CN107572769A - 一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，包括以下步骤：打磨，清洗，干燥，装配，烧结；该方法可以将芯棒端面的粗糙度降低至0.2μm及以内，增大对接组装时芯棒接触面的契合度，避免因对接面接触不紧密引入空气和杂质，导致拉丝工艺中光纤直径波动大，出现拉丝过程中断纤、涂料冒胶的问题，在较大程度上提高了光纤强度以及拉丝效率。

Description

一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法

技术领域

本发明涉及涉及一种光纤领域一种芯棒的处理方法，尤其涉及一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法。

背景技术

光纤预制棒是光纤制造的核心部件，光纤制造技术包括很多环节和工序，其中主要工序有两个，其中一个工序就是预制棒制造。目前的商用预制棒的生产一般采用“两步法”的制造工艺，即第一步，芯棒的制造；第二步，外包的制造与成棒。其中芯棒的制造工艺，为人们所熟知的典型的有管内法气相沉积工艺，如MCVD改进化学气相沉积工艺和PCVD等离子体激发化学气相沉积法，以及管外法气相沉积法，如外部气相沉积工艺OVD和外部轴向工艺VAD。众所周知，芯棒的波导结构和材料组成决定了光纤的传输特性，例如：损耗、带宽、截止波长、模场直径、色散特效、有效面积等，对偏振模色散和机械强度等也决定性作用。外包工艺技术主要决定光纤预制棒的制造成本。

目前，行业内的光棒直径一般在120mm、150mm、180mm、200mm等，有的单根棒可拉丝数公里有的甚至能达到7000km，但是由于大直径预制棒的制作工艺比较苛刻，很多光棒厂在现有设备技术的条件下是很难做出大直径预制棒，如果改造设备就需要花费较大的资金，这显然对于企业来说是不合算的，那么光棒对接就直接解决了光棒厂光棒拉丝效率低的问题。

目前存在的对接棒技术有两种：

1)光棒对接后进行拉丝，第一根棒拉丝结束后在节点处剪断，然后再次穿模升速,或者在光纤丝径波动开始时即将拉丝速度锁死，任凭丝径波动以保证拉丝速度不会过度波动导致断纤，但这样处理依然存在一定的堵模的风险，造成整理拉丝效率降低。

在芯棒装配之前，提前将芯棒用火焰加工车床对接，以避免芯棒接头在拉丝过程中的融合时间不足造成丝径波动大导致断纤。但是此种方法有两个难点，第一，芯棒存在一定的芯包不圆度，如何保证芯棒的芯层沉积部分的对准，且外包层接头不会出现大面积的错位是主要难点；第二，芯棒接的过长，如何保证长芯棒的弓曲度，避免在芯棒装配时出现芯棒卡死的情况也是比较难以实现的。

因此，针对两个芯棒对接技术中出现的问题，需要一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，可以避免光纤预制棒延伸过程中因对节点处存在气泡、杂质、空隙导致的光纤直径波动大，出现拉丝断纤、涂料冒胶的问题，提高光纤强度以及拉丝效率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，以改善拉丝断纤、涂料冒胶的问题。

为解决以上问题，本发明采用的一种技术方案是：一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，对芯棒端面进行打磨、清洁、酸洗、去离子水冲洗、干燥工序，有效改善芯棒端面的粗糙度，提高端面的契合度。

本发明一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法的技术方案为：一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

打磨，对芯棒端面进行打磨；

清洗，对打磨后的端面进行清洗；

干燥，将清洗后的芯棒进行干燥；

装配，两芯棒端面对齐，竖直放入芯棒套管中，用夹具固定好；

烧结，将芯棒套管烧结熔缩到芯棒上。

按上述方案，所述打磨过程包括粗磨和细磨两个过程，所述粗磨过程采用砂轮盘对芯棒端面进行打磨，所述细磨过程是采用高速流体对粗磨后的端面进行冲刷，达到进一步磨平的目的。粗磨目的是去除损伤层，细磨的目的是去除粗磨产生的表层损伤，预制棒端面损伤减到最小。

按上述方案，所述砂轮盘采用180～320目，进一步优先为200目；所述高速流体为携带有氧化铝、氧化锆、氧化硅颗粒的水流，所述氧化铝的颗粒直径大小为0.2～2μm，D50为0.6～1μm；所述氧化锆的粒径大小为0.3～1μm，D50 为0.5～0.8μm；所述氧化硅直径0.3～2μm，D50为0.8～1.2μm，所述流体的 pH调节为6～7。

