光纖拉絲工藝ppt課件

1、第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 第四節(jié)第四節(jié) 光纖拉絲技術(shù)及涂覆工藝光纖拉絲技術(shù)及涂覆工藝 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù)第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 第四節(jié)第四節(jié) 光纖拉絲技術(shù)及涂覆工藝光纖拉絲技術(shù)及涂覆工藝 光纖拉絲：將制備好的光纖預(yù)制棒，利用某種加熱設(shè)備加熱熔光纖拉絲：將制備好的光纖預(yù)制棒，利用某種加熱設(shè)備加熱熔融后拉制成直徑符合要求的細(xì)小光纖纖維，并保證光纖的芯融后拉制成直徑符合要求的細(xì)小光纖纖維，并保證光纖的芯/包包直徑比和折射率分布方式不變的工藝操作過程。直徑比和折射率分布方式不變的工藝操作過程。 在拉絲操作過程中，最重要的技術(shù)：如何保證不使光纖外表遭在拉

2、絲操作過程中，最重要的技術(shù)：如何保證不使光纖外表遭到損傷并正確控制芯到損傷并正確控制芯/包層外徑尺寸及折射率分布方式。包層外徑尺寸及折射率分布方式。假設(shè)光纖外表遭到損傷，將會影響光纖機(jī)械強(qiáng)度與運(yùn)用壽命，假設(shè)光纖外表遭到損傷，將會影響光纖機(jī)械強(qiáng)度與運(yùn)用壽命，而外徑發(fā)生動搖，由于構(gòu)造不完善不只會引起光纖波導(dǎo)散射損而外徑發(fā)生動搖，由于構(gòu)造不完善不只會引起光纖波導(dǎo)散射損耗，而且在光纖接續(xù)時，銜接損耗也會增大，因此在控制光纖耗，而且在光纖接續(xù)時，銜接損耗也會增大，因此在控制光纖拉絲工藝流程時，必需使各種工藝參數(shù)與條件堅持穩(wěn)定。拉絲工藝流程時，必需使各種工藝參數(shù)與條件堅持穩(wěn)定。 第四章第四章 光纖制造技術(shù)

3、光纖制造技術(shù) 一次涂覆工藝：將拉制成的裸光纖外表涂覆上一層彈性模量比一次涂覆工藝：將拉制成的裸光纖外表涂覆上一層彈性模量比 較高的涂覆資料。較高的涂覆資料。作用：維護(hù)拉制出的光纖外表不受損傷，并提高其機(jī)械強(qiáng)度，作用：維護(hù)拉制出的光纖外表不受損傷，并提高其機(jī)械強(qiáng)度， 降低衰減。降低衰減。在工藝上，一次涂覆與拉絲是相互獨(dú)立的兩個工藝步驟，而在在工藝上，一次涂覆與拉絲是相互獨(dú)立的兩個工藝步驟，而在實(shí)踐消費(fèi)中，一次涂覆與拉絲是在一條消費(fèi)線上一次完成的。實(shí)踐消費(fèi)中，一次涂覆與拉絲是在一條消費(fèi)線上一次完成的。 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 一、拉絲工藝一、拉絲工藝1、拉絲安裝組成、拉絲安裝組成光

4、纖預(yù)制棒的拉絲機(jī)由五個根本部分構(gòu)成：光纖預(yù)制棒的拉絲機(jī)由五個根本部分構(gòu)成：1光光纖預(yù)制棒饋送系統(tǒng)；纖預(yù)制棒饋送系統(tǒng)；2加熱系統(tǒng)；加熱系統(tǒng)；3拉絲機(jī)構(gòu)；拉絲機(jī)構(gòu)；4各參數(shù)控制系統(tǒng)；各參數(shù)控制系統(tǒng)；5水冷卻和氣氛維護(hù)及控水冷卻和氣氛維護(hù)及控制系統(tǒng)。五者之間準(zhǔn)確的配合構(gòu)成完好拉絲工藝。制系統(tǒng)。五者之間準(zhǔn)確的配合構(gòu)成完好拉絲工藝。詳細(xì)的機(jī)械和電氣設(shè)備系統(tǒng)包括：機(jī)械系統(tǒng)拉絲塔架、詳細(xì)的機(jī)械和電氣設(shè)備系統(tǒng)包括：機(jī)械系統(tǒng)拉絲塔架、送棒及調(diào)心系統(tǒng)、加熱爐、激光測徑儀、牽引安裝、送棒及調(diào)心系統(tǒng)、加熱爐、激光測徑儀、牽引安裝、水氣管路系統(tǒng)，電氣部分送棒控制及調(diào)心控制系統(tǒng)、水氣管路系統(tǒng)，電氣部分送棒控制及調(diào)心控制系

