CN1659111A - 纤维涂覆方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种纤维单元涂覆设备，包括室(190)，被未处理的树脂涂覆的纤维单元(12)经过其中。与空气混合的微球体通过管(196)和孔(194a)而供给到室(190)中。结果，可实现快速且均匀的微球体涂覆，并且通过改变空气/微球体混合物的流动速度而允许系统可控制地涂覆微球体。设有正压室(72，74)以防止微球体阻塞在纤维单元(12)进入和离开室(190)处的入口和出口点。

Description

纤维涂覆方法和设备
技术领域
本发明涉及纤维涂覆方法和设备，尤其用于涂覆光学纤维。
背景技术
已知通过将光学纤维放在管中来保护它们。一种熟知的将纤维放在管中的方法包括纤维喷射(或“喷射纤维”)。与本申请一同转让的欧洲专利申请No.0108590描述了一种纤维喷射技术，其中在空气缓冲垫上将纤维喷射到管中，依靠粘滞曳力来推进纤维。
为了进一步保护纤维，已知传统的树脂涂层，例如硅酮涂层或紫外线(UV)处理的丙烯酸酯聚合体，提供了免于损害和微裂纹的保护。已发现，将玻璃微球体或其他颗粒物质嵌入纤维上的树脂涂层(例如，丙烯酸酯聚合体)中提供了用于喷射纤维的特别良好的效果。将涂层涂覆到包括一根纤维或一捆纤维的光学纤维单元上。
与本申请一同转让的欧洲专利申请No.0521710描述了一种改进的涂覆光学纤维单元的方法，从而在喷射纤维过程中获得较好的粘性阻力和较低的摩擦力，在该过程中将诸如通常在10到200μm直径之间的微球体的颗粒物质嵌入该树脂涂层中。在该过程中，从一鼓轮通过涂覆另一树脂涂层的第一树脂处理系统来供给纤维，该纤维单元经过一通道中的大量流体化/充气的微球体(优选地带有静电用于均匀涂覆)。微球体粘附在树脂涂层上，并对该涂层进行UV处理。
这种已知方案的问题是，纤维入口和出口会被颗粒阻塞，从而需要停机时间来清除阻塞。这在微球体带有静电时尤其是一个问题，这是由于它们相对于纤维单元表面来说更易于吸引到其他表面上。
US5851450描述了一种方案，其中在通道中引入有湍流以获得微球体在树脂涂层中的均匀分布。进入横向管中的微球体向下偏转以引入湍流，且此外通过在通道中的角肋来进一步引入湍流。而且，纤维入口和出口成形为使颗粒从入口和出口偏离。这种方案的问题是在没有有效地重建设备的情况下难于调节工作特性，这是因为其工作高度依赖于通道的结构。
已知方案的另一问题是限制了用于涂覆纤维的生产速度，而使设备在不严重影响嵌入的微球体的均匀分布的情况下，不能达到300m/min量级的速度。
已知方案的其他问题是在某些情况下难于确保已知设备没有微球体泄漏。
发明内容
本发明由后附的权利要求来限定。
附图说明
现在，将参考附图以示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是纤维涂覆系统的部件的方框图；
图2是根据第一实施例的纤维涂覆单元的方框图；
图3是根据第一实施例的变体的纤维涂覆单元的方框图；
图4是用于纤维涂覆设备中的正压室的方框图；
图5是根据第二实施例的纤维涂覆单元的示意图；
图6是沿图5的线A-A剖取的剖视图；
图7是沿图5的线B-B剖取的剖视图；
图8是根据第三实施例的纤维涂覆单元的示意图；
图9是沿图8的线C-C剖取的剖视图；以及
图10是沿图8的线D-D剖取的剖视图。
具体实施方式
用于推进并涂覆光学纤维的材料、设备部件和处理过程对于本领域的技术人员是熟知的，这里仅参考图1对它们进行概括描述。总体上用10表示的设备包括光学纤维单元12，其包括从鼓轮引出(离线操作)或直接在上游(未示出)形成(在线操作)的单根纤维或一捆纤维。沿用箭头A表示的方向来牵引纤维。一个或多个方向辊14设置成可容易地控制纤维单元12的牵引方向。纤维经过树脂涂覆元件16并从那里进入微球体涂覆单元18，在其中用微球体来涂覆纤维单元。静电聚焦电子枪(未示出)可与涂覆单元18相关联以使微球体带电，并因此提高它们对纤维单元12的吸引力。此外，正压室优选地位于涂覆单元18的纤维入口和出口处，以防止微球体泄漏。下面更详细地描述可互换的微球体涂覆单元18的范围，且它们构成了本发明的基础。接着，涂覆的纤维单元12进入UV处理单元20中，并从那里到达任何相应的下游处理单元。
尽管示出了沿竖直方向来涂覆纤维单元12(取决于强加于涂覆单元18的涂覆方式)，但是通过提供适当的方向辊14也可使纤维单元12在涂覆过程中同样地横向运行。