按上述方案，所述高速流体还有含有：分散剂、稳定剂、助溶剂、消泡剂；所述分散剂为聚丙烯酰胺和多元醇的混合物，能有效分散固体颗粒使其悬浮于水中；所述稳定剂为硫脲、碘化钾、乙酸铅、硫酸铜、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、纳米胶体稳定剂ZD-JD和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种组合，能稳定固体颗粒分子，防止固体颗粒团聚；所述助溶剂为氢氟酸、氢氟酸和硫酸的混合酸或氢氟酸和硝酸的混合酸，用于破坏光纤棒端面的晶格，提高打磨的效率；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅、GP型甘油聚醚、GPE型聚氧乙烯醚和PPG型聚丙二醇中的一种，能去除水流在冲刷过程中产生的泡沫，避免打磨不均匀。

按上述方案，所清洗过程包括以下步骤：

1)用酒精清洗芯棒端面；

2)用有机溶剂清洗芯棒端面；

3)用酸洗清洗芯棒端面；

4)用去离子水超声清洗。

上述清洗过程，所述清洗过程采用猪鬃或尼龙毛刷沾取清洗液进行；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮和丁酮中的一种；所述酸洗步骤采用的酸为氢氟酸、氢氟酸和硫酸的混合酸或氢氟酸和硝酸的混合酸；所述超声清洗步骤超声处理的温度为50～60℃，时间为5～30分钟，优选为20分钟；所述干燥过程，是将芯棒置于洁净环境中，采用经过滤除杂除湿的高纯空气在70～80℃干燥不少于2 小时。

按上述方案，能有效的控制芯棒端面的粗糙度小于或等于0.2μm，光纤棒拉丝过程中芯棒对接处裸光纤直径波动值小于或等于2μm。

按上述方案，在装配过程，芯棒套管顶部安装有抽真空装置，在烧结过程对套管内进行抽真空。

本发明与现有技术对比有如下优点：

1)采用粗磨和细磨两种方式对芯棒端面打磨，使芯棒端面损伤度减到最小。

2)细磨采用高速流体，高速流体还有含有：分散剂、稳定剂、助溶剂、消泡剂，能有效增加磨料在介质中的稳定性的同时减少对芯棒端面的损伤度，保证打磨的端面均匀度。

3)采用去离子水超声清洗，利用超声波原理能较高效率的除去酸腐芯棒端面的附着层，裸露出芯棒端面密实结构层。

4)采用本方法能有效的控制芯棒端面的粗糙度小于或等于0.2μm。

5)本方法操作流程简单，可实施性强，能较大程度的改善光纤报废的情况。

附图说明

附图1为芯棒低损耗光纤棒过芯棒节点的方法流程图；

附图2为芯棒端面未打磨截面图；

附图3为芯棒端面打磨后截面图；

附图4为芯棒端面未打磨的裸光纤直径波动图；

附图5为芯棒端面打磨后的裸光纤直径波动图；

附图6为打磨装置左视图。

附图6标记如下：红外感应器1、砂轮2、红外采集信号接收器3、可伸缩性横轴4、方形箱体5、柱形横轴6、推手7、滚轮8、滚轮锁9、电源接入口10。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

打磨，对芯棒端面进行打磨；

清洗，对打磨后的端面进行清洗；

干燥，将清洗后的芯棒进行干燥；

装配，两芯棒端面对齐，竖直放入芯棒套管中，用夹具固定好；

烧结，将芯棒套管烧结熔缩到芯棒上。

所述打磨过程包括粗磨和细磨两个过程，所述粗磨过程采用砂轮盘对芯棒端面进行打磨，所述细磨过程是采用高速流体对粗磨后的端面进行冲刷，达到进一步磨平的目的；粗磨目的是去除损伤层，细磨的目的是去除粗磨产生的表层损伤，预制棒端面损伤减到最小。

所述芯棒的端面粗磨，采用砂轮盘对芯棒端面进行打磨，通过传送带输送，所述传送带与地面平行，传送带中间放置一列间距为0.5m的抓手，抓手将芯棒固定在传送带水平方向上，打磨装置固定在距离传送带出口1.5m处，并位于传送带两端，除去端面锐角凸起结构，使端面表面平整。

