光纤拉丝工艺ppt课件

1、第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 第四节第四节 光纤拉丝技术及涂覆工艺光纤拉丝技术及涂覆工艺 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 第四节第四节 光纤拉丝技术及涂覆工艺光纤拉丝技术及涂覆工艺 光纤拉丝：将制备好的光纤预制棒，利用某种加热设备加热熔光纤拉丝：将制备好的光纤预制棒，利用某种加热设备加热熔融后拉制成直径符合要求的细小光纤纤维，并保证光纤的芯融后拉制成直径符合要求的细小光纤纤维，并保证光纤的芯/包包直径比和折射率分布方式不变的工艺操作过程。直径比和折射率分布方式不变的工艺操作过程。 在拉丝操作过程中，最重要的技术：如何保证不使光纤外表遭在拉

2、丝操作过程中，最重要的技术：如何保证不使光纤外表遭到损伤并正确控制芯到损伤并正确控制芯/包层外径尺寸及折射率分布方式。包层外径尺寸及折射率分布方式。假设光纤外表遭到损伤，将会影响光纤机械强度与运用寿命，假设光纤外表遭到损伤，将会影响光纤机械强度与运用寿命，而外径发生动摇，由于构造不完善不只会引起光纤波导散射损而外径发生动摇，由于构造不完善不只会引起光纤波导散射损耗，而且在光纤接续时，衔接损耗也会增大，因此在控制光纤耗，而且在光纤接续时，衔接损耗也会增大，因此在控制光纤拉丝工艺流程时，必需使各种工艺参数与条件坚持稳定。拉丝工艺流程时，必需使各种工艺参数与条件坚持稳定。 第四章第四章 光纤制造技术

3、光纤制造技术 一次涂覆工艺：将拉制成的裸光纤外表涂覆上一层弹性模量比一次涂覆工艺：将拉制成的裸光纤外表涂覆上一层弹性模量比 较高的涂覆资料。较高的涂覆资料。作用：维护拉制出的光纤外表不受损伤，并提高其机械强度，作用：维护拉制出的光纤外表不受损伤，并提高其机械强度， 降低衰减。降低衰减。在工艺上，一次涂覆与拉丝是相互独立的两个工艺步骤，而在在工艺上，一次涂覆与拉丝是相互独立的两个工艺步骤，而在实践消费中，一次涂覆与拉丝是在一条消费线上一次完成的。实践消费中，一次涂覆与拉丝是在一条消费线上一次完成的。 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 一、拉丝工艺一、拉丝工艺1、拉丝安装组成、拉丝安装组成光

4、纤预制棒的拉丝机由五个根本部分构成：光纤预制棒的拉丝机由五个根本部分构成：1光光纤预制棒馈送系统；纤预制棒馈送系统；2加热系统；加热系统；3拉丝机构；拉丝机构；4各参数控制系统；各参数控制系统；5水冷却和气氛维护及控水冷却和气氛维护及控制系统。五者之间准确的配合构成完好拉丝工艺。制系统。五者之间准确的配合构成完好拉丝工艺。详细的机械和电气设备系统包括：机械系统拉丝塔架、详细的机械和电气设备系统包括：机械系统拉丝塔架、送棒及调心系统、加热炉、激光测径仪、牵引安装、送棒及调心系统、加热炉、激光测径仪、牵引安装、水气管路系统，电气部分送棒控制及调心控制系统、水气管路系统，电气部分送棒控制及调心控制系

5、统、加热炉控制系统、外径测控系统、牵引控制系统、冷加热炉控制系统、外径测控系统、牵引控制系统、冷却水及维护气氛控制系统、人机界面、却水及维护气氛控制系统、人机界面、PLC信号处置信号处置系统等。系统等。 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 2、操作工艺、操作工艺将已制备好的预制棒安放在拉丝塔机上部的预制棒馈送机将已制备好的预制棒安放在拉丝塔机上部的预制棒馈送机构的卡盘上。馈送机构缓慢地将预制棒送入高温加热炉内。在构的卡盘上。馈送机构缓慢地将预制棒送入高温加热炉内。在Ar气氛维护下，高温加热炉将预制棒尖端加热至气氛维护下，高温加热炉将预制棒尖端加热至2