光学纤维自身可以如涂层一样为任何适当的类型，且具体地适当涂层的一个示例为可UV处理的丙烯酸酯聚合体。任何适当的颗粒物质都可嵌入在涂覆单元18的涂层中，但优选地应用固态玻璃的且直径通常在10到200μm之间的微球体。纤维单元12通过所述设备的供给速度可超过300m/min。在本发明的整个描述中，相同的附图标记表示相同的部件。
在图2中示出了纤维涂覆单元18的第一实施例。被未处理的树脂涂覆的纤维单元12经过涂覆室190，其包括大体圆柱形的玻璃管191，玻璃管191的每一端都终止于基本实心(solid)的块件(199a和199b)，而所述块件均限定了具有截头圆锥体表面(192和193)的室。纤维单元12还经过邻近第一端192的正压室72和邻近第二端193的正压室74。
空气和微球体的混合物通过两个管道196而被许可进入涂覆室，且这两个管道196经过块件199a和位于截头圆锥体表面192中的孔194a。尽管在本实施例中仅有两个管道和孔，但是应理解可使用多个或者通过块件199a的壁或者直接进入管191中的管道/小孔(如稍后在图3中所示)来导入空气和微球体混合物。通过在漏斗(未示出)中使微球体流体化或者通过机械测量方法(mechanical metering method)来生成空气和微球体混合物。接着，将微球体和沿管道196推入的空气流一起输送进玻璃管191中。
通过管191来分配空气和微球体混合物，以使微球体接触并粘附到纤维单元12的未处理的树脂涂覆表面上。空气流和被输送的微球体沿管191流动，并通过净化出口195排出，净化出口195收集没有粘附到纤维单元12上的未使用的微球体。所收集的空气和微球体混合物通过经管道196和孔194a再次进入而回收以供以后使用。
过滤膜197跨越第一端192的整个截面区域延伸，除了包含纤维单元12的正压室72突出穿过的区域外。膜197用于防止任何微球体通过排气管道198而排出所述室，排气管道198通过允许空气如箭头A所示离开所述室而用来卸压。此外，可通过管道198和膜197引入的空气有助于微球体流通过所述室。
振动机构200连接到关闭管191的顶部的块件199a上。振动机构200用于使得较小的振动或摇动透过块件，并因此将局部振动供给由块件和入口194a及膜197一起包围的室的部分，包括管顶部。该振动可有助于防止一些微球体不期望地沉淀在例如截头圆锥体表面192的表面上，并通过防止微球体在由块件199a限定的室内聚集而提高了微球体通过管191的流动。图2中示出的振动机构200由空气驱动，但是应理解可使用任何适当的振动或摇动装置。
空气和微球体混合物通过管道196的流速是可控制的，从而允许反馈以改变在纤维单元12上微球体的涂覆密度。下游传感器(未示出)可检测到涂覆密度，并且一控制单元可相应地改变空气和微球体流直到获得希望的涂层。
在图3中示出了第一实施例的变体，其中相同的附图标记表示相同的特征。在该变体中，沿着玻璃管的圆柱形部分在交错位置处(如管196和孔194b所示)引入空气和微球体混合物。
参考图4，现在将更详细地描述正压室72。该室包括两个细长的管状部205和206，它们通过入口207接合在一起，通过入口207引入加压空气。这些部分一起限定了半径变化的通道208，纤维单元12可无阻碍地通过该通道。从入口207进入通道的气流沿着远离入口的两个方向流动，而较大比例的空气流向管191。空气流在不同方向上的比例受到如附图所示的两个细长管状部205和206之间的内径差D1＞D2(其中，D1是最靠近管191的管状部205的内径)的影响。
可选择地，或此外，长度差L2＞L1可用于影响空气流的比例。
上述正压室72的工作产生了进入管191的气流，从而基本防止了微球体进入压力室72中及从中排出，并且在比纤维涂覆单元中传输微球体的空气压力高的压力下工作。应理解，在涂覆室的相对端处的相应压力室74以类似的方式工作。
在图5到7中示出了纤维涂覆单元18的第二实施例，它包括正压室301、涂覆室302和正压室303。被未处理的树脂涂覆的纤维单元12沿箭头300所示方向经过上述室。在涂覆室302中的空气和微球体混合物使得多个微球体粘附在纤维单元的未处理树脂涂层上，接着如前述在下游对该未处理树脂涂层进行处理。
涂覆室302包括两个由圆柱形玻璃管191分离的基本实心的块件304和305，它们一起限定了纤维单元12经过其中的通道。空气和微球体混合物通过形成在上块件304中的两个入口管道306和307而进入涂覆室302(沿箭头308和309所示的方向)。两个管道306和307通向块件304中的环形腔314。腔314绕着纤维单元将通过其中的通道而同心形成，且直接通向玻璃管191的端部。在图6中示出了沿A-A线向上看的涂覆室302的剖视图，其示出了环形腔314，和连接在其顶部的管道306和307。空气和微球体混合物经过该环形腔而后进入玻璃管191中。