所述打磨装置由红外感应装置、砂轮、可伸缩性横轴、方形箱体、柱形横轴、推手、滚轮、滚轮锁与电源接入口组成；所述砂轮的中间有一圆形通孔，通过圆形通孔固定在可伸缩性装置一端，并且砂轮打磨面与可伸缩性装置成90度角，砂轮规格为200目；所述方形箱体侧面有一凹形腔，凹形腔有三个实心面结构，可伸缩性横轴一端固定在凹形腔内；所述红外感应装置包括：红外感应器与红外采集信号接受器，红外感应器固定在凹形腔上表面上，凹形腔下表面同一位置固定红外采集信号接受器，红外感应装置与砂轮打磨面的垂直距离为100μm，红外感应装置距离打磨箱体边缘3cm；凹形腔底面开一方形孔与方形箱体连通，方形孔位于砂轮打磨区域正下方；凹形腔通过一柱形横轴固定在方形箱体上；推手倾斜固定在方形箱体底部；方形箱体高1m一侧面底部开一半圆形通孔，方形箱体底部两侧对称分布2个滚轮，每个滚轮配有滚轮锁，方形箱体外靠近推手一侧有一电源接入口，装置工作动力主要依靠电力。通过滚轮将打磨装置推送至固定装置，旋转滚轮锁一侧的T形螺栓，使滚轮锁与滚轮抱死，滚轮无法移动，接通电源，启动装置的控制开关，通过可伸缩性横轴控制砂轮位置，砂轮移动距离最大为100μm，传送带将芯棒输送至打磨装置处，芯棒端面与砂轮接触并且芯棒与砂轮成90度角后，砂轮开始打磨工作，当砂轮位置移至红外感应器正下方时，阻挡红外接收器接受红外信号，便输出阻断砂轮工作信号，停止打磨，可伸缩性横轴牵动砂轮恢复至原位置，打磨粉粒通过打磨箱体底面的方形孔进入方形箱体底部，人工通过方形箱体侧面的圆形通孔清扫出粉粒。

经粗磨后的芯棒进行细磨，细磨过程是采用携带有氧化铝、氧化锆、氧化硅颗粒的高速水流体对粗磨后的端面进行冲刷，达到进一步磨平的目的。所述氧化铝的颗粒直径大小为0.2-2μm，D50为0.6-1μm；所述氧化锆的粒径大小为0.3-1 μm，D50为0.5-0.8μm；所述氧化硅直径0.3-2μm，D50为0.8-1.2μm，所述流体的pH调节为6-7。

所清洗过程包括以下步骤：

1)用酒精清洗芯棒端面；

2)用有机溶剂清洗芯棒端面；

3)用酸洗清洗芯棒端面；

4)用去离子水超声清洗。

上述清洗过程，所述清洗过程采用猪鬃或尼龙毛刷沾取清洗液进行，所述猪鬓或尼龙毛刷刷毛长度4cm，毛刷座为直径14cm的圆盘，圆盘中央底部有一U 形弯钩；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮和丁酮中的一种；所述酸洗步骤采用的酸为氢氟酸、氢氟酸和硫酸的混合酸或氢氟酸和硝酸的混合酸，均匀的浸蚀一层薄薄的表面层，表面层的厚度为1～3μm；所述超声清洗步骤超声处理的温度为50-60℃，时间为5-30分钟，优选为20分钟；

芯棒干燥，是将芯棒置于洁净环境中，采用经过滤除杂除湿的高纯空气在 70～80℃干燥不少于2小时，测量芯棒端面含水量，应低于0.10ppm。

所述装配，将经处理后的芯棒端口无缝对接，外包层采用直接外包或套管法包覆芯棒，芯棒套管顶部安装有抽真空装置，在烧结过程对套管内进行抽真空。

实施例2

一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

打磨，对芯棒端面进行打磨；

清洗，对打磨后的端面进行清洗；

干燥，将清洗后的芯棒进行干燥；

装配，两芯棒端面对齐，竖直放入芯棒套管中，用夹具固定好；

烧结，将芯棒套管烧结熔缩到芯棒上。

打磨过程包括粗磨和细磨两个过程，粗磨过程采用砂轮盘对芯棒端面进行打磨，细磨过程是采用高速流体对粗磨后的端面进行冲刷，达到进一步磨平的目的。粗磨目的是去除损伤层，细磨的目的是去除粗磨产生的表层损伤，使预制棒端面损伤减到最小。如图2和图3所示为芯棒端面未打磨和打磨后的截面图，对比图 2和图3可以看出，芯棒端面未经打磨工序时有锐角凸起或裂纹结构，经过相关后续方法后仍然存在较多的锐角凸起结构，端面粗糙度较大，将端面粗糙的两根芯棒进行对接时，对接面处存在较大缝隙；芯棒端面经打磨工序后，首先端面的锐角凸起或裂纹结构被除去，经过相关后续方法后芯棒端面的粗糙度能降低到0.2μm及以内，芯棒端面平整，将芯棒端面对接时，对接面处契合度较好，无缝隙。

