CN102849937A - 一种大尺寸实心光纤预制棒及其制备方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型结构的大尺寸实心光纤预制棒及其制备方法和设备，包括有实心预制棒棒体，实心预制棒棒体的上端联接夹持管，其特征在于实心预制棒棒体下端形成有锥形端头，锥形端头下端延伸有牵引棒，所述的实心预制棒棒体外径为120mm~230mm，长度1500mm~3500mm，夹持管的外径为110mm~210mm，长度为650mm-1300mm，且夹持管的外径小于实心预制棒棒体外径。本发明由纯石英玻璃套管和光纤芯棒熔缩拉伸加工而成。不仅外形尺寸大，加工效率高，而且结构设置合理，包含了夹持部位和锥形端头，可直接上塔拉丝，后续加工简便，大大提高了后续拉丝生产效率；采用立式垂直拉伸方式，使得拉伸后的光纤预制棒几何形状更为均匀，精度更好；本发明加工工艺简便，易于控制和调整，操作方便，加工效率较高。

Description

一种大尺寸实心光纤预制棒及其制备方法和设备
技术领域
本发明涉及一种新型结构的大尺寸实心光纤预制棒及其制备方法和设备，属于光纤加工技术领域。
背景技术
采用大尺寸光纤预制棒拉丝可以有效提高原材料利用率和生产效率，大尺寸光纤预制棒已经成为当前市场主流趋势。目前大尺寸光纤预制棒分为：大尺寸实心预制棒和套管加芯棒预制棒形式。
套管加芯棒形式的预制棒，因为芯棒和套管分离，玻璃界面包括：芯棒表面、套管内表面；因此对运输和拉丝架棒等操作过程洁净度和操作细节要求很高，且工艺处理过程易受操作影响和外界污染，引发质量问题。
现有的大尺寸实心预制棒一般长度在1500mm以下，外径尺寸小于180mm，几何尺寸偏小，拉丝长度一般不超过3500km，同时预制棒一端或者两端为平头，无锥端和/或用于拉丝架棒的夹持部位，这种结构的实心预制棒拉丝加工前，还需进一步加工，如：对接夹持部位，拉锥等等，才能上塔拉丝，这不仅给加工带来不便，而且增加了加工成本和加工风险，影响生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种大尺寸实心光纤预制棒及其制备方法和设备，该大尺寸实心光纤预制棒不仅外形尺寸大，加工效率高，而且结构设置合理，后续加工简便。
本发明为解决上述提出的问题所采用的大尺寸实心光纤预制棒的技术方案为：包括有实心预制棒棒体，实心预制棒棒体的上端联接夹持管（棒），其特征在于实心预制棒棒体下端形成有锥形端头，锥形端头下端延伸有牵引棒，所述的实心预制棒棒体外径为120mm~230mm，长度1500mm~3500mm，夹持管的外径为110mm~210mm，长度为650mm-1300mm，且夹持管的外径小于实心预制棒棒体外径。
按上述方案，所述的实心预制棒棒体外径为150mm~210mm，长度1800mm~3500mm；所述的锥形端头小端外径为25mm~65mm，锥形端头长度为180mm~300mm；所述的牵引棒外径与锥形端头小端外径相同，长度为50mm~170mm。
按上述方案，所述的夹持管上端设置有两个相间隔的周向凸缘，构成轴向止挡夹持位。
本发明大尺寸实心光纤预制棒制备方法的技术方案为：
选择参数匹配的纯石英玻璃套管和光纤芯棒，对纯石英玻璃套管进行预处理，在纯石英玻璃套管一端焊接直径较小的玻璃夹持管作为夹持端；对纯石英玻璃套管和光纤芯棒进行清洗干燥处理；
将清洗干燥完毕的纯石英玻璃套管和光纤芯棒套装组合成组合棒，垂直安装到预制棒熔缩设备上，组合棒的夹持端在上由夹紧进给装置夹持；
