CN1193745A - 固化光纤的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种使涂覆光纤固化的方法和设备,至少包括由一个冷却级分隔的两个光纤涂覆固化级。这两个光纤涂覆固化级之一作用于涂覆光纤,以便提供部分固化涂覆光纤。这两个光纤涂覆固化级之另一个作用于冷却的部分固化涂覆光纤,以便进一步提供部分固化涂覆光纤。冷却级安排在两个光纤涂覆固化级之间并作用于部分固化涂覆光纤,以便提供冷却的部分固化涂覆光纤。本发明一个优点是光纤涂覆的固化充分,而所需要的紫外灯的数量比较已知的现有技术方法中所使用的数量要少。

Description

固化光纤的方法和设备
本发明涉及一种生产光纤的设备；并且特别涉及一种包括光纤拉制、冷却、涂覆和固化的光纤生产设备。
在现有的技术中有多种不同的生产光纤的方法和多种不同的光纤拉制、冷却、涂覆和固化的方法。例如授予本发明人的美国专利No.5,092,264描述了一种为了减少进入光纤涂覆的热量滤掉紫外固化灯射向光纤的辐射中的红外成分的装置。这一装置的构成包括一个双层壁的石英中心管，此石英中心管置于紫外固化灯之内，在辐照时光纤通过其中。管子的环形区中充水以吸收红外成分，从而可以将涂覆保持于温度较其他情况下为低的状态而加速固化过程。
此外，Fussion Systems公司和岩崎电力公司都可提供“冷”的紫外辐照反射器或镜子。这种反射器可减小在固化时射向光纤涂覆的辐射中的红外成分。这是依靠其上淀积有可以反射所要的紫外成分但不反射红外成分的涂覆的镜子而实现。
现已发现，在生产光纤时涂在光纤上的紫外可固化涂覆，当涂覆温度超过一定温度时，将不会完全固化。因此，不管采用多少个紫外灯固化级来固化光纤涂覆，则当光纤涂覆处于高温下时，该涂覆不会完全固化。同样还发现，在低温下固化涂覆时可改善其性能。控制涂覆的温度很难，因为用于固化光纤涂覆的紫外灯会由于光纤涂覆吸收高强度的紫外和红外辐射而使光纤涂覆的温度升高。另外，涂覆固化过程是一放热反应(产生热量)。
现有技术的装置会使涂覆变得很热，既是由于材料吸收过量的紫外能量，也由于丙烯酸盐交联固化反应本身的放热本性所决定。因此，在工业应用中采用这些方法不会获得什么重要的好处。
B.Overton等人的一篇题为“固化温度对紫外固化涂覆热机械性能的影响”介绍了所希望的涂覆固化水平的发展受到高温的阻碍的情况。现有技术没有描述在紫外固化级之间使用冷却介质以提供更完全的固化。
本发明提供了一种使涂覆光纤固化的方法和设备，其构成至少包括两个光纤涂覆固化级和一个冷却级。
至少两光纤涂覆固化级响应于涂覆光纤以提供部分固化涂覆光纤，并且进一步响应于冷却的部分固化涂覆光纤以进一步提供固化的涂覆光纤。
冷却级响应于部分固化的涂覆光纤以提供冷却的部分固化涂覆光纤。
在操作过程中，本发明可提供一种配置紫外灯的方法以便达到涂覆的胶凝点而得到初始固化水平，然后主动除去反应热和从第一紫外灯吸收的热量。之后接着对紫外曝光以完成涂覆的固化。其优点是这种方法使得甚至可以在很高的拉制速度下使涂覆完全固化。为了最大限度地利用这种效果，必须有一个有效的光纤冷却管。
在紫外固化级之间的冷却级从光纤除去热量，于是在其后的紫外固化级中固化时光纤涂覆得到充分固化。本方法包括的步骤为：在光纤上施加涂覆、涂覆光纤经过第一紫外固化级使涂覆大部分固化、部分固化涂覆光纤通过使光纤和涂覆的温度降低的冷却管并且之后使光纤经过其后的紫外固化级。
本发明并不企求防止涂覆在光纤拉制塔中的固化过程中间发热。本发明是力图对光纤上的涂覆进行辐照，从而开始固化反应，然后主动地去除在大部分固化过程中间产生的热量，再重新辐照材料以求以尽可能快的速度完成此反应。
本发明具有很多优点。首先，可以去掉某些紫外固化级。由于不需要采用附加的紫外固化级和相应的设备投资而可以降低成本。另外，还可以省去与更换紫外灯的各种零部件有关的维护费用。本发明的另外一个优点是可以提高拉制速度。
本发明还有一个优点是光纤涂覆的固化充分，而所需要的紫外灯的数量比较已知的现有技术中所采用的数量要少。
对本发明，无论就其组织还是就其操作方式而言，参考与下面叙述有关的包括图1-4的附图可获得进一步的了解。
图1是本发明的发明对象的紫外灯配置实施例的示意图。
图2是图1所示的发明对象的冷却级的使用图。
图3是本发明的发明对象的紫外灯配置另一实施例的示意图。
图4是本发明的发明对象的紫外灯配置又一实施例的示意图。
