种制造光纤的方法，所述方法包括：
以大于或等于10m/s的拉制速度从加热的玻璃来源拉制光纤，用可聚合的涂层涂覆所述光纤；通过使光纤保持在紫外线辐照区内使所述涂层固化，其中，所述辐照区的总长度L是至少约2米。
13.如权利要求9或12所述的方法，其特征在于，以大于或等于30m/s的拉制速度拉制所述光纤。
14.如权利要求1、10或12所述的方法，其特征在于，所述拉制光纤的步骤沿第一路径进行，并且该方法还包括：使裸露的光纤与液压轴承中的流体区接触，所述液压轴承包括一个通道，所述通道由两个侧壁确定，使所述光纤在所述拉制步骤过程中保持在所述两个侧壁之间，导致所述光纤因为存在于所述通道内光纤下方的压力差而大体上漂浮在所述通道内，造成所述压力差的原因是被供应的处于通道内光纤下方的所述流体产生的压力大于存在于光纤上方的压力，和当所述裸露的光纤被牵拉通过所述流体垫区时，沿第二路径使得光纤重新定向。
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