将组合棒下端送入加热装置，进行预加工，形成锥形端头和牵引棒，即通过加热装置对
组合棒下端进行加热，使其熔融变细并向下延伸一段长度的牵引棒；牵引棒的外径控制在25~65mm；
将牵引棒接入加热装置下方的牵引装置；
对组合棒下端持续进行加热，使其熔融变细，同时，在玻璃夹持管的上端安设真空吸盘，对纯石英玻璃套管抽真空；通过牵引装置向下牵引，向下牵引的速度为V2，由此形成向下延伸的实心预制棒棒体；
在实心预制棒棒体向下延伸牵引的同时，夹持组合棒的夹紧进给装置向下移动，夹紧装置向下移动的速度为V1，由此保持组合棒对加热装置的连续进给；
所述的纯石英玻璃套管的外径为D1，所述的实心预制棒棒体的外径为D2，使得熔缩拉伸加工满足：D2= (V1 / V2)1/2×D1。
按上述方案，在牵引装置的下方安设阻尼托举装置，使牵引棒进入阻尼托举装置，通过阻尼托举装置使得被熔缩的实心预制棒棒体对牵引装置的向下作用力保持在恒定范围。
按上述方案，在纯石英玻璃套管下端焊接一段玻璃棒或玻璃管，用以形成牵引棒；加工完毕后将牵引棒切断至长度为50mm~170mm。
按上述方案，加热拉伸时纯石英玻璃套管管内真空度控制在50mbar或50mbar以下。
按上述方案，所述的加热装置为石墨电阻炉或电感应炉，或为可燃气体燃烧器，加热温度控制在2000-2300℃，加热时在加热区域冲入惰性保护气体。
按上述方案，通过光电测量装置对加热熔融处的纯石英玻璃套管的外径D1和熔融变细的实心预制棒棒体外径D2连续或间断进行测量，并通过调整V1 和/或 V2来调整D2。
按上述方案，所述的牵引装置为滚轮牵引装置，牵引速度V2为20mm/min~1000mm/min。
本发明光纤预制棒垂直熔缩拉伸设备的技术方案为：
包括立式机架，立式机架上方安设可上下移动的夹紧进给装置，夹紧进给装置上方配置抽真空系统，立式机架的中部安设加热装置并配置惰性气体吹气口，在加热装置内和下方分别配置光电测量装置，在加热装置的下方还安设有牵引装置。
按上述方案，所述的牵引装置为滚轮牵引装置，滚轮牵引装置由一对或多对滚轮组成，沿上下平行间隔安设，包括上部的导向滚轮，还包括主拉伸滚轮、浮动拉伸滚轮。
按上述方案，在牵引装置的下方安设阻尼托举装置，所述的阻尼托举装置由一对或多对阻尼滚轮组成。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的光纤预制棒不仅外形尺寸大，加工效率高，使实心预制棒棒尺寸范围和拉丝长度得到大幅提升，单根预制棒拉丝长度可以达到9000km，而且结构设置合理，包含了夹持部位和锥形端头，可直接上塔拉丝，后续加工简便，大大提高了后续拉丝生产效率；2、采用立式垂直拉伸方式，不仅可以避免光纤预制棒在拉伸时因重力作用产生弓曲度，使预制棒拉伸后的同轴度得到保证，而且可以借助重力的作用向下拉伸，对预制棒的几何尺寸进行更好的控制，使得拉伸后的光纤预制棒几何形状更为均匀，精度更好，为光纤拉丝打下良好的质量基础；3、加工工艺简便，易于控制和调整，操作方便，加工效率较高；4、纯石英玻璃套管的夹持部位在熔缩完毕后，可以直接用作熔缩实心预制棒的延长棒或者夹持棒上塔拉丝，省去后期实心棒对接夹持棒或者延长棒的加工工序，而且夹持部位和牵引棒部分可用普通材质的玻璃替代，使光纤芯棒和纯石英玻璃套管得到充分利用，实现光纤预制棒有效部分的全部拉丝；5、熔缩拉伸工艺中采用阻尼托举方式，可有效避免牵引轮过载，有助于预制棒棒径的准确控制。
附图说明
