CN109970363A - 耐高温光纤生产设备及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了耐高温光纤生产设备及制备方法，其结构包括塔架、高温石墨加热炉、光纤测径仪、光固化系统、热固化系统、光纤放纤系统和光纤收纤系统，塔架顶端设有送棒装置，送棒装置下方设有高温石墨加热炉，高温石墨加热炉的一侧设有放纤系统，高温石墨加热炉的下方设有光固化系统和热固化系统，光固化系统和热固化系统并列放置且滑动安装在同一支架上，高温石墨加热炉的下方还设有第一测径仪，光固化系统和热固化系统的下方设有光纤收纤系统。光纤涂覆料的固化方式可选择热固化或光固化，也可进行热固化和光固化的组合方式，能够精确控制涂覆外径及涂覆层同心度、灵活性和便捷性的制造树脂涂覆光纤的设备。

Description

耐高温光纤生产设备及制备方法

技术领域

本发明涉及光纤领域，具体地说是耐高温光纤生产设备及制备方法。

背景技术

近年来，在海洋开发、石油、矿井、冶金、国防等特殊场合及众多新兴领域，对耐高温光纤光缆的需求与日俱增；另外，随着光纤技术的发展，光纤应用延伸到传感技术领域，应用范围将主要涉及高温环境等恶劣环境，常规丙烯酸酯涂层的光纤已不能适应高温恶劣的环境；因此，开发一种耐高温200℃以上的高温光纤是目前亟待解决的问题。

目前，现有常规通信光纤生产设备和工艺已经无法满足高温光纤的生产，并且已有相关生产设备比较复杂，故障率高，设备昂贵等，需要研究一种专用的光纤生产设备和生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温光纤生产设备，主要解决现有聚酰亚胺涂覆光纤设备复杂、功能单一、工艺不好控制等问题。该设备的光纤涂覆料的固化方式可选择热固化或光固化，也可进行热固化和光固化的组合方式，能够精确控制涂覆外径及涂覆层同心度、灵活性和便捷性的制造树脂涂覆光纤的设备。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：耐高温光纤生产设备，其结构包括塔架、高温石墨加热炉、光纤测径仪、光固化系统、热固化系统、光纤放纤系统和光纤收纤系统，所述塔架顶端设有送棒装置，所述送棒装置下方设有高温石墨加热炉，所述高温石墨加热炉的一侧设有放纤系统，高温石墨加热炉的下方设有光固化系统和热固化系统，所述光固化系统和热固化系统并列放置且滑动安装在同一支架上，所述高温石墨加热炉的下方还设有第一测径仪，光固化系统和热固化系统的下方一侧设有第二测径仪，光固化系统和热固化系统的下方设有光纤收纤系统。

进一步，所述光固化系统设有两套，热固化系统设有四套，第一套光固化系统和第一套热固化系统水平并列放置，滑动安装在同一支架上，第二套光固化系统和第二套热固化系统水平并列放置在第一套光固化系统和第一套热固化系统的下方，且滑动安装在同一架上，第三套热固化系统安装在第二套光固化系统和第二套热固化系统的下方，第四套热固化系统安装在第三套热固化系统的下方，所述第一套光固化系统和第一套热固化系统的下方、第四套热固化系统的下方分别设有第二测径仪。

进一步，所述光固化系统包括涂覆装置、紫外灯固化炉、送风系统和抽风系统，所述涂覆装置下方设置内置紫外灯固化炉，紫外灯固化炉下方设置送风系统，紫外灯固化炉上方设置抽风系统。

进一步，所述热固化系统包括涂覆装置、感应加热炉、送风系统和抽风系统，所述涂覆装置的下方设置感应加热炉，所述感应加热炉的下方设置送风系统和抽风系统，所述感应加热炉内置石英管。

进一步，所述涂覆装置为压力式涂覆，可XYZ三个方向移动，包括恒温水槽、涂覆罐、水浴箱、涂料管路系统、手动截至阀，所述涂覆罐上设有液位传感器，所述涂料管路系统上设有压力传感器。

进一步，所述光纤放纤系统采用摆杆式舞蹈器主动放线，电机驱动舞蹈器实现自动放线光纤。

进一步，所述光纤收纤系统包括张力轮、导向轮、牵引机、收线舞蹈器和收线机构成，所述收线舞蹈器为多轮摆杆式结构，所述张力轮设于导向轮上方，导向轮、牵引机、收线舞蹈器和收线机呈“一字”形排列。

