光纤高速拉丝的工艺控制

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1、刘文早 高虎军:光纤高速拉丝的工艺控制光纤高速拉丝的工艺控制刘文早高虎军 ( 成都中 住光纤有限 公司 成都， 6 1 0 0 4 2 )【 摘要】拉丝速度是拉丝工序的 最重要指标之一 高速拉丝向 光纤制造工艺提出了 严格的要求。本文介绍了光纤高速拉丝中的主要工艺控制方法和结果，包括光纤翘曲度、 冷却效率和涂覆等方面，并对优化的结果进行了比 较关健词:光纤高速拉丝光纤翘曲度光纤同心度1 引 言近几年来，随着光纤使用量和光纤生产规模的不断扩大， 光纤生产技术一直在持续飞 速发展， 一方面光纤预制棒的尺寸越来越大; 另一方面拉丝速度越来越高， 这两个方面相互 促进，配套发展，光纤制造商在这两个方面

2、作出了巨大的努力。 其中拉丝速度的提高一直是 具有挑战性的课题， 拉丝速度从 1 0 年前的2 0 0 m / m i n 发展到现在的8 0 0 m / m i n 或者更高。 目 前， 商用的 拉丝生产线能达到8 0 0 一1 0 0 0 m / m i n ， 专用的 拉丝生产线能达到1 0 0 0 m / m i n 以 上的生产速度， 据商用拉丝线的 设计专 家称: 在未来 1 0 年， 商用的 拉丝生产线能达到1 5 0 0 m / m i n的生产速度。 提高拉丝速度不仅能在经济上提高生产效率，降低制造成本， 而且对光 纤的质量也会有一定的 好处。 但是， 提高拉丝速度要解决拉丝

3、炉、 裸光纤及涂覆光纤的 冷却 和光纤的涂覆等主要问 题。在高速拉丝状况下，光纤的翘曲度会随着拉丝速度的升高而劣化， 这主要是由于裸光 纤在高速拉丝时光纤在圆周方向 上的冷却速度不均匀， 造成裸光纤在横截面上的密度不一 致。另外当光纤预制棒在拉丝石墨炉中所处的温度场不一致时，也可能会引起拉制成的裸光 纤在横截面上的密度不一致，因而造成光纤的翘曲度变小。在高速拉丝状况下，为了取得良 好的和稳定的涂覆工况，必须让光纤在进人涂覆模时 保持恒定的和足够低的温度 ( 一般认为在 5 0 左右) 。良 好的稳定涂覆工况应包括以 下的几 个方面:( 1 ) 在涂覆层中， 无气泡 ( 2 )良 好的涂层同 心

4、度 ( 3 ) 小的涂层直径变化。随着拉 丝速度的提高， 空气在光纤涂覆时混人涂层的几率大大的 提高了。 同时在高速拉丝时， 拉丝 张力也大大的提高了，由涂覆模产生的向心力和拉丝张力的相互作用的结果决定了涂覆工况 的 稳定性。 这就要求在高速拉丝时， 使用能产生更高向心力的 模具和 更精准的 模座倾角调整 系统。 除此之外， 涂覆工况与使用的涂料有很大的关系。 在实验中， 我们使用的 是涂料制造 商专为 住友电工研发的专用涂料， 此涂料具有优异的性能， 尤其是在抗静电特性上。2 试验及结果分析随提高拉丝速度的提高， 首先要解决的问题就是光纤的翘曲度， 其对带纤来说， 融接一 1 7一祖国万岁上

5、传2 0 0 2 年光缆电缆学术年会论文集时要求光纤有较好的翘曲度。 光纤的翘曲度是指裸光纤在不受任何外界应力的情况下的弯曲 程度。 我们通过研究发现:翘曲度与炉子的结构和光纤出炉后的冷却有很大的关系， 尤其是 前者。 在不改变炉子的结构的 情况下， 我们用4 0 0 m / m i n . 7 5 0 m / m i n 和1 0 0 0 m / m i n 进行试 验， 光纤的翘曲度结果如图. 所示。 可见，光纤的翘曲度随拉丝速度上升而快速下降。 但通 过改变炉子的部分结构优化和光纤的冷却方式的改变，即 使速度上升到1 2 0 0 m / m i n 以上仍 有很好的翘曲度， 如图2 所示

6、。图3 为经过优化炉子的结构后， 光纤翘曲度的 分布图。要提高拉丝速度， 裸光纤的冷却也是至 关重要的， 对于湿对干的串 联涂覆方式 ( w e t - o n - d ry ) ， 一次涂覆后的 光纤还 必须 有效的 冷却。 冷 却的 方式有自 然冷 却和 H e强制冷 却系 统 冷却。自 然冷却是最好的冷却方式， 但是，由于冷却效率低， 需要较长的冷却距离， 一般在 8 0 0 m / n t i n 以下的速度使用， 对更高的速度很难实现， 则需要采用冷却要使用H e 冷却系统。 : 一 二 泛 女 三 兰0- 一 - 一0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0