图1为本发明大尺寸实心光纤预制棒的正视结构图。
图2为本发明加工过程的示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
制备过程为：选择参数匹配的纯石英玻璃套管8和光纤芯棒9，使纯石英玻璃套管的孔径和长度与光纤芯棒的外径和长度相匹配，对纯石英玻璃套管进行预处理，在纯石英玻璃套管上端焊接直径较小的玻璃夹持管1作为夹持端，在纯石英玻璃套管下端焊接一段普通材质的玻璃棒，此外也可在光纤芯棒的上端焊接一段延长棒7；对纯石英玻璃套管和光纤芯棒进行清洗干燥处理；将清洗干燥完毕的纯石英玻璃套管和光纤芯棒套装组成组合棒，垂直安装到预制棒熔缩设备上，组合棒的夹持端在上由夹紧进给装置6夹持和对中；然后将组合棒下端送入加热装置10，进行预加工，所述的加热装置为石墨电阻炉，加热温度控制在2000-2300℃，加热时在加热区域冲入惰性保护气体，预加工形成锥形端头3和牵引棒4，即通过加热装置对组合棒下端进行加热，使其熔融变细并向下延伸一段长度形成牵引棒，牵引棒的外径控制在25~65mm；将牵引棒接入加热装置下方的滚轮牵引装置11，可将牵引棒继续延伸一段长度；然后进入光纤预制棒的熔缩拉伸阶段，对组合棒下端持续进行加热，使其熔融变细，同时，通过玻璃夹持管的上端安设的真空吸盘5，对纯石英玻璃套管抽真空，真空度控制在50mbar以下；通过滚轮牵引装置向下牵引，向下牵引的速度为V2，由此形成向下延伸的实心预制棒棒体2；在实心预制棒棒体向下延伸牵引的同时，夹持组合棒的夹紧进给装置向下移动，夹紧装置向下移动的速度为V1，由此保持大直径光纤预制棒对加热装置的连续进给；所述的纯石英玻璃套管的外径为D1，所述的实心预制棒棒体的外径为D2，使得熔缩拉伸加工满足：D2= (V1 / V2)1/2×D1。熔缩拉伸时通过光电测量装置对加热熔融处的大直径光纤预制棒直径D1和熔融变细的小直径光纤预制棒直径D2连续或间断进行测量，并通过调整V1 和/或 V2来调整D2。在牵引装置的下方安设阻尼托举装置，在熔缩拉伸过程中，随着熔缩后实心光纤预制棒棒体长度增加，牵引装置所承受的承重压力会逐步上升，此时下端的牵引棒会进入阻尼托举装置12，阻尼托举装置会逐步承担一部分实心棒棒体的重力，并通过PLC系统，将牵引轮的压力传感自动调节成阻尼托举装置的阻尼系数，从而有效避免因为出料过重导致牵引装置过载，通过阻尼托举装置使得被熔缩的实心预制棒棒体对牵引装置的向下作用力保持在恒定范围。最后在夹持管和玻璃套管相接部分熔缩完毕后，立即收尾，从而确保夹持部分几何参数和外形完好无变形，构成实心光纤预制棒的夹持端，为后续上塔拉丝省去了对接夹持部位工序。加工完毕后将牵引棒切断至长度为50mm~170mm。从而完成大尺寸的实心光纤预制棒的制备过程。
以下为外径为150mm、190mm、200mm尺寸的三个实施例实心光纤预制棒制备加工的参数和结构参数表：

Claims (12)

1.一种大尺寸实心光纤预制棒，包括有实心预制棒棒体，实心预制棒棒体
的上端联接夹持管，其特征在于实心预制棒棒体下端形成有锥形端头，锥形端头下端延伸有牵引棒，所述的实心预制棒棒体外径为120mm~230mm，长度1500mm~3500mm，夹持管的外径为110mm~210mm，长度为650mm-1300mm，且夹持管的外径小于实心预制棒棒体外径。
2.按权利要求1所述的大尺寸实心光纤预制棒，其特征在于所述的实心预制棒棒体外径为150mm~210mm，长度1800mm~3500mm；所述的锥形端头小端外径为25mm~65mm，锥形端头长度为180mm~300mm；所述的牵引棒外径与锥形端头小端外径相同，长度为50mm~170mm。