耐高温光纤的制备工艺，包括如下步骤：

(1)、采用石墨炉对光纤预制棒进行熔融并拉丝，其中，石墨炉加热温度为1700℃～2200℃；

(2)、光纤预制棒在石墨炉熔融并拉丝到目标外径后，裸光纤进行自然冷却，然后通过涂覆模具涂覆不同树脂涂层，得到目标外径的光纤；

(3)、根据产品要求，选择采用单一的光固化系统或热固化系统，通过平移安装支架来选择光固化系统或热固化系统，也可以选择光固化系统和热固化系统组合的方式对光纤涂覆层进行固化；

(4)、光纤通过最后一级的热固化系统，固化完成后，将固化后的光纤绕到收线装置上，若外径小于目标外径时，需要再次对光纤进行涂覆和固化；将光纤盘安装到光纤放纤系统平台，再次对光纤表面进行涂覆和固化，固化方式可以选择单一的光固化系统或热固化系统，也可采用光和热固化组合方式进行固化；最后，将固化后的光纤绕到收线装置上，完成光纤生产。

进一步，所述光纤预制棒的外径为Ф20～32mm，预制棒送棒的速度为0.1～20mm/min；拉丝的速度为2-400m/min。

进一步，涂覆材料可为丙烯酸树脂类采用紫外光固化或为耐热硅胶涂层，采用热固化的方式或为聚酰亚胺树脂，采用热固化的方式。

本发明的有益效果：

(1)、通过采用不同树脂涂覆料如普通丙烯酸酯、高温丙烯酸酯、耐热硅橡胶涂层、聚酰亚胺等来涂覆光纤，制备出不同应用场合的光纤；同时，也可以采用普通丙烯酸酯、高温丙烯酸酯、耐热硅橡胶、聚酰亚胺等树脂进行不同涂层的组合制备出高性能的特种光纤。

(2)、本发明的光纤制备方法通过线上涂覆固化装置可多次涂覆、固化并检测光纤涂层，使生产的光纤可以精确控制涂层直径和与光纤包层的同心度；该设备的光固化和热固化系统可以反复多次使用，避免重复购置设备，节约资金。

(3)、该拉丝塔的制备工艺只采用线上设备涂覆，节约设备和用地，生产工艺不受场地限制，具有较大的灵活性和便捷性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：

1塔架、2送棒装置、3高温石墨加热炉、4光纤放纤系统、5第一测径仪、6辅助牵引、7恒温水槽及涂覆罐、8光固化涂覆装置、9第一套光固化系统及第一套热固化系统、10水浴箱、11热固化涂覆装置、12第二套光固化系统及第二套热固化系统、13第二测径仪、14张力轮、15导向轮、16牵引机、17收线舞蹈器、18收线机。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的耐高温光纤生产设备及制备方法作以下详细说明。

如图1所示，本发明的耐高温光纤生产设备及制备方法，包括塔架1、高温石墨加热炉3、光纤测径仪、光固化系统、热固化系统、光纤放纤系统4和光纤收纤系统，所述塔架1顶端设有送棒装置2，所述送棒装置2下方设有高温石墨加热炉3，所述高温石墨加热炉3的一侧设有放纤系统，高温石墨加热炉的下方设有光固化系统和热固化系统，所述光固化系统和热固化系统并列放置且滑动安装在同一支架上，所述高温石墨加热炉的下方还设有第一测径仪5，光固化系统和热固化系统的下方一侧设有第二测径仪13，光固化系统和热固化系统的下方设有光纤收纤系统。

高温石墨加热炉3为30石墨加热炉，适用于φ20-32mm预制棒，石墨加热炉包括炉体、Ar和氦气混合供气控制系统、测温系统、抽真空系统、水冷系统、控制电源、退火管等；加热温度：(1200～2300)℃，控温精度：±1℃，加热功率：≤30kw，抽真空系统，真空度达到-0.8bar，炉子冷却水源及Ar气源，水压2.5bar,流量80L/min，Ar气源压力4bar，流量40L/min。水冷系统为整体封闭式，冷却管为定制铝型材，四周有中空的冷却水道，光纤从型材内孔通过时，可同时在侧面通入惰性气体，以达到光纤冷却的效果。冷却管长度为1000mm。冷却管采用固定机架，冷却管中心孔径Ф20mm。He气流量采用浮子流量计控制，配置独立1P循环冷水机，气源压力4bar，流量20L/min。