通过使微球体在漏斗(未示出)中流体化或者通过机械测量方法来生成空气和微球体混合物。利用通过管道306和307、腔314和玻璃管191空气流来输送微球体，在玻璃管191中进行纤维的涂覆。空气和微球体混合物最终经过下块件305中的截头圆锥形腔310，下块件305绕着纤维单元将经过其中的通道而同心地形成。未使用的空气/微球体混合物通过三个出口311a、311b和311c而排出涂覆室302，并且如果需要，所述混合物能通过经入口管306和307再次进入而回收以供以后使用。在图7中示出了沿线B-B剖取的块件305的剖视图。
通过改变经过入口管306和307的空气/微球体混合物的供给速度可容易且快速地调节粘附在纤维单元12上的玻璃微球体的分布情况。在纤维单元12退出纤维涂覆单元后，下游传感器(未示出)可检测到在纤维单元12上的微球体的涂覆密度或分布情况，并且可设有控制单元以改变空气/微球体的供给速度，从而相应地改变密度或分布情况。
正压室301和303设在涂覆室302的每一端处，从而防止微球体从涂覆室泄漏，并保护系统在纤维单元进入和离开涂覆室处不被微球体阻塞。正压室301包括由管312形成的细长的圆柱形通道313，纤维单元12将通过其中。在该通道的中间处通过管道214设置有入口，加压气体通过该入口进入通道313。管312的一部分延伸通过块件304。
通道313设计成在入口的任一侧具有不同的最小内径，通道313在与涂覆室相距最远的入口侧的部分(即，在位置313a处)具有较小的最小内径。因此，通过入口管214进入通道的加压气体将优先沿着朝向涂覆室302的方向流动。
正压室301设计成使得通道313与环形腔314的端部基本一同终止，空气/微球体混合物流过腔314，因此确保了纤维单元被保护而不会使微球体太深地嵌入在树脂涂层中。
正压室301、管306和307以及腔314的设计一起确保了通过管道306和307的空气/微球体混合物流不再被导向基本径向向内的方向(这可产生使微球体颗粒撞击纤维单元的力过大，导致微球体嵌入地太深和/或损坏纤维单元)，而相反已被重新导向以沿着室302基本纵向地在管191中流动。因此，当进入管191时气体/微球体混合物流(即，此时气体/微球体混合物中的分子的各个流动矢量的矢量和)被导向成相对于纤维单元12的最接近部分的纵向轴线基本平行。当然，在混合物中具有分子的各种速度和方向的分布情况，从而使微球体撞击并粘附在树脂涂层上，但是整个流基本与纤维平行的事实意味着防止了大量微球体以极高的速度直接撞击到纤维上。这使得系统以非常高的速度运行，从而相应地增加了空气/微球体混合物流而不会损伤纤维单元和/或产生差的涂覆质量，并且获得通常在300-500m/min之间的速度。
应理解，在涂覆室302的另一端处的相应正压室303与室301在设计和工作方面相似。
第二实施例的纤维涂覆单元的设计也在操作上便于纤维单元12穿过。通过从每一端经过正压室301和303插入一杆来实现这种穿过，所述杆具有在玻璃管191中心会合的配合连接。玻璃管的透明性质允许使用者容易地看到两个杆的配合连接端，它们一旦连接在一起就可被拉动直到其中一个杆(纤维可以穿过的管)延伸通过整个室302。接着，可通过管来供给纤维单元，而后将管移除。
在图8到10中示出了纤维涂覆单元18的第三实施例，它包括正压室301、涂覆室802和正压室303。被未处理的树脂涂覆的纤维单元12沿箭头300所示方向经过所述室。在涂覆室802中的空气和微球体混合物使得多个微球体粘附在纤维单元的未处理树脂涂层上，接着如前述在下游对该未处理树脂涂层进行处理。
涂覆室802包括两个由圆柱形玻璃管191分离的基本实心的块件804和305，它们一起限定了纤维单元12经过其中的通道。空气和微球体混合物通过形成在上块件804中的两个入口管导806和807进入涂覆室802(沿箭头308和309所示的方向)。两个管道806和807通向块件804中的环形腔814，块件804绕着纤维单元将通过其中的通道而同心形成。腔814成形为具有截头圆锥形外壁并直接通向玻璃管191的端部。在图9中示出了沿线C-C剖取的涂覆室802的剖视图，其示出了通向环形腔814的入口管道806和807。空气和微球体混合物经过该环形腔而后进入玻璃管191中。
