NL8201024A - Werkwijze voor het bekleden van uit vezels opgebouwde golfgeleiders. - Google Patents

Description

VO 3144

Titel: werkwijze voor het bekleden van uit vezels opgebouwde golfgeleiders .

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bekleden van glasvezels.

Het is bekend, dat lange glasvezels een aanzienlijke potentiële sterkte hebben, maar deze sterkte wordt uitsluitend verkregen indien de 5 oorspronkelijke vezel op het moment dat deze wordt getrokken, wordt beschermd door een daarop aangebrachte bekleding. Speciale technieken zijn ontwikkeld om uit glasvezels opgebouwde golfgeleiders te voorzien vein een bekleding. Veelal bestond deze techniek uit het bekleden van de vezel met een prepolymeer materiaal, waarbij dit materiaal wordt ver-10 hard onder toepassing van warmte of licht. Ook werd zeer uitgebreid het bekleden van de vezel toegepast met behulp van een heet thermoplastisch hars. In al deze gevallen wordt de bekleding verkregen door de oorspronkelijke vezel onder te dompelen in een vat, waarin een vloeibaar prepo-lymeer of een polymeermateriaal aanwezig is. De vezel wordt dan via een 15 vrij oppervlak in de bekledingsvloeistof geleid en verlaat deze aan de onderzijde van het vat via een kleine treksteen. Het bekledingsmateriaal wordt verhard of afgekoeld tot een vaste toestand, waarna de vezel via een geschikte spil op een haspel wordt gerold.

Deze algemene techniek,voor het bekleden van glasvezelgolfpijpen, 20 wordt met succes toegepast. Een aanzienlijk voordeel kan men bereiken, wanneer de treksnelheid van het te produceren vezel kan worden vergroot. Wanneer men nu de snelheid ongeveer 1 m per seconde ten opzichte van de geldende treksnelheid doet toenemen, ontstaan moeilijkheden. Wanneer b.v. de vezel met een hoge snelheid door de vloeibare bekleding gaat, 25 wordt een aanzienlijke hoeveelheid lucht aan dit medium toegevoerd.

Wanneer tijdens het bekledingsproces voldoende lucht aan het vat wordt toegevoerd, ontstaan daarin luchtbellen. Naarmate de hoebeelheid luchtbellen toeneemt ontstaan het bezwaar dat deze door de treksteen gaat en in de bekleding terechtkomt. Men heeft gevonden, dat het aantal 3Q luchtbellen of leegtes in een gegeven lengte van de beklede vezel rechtstreeks of indirect verband houdt met de concentratie van luchtbellen in het vat. Verder heeft men gevonden, dat deze luchtbellen zich 8201024 - 2 - zeer snel verplaatsen langs de stroomlijnen in de vloeistof en mechanisch samenwerken, met de vezel, zodat daarin onvolkomenheden ontstaan wanneer deze door de treksteen getrokken wordt. Het is van belang, dat afwijkingen in de vezel, wanneer deze door de treksteen gaat, wordt ver-5 meden. Deze instabiliteiten met betrekking tot de luchtbellen kunnen in de bekledingslaag onregelmatigheden geven en kunnen eveneens variaties geven in de dikte van de bekledingslaag.

Het doel van de uitvinding is de bezwaren te ondervangen. Het doel wordt bereikt door in het vat een keerschot aan te brengen. In het keer-10 schot is een doorgang aangebracht voor het daardoorheen geleiden van de vezel. Door de aanwezigheid van het keerschot blijven de luchtbellen op afstand van het gebied, waar de vezel het vat verlaat. Door een hydro-dynamische toename van de druk in de bekledingsvloeistof kunnen de luchtbellen nog verder teruggedrongenworden.

15 De uitvinding zal onderstaand aan de hand van een aantal uitvoe- ringsvoorbeelden en onder verwijzing naar de tekening nader worden uiteengezet. Hierin toont; fig. 1 een schematisch aanzicht van een vezeltrekapparaat, waarin de ongewenste luchtbellen zijn aangegeven; 20 fig. 2 een schematisch aanzicht van het in het vezeltrekapparaat aangebrachte keerschot; fig. 3 een bovenaanzicht van het keerschot van fig. 2; figuren 4, 5', 6 en 7 verschillende uitvoeringsvormen van keer-schotten; 25 fig. 8 een stromingscirculatie voor het elimineren van luchtbellen in het bekledingsvat.

