SE437980B - Anordning for dragning av ett cylindriskt emne av termoplastiskt material till ett filament - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7812hÜ8-'8 diameter i typfall från ca t 1 um under dragning av den första delen av filamentet från ämnet till ca : 3 um vid tiden för dragning av den sista kilometern filament. Speciellt inträffade ringa eller ingen ökning av diametervariation tills ca 10 cm av ämnet återstod. Därefter när ämnet minskade i storlek under 10 cm ökade diametervariationen till ett maximum av ca i 3 um.

Av olika orsaker är det önskvärt att hålla fiberdia~ metern för optiska vågledare så nära ett i förväg bestämt värde som möjligt. Såsom diskuteras i publikationen "Mode-Dependent Attenuation of Optical Fibers: Excess Loss" av R Olshansky et al, Applied Optics, vol 15, sid 1OH5 - 10H7, april 1976, har man funnit att diametervariationer ger upphov till förluster i optiska vågledare. När ändarna av två optiska vågledare sammankopplas, bör dessutom deras diametrar vara huvudsakligen lika stora för att maximera övergången av ljus mellan dem.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en apparat för formninšyfibrer för optiska vågledare med minimal variation i diameter. I I Ett annat syfte är en apparat för dragning av optiska fibrer. _ Föreliggande uppfinning avser i korthet en apparat för dragning av ett cylindriskt format ämne av termoplastiskt material till ettfilament. Konventionellt innefattar en sådan apparat en långsträckt, cylindriskt formad muffel med en första och en andra ände, organ i muffeln för att uppbära ämnet i muffeln med en sådan orientering, att filamentet drages från den första änden. Organ för uppvärmning av muffeln i närheten av ämnet, så att ämnet uppvärms till sin dragningstemperatur. Den andra änden av muffeln är försluten och ett organ finns anordnat för att införa en gas in i den andra änden av muffeln, vilken gas därefter strömmar genom muffeln och lämnar denna genom den första änden. Enligt uppfinningen finns ett organ anordnat i muffeln omedelbart intill ämnet, pâ den sidan av ämnet, som vetter mot den andra änden av muffeln, för att begränsa gasströmmen till en trång, cylindriskt formad kanal intill muffelns innervägg för likformi%§%%;%%sen innan gasen strömmar förbi ämnet.

Pig. 1 är ett längsgående snitt genom ett ämne för en optisk vågledare. 10 20 30 35 7812408-8 Pig. 2 är ett längsgående snitt genom ett ämne, som har flambehandlats för beredning, för insättning i en ugn för dragning.

Pig. 3 visar ett snitt genom en ugn för dragning, vilken ugn är lämpad för dragning av optiska filament för våg- ledare. Ugnen innefattar en hållare för ämnet, som är modifierad enligt föreliggande uppfinning.

Pig. U visar en annan utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 5 är ett snitt, tagen utefter linjen 5 - 5 i fig. H.

Fig. 6 är en kurva, som visar ökningen av diameter- variationen, som sker med användning av en känd anordning för dragning av fibrer.

Det bör observeras att ritníngarna är belysande och symboliska för föreliggande uppfinning och att man inte har efter- strävat att visa skalan eller relativa förhållanden i de därav avbildade elementen. Även om den här beskrivna föredragna ut- föringsformen avser dragning av optiska vågledare av glas, kan föreliggande uppfinning tillämpas på dragning av filament av andra termoplastiska material.

Föreliggande uppfinning beskrivs i samband med form- ning av optiska vågledare av ett genom flamhydrolys framställt ämne enligt det i US-PS Re 28 029 beskrivna sättet, även om föreliggande uppfinning inte är begränsad till ämnen framställda på detta sätt. Enligt denna patentskrift bildas en första be- läggning av glas med ett förutbestämt brytningsindex på den periferiella ytterytan av en huvudsakligen cylindrisk gjutkärna.

Brytningsindexet för denna första beläggning kan helt igenom vara likformig eller variera radiellt på känt sätt. Därefter anbringas en andra glasbeläggning på den periferíella ytterytan av den första beläggningen, vilken andra beläggning har ett i förväg valt brytningsindex, som är mindre än det för den första beläggningen. Gjutkärnan avlägsnas från denna sammansatta enhet efter pâföringen av antingen den första eller den andra belägg- ningen. Den resulterande huvudsakligen cylindriska hålkroppen eller ämnet 10 är visat i fig. 1. Såsom framgår av fig. 2 har ändarna av ämnet 10 flambearbetats, varvid en ände 12 är av- 10 15 25 30 35 7812408-'8 smalnande för att underlätta igângsättning av dragningen och den andra änden 14 är försedd med en hals, som passar i en hållare.

