CN103553323A

CN103553323A - 一种光纤拉丝的连续生产系统及生产方法

Info

Publication number: CN103553323A
Application number: CN201310486861.0A
Authority: CN
Inventors: 董江涛
Original assignee: NANJING FIBERHOME FUJIKURA OPTICAL COMMUNICATION Ltd
Current assignee: NANJING FIBERHOME FUJIKURA OPTICAL COMMUNICATION Ltd
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: CN103553323B

Abstract

本发明涉及一种光纤拉丝的连续生产系统。包括纤芯生产装置、包层生产装置和光纤成型模具；所述纤芯生产装置和包层产生装置分别包括依次排列的料仓单元、熔化单元、除气泡单元和加压单元，相邻的单元之间通过密封的输送管道连通，各输送管道上分别设有闸阀，相邻的单元之间通过对应的闸阀进行密封隔离；纤芯生产装置和包层产生装置分别通过对应的加压单元和对应的输送管道与光纤成型模具中的对应腔体连通。生产方法包括加料、熔化、除气泡、加压挤出和模具成型等步骤。本发明与现有技术相比较具有这样的有益效果：不合格品比率极小，调试期短，生产效率高，生品生产的材料和能源消耗低。

Description

一种光纤拉丝的连续生产系统及生产方法

技术领域

本发明涉及光纤技术，尤其涉及一种光纤拉丝的连续生产系统及生产方法。

背景技术

目前光纤的生产主要是将通过PCVD（等离子体化学气相沉积法）、MCVD（改进的化学汽相沉积法）法、VAD（轴向汽相沉积法）等工艺制造好的预制棒加热拉丝实现，参见图4。制造成型的预制棒（光棒）是纤芯10和包层20的结合体，如图5，直接加热融化并通过拉丝工艺生产出由纤芯和包裹在纤芯外侧包层所述组成的光纤。

上述通过预制棒拉丝生产光纤的方法在每支预制棒拉完丝后，需要等待加热炉冷却后才可重新挂新棒生产，而每次的从初期加热融化到拉丝速度稳定这段时间内生产出的石英光纤，其性能不稳定，是不合格品。而这期间生产的不合格品大约有20~30km长，造成石英光纤、涂覆的树脂和电力等材料和能源的浪费。尤其是对于需求量巨大的单模光纤生产，这种使得生产不连续的换棒停机时间无疑是高效率生产光纤的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种光纤拉丝的连续生产系统及生产方法，具体技术方案如下。

所述光纤拉丝的连续生产系统，包括纤芯生产装置、包层生产装置和光纤成型模具；所述纤芯生产装置和包层产生装置分别包括依次排列的料仓单元、熔化单元、除气泡单元和加压单元，相邻的单元之间通过密封的输送管道连通，各输送管道上分别设有闸阀，相邻的单元之间通过对应的闸阀进行密封隔离；纤芯生产装置和包层产生装置分别通过对应的加压单元和对应的输送管道与光纤成型模具中的对应腔体连通。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，所述料仓单元上设有保护气体进气口。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，连通所述料仓单元和熔化单元的输送管道中设有传送带，所述传送带与对应输送管道中的所述闸阀密封连接。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，所述加压单元上方设有压力气体进气口，一定压力的气体通过所述进气口进入加压单元内，使得加压单元具有可将其内熔融状光纤原材料挤出的压力。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，所述熔化单元、除气泡单元、加压单元和输送管道采用耐3000摄氏度以上高温的金属材料，且内部铺设耐高温软毡。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，所述光纤成型模具包括纤芯成型腔和包层成型腔，两所述成型腔分别设有进料口和出料口，两成型腔为沿轴线向出料口方向直径逐渐变小的圆形腔体，光纤成型腔置于包层成型腔的中心，两成型腔共一腔体轴线且出料口处于同一轴线位置。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，其特征在于，所述包层成型腔为轴向截面为心状的圆形腔体，进料口设置在所述圆形腔体的大端一侧且在腔体中心位置上。