光固化系统设有两套，热固化系统设有四套，第一套光固化系统及第一套热固化系统9水平并列放置，滑动安装在同一支架上，第二套光固化系统及第二套热固化系统12水平并列放置在第一套光固化系统和第一套热固化系统的下方，且滑动安装在同一架上，第三套热固化系统安装在第二套光固化系统和第二套热固化系统的下方，第四套热固化系统安装在第三套热固化系统的下方，所述第一套光固化系统和第一套热固化系统的下方、第四套热固化系统的下方分别设有第二测径仪13。根据使用要求滑动热固化系统和光固化系统进行选择。第二测径仪的下方设有辅助牵引6，便于裸光纤的输送。

所述光固化系统包括涂覆装置、紫外灯固化炉、送风系统和抽风系统，所述涂覆装置下方设置内置紫外灯固化炉，紫外灯固化炉下方设置送风系统，紫外灯固化炉上方设置抽风系统。采用紫外灯固化炉，功率连续可调，氮气用量≤1.6L/min，采用浮子流量计控制；支架与热固化共用，可左右移动，配置抽风风机及软管；固化炉的配置抽风、抽烟管道的分配器，配置手阀调节风量。

热固化系统包括涂覆装置、感应加热炉、送风系统和抽风系统，所述涂覆装置的下方设置感应加热炉，所述感应加热炉的下方设置送风系统和抽风系统，所述感应加热炉内置石英管。加热炉长度为600mm-1000mm，温度0-1100℃可设定，功率连续可调，氮气用量：≤1.6L/min。提供支架，配置功率控制器。

加热炉的抽烟主管路集成到光固化抽风、抽烟管道的分配器，配置手阀调节风量，道接口直径φ74mm。

光固化涂覆装置8为压力式涂覆，涂覆模具可X、Y、Z三个方向移动，确保光纤涂覆层同轴。包括恒温水槽及涂覆罐7、水浴箱10、涂料管路系统、手动截至阀，所述涂覆罐上设有液位传感器，所述涂料管路系统上设有压力传感器。水浴加热，涂覆压力通过电气比例阀调节控制。可以按生产线速度自动调整涂覆压力，也可以自行设置涂覆压力，恒温水浴箱自行设置温度，温度直接显示。涂覆罐内无料后显示缺料报警，并且在PC机上提示。涂覆罐均有料位直接数值显示功能。

固化系统中的光固化涂覆装置：气源压力：≥4bar；涂杯水浴加热范围：(30～60)℃±1℃；涂覆压力控制范围：(0.25～4.0)bar；涂覆压力控制精度：±0.1bar。

热固化涂覆装置11为压力式涂覆装置，涂覆模具X、Y、Z三方向可以调整，确保光纤涂覆层同轴。水浴加热，涂覆压力通过电气比例阀调节控制。配置液位传感器、水浴箱、涂覆罐，涂料管路系统、手动截止阀。可以按生产线速度自动调整涂覆压力，也可以自行设置涂覆压力，管路上配置压力传感器。恒温水箱自行设置温度，温度就地显示。涂覆罐内无料后显示缺料报警，并且在PC机上提示。涂覆罐均有料位就地数值显示功能。

固化系统中的热固化涂覆装置11：气源压力：≥4bar；涂杯水浴加热范围：(30～60)℃±1℃；涂覆压力控制范围：(0.25～4.0)bar；涂覆压力控制精度：±0.1bar。

所述光纤放纤系统采用摆杆式舞蹈器主动放线，电机驱动舞蹈器实现自动放线光纤。放线光纤自动跟踪导轮的线槽中心；放线和光纤自动跟踪驱动电机采用高精度电机。

所述光纤收纤系统包括张力轮14、导向轮15、牵引机16、收线舞蹈器17和收线机18构成，所述收线舞蹈器17为多轮摆杆式结构，所述张力轮14设于导向轮15上方，导向轮、牵引机、收线舞蹈器和收线机呈“一字”形排列。舞蹈器采用多轮摆杆式结构，储线长度大于600mm，摆杆的摆动角度变化，协调牵引线速度与收线速度的同步。收排线架装置的收线由交流伺服电机驱动，经大速比的行星减速器，带动光纤盘转动，人工上下装盘，手工夹紧。行走式排线结构，排线电机为交流伺服电机经减速器带动滚珠丝杠进行排线，接近开关换向，有独立的电控箱。光纤收线系统的收线速度：2～500m/min；排线节距：0.1～1.5mm；收线张力：10～100g；满盘重量：10kg；线盘规格：200Km。