In fig. 1 is aangegeven welk probleem moet worden opgelost. De vezel 10 komt van een voorvorm, smeltkroes of andere geschikte bron en • gaat door het bekledingsvat 11 en verlaat deze via een laag-aanbrengende 30 treksteen 12. De aldus beklede vezel wordt vervolgens gehard, b.v. met behulp van ultraviolette lampen 14, en wordt vervolgens met behulp van een geschikte spil 15 gewikkeld op een haspel 16. Het vrije oppervlak van de vloeistof veronderstelt een naar beneden gerichte meniscus 13.

De vorm van de meniscus hangt af van verschillende parameters, maar 35 hangt grotendeels af van de snelheid waarmee de vezel door de vloeistof 8201024 - 3 - wordt getrokken. De aanwezigheid van deze meniscus geeft een positieve luchtstroom aan in het gebied van de vezel, nabij het punt waar de vezel in de vloeistof verdwijnt. Tijdens de bekledingsbewerking wordt .. lucht in de vloeistof getrokken onder vorming van luchtbellen. Naarmate 1 5- het aantal luchtbellen toeneemt wordt de kans groter, dat enkele van deze luchtbellen terechtkomen in de bekledingslaag. Opgemerkt moet worden dat de in het vat aanwezige bekledingsvloeistof, onder invloed van de snelheid van de vezel, een bepaald stromingspatroon heeft. Het is duidelijk dat de luchtbellen dit stromingspatroon volgen,zoals nader is aan-10 gegeven in fig. 1. De luchtbellen die nabij de meniscus 13 worden gevormd, worden met de vezel naar beneden in de vloeistof getrokken. Een aantal van deze luchtbellen wordt met de vezel uit het vat gevoerd, waar een aanzienlijk aantal daarvan een cirkelvormig stroompatroon, als in de figuur is aangegeven, zal gaan volgen. Echter zal bij. het toenemen van 15 het aantal luchtbellen, ook in het onderste gedeelte van het vat het aantal luchtbellen toenemen, zodat deze via de treksteen het vat zullen verlaten en terechtkomen in de bekleding van de vezel. Het is evenwel niet geheel duidelijk of de luchtbellen rechtstreeks of indirect in de bekledingslaag van de vezel terechtkomen. Aangenomen wordt, dat ten 20 minste enkele luchtbellen rechtstreeks vanuit de meniscus langs de vezel door de treksteen worden afgevoerd. Men heeft vastgesteld, dat onder deze omstandigheden grote formaties luchtbellen in de vloeistof ontstaan.

Door het toepassen van video- en fotografische methoden is de 25 dynamica bestudeerd van de bekledingsvloeistof. Als gevolg van deze studie heeft men de gewenste oplossing gevonden, welke oplossing onderstaand nader is beschreven.

Fig.-. 2 toont schematisch het bekledingsapparaat als aangegeven in fig. 1, maar thans voorzien van een keerschot 20. Dit keerschot zorgt 30 ervoor, dat de luchtbellenstroom niet van het ene vloeistofgebied in het andere terechtkomen. In dit geval wordt de luchtbellenstroom beperkt tot het hoofdlichaam van het bekledingsmateriaalvat en het gebied waar de vezel door de vloeistof gaat. In bepaalde uitvoeringsvormen wordt speciale aandacht geschonken aan het voorkomen van de luchtbellen-35 stroom in het gebied van het vat nabij de uitgangstreksteen. Het keer- 820 1 0 24 - 4 - schot strekt zich uit vanaf rond de vezel tot een aanzienlijke afstand uitwaarts in het vat. Het is niet noodzakelijk, dat het keerschot de wanden van het vat afsluit. Het is noodzakelijk dat het keerschot zodanig is opgesteld, dat contact met de glasvezel wordt voorkomen. Het 5 effect van het keerschot is in de figuur aangegeven. Het dient om de luchtbellen in het bovenste gebied van het vat te houden, teneinde in hoofdzaak het risico tegen te gaan, dat de luchtbellen zich verplaatsen naar de treksteen 12, om zodoende in de bekledingslaag terecht te komen.

Een voorbeeld van een keerschot is in fig. 3 aangegeven. De ope-10 ningen 30 dienen voor de circulatie van de bekledingsvloeistof vanuit het lagere gebied van het vat naar het bovengebied daarvan. Door de snelle verplaatsing van de vezel, zal de vloeistof door de opening 30 naar het onderste gebied van het vat worden verplaatst en het is daarbij van voordeel, ervoor te zorgen dat er een terugweg is naar het 15 bovenste gebied. Echter kan de opening 31 voldoende groot gemaakt worden, zodat de terugweg overbodig is. De feitelijke afmeting van de opening 30 hangt af van verschillende factoren, zoals de treksnelheid, die voor het grootste deel het probleem vormt en de effectiviteit waarmee de luchtbellen moeten verdwijnen. De diameter van de vezel is even-20 eens een factor, alhoewel dit typisch blijft in het gebied van 50 tot .500 micrometer. Met succes wordt een keerschot toegepast met een opening van 800 micrometer, teneinde een vezel te bekleden met een nominale diameter van 125 micrometer.