En typisk ugn 20 för dragning är visad i fig. 3. Ett motståndselement 22 uppbärs med ej visade organ i höljet 24.

Centralt anordnad i ugnen finns en aluminiumoxidmuffel 26, vars ändar är hopfänta med höljef 24 med organ 78 och 30. Ett rör 32 för tillförsel av en inertgas, t ex kväve, går genom höljet. Ett rör 34 för tillförsel av gas till muffeln 26 går genom det ringformade organet 36, som befinner sig på muffelns 26 överdel.

Kåpan 38, som är hopfäst med organet 36, inkluderar en hylsa 40, genom vilken en bärstav 42 för ämnet sträcker sig. Förslutnings- organet 44 av metallfolie omger hylsan 40 och den intilliggande delen av staven 42, i vilken det är fäst med en O-ring 46.

Det har varit praxis att fästa ämnet 10 i staven 42 med kända anordningar, inklusive den slitsade glashållaren, som är avbildad i fig. 3. Under dragningen av de optiska vågledarna 52, sänks staven 42 långsamt genom muffeln för att hålla "rot- delen" av filamentet 52 och den avsmalnande delen av ämnet 10 vid rätt temperatur för dragning.

Under det att filamentet drages införs syre och kväve genom röret 34 och organet 36 in i muffelns 26 överdel. Eftersom denna del av muffeln är försluten med organen 36, 38, 40 och 44 strömmar dessa gaser nedåt i muffeln förbi ämnet 10 och utblåses i muffelns botten. Dessa gaser användes för att säkerställa oxidation av föroreningar i fibern 52, för att styra eller undan- röja uppåtgående drag, som tenderar att strömma upp genom den värmda muffeln, och för att skölja bort material, som utvecklas i det värmda ämnet och muffeln.

Muffelns 26 innerdiameter har vanligtvis gjorts till- räckligt stor, i förhållande till ytterdiametern av ämnet 10, att ingen del av ämnet kan beröra muffeln. Syre och kväve, som tillförs organet 06, uppvärms under strömning genom den ring- formade kanalen mellan muffeln 26 och ämnet 10. Hittills har det endast varit det icke förbrukade ämnet som tvingade dessa gaser att strömma i den smala kanalen intill den heta muffeln, som skall värmas. Så länge som längden av ämnet var större än ca 10 cm, kunde dessa gaser värmas.likformigt, så att de inte kraftigt påverkade diametern av det filament som drogs. När 10 15 20 25 30 35 7812408-8 emellertid ämnet förbrukades, kunde gaserna inte värmas lika likformigt och de termiska gradienterna och den erhållna turbu- lensen vid ämnets spets förorsakade ökning i filamentdiameterns variation.

Enligt föreliggande uppfinning undanröjs detta problem genom förlängning av kanalen, genom vilken muffelgaserna måste strömma innan de når roten av filamentet. I den i fig. 3 visade utföringsformen åstadkoms detta genom att man omger hållarstaven H2 med ett glasrör 56, som ligger an mot hållarens 50 överdel.

Den från hållaren 50 bortre röränden 56 avsmalnar inåt, så att öppningen i denna ände av röret är endast tillräckligt stor att röret kan trädas över staven 42. Närvaron av röret 56 åstad- kommer att syre och kväve strömmar genom en trång kanal nära muffelns 26 inneryta tillräckligt lång sträcka för likformig upp- värmning av dessa gaser, även sedan merparten av ämnet är för- brukat. Genom tillsatsen av röret 56 inträffar huvudsakligen ingen ändring i filamentdiameter under dragning av hela ämnet, under föruLsättníng att don sammanlagda längden av röret 56 och hållaren 50 är minst ca 10 cm.

En annan utföringsform av föreliggande uppfinning är visad i fig. H och 5. I denna utföringsform är hållaren 60, som är fäst i hållarstaven 62 för ämnet, förlängd till en minsta längd av omkring 10 cm, så att den utför samma funktion som kombinationen av hållaren 50 och röret 56 i den förra utförings- formen. Även om snittet i fig. 5 är taget utmed linjen 5 - 5 i fíg. 4, är det identiskt med tvärsnittet av hållaren 50 i fig. 3.

En semicirkulär vägg 6H uppbär en ringformad skiva 66 med en spalt 68. Ämnet 10 hänger ned från denna hållare genom insätt- ning av halsan 1H i spalten 68.

Exempel Fem ämnen för optiska vågledare, i det följande be- tecknade A - E, framställdes enligt den amerikanska patentskriften nr Re 28 029. En första beläggning av glaspulver bestående av kiseldioxid, som är dopad med germaniumoxid och boroxid, påfördes på den periferiella utsidan av en gjutkärna. En andra belägg- ning av glaspulver, som består av kiseldioxid dopad med boroxid, påfördes på den periferiella utsidan av den första beläggningen.