放线和光纤自动跟踪驱动电机：选用交流伺服电机及驱动器。装盘方式为无轴式快速气动夹盘；放线张力范围：10～60g。

耐高温光纤的制备工艺，包括如下步骤：

(1)、采用石墨炉对光纤预制棒进行熔融并拉丝，其中，石墨炉加热温度为1700℃～2200℃；其中，用于拉丝的光纤预制棒可以为不同类型光棒，其外径尺寸范围为φ20-30mm；拉丝的速度为4～400m/min。

(2)、光纤预制棒在石墨炉熔融并拉丝到目标外径后，裸光纤进行自然冷却，然后通过涂覆模具涂覆不同树脂涂层，得到目标外径的光纤；

(3)、根据产品要求，选择采用单一的光固化系统或热固化系统，通过平移安装支架来选择光固化系统或热固化系统，也可以选择光固化系统和热固化系统组合的方式对光纤涂覆层进行固化；

(4)、光纤通过最后一级的热固化系统，固化完成后，将固化后的光纤绕到收线装置上，若外径小于目标外径时，需要再次对光纤进行涂覆和固化；将光纤盘安装到光纤放纤系统平台，再次对光纤表面进行涂覆和固化，固化方式可以选择单一的光固化系统或热固化系统，也可采用光和热固化组合方式进行固化；最后，将固化后的光纤绕到收线装置上，完成光纤生产。

光纤预制棒的外径为Ф20～32mm，预制棒送棒的速度为0.1～20mm/min；拉丝的速度为2-400m/min。

涂覆材料可为丙烯酸树脂类采用紫外光固化或为耐热硅胶涂层，采用热固化的方式或为聚酰亚胺树脂，采用热固化的方式。如普通丙烯酸酯(长期80℃，短期100℃)、高温丙烯酸酯(长期150℃，短期200℃)、耐热硅橡胶涂层(长期180℃，短期200℃)、聚酰亚胺涂层光纤(长期300℃，短期350℃)，进行裸光纤表面的涂覆，可以根据实际需求，制备出不同材料组合的光纤涂层，光纤耐温性能从室温到350℃不同温度的光纤，光纤耐温性能稳定，能在恶劣环境中长期使用。

实施例

(1)采用石墨炉对光纤预制棒进行熔融并拉丝，其中，加热温度为1700～2200℃；其中，用于拉丝的光纤预制棒可以为不同类型光棒，其外径尺寸范围为φ20-30mm；拉丝的速度为4～400m/min。

(2)熔融拉丝后进行自然冷却，然后进入第一涂覆模具进行一次涂覆树脂涂层，得到光纤。涂料通过气压控制从储罐注入模具。不同涂覆厚度的光纤，对应不同的涂覆出口模尺寸，以保证涂覆尺寸的精确。

(3)将涂覆树脂涂层的光纤采用光或热固化系统进行固化；光纤通过第二涂覆模具进行第二次树脂涂覆，得到光纤，然后进行固化，重复第一次涂覆及固化。

(4)涂覆树脂采用聚酰亚胺热固化的方式，可以根据光纤的涂覆外径选择涂覆次数，在线涂覆后仍然不能满足光纤外径要求时，光纤收线绕盘后，通过光纤放纤平台对光纤进行再次的涂覆，直到光纤外径满足要求。

(5)光纤可以采用光固化的内涂层通过光固化来固化，外涂覆层采用热固化的树脂通过热固化来固化完成；同时也可以采用热固化的内涂层通过热固化，外涂覆层采用光固化的树脂通过光固化来完成。

(6)最后，光纤外径达到要求后，采用自动收线装置将光纤绕于光纤盘，即完成耐高温光纤的制造。

本发明的设备能够精确控制涂覆外径及涂覆层同心度、灵活性和便捷性的制造树脂涂覆光纤的设备。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (10)