Een belangrijke keuze is de afmeting van de opening in het keer-25 schot, teneinde de gradiënt van de druk in de vloeistof in de nabijheid van de opening in het keerschot vast te stellen. Aangenomen wordt dat de opgewekte hydrodynamische krachten, als gevolg van de toepassing van een keerschot, effectief zijn in het doen verdwijnen van de luchtbellen op of nabij het oppervlak van de vezel, teneinde te voorkomen, dat deze 30 luchtbellen terechtkomen in de bekledingslaag. Afhankelijk van zijn afmeting, heeft het keerschot twee belangrijke functies. De eerste is, zoals reeds vermeld, het tegengaan van het verzamelen van grote hoeveelheden luchtbellen in het vloeistdfvat en derhalve het verminderen van sporadisch laterale fysische verplaatsing van de vezel tijdens de be-35 kledingsbewerking en bijkomende afwezigheid van de conpentriciteit van 8201024 - 5 - de vezel en de- bekleding. Het tweede voordeel van het keerschot is, wat beschouwd wordt als extra, en afhankelijk is van de keuze van de procesingenieur, is het doen verdwijnen van de luchtbellen uit het oppervlak of van nabij het oppervlak, van de vezel vóórdat deze de trekdoorn 5 bereikt. De trekdoorn kan worden beschouwd als een soort keerschot in de zin zoals hier toegepast en is op zich nuttig voor het doen verdwijnen van luchtbellen op de wijze, zoals zoeven is beschreven. Evenwel heeft men nu gevonden, dat de enkele verdwijningsstap, weergegeven door de trekdoorn typisch niet de luchtbellen elimineert uit de bekledings-10 laag wanneer deze plaatsvindt bij hoge snelheden. Een afzonderlijke ^ luchtbelverdwijningsstap, zoals hier beschreven, is een belangrijke toevoeging in het bekledingsproces, waar luchtbelleninsluitingen anders overheersend zijn. Situaties kunnen eveneens ontstaan, waar meervoudige, d.w.z. twee of meer keerschotten gebruikt worden voor een meer complete 15 verdwijning van luchtbellen.

Om de luchtbellen op een effectieve wijze te doen verdwijnen moet de opening in het keerschot,· waardoorheen de vezel gaat, klein genoeg zijn om te beletten dat de luchtstroom daardoorheen gaat. Openingen die slechts iets groter zijn dan de vezel, b.v. 3 maal de vezeldiameter, 20 geven goede resultaten.

Opgemerkt dient te worden, dat grotere diameters eveneens nuttig zijn voor het verkrijgen van het hierboven beschreven eerste voordeel, en zijn tot op zekere hoogte eveneens nuttig voor het verwijderen van luchtbellen. Aangenomen wordt, dat het verminderen van de luchtbellen 25 een resultaat kan zijn van abrupte hydrodynamische drukveranderingen in de vloeistof, wanneer de vezel daardoorheen gaat. Uit experimenten is gebleken, dat een doelmatige verdwijning van de luchtbellen uit de vezel plaatsvindt indien de vezel een drukverandering ondergaat equivalent aan 300 psi/seconde, alvorens deze in de nabijheid komt van de 30 trekdoorn. De vezel ondergaat derhalve tijdens zijn bekledingsproces, twee verschillende hydrodynamische drukveranderingen. De drukverandering is hier aangegeven in termen van "equivalente" drukverandering, aangezien de feitelijke verandering in druk afhankelijk is van het ontwerp van het keerschot en de mate van snelheid vein de vezel. Het minimum 35 van 300 psi/sec., zoals hierboven is aangegeven, is berekend voor een 8201024 * , -6-.

ί vezelsnelheid van 1/3 m/sec., bij een keerschotontwerp waarin de drukverandering plaatsvindt over een afstand van ongeveer 1 cm. In dit geval is het drukverschil, ondervonden door de vezel terwijl deze door het keerschot gaat," in de orde van 10 psi.

5 Ook met andere keerschotten kan men overeenkomstige resultaten verkrijgen, zoals zoéven zijn besproken. Drie voordelige configuraties zijn weergegeven in de figuren 4, 5, 6 en 7. De keerschotconfiguratie van de figuren 4 en 5 komen ongeveer overeen met het stroompatroon van de vloeistof in het bovenste gedeelte. De opstelling van fig. 6 heeft 10 het voordeel, dat het begin van de vezel gemakkelijk in het vat ingeleid kan worden. De toepassing van een aantal keerschotten is in fig. 7 aangegeven..