Den första beläggningen av ämnena A, C och E bildades genom att 10 15 ?0 25 30 35 0 7312408-s man anbringade ett flertal distinkta och successiva skikt av pulver, varvid varje skikt har genomgående en huvudsakligen lik- formig sammansättning men successivt olika sammansättning i för- hållande till det föregående skiktet, så att en kropp med steg- vis ändrad sammansättning bildades, varvid varje efterföljande skikt har ett lägre brytningsindex än det föregående skiktet.

De först anbringade beläggningarna på B och D var huvudsakligen homogena. Efter borttagning av gjutkärnorna från pulverkropparna, sintrades eller konsoliderades dessa i en motståndsugn med heliumatmosfär vid omkring 1U00OC. Alla ämnena A - E hade en diameter av ca 28 mm. Ämnena drogs till optiska vågledare i en ugn av det i fíg_ 3 visade S1aget_Aluminiumoxidmuffeln 26 var 90 cm lång, hade en innerdiameter av 45 mm och en ytterdiameter av 51 mm. Syre och kväve tillfördes med en hastighet av 28,3 0_3m3/h genom röret 34 och ned genom muffeln 26. Pilament 52 drogs från den avsmalnande delen av ämnet 10, som värmdes till en maximal tempera- tur av omkring 1800oC._Diameterkontrollsystemet var så kalibrerat, att man erhöll ett filament med en ytterdiameter av 125 um.

Spridningen i fibcrdiameter och typ under dragning av den optiska vågledaren från ämnena A - E är angivna i tabell 1.

Tabell I H Index Variation (um) Variation (um) Amne Profil Hållare Börj. Slut km_ Börj. Slut km A Gradvis Standard 1,5 3,5 8 B Steg Standard 1,0 1,5 6 Fast 0,8 1,5 10 C * Gradvis Standard 1,0 1,0 1 Fast 1,0 1,0 10 D Steg Standard 2,0 3,5 4 17 om rör 1,07 1,0 5 E Gradvis 17 cm rör 1,0 1,0 6 Ämnet A uppbars av en känd standardhållare av den i fig. 1 visade typen, vilken bestod av en kvartshållare 50, som hänger ned från en glasstav med en diameter av 10 mm. Hållaren 50 var 38 mm lång och hade en ytterdiameter av 35 mm. Fastän diameterkontrollsystemet fungerade under dragningen av hela fibern från ämnet A, ökade diametervariationen från 1,5 um vid början 10 15 20 25 30 35 7812408-8 av dragníngen till ca 3,5 um vid slutet av dragningen. Pig. 6 visar ökningen i diametervariation när ytterligare filament drages från ämnet. Det framgår att diametervaríationen började att öka betydligt när fem kilometer filament ännu återstod att dragas och fortsatte att öka tills den åttonde och sista kilometern filament var draget. Fastän en ökning i diametervariation av 0,5 um inträffade under de första U kilometer, inträffade ytterligare spridning av 2 um under dragning av de återstående H kilometrarna. Det är möjligt att det långa ämnet med relativt stor diameter tvingade muffelgasen att strömma en längre sträcka på kort avstånd från den heta muffelväggen, vilket ledde till en minskning i termiska gradienten i den gasströmmen när den passer- ande ämnets spets. Allt eftersom ämnet förbrukades uppvärmdes gaserna inte lika likformigt och termiska gradienter vid ämnets spets tycks ha åstadkommit en ökning av diametervariationerna. Ämnena B och C, som uppvisade en stegvis resp. grad- vis uppbyggnad drogs partiellt från en upphängd konventionell hållare. Under dessa betingelser drogs 6 kilometer fílament från ihmull B och I lailnmctvr från ämnet C. Såsrnn framgår av tabell 1 var diametervariationen vid början av dragningen för både exempel A och B 1,0 um. Vid slutet av den sjätte kilometern hade diametervariationen för ämnet B ökat till 1,5 um. Sedan drogs mera filament från ämnena B och C under de i det föregående beskrivna betingelserna utom att en långsträckt hållare av den i fig. 4 beskrivna typen användes för att uppbära ämnena. Medan diametern för den förlängda hållaren var 35 mm, samma diameter som för standardhållaren, var längden ökad till 10,2 cm. Tabell 1 visar, att de sista 4 kilometrarna av filamentet, som drogs av ämnet B, hade en diameter av 125 2 0,8 um under dragning av den sjunde kilometern av filament från detta ämne, diametervariationen ökade till 1,5 um under dragning av den tionde kilometern fila- ment. Diametervariationenädet från ämnet C dragna filamentet var konstant 1,0 um under dragning av de sista 9 kilometrarna från detta ämne.