1.耐高温光纤生产设备，其特征是，包括塔架、高温石墨加热炉、光纤测径仪、光固化系统、热固化系统、光纤放纤系统和光纤收纤系统，所述塔架顶端设有送棒装置，所述送棒装置下方设有高温石墨加热炉，所述高温石墨加热炉的一侧设有放纤系统，高温石墨加热炉的下方设有光固化系统和热固化系统，所述光固化系统和热固化系统并列放置且滑动安装在同一支架上，所述高温石墨加热炉的下方还设有第一测径仪，光固化系统和热固化系统的下方一侧设有第二测径仪，光固化系统和热固化系统的下方设有光纤收纤系统。

2.根据权利要求1所述的耐高温光纤生产设备，其特征是，所述光固化系统设有两套，热固化系统设有四套，第一套光固化系统和第一套热固化系统水平并列放置，滑动安装在同一支架上，第二套光固化系统和第二套热固化系统水平并列放置在第一套光固化系统和第一套热固化系统的下方，且滑动安装在同一架上，第三套热固化系统安装在第二套光固化系统和第二套热固化系统的下方，第四套热固化系统安装在第三套热固化系统的下方，所述第一套光固化系统和第一套热固化系统的下方、第四套热固化系统的下方分别设有第二测径仪。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温光纤生产设备，其特征是，所述光固化系统包括涂覆装置、紫外灯固化炉、送风系统和抽风系统，所述涂覆装置下方设置内置紫外灯固化炉，紫外灯固化炉下方设置送风系统，紫外灯固化炉上方设置抽风系统。

4.根据权利要求1或2所述的耐高温光纤生产设备，其特征是，所述热固化系统包括涂覆装置、感应加热炉、送风系统和抽风系统，所述涂覆装置的下方设置感应加热炉，所述感应加热炉的下方设置送风系统和抽风系统，所述感应加热炉内置石英管。

5.根据权利要求3或4所述的耐高温光纤生产设备，其特征是，所述涂覆装置为压力式涂覆，可XYZ三个方向移动，包括恒温水槽、涂覆罐、水浴箱、涂料管路系统、手动截至阀，所述涂覆罐上设有液位传感器，所述涂料管路系统上设有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的耐高温光纤生产设备，其特征是，所述光纤放纤系统采用摆杆式舞蹈器主动放线，电机驱动舞蹈器实现自动放线光纤。

7.根据权利要求1所述的耐高温光纤生产设备，其特征是，所述光纤收纤系统包括张力轮、导向轮、牵引机、收线舞蹈器和收线机构成，所述收线舞蹈器为多轮摆杆式结构，所述张力轮设于导向轮上方，导向轮、牵引机、收线舞蹈器和收线机呈“一字”形排列。

8.耐高温光纤的制备工艺，其特征是，包括如下步骤：

(1)、采用石墨炉对光纤预制棒进行熔融并拉丝，其中，石墨炉加热温度为1700℃～2200℃；

(2)、光纤预制棒在石墨炉熔融并拉丝到目标外径后，裸光纤进行自然冷却，然后通过涂覆模具涂覆不同树脂涂层，得到目标外径的光纤；

(3)、根据产品要求，选择采用单一的光固化系统或热固化系统，通过平移安装支架来选择光固化系统或热固化系统，也可以选择光固化系统和热固化系统组合的方式对光纤涂覆层进行固化；

(4)、光纤通过最后一级的热固化系统，固化完成后，将固化后的光纤绕到收线装置上，若外径小于目标外径时，需要再次对光纤进行涂覆和固化；

将光纤盘安装到光纤放纤系统平台，再次对光纤表面进行涂覆和固化，固化方式可以选择单一的光固化系统或热固化系统，也可采用光和热固化组合方式进行固化；最后，将固化后的光纤绕到收线装置上，完成光纤生产。

9.根据权利要求8所述的耐高温光纤的制备工艺，其特征是，所述光纤预制棒的外径为Ф20～32mm，预制棒送棒的速度为0.1～20mm/min；拉丝的速度为2-400m/min。

10.根据权利要求8所述的耐高温光纤的制备工艺，其特征是，涂覆材料可为丙烯酸树脂类采用紫外光固化或为耐热硅胶涂层，采用热固化的方式或为聚酰亚胺树脂，采用热固化的方式。