尽管图9示出了入口管道806和807朝向纤维单元将通过其中的通道而被大体径向向内导向，但是它们实际上稍微偏离径向位置。这导致当空气/微球体混合物以一角度撞击腔814的内壁时改善了它们的混合，并也提高了混合物通过所述室的流动。这允许系统以非常高的速度运行，从而增加了空气/微球体混合物的流动，同时仍为纤维的未处理的树脂表面提供良好的微球体涂覆。
通过使微球体在漏斗(未示出)中流体化或者通过机械测量方法来生成空气和微球体混合物。利用通过管道806和807、环形腔814和玻璃管191的空气流来输送微球体，在玻璃管191中发生纤维的涂覆。空气和微球体混合物最终经过下块件305中的截头圆锥形腔310，下块件305绕着纤维单元将经过其中的通道而同心地形成。未使用的空气/微球体混合物通过三个出口311a、311b和311c排出涂覆室802，并且如果需要的话，所述混合物能通过再次经入口管道806和807进入而回收供以后使用。在图10中示出了沿线D-D剖取的块件305的剖视图。
通过改变经过入口管806和807的空气/微球体混合物的供给速度可容易且快速地调节粘附在纤维单元12上的玻璃微球体的分布情况。在纤维单元12退出纤维涂覆单元后，下游传感器(未示出)可检测到在纤维单元12上的微球体的涂覆密度和分布情况，并且可设有控制单元以改变空气/微球体的供给速度，从而相应地改变密度或分布情况。
正压室301和303设在涂覆室802的任一端处，从而防止微球体从涂覆室泄漏，并保护系统在纤维单元进入和离开涂覆室处不被微球体阻塞。正压室301包括由管312形成的细长的圆柱形通道313，纤维单元12将通过其中。在该通道的中间处通过管214设置有入口，加压气体通过该入口进入通道313中。管312的一部分通过块件804而延伸。
通道313设计成在入口的任一侧具有不同的最小内径，使通道313在与涂覆室相距最远的入口侧的部分(即，在位置313a处)具有较小的最小内径。通过入口管214进入通道的加压气体将优先沿着朝向涂覆室802的方向流动。
正压室301设计成使得通道313与环形腔814的端部基本一同终止，空气/微球体混合物流过腔814，因此确保了纤维单元被保护而不会使微球体太深地嵌入到树脂涂层中。
正压室301、管道806和807以及腔814的设计一起确保了通过管道806和807的空气流不再被导向基本径向向内的方向(这可产生使微球体颗粒撞击纤维单元的力过大，导致微球体嵌入地太深和/或损坏纤维单元)，而相反已被重新导向以沿着室802基本纵向地在管191中流动。因此，当进入管191中时的气体/微球体混合物流(即，此时在气体/微球体中的分子的各个流动矢量的矢量和)，被导向成相对于纤维单元12的最接近部分的纵向轴线基本平行。当然，在混合物中具有分子的各种速度和方向的分布情况，从而使微球体撞击并粘附在树脂涂层上，但是整个流基本与纤维平行的事实意味着防止了大量微球体以极高的速度直接撞击到纤维上。这使得系统能以非常高的速度运行，从而相应地增加了空气/微球体混合物流而不会损伤纤维单元和/或产生差的涂覆质量，并且获得通常在300-500m/min之间的速度。
应理解，在涂覆室802的另一端处的相应正压室303与室301在设计和工作方面相似。
第三实施例的纤维涂覆单元的设计也在操作上便于纤维单元12穿过。通过从每一端经过正压室301和303插入一杆来实现这种穿过，所述杆具有在玻璃管191中心会合的配合连接。玻璃管的透明性质允许使用者容易地看到两个杆的配合连接端，它们一旦连接在一起就可被拉动直到其中一个杆(纤维可以穿过的管)延伸通过整个室802。接着，可通过管来供给纤维单元，而后将管移除。
应理解，可适当地将上述各实施例的方面结合在一起，并且可使用对于本领域的技术人员显而易见的适当材料和设备来实现本发明。

Claims (27)

1.一种用颗粒物质涂覆纤维单元的设备，该设备包括：用于纤维单元的通道，和用于使颗粒物质和气体混合物进入所述通道的入口；
其中，当颗粒物质和气体混合物流从所述入口进入所述通道时，其在使用中以相对于纤维单元的纵向轴线基本平行的方式被引导。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
在混合物进入所述通道的区域中的所述入口为包围所述通道的腔的形状，并且一直呈圆形的通向所述通道从而允许颗粒物质和气体混合物进入。
3.一种用颗粒物质涂覆纤维单元的设备，该设备包括：用于纤维单元的通道，和用于使颗粒物质和气体混合物进入所述通道的入口；
其中，在混合物进入该通道的区域中的所述入口为包围该通道的腔的形状，并且一直呈圆形的通向所述通道从而允许颗粒物质和气体混合物进入。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，