3.按权利要求1或2所述的大尺寸实心光纤预制棒，其特征在于所述的夹持管上端设置有两个相间隔的周向凸缘，构成轴向止挡夹持位。
4.一种按权利要求1或2所述的大尺寸实心光纤预制棒的制备方法，其特征在于
选择参数匹配的纯石英玻璃套管和光纤芯棒，对纯石英玻璃套管进行预处理，在纯石英玻璃套管一端焊接直径较小的玻璃夹持管作为夹持端；对纯石英玻璃套管和光纤芯棒进行清洗干燥处理；
将清洗干燥完毕的纯石英玻璃套管和光纤芯棒套装组合成组合棒，垂直安装到预制棒熔缩设备上，组合棒的夹持端在上由夹紧进给装置夹持；
将组合棒下端送入加热装置，进行预加工，形成锥形端头和牵引棒，即通过加热装置对组合
棒下端进行加热，使其熔融变细并向下延伸一段长度的牵引棒；牵引棒的外径控制在25~65mm；
将牵引棒接入加热装置下方的牵引装置；
对组合棒下端持续进行加热，使其熔融变细，同时，在玻璃夹持管的上端安设真空吸盘，对纯石英玻璃套管抽真空；通过牵引装置向下牵引，向下牵引的速度为V2，由此形成向下延伸的实心预制棒棒体；
在实心预制棒棒体向下延伸牵引的同时，夹持组合棒的夹紧进给装置向下移动，夹紧装置向下移动的速度为V1，由此保持组合棒对加热装置的连续进给；
所述的纯石英玻璃套管的外径为D1，所述的实心预制棒棒体的外径为D2，使得熔缩拉伸加工满足：D2= (V1 / V2)1/2×D1。
5.按权利要求4所述的大尺寸实心光纤预制棒的制备方法，其特征在于在牵引装置的下方安设阻尼托举装置，使牵引棒进入阻尼托举装置，通过阻尼托举装置使得被熔缩的实心预制棒棒体对牵引装置的向下作用力保持在恒定范围。
6.按权利要求4或5所述的大尺寸实心光纤预制棒的制备方法，其特征在于在纯石英玻璃套管下端焊接一段玻璃棒或玻璃管，用以形成牵引棒；加工完毕后将牵引棒切断至长度为50mm~170mm。
7.按权利要求4或5所述的大尺寸实心光纤预制棒的制备方法，其特征在于所述的加热装置为石墨电阻炉或电感应炉，或为可燃气体燃烧器，加热温度控制在2000-2300℃，加热时在加热区域冲入惰性保护气体。
8.按权利要求4或5所述的大尺寸实心光纤预制棒的制备方法，其特征在于通过光电测量装置对加热熔融处的纯石英玻璃套管的外径D1和熔融变细的实心预制棒棒体外径D2连续或间断进行测量，并通过调整V1 和/或 V2来调整D2。
9.按权利要求4或5所述的大尺寸实心光纤预制棒的制备方法，其特征在于加热拉伸时纯石英玻璃套管管内真空度控制在50mbar或50mbar以下。
10.一种大尺寸光纤预制棒垂直熔缩拉伸设备，其特征在于包括立式机架，立式机架上方安设可上下移动的夹紧进给装置，夹紧进给装置上方配置抽真空系统，立式机架的中部安设加热装置并配置惰性气体吹气口，在加热装置内和下方分别配置光电测量装置，在加热装置的下方还安设有牵引装置。
11.按权利要求10所述的大尺寸光纤预制棒垂直熔缩拉伸设备，其特征在于所述的牵引装置为滚轮牵引装置，滚轮牵引装置由一对或多对滚轮组成，沿上下平行间隔安设，包括上部的导向滚轮，还包括主拉伸滚轮、浮动拉伸滚轮。
12.按权利要求10或11所述的大尺寸光纤预制棒垂直熔缩拉伸设备，其特征在于在牵引装置的下方安设阻尼托举装置，所述的阻尼托举装置由一对或多对阻尼滚轮组成。
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