所述光纤拉丝的连续生产系统的进一步设计，所述纤芯成型腔为轴向截面为水滴状的圆形腔体，进料口设置在该腔体的大端的所对应的所述轴线位置上。

所述生产系统的生产方法，包括：

加料，分别将生产纤芯和包层的原料加入对应的料仓单元；

熔化，所述原料通过对应输送管道中的传送带送至对应的熔化单元，在设定时间内完成熔化；

除气泡，熔化后呈熔融状的原料经对应输送管道输送到对应除气泡单元，进行气泡消除；

加压挤出，消除气泡后的熔融状的原料由对应输送管道输送到对应加压单元，对加压单元充入具有一定压力的气体，压力气体将加压单元内的熔融状原料通过对应输送管道推入光纤成型模具的对应腔体；

模具成型，经所述模具出料口成型并经冷却固化，形成光纤。

所述生产系统的生产方法的进一步设计在于，在所述加料步骤完成后，隔断料仓单元与熔化单元的连通，然后对料仓单元充入保护气体，使氧浓度下降到设定值；在所述熔化步骤中，熔化单元与除气泡单元之间的闸阀在达到所述设定时间的间隔且达到除气泡单元内材料重量下限值时打开；所述除气泡是对应原料在设定时间内的被静置，以除去原料内部的气泡；在所述加压挤出步骤中，在加压单元中剩余材料重量达到低限值时，需等待除气泡所设定时间，在等待期间内，熔化单元与加压单元之间的闸阀关闭，在等待时间达到并需要打开除气泡单元与加压单元之间的闸阀时，熔化单元与除气泡单元之间的闸阀必须关闭，同时需保证除气泡单元的气压至少等于加压单元的气压，在加压单元中的对应原料达到上限值或除气泡单元中材料低于下限值时，除气泡单元与加压单元之间的闸阀关闭，并泄掉除气泡单元中气体，使其至少不高于熔化单元中的气压。

本发明颠覆了现有光纤制作需要先制棒再拉丝的观念，将包层与纤芯的材料分别做成任意形状纯度达标的的原材料，将两种原材料分别放入对应的纤芯生产装置和包层产生装置的料仓单元中，该两生产装置包含相同的生产单元，两种原材料分别由对应料仓单元送出经过对应融化、除气泡单元再进入到模具中的对应腔体，形成光纤的双层石英玻璃结构，再经冷却最终形成固态的成品光纤。光纤生产为连续不中断的过程（除非人为中断），在生产过程中，只在生产初期出现一次产品质量不稳定期，以后不会再次频繁出现，因此本发明与现有技术相比具有这样的有益效果：不合格品比率极小，调试期短，生产效率高，生品生产的材料和能源消耗低。

附图说明

图1是本发明的系统的结构框图。

图2是光纤成型模具的结构示意图。

图3是图2所示光纤成型模具的M-M面的剖视图。

图4是现有光纤拉丝过程的示意图。

图5是光纤结构示意图。

图中：1是纤芯生产装置，2是包层生产装置，10是纤芯，20是包层，A1是纤芯生产装置的料仓单元，A2是包层产生装置的料仓单元，B1是纤芯生产装置的熔化单元，B2是包层产生装置的熔化单元，C1是纤芯生产装置的除气泡单元，C2是包层产生装置的除气泡单元，D1是纤芯生产装置的加压单元， D2是包层产生装置的加压单元，E是光纤成型模具，E1纤芯成型腔，E11纤芯成型腔进料口，纤芯成型腔出料口E12，E2包层成型腔，E21包层成型腔进料口，E22包层成型腔出料口，F是光纤固化单元，G1、G2、G3、G4是输送管道，Q1保护气体出气口，Q2压力气体出气口，T1，T2，T3，T4是闸阀。

具体实施方式

本发明的生产系统如图1，包括纤芯生产装置1、包层生产装置2和光纤成型模具E。纤芯生产装置1和包层生产装置2基本平行放置，该两生产装置由相同的生产单元组成，分别包括料仓单元A1（A2）、熔化单元B1（B2）、除气泡单元C1（C2）和加压单元D1（D2），上述各单元依次排列，相邻的单元之间通过对应的密封的输送管道G1、G2、G3、G4连通，各输送管道上分别设有对应闸阀F1、F2、F3、F4，通过闸阀对相邻的单元进行密封式的隔离；纤芯和包层两产生装置分别通过对应的加压单元D1（D2）和对应的输送管道与光纤成型模具E中的对应腔体连通。