6、000C，在此，在此温度下，足以使玻璃预制棒软化，软化的熔融态玻璃从高温加温度下，足以使玻璃预制棒软化，软化的熔融态玻璃从高温加热炉底部的喷嘴处滴落出来并凝聚构成一带小球细丝，靠本身热炉底部的喷嘴处滴落出来并凝聚构成一带小球细丝，靠本身分量下垂变细而成纤维，即我们所说的裸光纤。将有小球段纤分量下垂变细而成纤维，即我们所说的裸光纤。将有小球段纤维称为维称为“滴流头，操作者应及时将滴流头去除，并预先采用手滴流头，操作者应及时将滴流头去除，并预先采用手工方式将已涂覆一次涂层的光纤头端绕过拉丝塔上的张力轮、工方式将已涂覆一次涂层的光纤头端绕过拉丝塔上的张力轮、导轮、牵引轮后，最后绕在收线盘上。然后再启

7、动自动收线安导轮、牵引轮后，最后绕在收线盘上。然后再启动自动收线安装收线。装收线。第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 3、关键技术：、关键技术：1馈送速度馈送速度预制棒送入高温加热炉内的馈送速度主要取决于高温炉的构造、预制棒送入高温加热炉内的馈送速度主要取决于高温炉的构造、预制棒的直径、光纤的外径尺寸和拉丝机的拉丝速度，普通约预制棒的直径、光纤的外径尺寸和拉丝机的拉丝速度，普通约为为0.002 0.003cm/s。2外径控制外径控制在拉丝工艺中不需求模具控制光纤的外径，由于模具会在光纤在拉丝工艺中不需求模具控制光纤的外径，由于模具会在光纤外表留下损伤的痕迹，降低光纤的强度。绝大多数光纤制造

8、者外表留下损伤的痕迹，降低光纤的强度。绝大多数光纤制造者是将高温加热炉温度和送棒速度坚持不变，经过改动光纤拉丝是将高温加热炉温度和送棒速度坚持不变，经过改动光纤拉丝速度的方法来到达控制光纤外径尺寸的目的。速度的方法来到达控制光纤外径尺寸的目的。第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 在正常形状，假设预制棒的馈送速度为在正常形状，假设预制棒的馈送速度为V，光纤的拉丝速度，光纤的拉丝速度为为Vf，预制棒的外径为，预制棒的外径为D，裸光纤的外径为，裸光纤的外径为d。根据熔化前的棒。根据熔化前的棒体容积等于熔化拉丝后光纤的容积的特点，可知，前三者与光体容积等于熔化拉丝后光纤的容积的特点，可知，前三者与

9、光纤的外径有如下关系：纤的外径有如下关系： VD2=Vfd2因此，光纤的外径可由上式给出：因此，光纤的外径可由上式给出：d2=VD2/Vf 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 3加热安装加热安装热源不只需提供足以熔融石英玻璃的热源不只需提供足以熔融石英玻璃的2000C以上高温，还必以上高温，还必需在拉制区域可以非常准确的控制温度，由于在软化范围内，需在拉制区域可以非常准确的控制温度，由于在软化范围内，玻璃光纤的精度随温度而变化，在此区域内，任何温度梯度玻璃光纤的精度随温度而变化，在此区域内，任何温度梯度的动摇都能够引起不稳定性而影响光纤直径的控制。同时，的动摇都能够引起不稳定性而影响光纤直

10、径的控制。同时，由于由于2000C的高温已超越普通资料的熔点，因此加热炉的设的高温已超越普通资料的熔点，因此加热炉的设计是拉丝技术的又一关键技术。常用的拉丝热源有：计是拉丝技术的又一关键技术。常用的拉丝热源有：1气体喷灯；气体喷灯；2各种电阻及感应加热炉；各种电阻及感应加热炉；3大功率大功率CO2激光器。激光器。第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 气体喷灯：历史上运用火焰熄灭器把高温玻璃拉制成纤维气体喷灯：历史上运用火焰熄灭器把高温玻璃拉制成纤维的例子甚多，普通都采用氢氧或氧的例子甚多，普通都采用氢氧或氧-煤气喷灯，这种加热设备煤气喷灯，这种加热设备本身存在火焰骚动问题，因此拉制的光纤外径

