光纤拉丝工艺.ppt

第四节光纤绘图技术和涂层工艺，第四章光纤制造技术，第四节光纤绘图技术和涂层工艺，光纤绘图：使用制造的光纤预制棒加热和熔化特定加热设备，然后拉以制造直径符合要求的小纤维纤维纤维纤维，使光纤的芯/包直径比和折射率分布不变的工艺。绘图工作中最重要的技术：防止光纤表面损坏，正确控制芯/包外径大小和折射率分布。光纤表面受损会影响光纤的机械强度和寿命，并可能发生外径波动，结构不完整不仅会导致光纤波导的散射损失，还会在光纤接续时增加连接损耗，因此控制光纤绘图过程时必须保持各种工艺参数和条件的稳定。一次性涂层工艺：在拉制的裸纤维表面涂上弹性系数较高的涂层材料。作用：保护拉的纤维表面不受损，提高机械强度，减少衰减。工序中一次涂层和绘图处理是两个相互独立的工序步骤，而在实际生产中，一次涂层和绘图处理在一条生产线上进行。一、绘图过程1、由绘图装置组成的光纤预制棒绘图机由(1)光纤预制棒供应系统的五个基本部分组成；(2)供暖系统；(3)绘图机制；(4)参数控制系统；(5)水冷和大气保护与控制系统。五者之间的精确配合构成了完整的绘图过程。具体的机械和电气设备系统包括机械系统绘图塔、传输条和定心系统、加热炉、激光直径测量仪、牵引装置、水蒸气管道系统、电气部分传输条控制和定心控制系统、加热炉控制系统、外径测量和控制系统、牵引控制系统、冷却水和保护气氛控制系统、人机界面、PLL，2，操作过程将已制造的预制棒放在绘图塔(机器)顶部的预制棒供应装置的卡盘上。供给机制将预制棒缓慢送入高温加热炉。在Ar气氛保护下，高温加热炉将预制棒末端加热到2000C。在此温度下，足以软化玻璃预制棒，软化的熔融玻璃高温下从底部喷嘴脱落，形成小球丝，按自身重量下垂，变细，变成纤维。小球带纤维称为“滴头”，工人必须及时卸下滴头，手动涂层的光纤头端绕绘图塔的张力轮、导轮、牵引轮完成。然后启动自动关机设备。3，关键技术：(1)送料速度预制棒送入高温加热炉的送料速度主要取决于高温炉的结构、预制棒的直径、光纤的外径大小和拉丝机械的绘图速度，一般约为0.002 0.003厘米/秒。(2)外径控制在绘图过程中不需要模具控制光纤的外径。因为模具会在光纤表面留下损坏的痕迹，降低光纤的强度。绝大多数纤维制造商将高温加热炉温度和发信棒速度保持不变，改变光纤的绘图速度，从而控制光纤外径的大小。在正常状态下，如果预制棒的进给速度为v，则光纤的绘图速度为Vf，预制棒的外径为d，裸露光纤的外径为d。熔化前的棒体积与熔化后的纤维体积相同的特征表明，前三个与光纤的外径有以下关系：VD2=Vfd2，因此纤维的外径可以从上到下给出。d2=VD2/Vf，(3)加热装置热源不仅提供足够的2000C以上的高温，足以融化熔化石英的玻璃，在软化范围内，玻璃纤维的精度随温度变化，因此该区域内任何温度梯度的波动都可能影响纤维直径的控制，因此需要非常精确地控制温度。同时，由于2000C的高温超过了一般材料的熔点，加热炉被设计成了绘图技术的另一个关键技术。常用的绘图热源包括：(1)气体喷雾灯；(2)各种阻力和感应电炉；(3)高功率CO2激光器。煤气喷雾器：历史上使用火焰燃烧器用纤维制造高温玻璃的事例很多。氢氧、氧-气喷雾器等常用，此加热装置本身有火花骚动，所拉光纤的外径尺寸调整精度并不总是很高。目前，这种方法几乎不适用。