CN113292256B - 一种光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺。所述光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺包括清洁、预涂覆、预固化，预涂覆、高温固化、二次涂覆和最终涂覆，预涂覆装置和预固化组件设置有三套并依次串联，经过三次涂覆—固化循环。本发明提供的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺将拥有聚酰亚胺底涂层聚酰亚胺底涂层的光纤在预涂覆‑预固化后经V型导轮组导入卧式烘箱进行固化，“涂覆‑固化”循环进行，通过循环涂覆直至厚度达58μm，并精确控制收线装置速度，实现4m/min的高速定径浸渍均匀涂覆，使得涂覆的光纤在高温情况下依旧能够很好地满足信号传输，实现了光纤在180℃环境下，单模光纤1550nm信号衰减≤0.30dB/km、多模光纤1300nm信号衰减≤1.5dB/km。
Description
技术领域
本发明涉及光纤制造技术领域，尤其涉及一种光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺。
背景技术
随着光纤技术的发展，光纤的应用范围延伸到了各种高温恶劣环境系统。这些系统要求光纤在恶劣环境中仍保持良好的特性，这对光纤提出了很高的光学、机械、环境稳定性及可靠性的要求。现有常规的紫外固化聚丙烯酸脂涂层的光纤在温度超过85℃时涂层材料会严重老化甚至失效，表现为涂层颜色发黄、变黑，机械性能弱化直至失去对光纤的保护作用，容易引起光纤自然断裂，无法满足高温环境下光纤传输的可靠性要求。
因此，有必要提供一种新的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺。
本发明提供的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺步骤如下：
A)清洁，清洁干燥，使用纯水清洁带有聚酰亚胺底涂层的光纤，通过高压气体进行干燥；
B)预涂覆，将清洁干燥后的裸光纤在牵引装置的牵引下穿过预涂覆装置；
C)预固化，预涂覆的光纤在牵引装置的牵引下穿过设置在预涂覆装置下方的预固化组件进行预固化；
D)预涂覆装置和预固化组件设置有三套并依次串联，经过三次涂覆—固化循环，初次涂覆，聚酰亚胺涂层厚度小于最终预定厚度的30％；
E)高温固化，经过预固化的光纤在V型导轮组导入卧式烘箱进行固化，固化后的光纤经过转动导轮的导向下穿过直径检测装置检测后缠绕至收线装置上完成初次涂覆；
F)二次涂覆，将初次涂覆的光纤放置另一个放卷装置进行重复步骤B至E完成二次涂覆，二次涂覆聚酰亚胺涂层厚度小于最终预定厚度的70％；
G)最终涂覆，完成二次涂覆的光纤在光纤放置另一个放卷装置进行重复步骤B至E完成最终涂覆达到目标直径，经过直径检测装置检测后收纳至收线装置的收线盘上；
根据步骤E至G中，初次涂覆，聚酰亚胺涂层厚度增加12μm，二次涂覆聚酰亚胺涂层厚度增加18μm，最终涂覆后聚酰亚胺涂层厚度增加28μm，达到目标均匀涂覆58μm。
优选的，根据步骤B中的涂覆装置包括，储料瓶、涂覆杯和恒温箱，所述储料瓶设置在恒温箱内，所述恒温箱设置一定的温度，且储料瓶一端开设通孔通入有高压纯净气体，在该温度下，储料瓶内的聚酰亚胺溶液粘度为4000-6000mPa.s，用于将聚酰亚胺溶液涂覆在穿过涂覆杯的光纤上，涂覆厚度通过进入涂覆杯的光缆直径和涂覆杯的涂覆直径控制。
优选的，根据步骤C的预固化组件包括，电炉、送风系统和抽风系统，经过预涂覆的光纤穿过竖直设置的电炉，电炉从上至下分为两个高温区，第一个高温区温度范围是120～220℃，第二个高温区温度范围为220～300，所述送风系统与电炉的底端连通，所述抽风系统与电炉的顶端连通。
优选的，根据步骤E中固化组件包括，卧式烘箱，卧式烘箱分为挥发区和合成区，所述挥发区温度范围为120～300℃，所述合成区温度为300～500℃，且卧式烘箱的前后端分别连接有抽风系统和送风系统。
优选的，送风系统系统内冲入的气体为N2，送风流量为40～70L/min，抽风系统的抽风流量为60～90L/min所述收线装置和牵引装置的速度为4m/min。
优选的，所述收线装置和牵引装置的速度设置为4m/min。
与相关技术相比较，本发明提供的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺具有如下有益效果：