上述的料仓单元A1、料仓单元A2分别为纤芯加料仓和包层加料仓，用以存放纤芯原料和包层原料。为了降低纤芯加料仓和包层加料仓中的含氧量，控制其含氧浓度，在料仓单元上设置保护气体进气口Q1，以通过充入保护气体减少料仓单元内的空气含量，从而降低氧浓度。

上述熔化单元B1、熔化单元B2分别为加热炉，用以熔化纤芯原料和包层原料所对应的石英玻璃。

上述的除气泡单元C1、 C2分别为一容器，使熔融状态的纤芯或包层原料静置在里面，用以去除呈熔融状态原料中的气泡。

上述的加压单元D1、D2也分别为一容器，用以将除去气泡的熔融状态原料中挤压到光纤成型模具E中。在纤芯加压单元D1和包层加压单元D2的上方也设有进气口Q2，该进气口为压力气体进气口，用以将具有一定压力的气体充入，使得加压单元具有可将其内熔融状光纤原材料挤出的压力。

连接料仓单元A1、A2和熔化单元B1、B2的输送管道G1中设有传送带S，用以将料仓单元A1、A2所存放的对应原料输送到熔化单元B1、B2中。在输送管道G1中且位于传送带S上方设置闸阀F1，在闸阀F1闭合时，闸阀F1与传送带S密封连接。闸阀F1为一插接在输送管道G1对应密封槽内的闸门，闸门下侧设有高温软毡边(未画出)，在闸阀F1闭合时，下侧的软毡边压触在传送带S，将料仓单元与熔化单元密封隔断。

熔化单元B1、B2，除气泡单元C1、C2，加压单元D1、D2和模具单元E中的相邻单元之间是用对应的输送管道G1（或G2或G3或G4）连接，输送管道也可采用倾斜结构，便于熔融状的原料从上一单元流入下一单元。

上述熔化单元B1、B2，除气泡单元C1、C2，加压单元D1、D2和输送管道G1、G2、G3、G4分别采用耐3000摄氏度以上高温的金属材料，例如采用碳化铪或者碳化钽，并且内部铺设耐高温软毡，高温软毡采用耐高温无粉尘且不会与融融状态的石英玻璃粘连的材料，例如采用碳化铪或者碳化钽。

光纤成型模具E主要由纤芯成型腔E1和包层成型腔E2组成，参见图2、图3，两所述成型腔分别设有进料口E11、E21和出料口E12 、E22，两成型腔为沿轴线向出料口方向直径逐渐变小的圆形腔体，光纤成型腔E1置于包层成型腔E2的中心，两成型腔共一腔体轴线且出料口处于同一轴线位置。

进一步的，纤芯成型腔E1为轴向截面为水滴状的圆形腔体，进料口E11设置在该腔体的大端的所对应的所述轴线位置上。包层成型腔E2为轴向截面为心状的圆形腔体，进料口E21设置在所述圆形腔体的大端一侧。

上述光纤拉丝的连续生产系统工作前将所有生产单元之间的闸阀（T1～T4）关闭，并将分别加入料仓单元A1和料仓单元A2的纤芯原料和包层原料进行清洁，将表面的颗粒物去除，防止光纤形成过程中有杂质进入。

然后将清洁后的原料分别加入对应的料仓单元，加料完成后，通过进气口Q1对加料仓充入保护气体，使仓内氧浓度下降到设定值，一般氧浓度达到0～800ppm，保护气体一般采用氦气或氩气。氧浓度达到设定值后，料仓单元A1、A2和与熔化单元B1、B2之间的闸阀T1打开，对应原材料通过输送管道G1中的传送带S由料仓单元A1、A2流向熔化单元B1、B2，待流入熔化单元的对应原料达到设定的上限值时，闸阀T1再次关闭。进入熔化单元B1、B2的原料在设定的时间间隔内熔化，在到达设定的间隔时间熔化单元B1、B2与除气泡单元C1、C2之间的闸阀T2打开，熔融状的原料通过对应输送管道G2输送到对应除气泡单元。当然也可通过温度来控制闸阀T2的打开。熔融状的原料通过输送管道G3流入除气泡单元，在除气泡单元内静置一段时间即可消除气泡。