In fig. 8 is een uitvoeringsvorm aangegeven, waarbij luchtbellen worden voorkomen door middel van het circuleren van bekledingsvloeistof, 15 dte steeds wordt, aangevoerd en afgevoerd. Bij deze uitvoeringsvorm wordt een combinatie toegepast van een keerschot met recirculatiemiddelen voor het doen verdwijnen van luchtbellen uit het vat. Het keerschot is aangegeven met 80 terwijl de middelen om de luchtbellen uit het vat te halen zijn aangegeven met de uitlaat.81, en de middelen voor het intro-20 duceren van een luchtbellenvrij bekledingsmateriaal is aangegeven met 82. Het materiaal, afgevoerd door de uitlaat 81 kan worden verwerkt met behulp van filtering, centrifugeren, vacuumontgassing, of dergelijke, teneinde de luchtbellen daaruit te verwijderen en vervolgens weer terug te voeren aan het vat via de inlaat 82. Het keerschot 80 dient voor de 25 effectiviteit van dit apparaat, maar is niet essentieel. Het circuleren van de vloeistof, onder toevoeging van luchtbellenvrij materiaal kan reeds alleen de toename van luchtbellen in het vat voorkomen.

Zoals aan het begin is aangegeven, zal door de aanwezigheid van de snel bewegende luchtbellen in de bekledingsvloeistof de vezel zich 30 op een ongeregelde wijze verplaatsen wat leidt tot een slechte centrering van de vezel. De resulterende bekleding is niet uniform rond de vezel aangebracht en dit vermindert de effectiviteit van de vezel, wanneer deze wordt toegepast voor lichtgolftransmissie. Het gebruik van het keerschot geeft niet alleen een fiber met een gladde, luchtbellen-35 vrije bekleding, maar tevens een die zeer goed gecentreerd is gelegen 8201024 - 7 -

A

Τ' ~= in de bekledingslaag. Het is duidelijk, dat een continue verwijdering van de luchtbellen uit het bekledingsapparaat volgens de uitvinding leidt tot een goede kwaliteit bekleding terwijl tevens een hoge vezel-snelheid kan worden toegepast.

5 De uitvinding is geschikt voor een primaire bekleding van glas of plasticgolfgeleiders, of voor een secundaire bekleding van een dergelijke golfgeleider, die reeds is bekleed. De uitvinding kan eveneens worden toegepast hetzij voor beide stappen van een twee- of meervoudige bekleding in lijn of voor elke stap van een opeenvolgende meervoudige 10 bekledingsbewerking.De uitvinding is eveneens geschikt voor het toevoe ren varu-vloeistoffen aan de vezel om het oppervlak te wijzigen, alvorens deze te bekleden, voor het toepassen van trekdoorns of het kleuren voor een kleurencode, of voor het toepassen van vloeistofmateriaal voor andere doeleinden. Het is eveneens nuttig voor het bekleden van filmen, 15 die samengesteld zijn uit materiaal, anders dan glas, zoals b.v. poly-meervezels, kristalvezels en metaalvezels.

8201024

Claims (9)

1* Werkwijze voor het bekleden van een vezel, waarbij de vezel wordt getrokken door een vat, gevuld met een bekledingsmateriaal met een snelheid, die snel genoeg is om luchtbellen te veroorzaken in het vloeibare bekledingsmateriaal en welke vezel vervolgens door een trekdoorn 5 gaat, met het kenmerk, dat het bekledingsmateriaal in de nabijheid van de treksteen vrij van luchtbellen is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door het verwijderen van luchtbellen uit het vloeibare bekledingsmateriaal.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt door het aanbren-XO gen van een keerschot in het vloeibare bekledingsmateriaal, teneinde het bekledingsmateriaal in de nabijheid van de treksteen vrij van luchtbellen te houden.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het bekledingsmateriaal door het vat circuleert.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vezel wordt onderworpen aan een abrupte hydrodynamische drukverandering, terwijl de vezel in het vat is.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de drukverandering equivalent is aan ten minste 300 psi/seconde. 2C

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de vezel door het vloeistofbekledingsmateriaal gaat met een snelheid, die groter is dan 1/3 m/sec.

8. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de vezel gaat door een opening in een keerschot, teneinde de abrupte drukverandering 25 teweeg te brengen.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de opening in het keerschot kleiner is dan 3 maal de diameter van de onbeklede vezel. 8201024