光纤光缆制造工艺及设备(8)

1.灯芯涂覆工艺

灯芯涂覆工艺是美国贝尔实验室在光纤涂覆工艺研究的早期研制的一种涂覆工艺，它

的基本操作原理是：用Kynar7021液将灯芯沾湿后，使裸光纤穿过沾湿的灯芯中心，涂覆上Kynar7021涂层，并用此溶液与六甲基二硅化氧混合做表面处理液，对涂覆后的光纤进行表面处理。这种方法在一定程度上可以起到防磨损的作用。灯芯由毡垫叠层而成，中间留有中心孔，并浸渍上主要成分为丙酮的Kynar7021液，可涂层厚度在12 m左右。这种方法存在着许多严重的缺陷，例如：纤维毡对光纤表面将会造成磨损、涂层厚度的重复性非常差等。基于此原因，改有低粘性有机硅烷作涂覆液体，并以多孔尿烷泡沫绝缘纸替代纤维毡作灯芯材料，这使得灯芯和裸光纤间的磨损大大减少，但是，夹在泡沫中的某些杂质颗粒仍会造成光纤的磨损。所以这种工艺已很少使用。

2.有引导管涂覆器

基本结构如图5-3-12所示。它主要由盛装涂覆液的容器、无压力作用不銹钢模具、引导管、涂覆液封套等组成。模具位于涂覆器的底部，当光纤穿过涂覆器时，光纤的表面粘附一层涂覆液，这层涂覆液凝固后即成固体涂层，光纤必须定位于模具中心，模具决定了涂层

的几何形状及光纤在涂层中最终的中心定位。为保证光纤在模具中易于定位，再涂覆器中靠近模具的地方放置一根引导管，内充满涂覆液。这种结构的涂覆器有三个优点：（1）光纤中心定为容易；（2）涂覆液通过引导管时，本身可起到润滑作用，保护光纤不受损伤；（3）因为这种模具无压力特性，避免了在有压力存在的挤压过程中出现的横向压力差问题。

采用无压力模具/引导管涂覆器时，产生的唯一压力是来自光纤运动时所引起的液体流动时产生的压力。对柱形光纤而言，这种压力只会将光纤推向引导管的中心，其可用潤滑理论解释这一现象。这种方法所用涂层材料通常是乙烯-醋酸乙烯共聚物，简称EVA。一般为热溶液涂覆。材料配方实例：溶解指数为8，醋酸乙烯为18%级，溶于1，1，1-三氯乙烷，得到单位容积重量百分比为28.3%的溶液。涂覆温度为51ºC，在有模具条件下，溶液冷却并形成凝胶的时间约为1秒钟，此时，胶体坚韧的程度足可经受拉丝牵引轮的牵引力，而不会受到损伤。涂覆光纤在不受力的情况下，从牵引轮收到收线盘上，溶剂在收线盘上蒸发、固化。由于溶剂的蒸发，使得最终涂层厚度较最初凝胶层厚度减小一半。因此，要得到一定厚度涂层，模具直径必须大于实际涂层的直径尺寸才可以，然而，当模具直径增大时，流体产生的定心力就会减小，影响光纤的中心定位。

3.自动定心涂覆器

这种结构的涂覆器的自动定位原理是：利用涂覆液的液体动力的作用，当光纤穿过模具时，依靠涂覆液流体动力使光纤移向模具中心，位移量的大小取决于所设计的模具结构和流体的特性。但是由于一般的涂覆液的流体动力都是非常小的，只要模具对光纤的自由路径稍不对准，就会使定心破坏，导致涂层出现很大的偏心，影响光纤传输的质量。

为解决偏心问题可以采取两种方法：（1）设计具有最大流体定心动力的模具；（2）使涂覆模具保持精确的对准。经大量的研究，人们发现，定心力对模具出口直径和光纤直径之比是非常敏感的，可以由对定心力的测量调整模具装置的侧面移动度，这已由实验得到验证。在这类涂覆器中，模具和光纤自由路径的对准受机械方面变化的影响很小。

自动定心涂覆器最常用的涂覆结构有二种：无外部加压开口杯式和压力涂覆器，如图5-3-16。采用简单的无外部加压开口杯式涂覆器，移动中的光纤会粘附一些液体涂料，并穿过一个使涂料在光纤上自对中可调模具口，涂层厚度由模具口大小和光纤直径决定。但这种结构涂覆器，在高速拉丝时（V>1000m/s）得不到均匀涂敷层。因此，现在实际应用更普遍的是压力涂敷器。这种结构涂覆器最适合用于高速拉丝，而且不会在涂料中搅起气泡。