1、本发明通过将拥有聚酰亚胺底涂层聚酰亚胺底涂层的光纤在预涂覆-预固化后经V型导轮组导入卧式烘箱进行固化，卧式烘箱设计有挥发区与合成区，“涂覆-固化”循环进行，通过循环涂覆直至厚度达58μm，并精确控制收线装置速度，实现4m/min的高速定径浸渍均匀涂覆，涂层热膨胀系数≤10-6℃，实现了光纤在180℃环境下，单模光纤1550nm信号衰减≤0.30dB/km、多模光纤1300nm信号衰减≤1.5dB/km，使得光纤具有光纤耐高温耐氢损防信号失真性能，本发明可以精准控制聚酰亚胺底涂层的厚度，厚度误差±2μm，涂层同心度误差≤5μm，并且具有≥100Kpsi的强度。
附图说明
图1为本发明提供的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺的设备示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
一种光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺如下：
将带有聚酰亚胺底层的光纤用纯水清洁并利用高压气体进行干燥，干燥后，在将光纤通过牵引装置穿过预涂覆装置和预固化装置进行涂覆和预固化，牵引速度为4m/min，预涂覆装置和预固化组件设置有三套并依次串联，经过三次涂覆—固化循环，然后经过V型导轮组穿过卧式烘箱进行高温固化，完成初次涂覆后聚酰亚胺涂层厚度小于最终预定厚度的30％，在将初次涂覆的光纤放置另一个放卷装置进行重复步骤B至E完成二次涂覆，二次涂覆聚酰亚胺涂层厚度小于最终预定厚度的70％，最后将二次涂覆的光纤在光纤放置另一个放卷装置进行重复步骤B至E完成最终涂覆达到目标直径，经过直径检测装置检测后收纳至收线装置的收线盘上。
预涂覆时，光纤穿过装有聚酰亚胺溶液储料瓶的涂覆杯，储料瓶设置在恒温箱内，储料瓶一端开设通孔通入有高压纯净气体这里典型气体为N2，营造物氧环境进行涂覆，通过控制气体N2的压强和恒温箱的温度可以调节聚酰亚胺溶的涂覆效果，通过设置恒温箱温度使得聚酰亚胺溶液粘度为4000-6000mPa.s便于更好地将聚酰亚胺溶液涂覆在光纤上。
预固化时，光纤穿过竖直设置的电炉，电炉上端设置为第一高温区，温度设置范围为120～220℃用于聚酰亚胺溶液的挥发，第二个高温区温度范围为220～300℃用于聚酰亚胺溶液的固化，通过在电炉底端连通送风系统，送风系统的气体为N2且其流量范围为40～70L/min，电炉顶端连通抽风系统，抽风系统的流量范围为60～90L/min，用于营造无氧环境，同时用于加快聚酰亚胺溶液的挥发，提高预固化效果和速度。
然后在高温固化，经过预固化的光纤通过牵引装置和V型导轮组导入卧式恒温箱内进行高温固化，卧式固化箱分为挥发区和合成区，挥发区温度范围为120～300℃，合成区温度范围为300～500℃，同预固化装置一样，这里卧式烘箱的前端连接有送风系统，卧式烘箱的后端连接有抽风系统，用于加快固化的速度和效果，高温固化后进过直径检测装置件检测涂覆直径，通过检测的涂覆直径与预定的涂层厚度座比较，调节预涂覆装置，使得经过多次涂覆-固循环后的聚酰亚胺涂层厚度达到58μm，最后经过转向导轮转动将涂覆好的光纤通过收线装置收卷在收线盘上，完成二次4m/min高速定径浸渍均匀涂覆58μm聚酰亚胺涂层。
实施例1：
参考图1，光纤类型为纯二氧化硅纤芯的单模光纤，芯径为9μm，包层直径125.0±2μm，涂覆底层为3μm，最终涂覆外径247±2μm，是一种耐高温耐氢腐的通信光纤。
涂覆工艺为：将直径为131μm的带有聚酰亚胺底涂层的单模光纤用纯水清洁干燥后，通过牵引装置依次穿过预涂覆装置、预固化装置和卧式烘干箱，经过三次涂覆固化后完成初次涂覆，牵引速度为4m/min，初次涂覆后的光纤直径为155μm，单边涂层厚度增加12μm，单次涂覆涂层直径单边增加4μm，初次涂覆工艺表见表1-1：
表1-1
二次涂覆，经过涂覆-固化三次后完成二次涂覆，牵引速度为4m/min，二次涂覆后的光纤直径为191μm，单边涂层厚度增加18μm，单次涂覆涂层直径单边增加6μm，初次涂覆工艺表见表1-2：
表1-2
| 参数名称 | 数值 | 单位 |
| 初始直径 | 155 | μm |
| 聚酰亚胺溶液粘度 | 4000-6000 | mPa.s |
| 牵引速度 | 4 | m/min |
| 涂覆杯4的涂覆直径 | 195.1 | μm |
| 涂覆杯5的涂覆直径 | 217.2 | μm |
| 涂覆杯6的涂覆直径 | 229.3 | μm |
| 每次预固化时间 | 30 | s |
| 电炉温度 | 180，280 | ℃ |
| 高温固化时间 | 90 | s |