11、尺寸控制精度本身存在火焰骚动问题，因此拉制的光纤外径尺寸控制精度不时不高。目前，这种方法极少运用。不时不高。目前，这种方法极少运用。 石墨加热炉石墨电阻炉：采用直流或工频交流电源为石石墨加热炉石墨电阻炉：采用直流或工频交流电源为石墨炉加热，在加热中为防止石墨资料在高温下发生氧化，进而墨炉加热，在加热中为防止石墨资料在高温下发生氧化，进而产生粉尘污染，普通需采用惰性气体如产生粉尘污染，普通需采用惰性气体如Ar气或氮气进展气氛维气或氮气进展气氛维护。护。由于加热炉中充入由于加热炉中充入Ar坚持，而炉内坚持，而炉内Ar的紊乱流动将导致炉内温的紊乱流动将导致炉内温度的变化。因此必需对维护气体度的变化。

12、因此必需对维护气体Ar的流量进展控制，以坚持炉的流量进展控制，以坚持炉温的稳定。在拉制光纤时，需安装光纤外径丈量仪反响丈量光温的稳定。在拉制光纤时，需安装光纤外径丈量仪反响丈量光纤外径的变化情况，因此可经过这一反响丈量值的变化来控制纤外径的变化情况，因此可经过这一反响丈量值的变化来控制维护气体维护气体Ar的流量，使光纤外径的变化量控制在允许的流量，使光纤外径的变化量控制在允许1um范围内。范围内。 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 氧化锆氧化锆ZrO2感应加热炉：利用氧化锆资料在常温下为绝感应加热炉：利用氧化锆资料在常温下为绝缘体，接近缘体，接近1500C时，就会变成导体的特点而设计制造

13、。其本时，就会变成导体的特点而设计制造。其本身既可作炉管又是加热体，在高频感应场中加热。由于氧化锆身既可作炉管又是加热体，在高频感应场中加热。由于氧化锆的氧化温度在的氧化温度在2500C。因此氧化锆感应炉普通不需求气氛维护，。因此氧化锆感应炉普通不需求气氛维护，但在制造光纤时，为隔离空气降低制造过程中产生的衰减，必但在制造光纤时，为隔离空气降低制造过程中产生的衰减，必需充需充Ar气进展气氛维护。气进展气氛维护。 高功率激光器：用激光拉制光纤的清净度是各种方法无法比高功率激光器：用激光拉制光纤的清净度是各种方法无法比较的，由于在拉丝过程中，激光器本身不会带来任何污染；而较的，由于在拉丝过程中，激

14、光器本身不会带来任何污染；而在光纤直径的控制上，在不需控制环的协助下，大长度光纤直在光纤直径的控制上，在不需控制环的协助下，大长度光纤直径的偏向小于规范值的径的偏向小于规范值的1%，且加热温度稳定不变。常用的激光，且加热温度稳定不变。常用的激光器为器为CO2激光器。激光器。第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 二、涂覆二、涂覆光纤一次涂覆工艺之所以称为光纤一次涂覆工艺之所以称为“一次涂覆是相对二次涂覆一次涂覆是相对二次涂覆而言。一次涂覆是对光纤最直接的维护，所以显得尤为重要。而言。一次涂覆是对光纤最直接的维护，所以显得尤为重要。SiO2玻璃是一种脆性易断裂资料，在不加涂覆资料时，由于玻璃是一