消除气泡后的熔融状的原料由输送管道G4输送到对应加压单元D1、D2，对加压单元充入具有一定压力的气体，在加压单元中剩余材料重量达到低限值时，需等待一个除气泡所设定的时间段，在等待期间内，熔化单元与加压单元之间的闸阀关闭，在等待时间达到并需要打开除气泡单元与加压单元之间的闸阀G3时，熔化单元与除气泡单元之间的闸阀G2必须关闭，同时需保证除气泡单元的气压不大于加压单元的气压，在加压单元中的对应原料达到上限值或除气泡单元中材料低于下限值时，除气泡单元与加压单元之间的闸阀关闭，并泄掉除气泡单元中气体，使其不高于熔化单元中的气压，以便下次熔化单元B1、B2中对应原料的流入。

最后压力气体将加压单元D1、D2内的熔融状原料通过对应输送管道G4推入光纤成型模具的纤芯成型腔E1和包层成型腔E2，分别经模具出料口E12、E22成型并经冷却固化，形成所需光纤。

Claims

1.一种光纤拉丝的连续生产系统，包括纤芯生产装置、包层生产装置和光纤成型模具；所述纤芯生产装置和包层产生装置分别包括依次排列的料仓单元、熔化单元、除气泡单元和加压单元，相邻的单元之间通过密封的输送管道连通，各输送管道上分别设有闸阀，相邻的单元之间通过对应的闸阀进行密封隔离；纤芯生产装置和包层产生装置分别通过对应的加压单元和对应的输送管道与光纤成型模具中的对应腔体连通。

2.根据权利要求1所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，所述料仓单元上设有保护气体进气口。

3.根据权利要求1所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，连通所述料仓单元和熔化单元的输送管道中设有传送带，所述传送带与对应输送管道中的所述闸阀密封连接。

4.根据权利要求1所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，所述加压单元上方设有压力气体进气口，一定压力的气体通过所述进气口进入加压单元内，使得加压单元具有可将其内熔融状光纤原材料挤出的压力。

5.根据权利要求1所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，所述熔化单元、除气泡单元、加压单元和输送管道采用耐3000摄氏度以上高温的金属材料，且内部铺设耐高温软毡。

6.根据权利要求1所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，所述光纤成型模具包括纤芯成型腔和包层成型腔，两所述成型腔分别设有进料口和出料口，两成型腔为沿轴线向出料口方向直径逐渐变小的圆形腔体，光纤成型腔置于包层成型腔的中心，两成型腔共一腔体轴线且出料口处于同一轴线位置。

7.根据权利要求6所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，所述包层成型腔为轴向截面为心状的圆形腔体，进料口设置在所述圆形腔体的大端一侧且在腔体中心位置上。

8.根据权利要求7所述的一种光纤拉丝的连续生产系统，其特征在于，所述纤芯成型腔为轴向截面为水滴状的圆形腔体，进料口设置在该腔体的大端的所对应的所述轴线位置上。

9.如权利要求1-8任一项所述生产系统的一种光纤拉丝的连续生产方法，包括：

加料，分别将生产纤芯和包层的原料加入对应的料仓单元；

10.根据权利要求9所述的一种光纤拉丝的连续连续生产方法，其特征在于，在所述加料步骤完成后，隔断料仓单元与熔化单元的连通，然后对料仓单元充入保护气体，使氧浓度下降到设定值；在所述熔化步骤中，熔化单元与除气泡单元之间的闸阀在所述达到设定时间的间隔或达到熔化单元中材料重量上限值时打开；所述除气泡是对应原料在设定时间内的被静置或被加热至一定温度并被缓慢旋转，以除去原料内部的气泡；在所述加压挤出步骤中，在加压单元中剩余材料重量达到低限值时，需等待除气泡所设定时间，在等待期间内，熔化单元与加压单元之间的闸阀关闭，在等待时间达到并需要打开除气泡单元与加压单元之间的闸阀时，熔化单元与除气泡单元之间的闸阀必须关闭，同时需保证除气泡单元的气压至少等于加压单元的气压，在加压单元中的对应原料达到上限值或除气泡单元中材料低于下限值时，除气泡单元与加压单元之间的闸阀关闭，并泄掉除气泡单元中气体，使其至少不高于熔化单元中的气压。