图1示出一生产光纤的设备，一般标记为10。广义上本发明的构成包括可为光纤涂覆F的固化提供一种改进的紫外固化级的方法和设备，一般标记为12，至少包含两个光纤涂覆固化级14、16和有关冷却级18。
如图所示，至少两个光纤涂覆固化级14、16作用于涂覆光纤F以提供一般标记为F1的部分固化涂覆光纤，并进一步作用于一般标记为F2的部分固化涂覆光纤以便进一步提供一般标记为F3的固化涂覆光纤。
冷却级18作用于部分固化涂覆光纤F1以提供冷却的部分固化涂覆光纤F2。
光纤涂覆固化级14具有一个或更多个紫外固化灯。光纤涂覆固化级16具有标记为16(a)、16(b)的一个或更多个紫外固化灯。至少两个光纤涂覆固化级14、16中的每一个与冷却级隔开至少一英寸的空间，一般标记为15、17。这至少为一英寸的空间15、17对环境氛围是完全开放的以便进行敞开式空气冷却。在一英寸空间15处的温度大约为100-110℃，而在在一英寸空间17处的温度低于60℃。还设想了其中的第二紫外固化灯16(a)、16(b)的每一个都由至少一英寸的空间互相分开的实施例。
在图1中，光纤生产设备10还包括一冷却管20、第一涂覆器22、具有第一紫外固化灯24的第一紫外固化级24和第二涂覆器26，以上这些都是本专业所熟知的。如图所示，改进的紫外固化级12位于第二涂覆器26之后，后者提供涂覆光纤F。但是，本发明的范围并不想仅仅局限于这样一种实施例，因为图3示出的另一实施例中改进的紫外固化级12也位于第一涂覆器22和第二涂覆器26之间，这一点将在下面讨论。
图2中示出的图1的冷却级18是主动冷却管形式，一般标记为30。主动冷却管30是一个空心管32，在其管壁34中有冷却气体流过，一般以图2中所示的箭头表示。冷却气体的作用是充当由部分固化涂覆光纤F1向空心管32的管壁34的传热介质。冷却气体是氦，虽然本发明的范围并不严格局限于仅仅使用这种具体气体。如图所示，主动冷却管30的构成包括一般标记为36的一系列圆柱空腔，，其位置在一般标记为38的导热金属体内，这些圆柱空腔通过一般标记为40的狭窄孔径相连。这一系列圆柱空腔36和狭窄的孔径40形成部分固化涂覆光纤F1所通过的通道。如图2a所示，这一系列圆柱空腔36中设置有加工成形的突片42以增加导热金属38用来吸收通过冷却气体由部分固化涂覆光纤F1除去热量的表面积。冷却气体通过的这一系列圆柱空腔36和狭窄孔径40使冷却气体流形成喘流，从而可增加在部分固化涂覆光纤F1和空心管30的管壁34之间的传热效率。
图3示出具有一般标记为50的改进的紫外第一固化级的改进的紫外第一固化级的另一实施例。在图1和图3中，两图中类似的部件用类似的参考标号标记。改进的紫外第一固化级50至少具有两个光纤涂覆固化级14′和16′，和一个冷却级18′。至少两个光纤涂覆固化级中的一个作用于从第一涂覆器22中出来的光纤以提供部分固化第一涂覆光纤。冷却级作用于此部分固化第一涂覆光纤F1′。以提供冷却的部分固化第一涂覆光纤。至少两个光纤涂覆固化级中的另一个作用于冷却的部分固化第一涂覆光纤以便向第二涂覆器26提供固化的第一涂覆光纤。
图4示出一般以60表示的改进的固化级的另一实施例，具有至少两个光纤涂覆固化级62、64。在此实施例中，图1-3中的主动冷却级18为两个光纤涂覆固化级62、64之间一般标记为76的至少一英寸的间隔所代替，以用于冷却一般标记为F1′′的部分固化涂覆光纤。
至少两个光纤涂覆固化级之一62包括两个紫外固化灯66、68。至少两个光纤涂覆固化级的另一个64包括三个第二紫外固化灯70、72、74。至少一英寸的空间76整个对环境氛围开放。还设想了其中的每个第二紫外固化灯66、68、70、72、74的每一个都由至少一英寸的空间互相分开的实施例。
在图4所示的实施例中，改进的固化级60包括一个将紫外灯66、68、70、72、74设置成为在灯66、68、70、72、74之间有一定的距离。此一距离可为一英寸或更大。灯66、68和灯70、72、74之间的空间可整个地对环境氛围开放或者部分地由图3中所示的冷却装置30这样的冷却装置填充。
总之，紫外灯66、68、70、72、74精心设计成为互相分开的，以便使热量可以在两次紫外照射之间脱离涂覆。图4中的紫外灯66、68、70、72、74的间隔和图1-3中插入的主动冷却装置18提高了固化反应的速度和效率。主动冷却管18的设计使得它可以增加冷却气体流的喘流以提高光纤或涂覆向外的传热效率。
由此可以看到，前面设置的目标和根据上述描述已经清楚的事项都已高效率地到达，并且因为在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述结构进行某些修改，所以在上述描述中所包含的或在附图中示出的所有事项都应该理解为示意性的而并非限制性的。