Fyra kilometer filament drogs av ämnet D med använd- ning av standardhållaren och dragutrustníngen, som är avbildad i fíg. 3. av den första kilometern filament till 3,5 um under dragning av Diametervariationen ökade från 2,0 um under dragning 10 15 25 30 7812408-8 den fjärde kilometern. När det återstod 1 kilometer filament att dra från ämnet D, upphängdes ämnet åter i hållaren 50, men under denna dragning var ett 17,8 cm långt glasrör med låg expansion och en ytterdiameter av 38 mm och en väggtjocklek av 2 mm insatt över staven för hållaren, där det uppbars av hållaren 50. Den sista kilometern fiber, som drogs från ämnet D, hade en diameter- variation av endast 1,0 um. Samma 17,8 cm långa rör användes under dragning av filament av ämnet E. Under dragning av alla sex kilometer filament från ämnet E var diametervariationen konstant vid 1,0 um.

Av den angivna diskussionen av tabell 1 framgår, att filamentdiametervariationen i allmänhet ökar från ca 1,0 - 1,5 um till ca 3,5 um under dragning av de sista fem kilometer fila- ment. Ökning av den effektiva längden av hållaren, som uppbär ämnet, till minst 10 cm hindrar denna ökning i diameterspridning.

Bredden av kanalen mellan hållaren och muffeln är företrädesvis 3 - H mm för en 10 cm lång hållare. Om kanalen är djupare än H mm, bör hållaren vara längre än 10 cm. Det rörformiga anslut- níngsdonet, som trädes över staven med hållaren För ämnet, visat i fig. 3, tycks ha samma effekt som en långsträckt hållare av det i fig. 4 visade slaget. I bägge fallen tillhandahåller man medel för att begränsa strömmen av muffelgas genom en trång, ringformad kanal, som är minst 10 cm lång, omedelbart intill den änden av dragämnet, som ligger på motsatt sida om den ände, från vilken filament drages. Både den gedigna hållaren, visad i figp U, och den ringformade hylsan, visad i fig. 3, har konse- kvent lett till dragning av optiska vågledare, vars diameter- variation i änden är minst 50 % lägre än den, som skulle ha erhållits med användning av en konventionell hållare. I de flesta fall dras hela ämnet till en optisk vågledare utan ökning av fiberdiametervariation under dragning av hela vågledaren.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 7812408-8 9 PATENTKRAV

1. Anordning för dragning av ett cylindriskt ämne (10) av termoplastiskt material till ett filament (52), vilken an- ordning innefattar en avläng cylindrisk muffel (26) med en första och en andra ände; organ (H2, 62) för att uppbära ämnet _i muffeln med en sådan orientering, att filamentet drages från den första änden; organ (22) för att uppvärma muffeln i när- heten av ämnet, så att ämnet uppvärms till materialets drag- ningstemperatur; organ (36, 38, 40, H4) för att försluta den andra änden av muffeln; och organ (34) för att införa gas till den andra änden av muffeln, vilken gas strömmar genom muffeln och lämnar denna genom den första änden, k ä n n e t e c k- n a d av, att anordningen innefattar ett organ (56, 60) anordnat i muffeln (26) omedelbart intill ämnet på den sida av ämnet, som vetter mot den andra änden av muffeln, för att begränsa flödet av gasen till en trång, cylindrisk kanal intill den inre väggen av muffeln för likformig uppvärmning av gasen innan gasen strömmar förbi ämnet.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av, att organet för att begränsa gasflödet består av en cylindrisk kropp (56, 60), som är minst 10 cm lång.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a d av, att organet för att uppbära ämnet innefattar en cylindrisk stav (42) med.enhållare (50), anordnad i muffeln för att uppbära en ände av ämnet, vilken stav sträcker sig ge- nom organet för förslutning, att organet för att begränsa gasflö- det innefattar ett cylindriskt rör (56), som är anbringat över staven och i kontakt med hâllaren, varvid den sammanlagda läng- den av röret och hållaren är minst 10 cm.

4. H. Apparat enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a d av, att organet för att uppbära ämnet innefattar en lângsträckt cylindrisk stav (82), som skjuter ut genom för- slutningsorganet och slutar i en hållare (60) för fasthållning av en ände av ämnet, varvid hållarens diameter är minst lika stor som diametern av ämnet över minst 10 cm för att bilda organet för att begränsa gasflödet. 7812Å08~8 10

5. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k- n a d av, att tjockleken av kanalen mellan muffeln (26) och den cylindriska kroppen (56, 60) är 3 - 4 mm.