| 卧式烘干箱温度 | 280，370 | ℃ |
| 送风系统的流量 | 70 | L/min |
| 送风系统的流量 | 90 | L/min |
最终涂覆，经过涂覆-固化六次后完成最终涂覆，牵引速度为4m/min，最终涂覆后的光纤直径为247μm，单边涂层厚度增加28μm，单次涂覆涂层直径前三次涂覆-固化单边增加4μm，后三次涂覆-固化单边增加6μm初次涂覆工艺表见表1-3：
表1-3
完成最终涂覆后，单模光纤进过收线装置收卷在卷盘上，生产长度为4-10km，完成4m/min的高速定径浸渍均匀涂覆58μm厚度的聚酰亚胺涂层单模光纤在180℃的工况下，单模光纤1550nm信号衰减≤0.30dB/km，涂层与光纤包层同心度误差≤5，强度测试水平＞100kpsi。
实施例2：
实施例2与实施例1不同的在于光纤类型为纯硅芯多模光纤，芯径为50μm，包层直径125.0±2μm，涂覆底层为3μm，最终涂覆外径247±2μm，是一种折射率渐变型、耐高温和耐氢腐的纯硅芯多模光纤。
其涂覆工艺与实施例1相同，最终完成涂覆后，多模光纤进过收线装置收卷在卷盘上，生产长度为4-10km，完成4m/min的高速定径浸渍均匀涂覆58μm厚度的聚酰亚胺涂层多模光纤在180℃的工况下，多模光纤1300nm信号衰减≤1.5dB/km，涂层与光纤包层同心度误差≤5，强度测试水平＞100kpsi。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺，其特征在于，其工艺步骤如下：
A)清洁，清洁干燥，使用纯水清洁带有聚酰亚胺底涂层的光纤，通过高压气体进行干燥；
B)预涂覆，将清洁干燥后的裸光纤在牵引装置的牵引下穿过预涂覆装置；
C)预固化，预涂覆的光纤在牵引装置的牵引下穿过设置在预涂覆装置下方的预固化组件进行预固化；
D)预涂覆装置和预固化组件设置有三套并依次串联，经过三次涂覆—固化循环，初次涂覆，聚酰亚胺涂层厚度小于最终预定厚度的30％；
E)高温固化，经过预固化的光纤在V型导轮组导入卧式烘箱进行固化，固化后的光纤经过转动导轮的导向下穿过直径检测装置检测后缠绕至收线装置上完成初次涂覆；
F)二次涂覆，将初次涂覆的光纤放置另一个放卷装置进行重复步骤B至E完成二次涂覆，二次涂覆聚酰亚胺涂层厚度小于最终预定厚度的70％；
G)最终涂覆，完成二次涂覆的光纤在光纤放置另一个放卷装置进行重复步骤B至E完成最终涂覆达到目标直径，经过直径检测装置检测后收纳至收线装置的收线盘上；
根据步骤E至G中，初次涂覆，聚酰亚胺涂层厚度增加至12μm，二次涂覆聚酰亚胺涂层厚度增加18μm，最终涂覆后聚酰亚胺涂层厚度增加28μm，达到目标均匀涂覆58μm。
2.根据权利要求1所述的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺，其特征在于，根据步骤B中的涂覆装置包括，储料瓶、涂覆杯和恒温箱，所述储料瓶设置在恒温箱内，所述恒温箱设置一定的温度，且储料瓶一端开设通孔通入有高压纯净气体，在该温度下，储料瓶内的聚酰亚胺溶液粘度为4000-6000mPa.s，用于将聚酰亚胺溶液涂覆在穿过涂覆杯的光纤上，涂覆厚度通过进入涂覆杯的光缆直径和涂覆杯的涂覆直径控制。
3.根据权利要求1所述的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺，其特征在于，根据步骤C的预固化组件包括，电炉、送风系统和抽风系统，经过预涂覆的光纤穿过竖直设置的电炉，电炉从上至下分为两个高温区，第一个高温区温度范围是120～220℃，第二个高温区温度范围为220～300，所述送风系统与电炉的底端连通，所述抽风系统与电炉的顶端连通。
4.根据权利要求1所述的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺，其特征在于，根据步骤E中的卧式烘箱分为挥发区和合成区，所述挥发区温度范围为120～300℃，所述合成区温度范围为300～500℃，且卧式烘箱的前后端分别连接有抽风系统和送风系统。
5.根据权利要求3或4所述的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺，其特征在于，送风系统系统内冲入的气体为N2，送风流量为40～70L/min，抽风系统的抽风流量为60～90L/min。
6.根据权利要求1所述的光纤表面耐高温耐氢损聚酰亚胺涂覆工艺，其特征在于，所述收线装置和牵引装置的速度设置为4m/min。
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