还应该理解，下面的权利要求力图概括此处所描述的本发明的所有的共通特点和个别特点，并且本发明范围内的所有声明由于语言上的原因可能不够准确。

Claims (25)

1.一种用于固化涂覆光纤(F、F′、F′′)的设备(10)，其构成包括：
至少两个光纤涂覆固化级(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)，对涂覆光纤(F、F′、F′′)施加作用，以提供部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)，并且进一步施加作用于冷却的部分固化涂覆光纤(F2、F2′、F2′′)，以便进一步提供固化涂覆光纤(F3、F3′、F3′′)；和
一个冷却级(18、18′)，对部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)施加作用，以提供冷却的部分固化涂覆光纤(F2、F2′、F2′′)。
2.根据权利要求1的设备(10)，其中冷却级(18、18′)包括一个主动冷却管(30)。
3.根据利要求2的设备，其中主动冷却管(30)是一个中空的管子(32)，其管壁(34)有冷却气体流过。
4.根据权利要求3的设备(10)，其中冷却气体的作用是充当由部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)向空心管(32)的管壁(34)的传热介质。
5.根据权利要求4的设备(10)，其中冷却气体是氦。
6.根据权利要求2的设备(10)，其中主动冷却管(30)包括一系列圆柱空腔(36)，其位置在导热金属体(38)内，这些圆柱空腔通过狭窄孔径(40)相连。
7.根据权利要求6的设备(10)，其中一系列圆柱空腔(36)和狭窄孔径(40)形成部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)所通过的通道。
8.根据权利要求7的设备(10)，其中这一系列圆柱空腔(36)中设置有加工成形的突片(42)以增加金属的表面积，用来吸收通过冷却气体从部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)除去的热量。
9.根据权利要求7的设备(10)，其中冷却气体通过的这一系列圆柱空腔(36)和狭窄孔径(40)使冷却气体流形成喘流，从而可增加在部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)和空心管(32)的管壁(34)之间的传热效率。
10.根据权利要求1的设备(10)，其中上述的至少两个光纤涂覆固化级(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b))与冷却级(18)由至少一英寸的空间(15、15′、17、17′)分隔。
11.根据权利要求10的设备(10)，其中上述的至少一英寸的空间(15、15′、17、17′)整个地对环境氛围开放。
12.根据权利要求1的设备(10)，其中冷却级(18)在上述至少两个光纤涂覆固化级(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)之间包括至少一个一英寸的空间(15、15′、17、17′、76)。
13.根据权利要求12的设备(10)，其中上述的至少一英寸的空间(15、15′、17、17′、76)整个地对周围氛围开放。
14.根据权利要求1的设备(10)，其中上述的至少两个光纤涂覆固化级(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)是紫外灯，用于向涂覆光纤(F、F′、F′′)或冷却的部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)提供紫外光。
15.一种生产光纤的设备(10)，其构成包括：
一个第二涂覆器(26)用于提供第二涂覆光纤(F、F′′)；
至少两个光纤涂覆固化级(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)，对第二涂覆光纤(F、F′′)施加作用，用于提供部分固化第二涂覆光纤(F1、F1′′)，对进一步对冷却的部分固化第二涂覆光纤(F2、F2′′)施加作用，以便进一步提供冷却的涂覆光纤(F3、F3′′)；和