所述腔为圆柱形。
5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，
所述腔的外壁为截头圆锥形。
6.根据权利要求2到5中任一项所述的设备，其特征在于，
所述入口还包括两个入口管，它们基本径向通向所述腔。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，
所述入口管偏离所述径向位置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
所述颗粒物质和气体混合物通过所述入口的供给速度是可控制的。
9.一种用颗粒物质来涂覆纤维单元的方法，包括下列步骤：通过限定于涂覆室中的通道来供给纤维单元，通过一入口将颗粒物质和气体混合物供给到该通道中；
其中，当颗粒物质和气体混合物流从所述入口进入所述通道中时，其在使用中被导向成相对于纤维单元的纵向轴线基本平行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
在混合物进入所述通道的区域中，所述入口成形为包围所述通道的腔形状。
11.一种用颗粒物质来涂覆纤维单元的方法，包括下列步骤：通过限定于涂覆室中的通道来供给纤维单元，通过一入口将颗粒物质和气体混合物供给该通道中；
其中，在混合物进入所述通道的区域中，所述入口成形为包围所述通道的腔形状。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
所述腔为圆柱形。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
所述腔的外壁为截头圆锥形。
14.根据权利要求10到13中任一项所述的方法，其特征在于，还包括，
通过两个入口管道来供给颗粒物质和气体混合物，所述两个入口管道大致径向通向所述腔。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述入口管偏离所述径向位置。
16.根据权利要求9到15中任一项所述的方法，其特征在于，
所述颗粒物质和气体混合物通过所述入口的供给速度是可控制的。
17.一种用颗粒物质涂覆纤维单元的设备，该设备包括：用于纤维单元的通道，该通道具有至少一个颗粒物质入口；和通道长度的中心部分，该设备还包括排斥装置，其可用于在通道的一端处提供气流，以使颗粒物质的运动偏离，从而基本防止颗粒物质在通道的端部处聚集。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，
所述排斥装置包括加压气体入口，进入一定长度的截面积减小的通道，所述排斥装置的物理特性为从所述入口将更大容积量的气流引向通道的中心区域。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，
所述物理特性包括沿着所述通道长度具有不同截面的区域，从而从所述入口朝向所述通道的中心部分的空气流经过较大截面的区域。
20.根据权利要求18或19所述的设备，其特征在于，
所述物理特性包括将所述气体入口定位成使得从所述入口朝向所述通道的中心部分的空气流经过所述通道长度的更长部分。
21.根据权利要求18到20中任一项所述的设备，其特征在于，
来自所述排斥装置的气体喷流基本被导向所述通道的中心部分。
22.根据权利要求18到21中任一项所述的设备，其特征在于，
包括在所述通道的两端处的排斥装置，从这两个排斥装置将气体喷流沿相反的方向基本引入所述通道的中心部分。
23.根据权利要求18到22中任一项所述的设备，其特征在于，还包括用于向室提供振动的装置。
24.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，
所述振动施加到室的局部部分上。
25.一种用颗粒物质来涂覆纤维单元的方法，包括步骤：通过限定于涂覆室中的纤维单元通道来供给纤维单元；将颗粒物质供给到该纤维单元通道中；以及在该纤维单元通道中提供气流，用于使颗粒物质的运动偏离，从而基本防止颗粒物质进入该通道的一端中。
26.一种设备，其基本如前所述和/或基本参考附图的任一或任何组合所示。
27.一种方法，其基本如前所述和/或基本参考附图的任一或任何组合所示。
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