压力涂敷器树脂涂敷速度与下列因素有关：（1）液体的粘度 ；（2）涂层厚度；（3）烘干速度；（4）光纤离开加热区的冷却速度。

5.3.2.2.紫外固化工艺

紫外固化工艺主要设备是紫外固化炉，它是由一组对放的半椭圆形紫外灯组成，一般有3-7个紫外灯。基本固化原理是采用紫外光照固化，以特定频率的紫外灯光（简称UV）照射对该频段UV有敏感的涂料，（如丙烯酸酯）即Eg=hυ，且满足一定时间和强度要求，使涂层固化。

UV灯的光功率大小由拉丝速度决定，而拉丝速度又由UV灯的型号、功率大小和灯的

数量决定。目前使用的UV灯有D型和H型，H型灯泡可满足高速固化的要求（1—7灯泡）。在速度一定的条件下，功率过低，会使涂层得不到充分固化，出现表面发粘现象，而功率过高又会引起过固化并缩短灯泡的使用寿命。因此在涂覆工艺中，必须要找出UV灯光功率与拉丝速度的最佳比值，即“光固化因子”。？所谓光固化因子是指照射某种液体物质的总光功率值W与在此光功率作用下该液体物质固化速度V的比。根据光固化因子设定光功率与拉丝速度。而拉丝时的光功率则可由下式得出：

W V W0 （5-3-15） V0

式中：V—正常生产速度；V0—设定速度；W0—设定功率。

光纤涂覆层的剥除：

当光纤与光纤连接时，靠近连接端面一段的涂层应当被剥除，从玻璃上除去各种聚合物的方法有多种，最有效最实用的方法是将涂覆光纤夹在二片Scott Felt纸板中间，浸泡在热的丙二醇溶液中，溶液温度为160℃，约浸泡30秒钟，用夹钳把光纤夹出，涂覆层被纸垫片吸住而滑落。

5.3.3冷却水处理与气氛保护

离开加热炉喷嘴的裸光纤在进行保护涂覆之前，应留有足够的冷却时间，采用的冷却措施是循环水冷，主要由冷却水管和提供压力及循环水的水泵构成这一系统。需要冷却的部位有三部分：炉体、裸光纤、预涂层固化后光纤和缓冲层固化后光纤。在裸光纤和涂覆固化后光纤的外部用双层玻璃冷却水管进行循环水冷却。从喷嘴出口温度2000-2300ºC骤冷到55-15ºC，可减少光纤内部结晶的形成，降低原子缺陷产生几率，注意不能在过高的温度中进行退火，而且退火时间不宜过长 ，否则将会引起反玻璃化现象，使光纤的强度大大降低。裸光纤也可不进行冷却而直接进行涂覆。玻璃管最内层与裸光纤或涂层相接触的管内空间充入He气，保护裸光纤不受水分子的侵蚀、隔离氧气并具有除去光纤或涂层中存在的气泡功能，He气是一种除泡剂。

当光纤预制棒进入加热炉的一刻起，它就处于各种气氛的保护中，在加热炉中填充Ar气进行气氛保护。当光纤自加热炉端部喷嘴流出的一刻起，直到自最后一个固化炉固化完成后，在整个拉制过程中，如果光纤直接与空气接触，将导致空气中存在的潮气水分与光纤发生作用，使光纤的裂纹扩展。为确保光纤的机械性能和传输特性，光纤应始终处于气氛的保护中，在拉丝路径中，通常采用氦He作保护气氛，目的是除去光纤拉制路径中可能产生的气泡并隔绝空气。在涂覆器和固化炉内一般充以氮（N2）气保护，原因是N2气的分子重量非常的轻，易于穿透涂覆层，避免保护气体被裹包在涂覆层中，而产生气泡，影响光纤的质量和使用寿命，强度降低，且光纤的OH –吸收衰减增加，影响光纤的传输性能，氮气的作用主要是提供一个无氧环境，达到涂覆、固化效果最佳的目的。氮气的纯度一定要高，一般要求纯度在99.95%以上。实际在工厂要求其纯度应达到99.99%以上。在整个光纤的拉丝中存在着三种保护气氛，其目的只有一个，就是使光纤隔绝空气，降低OH根引起的衰减 …… 此处隐藏：2809字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……