一个冷却级(18)，对部分固化第二涂覆光纤(F1、F1′′)作用，用于提供冷却的部分固化第二涂覆光纤(F2、F2′′)。
16.根据权利要求15的设备(10)，其中该设备还包括：
一第一涂覆器(22)，用于提供第一涂覆光纤(F′)；
至少两个光纤涂覆固化级(14′，16′)，施加作用于第一涂覆光纤(F′)，用于提供部分固化第一涂覆光纤(F1′)，并且还施加作用于冷却的部分固化第一涂覆光纤(F2′)，以便进一步提供固化第一涂覆光纤(F3′)；和
冷却级(18′)，施加作用于部分固化第一涂覆光纤(F1′)，用于提供冷却的部分固化第一涂覆光纤(F2′)。
17.  一主动冷却管(30)，用于冷却部分固化涂覆光纤(F1，F1′，F1″)，其构成包括：
一中空管(32)，其管壁(34)有冷却气体流过，该冷却气体的作用是充当由部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1″)向空心管(32)的管壁(34)的传热介质；
在导热金属体(38)中的一系列圆柱空腔(36)，由狭窄孔径(40)相连，形成部分固化涂覆光纤(F1，F1′，F1″)所通过的通道；及
设置在一系列圆柱空腔(36)中的加工成形的突片(42)，用于增加管壁(34)壁面的表面积，用来吸收由冷却气体从部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1″)除去的热量。
18.根据权利要求17的主动冷却管(30)，其中冷却气体是氛
19.根据权利要求18的主动冷却管(30)，其中冷却气体通过的这一系列圆柱空腔(36)和狭窄孔径(40)使冷却气体流形成喘流，从而可增加在部分固化涂覆光纤(F1、F1′)和空心管(32)的管壁(34)之间的传热效率。
20.根据权利要求1的设备(10)，其中上述的至少两个光纤涂覆固化级(12、14、14′、62、66、68)中的一个作用于涂覆光纤(F、F′、F′′)，以便提供部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)，并且上述的至少两个光纤涂覆固化级(12、16、16′、16(a)、16(b)、64、70、72、74)中的另一个作用于冷却的部分固化涂覆光纤(F2、F2′、F2′′)，以便进一步提供固化涂覆光纤(F3、F3′、F3′′)  。
21.  一种固化涂覆光纤(F、F′、F′′)的方法，包括：
向第一光纤涂覆固化级(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纤(F、F′、F′′)；
利用第一光纤涂覆固化级(12、14、14′、62、66、68)部分固化涂覆光纤(F、F′、F′′)，以便提供部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)；
利用冷却级(15、15′、17、17′、18、18′76)冷却部分固化涂覆光纤(F1、F1′、F1′′)，以便提供冷却的部分固化涂覆光纤(F2、F2′、F2′′)；并且
利用第二光纤涂覆固化级(12、16、16′、16(a)、16(b)、64、70、72、74)固化冷却的部分固化涂覆光纤(F2、F2′、F2′′)，以便提供固化涂覆光纤(F3、F3′、F3′)。
22.根据权利要求21的方法，其中向第一光纤涂覆固化级(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纤(F，F′，F′′)的步骤包括从第二涂覆器(26)向第一光纤涂覆固化级(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纤(F、F′、F′′)。
23.根据权利要求21的方法，其中向第一光纤涂覆固化级(14′)提供涂覆光纤(F′)的步骤包括从第二涂覆器(22)向第一光纤涂覆固化级(14′)提供涂覆光纤(F′)。
24.根据权利要求23的方法，其中利用第二光纤涂覆固化级(16′)固化冷却的部分固化涂覆光纤(F2′)的步骤包括向第二涂覆器(26)提供固化涂覆光纤(F3′)。
25.根据权利要求1的设备(10)。其中上述至少两个光纤涂覆固化级(62、64、66、68、70、72、74)的每一个由至少一英寸的空间(76)分隔。
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