石墨炉(石墨电阻炉):为了将石墨炉加热到直流或工频交流电源，防止高温下石墨材料氧化，加热产生粉尘污染，一般应使用Ar气体或氮等惰性气体进行大气保护。加热炉充电并保持Ar，而炉内Ar的湍流流动导致炉内温度变化。因此，只有控制保护气体Ar的流量，才能保持炉温的稳定性。拉动光纤时，需要安装光纤外径测量仪来测量光纤的外径变化，因此，通过此反馈测量值的变化，可以控制保护气体Ar的流动，在允许(1um)范围内控制光纤的外径变化量。氧化锆(ZrO2)感应炉：常温下使用氧化锆材料作为绝缘体，接近1500C时，作为导体特征的设计和制造。可在管和加热体、高频感应场加热。因为氧化锆的氧化温度为2500C。因此，氧化锆感应炉一般不需要气氛保护，但在制作光纤时，为了降低因空气隔离而在制造过程中产生的衰减，需要填充Ar气体来保护气氛。高功率激光：用激光拉纤维的洁净度比不上多种方法，因为在刷漆过程中，激光本身不会产生任何污染；在光纤直径的控制下，无需控制环，大长度光纤直径的偏差小于标准值的1%，加热温度稳定。常用的激光是CO2激光。第二，对于涂层、纤维第一涂层工艺，“第一涂层”是相对第二涂层。涂层一次是对纤维的最直接的保护，因此特别重要。SiO2玻璃是易碎的易碎材料，不涂层时暴露在空气中的光纤会扩大表面缺陷，由于局部应力集中，纤维强度可能会很低，为了保护纤维表面，提高拉伸强度和弯曲强度，为了实用化，必须在裸光纤上涂层一层或多层高分子材料，通过测径仪后，纤维可以经过充分的冷却时间进行涂层。1，涂层作用(双层):内层：折射率大于石英玻璃，弹性系数低的聚合物涂层选择通过包层过度吸收光和保护纤维表面损伤，使用中缓冲外部应力；外部：坚硬，弹性系数高抗磨损，提供强度，2，涂层：热固性硅液体紫外光固化丙烯酸酯液体聚氨酯，3，涂层装置：1)外部压力开口杯2)压力涂层机，使用简单的外部压力开口杯涂层机，移动中的纤维粘在部分液体涂层上，在纤维上自行但是，该结构涂层机在高速绘图(V1000m/s)时不接受均匀涂层。因此，现在实际上更常用的是压力镀膜机。这种结构涂布机最适合高速绘图工作，油漆中不弯曲气泡。4，如果只考虑涂层厚度机械强度，涂层厚度越厚，纤维的传递特性综合考虑，涂层太厚，在弯曲、拉伸和温度变化时会发生微弯曲，不仅是纤维损失增加的主要原因，涂层材料的机械特性也会严重影响光纤的传递特性。大多数纤维由涂层厚度125-250微米控制，但特殊纤维的涂层直径最高为1000微米，通过调整涂层机末端的小孔径、锥体角度和聚合物材料的粘度，可以获得规定厚度的涂层材料。紫外光固化过程的主要设备是紫外线固化，由成对的半椭圆紫外线灯组构成，一般有3-7盏紫外线灯。基本固化原理是用紫外线固化，以特定频率的UV (UV)照射对该波段UV敏感的涂料(如丙烯酸酯)，满足一定时间和强度要求，使涂层硬化。5，固化工艺：热固化紫外光灯固化，纤维涂层剥离，光纤与光纤连接时，应剥离接近连接端的涂层，从玻璃中去除各种聚合物的方法最有效，最实用的方法是将涂层纤维夹在两片ScottFelt纸板之间，在热丙二醇溶液中用160，浸泡钳夹住纤维约30秒，涂层层被吸到纸垫片中流出，第三，钢丝1，一般使用橡胶涂层牵引轮和牵引装置、张力控制轮、带状电缆托盘等设备完成。牵引拉丝轮的速度在10 20m/s之间，必须保证光纤的拉伸应力为“0”。带状电缆质量直接影响光纤的衰减，带状电缆扁平，