15、种脆性易断裂资料，在不加涂覆资料时，由于光纤在空气中裸露，致使外表缺陷扩展，部分应力集中，易光纤在空气中裸露，致使外表缺陷扩展，部分应力集中，易构成光纤强度极低，为维护光纤外表，提高抗拉强度和抗弯构成光纤强度极低，为维护光纤外表，提高抗拉强度和抗弯曲强度，实现适用化，需求给裸光纤涂覆一层或多层高分子曲强度，实现适用化，需求给裸光纤涂覆一层或多层高分子资料，资料， 经过测径仪后光纤要经过足够的冷却时间才可进展涂覆。经过测径仪后光纤要经过足够的冷却时间才可进展涂覆。第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 1、涂覆层的作用双层：、涂覆层的作用双层： 内层：选择折射率比石英玻璃偏大且弹性模量较低的内层

16、：选择折射率比石英玻璃偏大且弹性模量较低的 聚合物涂层聚合物涂层吸收透过包层得多余光和维护光吸收透过包层得多余光和维护光 纤外表损伤、运用中缓冲外界应力；纤外表损伤、运用中缓冲外界应力； 外层：硬、弹性模量高外层：硬、弹性模量高防止磨损和提供强度防止磨损和提供强度2、涂料：热固性硅树脂液体、涂料：热固性硅树脂液体 紫外光固化丙烯酸酯液体紫外光固化丙烯酸酯液体 聚氨基甲酸乙酯聚氨基甲酸乙酯 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 3、涂覆安装：、涂覆安装：1无外部加压开口杯式无外部加压开口杯式 2压力涂覆器压力涂覆器 第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 采用简单的无外部加压开口杯式涂覆器，挪

17、动中的光纤会粘采用简单的无外部加压开口杯式涂覆器，挪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议。但这种构造具口，涂层厚度由模具口大小和光纤直径决议。但这种构造涂覆器，在高速拉丝时涂覆器，在高速拉丝时V1000m/s得不到均匀涂敷层。得不到均匀涂敷层。因此，如今实践运用更普遍的是压力涂敷器。这种构造涂覆因此，如今实践运用更普遍的是压力涂敷器。这种构造涂覆器最适宜用于高速拉丝，而且不会在涂料中搅起气泡。器最适宜用于高速拉丝，而且不会在涂料中搅起气泡。 第四章第四章 光纤制造技术光纤制

18、造技术 4、涂层厚度、涂层厚度假设仅从机械强度思索，涂层越厚越好，假设综合思索光纤的假设仅从机械强度思索，涂层越厚越好，假设综合思索光纤的传输特性，涂层太厚，不只在弯曲、拉伸及温度变化时会产生传输特性，涂层太厚，不只在弯曲、拉伸及温度变化时会产生微弯，同时还会成为光纤损耗添加的主要缘由，此外，涂层资微弯，同时还会成为光纤损耗添加的主要缘由，此外，涂层资料的机械特点，也严重影响光纤的传输特性。绝大多数光纤的料的机械特点，也严重影响光纤的传输特性。绝大多数光纤的涂层厚度控制在涂层厚度控制在125-250微米微米 ，但特殊光纤的涂层直径高达，但特殊光纤的涂层直径高达1000微米微米 ，调理涂覆器端头

19、的小孔直径、锥体角度和高分子资，调理涂覆器端头的小孔直径、锥体角度和高分子资料的粘度，可以得到规定厚度的涂覆层资料。料的粘度，可以得到规定厚度的涂覆层资料。第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 紫外固化工艺主要设备是紫外固化炉，它是由一组对放的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，普通有半椭圆形紫外灯组成，普通有3-7个紫外灯。根本固化原理个紫外灯。根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照射对该频段照射对该频段UV有敏感的涂料如丙烯酸酯有敏感的涂料如丙烯酸酯 ，且满足一，且满足一定时间和强度要求，使涂层固化。定时间和强度要求，使涂层固化。5、固化工艺：、固化工艺： 热固化热固化 紫外光灯固化紫外光灯固化第四章第四章 光纤制造技术光纤制造技术 光纤涂覆层的剥除光纤涂覆层的剥除当光纤与光纤衔接时，接近衔接端面一段的涂层该当被剥除，当光纤与光纤衔接时，接近衔接端面一段的涂层该当被剥除，从玻璃上除去各种聚合物的方法有多种，最有效最适用的方从玻璃上除去各种聚合物的方法有