结合图2和图3，作进一步的说明，芯棒在打磨之前端面会存在大量的锐角突起或有裂纹结构，如果对其不打磨直接经过其他方式后处理后，端面的锐角突起以及裂纹很难除去，当将两芯棒端面进行组装对接时，由于有锐角突起或裂纹的存在，对接面处必然会存在空气或其它杂质，在组装好的芯棒外包覆外包层制成预制棒，预制棒在延伸拉丝工艺过程中，内部存在的空气或杂质就会对拉丝过程产生干扰，随着光纤丝的直径逐渐变细，芯棒对接面处的空气或杂质的干扰越大，容易产生断纤或在裸光纤涂覆时产生涂料冒胶的可能性；采用本方法对芯棒端面进行打磨，首先除去端面的锐角凸起或裂纹结构，经后续方法处理后，端面的平整度大大提高，能有效提高芯棒对接端面的契合度，避免空气或杂质进入两芯棒对接处，组装好的芯棒外包覆外包层制成预制棒，进行拉丝工艺，拉丝过程中，在重力的作用下，包层内的芯棒两接触面进一步挤压，使接触点更加密闭，较大程度地避免断纤或涂料冒胶的问题，从而能使拉丝工艺持续正常进行。

实施例3

一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

打磨，对芯棒端面进行打磨；

清洗，对打磨后的端面进行清洗；

干燥，将清洗后的芯棒进行干燥；

装配，两芯棒端面对齐，竖直放入芯棒套管中，用夹具固定好；

烧结，将芯棒套管烧结熔缩到芯棒上。

经过以上方法步骤制得光纤预制棒，进行拉丝工艺，芯棒端面是否进行打磨工艺在拉丝工艺中的影响较为突出，如图4和图5所示为芯棒端面未磨和打磨后的裸光纤直径波动图，芯棒端面未经打磨工序时，预制棒拉丝至直径为125μm 的裸光纤时，51～71KMS为芯棒对接处，此范围的光纤直径波动较大，最大值达到135μm，最小值只有117.5μm，直径变化值最大为17.5μm，容易导致在拉丝时发生光纤丝断裂，影响拉丝工艺流程的同时产生大量废纤，增加企业成本；芯棒端面经打磨工序后，将预制棒拉丝至直径为125μm的裸光纤，在51～71KMS 芯棒对接处光纤直径波动较小，直径波动值小于或等于2μm，基本不会出现断纤的可能性，对整个的拉丝工艺基本没有影响，同时光纤直径波动范围小，对光纤的整个强度的影响基本为零。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求保护范围内。

Claims (10)

1.一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

打磨，对芯棒端面进行打磨；

清洗，对打磨后的端面进行清洗；

干燥，将清洗后的芯棒进行干燥；

装配，两芯棒端面对齐，竖直放入芯棒套管中，用夹具固定好；

烧结，将芯棒套管烧结熔缩到芯棒上。

2.根据权利要求1所述的低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述打磨过程包括粗磨和细磨两个过程，所述粗磨过程采用砂轮盘对芯棒端面进行打磨，所述细磨过程是采用高速流体对粗磨后的端面进行冲刷，达到进一步磨平的目的。

3.根据权利要求2所述的低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述砂轮盘采用180-320目；所述高速流体为携带有氧化铝、氧化锆、氧化硅颗粒的水流，所述氧化铝的颗粒直径大小为0.2-2μm，所述氧化锆的粒径大小为0.3-1μm，所述氧化硅直径0.3-2μm。

4.根据权利要求3所述的低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述高速流体还有含有：分散剂、稳定剂、助溶剂、消泡剂；所述分散剂为聚丙烯酰胺和多元醇的混合物；所述稳定剂为硫脲、碘化钾、乙酸铅、硫酸铜、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、纳米胶体稳定剂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种组合；所述助溶剂为氢氟酸、氢氟酸和硫酸的混合酸或氢氟酸和硝酸的混合酸；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅、GP型甘油聚醚、GPE型聚氧乙烯醚和PPG型聚丙二醇中的一种。

5.根据权利要求1所述的低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述清洗过程包括以下步骤：1)用酒精清洗芯棒端面；2)用有机溶剂清洗芯棒端面；3)用酸洗清洗芯棒端面；4)用去离子水超声清洗。

6.根据权利要求5所述的低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述清洗过程采用猪鬃或尼龙毛刷沾取清洗液进行；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮和丁酮中的一种；所述酸洗步骤采用的酸为氢氟酸、氢氟酸和硫酸的混合酸或氢氟酸和硝酸的混合酸。

7.根据权利要求5所述的低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述超声清洗步骤超声处理的温度为50～60℃，时间为5～30分钟。

8.根据权利要求1所述一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述干燥过程，是将芯棒置于洁净环境中，采用经过滤除杂除湿的高纯空气在70～80℃干燥不少于2小时。

9.根据权利要求1所述一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：在装配过程，芯棒套管顶部安装有抽真空装置，在烧结过程对套管内进行抽真空。

10.根据权利要求1所述一种低损耗光纤棒过芯棒节点的方法，其特征在于：所述方法能有效控制芯棒端面的粗糙度小于或等于0.2μm，光纤棒拉丝过程中芯棒对接处裸光纤直径波动值小于或等于2μm。