7、 1 2 0 0( m / m i n )气 一- 一卜 卜沐一;二11， .1图t 光纤的翘曲度与速度的关系 /一少迄0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0( m / m i n )一了 - 一 认一 一 卜 卜 一 一 从 - 一. 卜 卜 ，乳介飞-1111图2 光纤的翘曲 度与拉丝速度的关系一 1 8 一祖国万岁上传刘文早 高虎军: 光纤高速拉丝的工艺控制 共 廊I In F-I n F-i下 卜 - 馨 爹_几月. 冈 。日 黝圆T 口. 日 二. 曰图3 光纤翘曲 度的分布 ( 1 2 00m / m i n ) ( A

8、v g .2 3 . 1 1 , N 1 4 6 , S T D对于H e 冷却系统， 要综合考虑制冷装置 ( C h i l l e r )的 温度， H e 的流量， 光纤的震动等 因素的 影响。 在保证空气中的水份不在冷却管表面结凝的情况下， C h i l l e r 温度较低效率较 高， H e流量也要合理利用。 光纤的 震动则是光纤冷却过程中的副作用， 处理不当， 则会对 光纤直径测试和光纤涂覆造成副面影响。 试验结果表明， 裸光纤和一次涂覆光纤必须冷却适 当的温度才能得到良 好的效果。光纤的 涂覆则是提高拉丝速度的主要障碍之一。 其中 两个主要问题是涂覆直径的波动， 另一个就是涂

9、层的同心度， 涂层的均匀性等问题。 我们通过涂覆模结构的 优化， 很好的解决 这方面的问 题。 在优化前， 内 涂层对包 层的 偏芯度为3 一 4 m ， 如图4 所示: 外涂层 对包层 的 偏芯度为3 一 4阿 ， 如图5 所示。 涂 覆模结构优化 后， 内 涂 层对包层的 偏 芯度为 l l tm , 如图6 所 示; 外涂 层对包层的 偏芯度为I l tm ， 如图7 所示。 这与 通用的 标准共1 2 m相比 是非常优秀的。1 0 0 0 一 一一 一 一800圈 翻 鬓6 0 0 二= 二 薯 二 浦一一4 0 0 二 二二 燕乒雾二二二二二2 0 0 二 二共买 胃 诵 麒三0-尸

10、一恻仲 节四口-1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1同 心度误差 ( gy m )田 脚 胭丽 丽面圈翻 L _ _ _肠 幽 一畜 资 翻圈 瞬数 阅鼠翻网图4 优化 前内 涂层的同 心度误差 ( A v g .3 .6 8 , M i n .0 . 1 5 , M a x .6 .3 6 , S td .0 .8 3 2 , N .2 0 1 4 )一 1 9-祖国万岁上传2 0 0 2 年光缆电 缆学术年会论文集 二 落 钉 牛呈搜鑫翔 圈颤馨 荃 r . - - 一 _ 卜 一酮 矍 耀一 嘿_图5 优化前外层的同心度误差 ( A v g .3 .G Z M a x .

11、7 .9 9 , M i n .0 .0 8 , S t d . 1 .0 1 8 , N .2 0 1 4 )2 5 0 0- - - 一一一2 以洲 】 卜一 一_10， S 0 0一们淤 - - _一1 0 0 0 t一 一一书 侧一5000一 一1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1同 心度误差 ( 林 m )蒙 譬 黯 戮降 解 洲图6 优化后内 涂 层的同 心 度误差 ( A v g .0 .5 5 , M a x .2 .8 7 , M i n .O , S t d .0 .2 8 8 , N .2 0 8 6 )万 - 一 鬓 坛鬓势 馨图7 优化后外涂层的同心度误

12、差 ( A v g .0 .8 0 , M a x . 7 .2 0 , M i n .0 .0 2 , S td .0 .5 9 3 , N .2 0 8 6 )一2 0一祖国万岁上传刘文早 高虎军:光纤高速拉丝的工艺控制3 结 论我们通过对拉丝石墨炉、 H e 冷却系 统、 涂覆系统等装置和工艺的 研究和优化， 在 1 2 0 0 m / m i n的 速度下， 严格而精确地控制了光纤的翘曲度、涂覆层、 包层直径等性能。 我们将向 更高的速度和更好的工艺而努力。参考文献1 第4 8 届I W C S ( 2 0 0 0 ) 第7 0 0 7 0 7 页 2 第4 9 届I W C S ( 2 0 0 1 ) 第4 7 9 - 4 8 4 页刘文早1 9 8 9 年毕业于西安交通大学， 获学士学位。 任成都中 住 光纤有限公司工艺工程师，副总经理。-21 一祖国万岁上传