5、統(tǒng)、加熱爐控制系統(tǒng)、外徑測控系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)、冷加熱爐控制系統(tǒng)、外徑測控系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)、冷卻水及維護(hù)氣氛控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、卻水及維護(hù)氣氛控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、PLC信號處置信號處置系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 2、操作工藝、操作工藝將已制備好的預(yù)制棒安放在拉絲塔機(jī)上部的預(yù)制棒饋送機(jī)將已制備好的預(yù)制棒安放在拉絲塔機(jī)上部的預(yù)制棒饋送機(jī)構(gòu)的卡盤上。饋送機(jī)構(gòu)緩慢地將預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)。在構(gòu)的卡盤上。饋送機(jī)構(gòu)緩慢地將預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)。在Ar氣氛維護(hù)下，高溫加熱爐將預(yù)制棒尖端加熱至氣氛維護(hù)下，高溫加熱爐將預(yù)制棒尖端加熱至2

6、000C，在此，在此溫度下，足以使玻璃預(yù)制棒軟化，軟化的熔融態(tài)玻璃從高溫加溫度下，足以使玻璃預(yù)制棒軟化，軟化的熔融態(tài)玻璃從高溫加熱爐底部的噴嘴處滴落出來并凝聚構(gòu)成一帶小球細(xì)絲，靠本身熱爐底部的噴嘴處滴落出來并凝聚構(gòu)成一帶小球細(xì)絲，靠本身分量下垂變細(xì)而成纖維，即我們所說的裸光纖。將有小球段纖分量下垂變細(xì)而成纖維，即我們所說的裸光纖。將有小球段纖維稱為維稱為“滴流頭，操作者應(yīng)及時將滴流頭去除，并預(yù)先采用手滴流頭，操作者應(yīng)及時將滴流頭去除，并預(yù)先采用手工方式將已涂覆一次涂層的光纖頭端繞過拉絲塔上的張力輪、工方式將已涂覆一次涂層的光纖頭端繞過拉絲塔上的張力輪、導(dǎo)輪、牽引輪后，最后繞在收線盤上。然后再啟

7、動自動收線安導(dǎo)輪、牽引輪后，最后繞在收線盤上。然后再啟動自動收線安裝收線。裝收線。第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 3、關(guān)鍵技術(shù)：、關(guān)鍵技術(shù)：1饋送速度饋送速度預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)的饋送速度主要取決于高溫爐的構(gòu)造、預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)的饋送速度主要取決于高溫爐的構(gòu)造、預(yù)制棒的直徑、光纖的外徑尺寸和拉絲機(jī)的拉絲速度，普通約預(yù)制棒的直徑、光纖的外徑尺寸和拉絲機(jī)的拉絲速度，普通約為為0.002 0.003cm/s。2外徑控制外徑控制在拉絲工藝中不需求模具控制光纖的外徑，由于模具會在光纖在拉絲工藝中不需求模具控制光纖的外徑，由于模具會在光纖外表留下?lián)p傷的痕跡，降低光纖的強(qiáng)度。絕大多數(shù)光纖制造

8、者外表留下?lián)p傷的痕跡，降低光纖的強(qiáng)度。絕大多數(shù)光纖制造者是將高溫加熱爐溫度和送棒速度堅持不變，經(jīng)過改動光纖拉絲是將高溫加熱爐溫度和送棒速度堅持不變，經(jīng)過改動光纖拉絲速度的方法來到達(dá)控制光纖外徑尺寸的目的。速度的方法來到達(dá)控制光纖外徑尺寸的目的。第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 在正常形狀，假設(shè)預(yù)制棒的饋送速度為在正常形狀，假設(shè)預(yù)制棒的饋送速度為V，光纖的拉絲速度，光纖的拉絲速度為為Vf，預(yù)制棒的外徑為，預(yù)制棒的外徑為D，裸光纖的外徑為，裸光纖的外徑為d。根據(jù)熔化前的棒。根據(jù)熔化前的棒體容積等于熔化拉絲后光纖的容積的特點(diǎn)，可知，前三者與光體容積等于熔化拉絲后光纖的容積的特點(diǎn)，可知，前三者與

9、光纖的外徑有如下關(guān)系：纖的外徑有如下關(guān)系： VD2=Vfd2因此，光纖的外徑可由上式給出：因此，光纖的外徑可由上式給出：d2=VD2/Vf 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 3加熱安裝加熱安裝熱源不只需提供足以熔融石英玻璃的熱源不只需提供足以熔融石英玻璃的2000C以上高溫，還必以上高溫，還必需在拉制區(qū)域可以非常準(zhǔn)確的控制溫度，由于在軟化范圍內(nèi)，需在拉制區(qū)域可以非常準(zhǔn)確的控制溫度，由于在軟化范圍內(nèi)，玻璃光纖的精度隨溫度而變化，在此區(qū)域內(nèi)，任何溫度梯度玻璃光纖的精度隨溫度而變化，在此區(qū)域內(nèi)，任何溫度梯度的動搖都能夠引起不穩(wěn)定性而影響光纖直徑的控制。同時，的動搖都能夠引起不穩(wěn)定性而影響光纖直

10、徑的控制。同時，由于由于2000C的高溫已超越普通資料的熔點(diǎn)，因此加熱爐的設(shè)的高溫已超越普通資料的熔點(diǎn)，因此加熱爐的設(shè)計是拉絲技術(shù)的又一關(guān)鍵技術(shù)。常用的拉絲熱源有：計是拉絲技術(shù)的又一關(guān)鍵技術(shù)。常用的拉絲熱源有：1氣體噴燈；氣體噴燈；2各種電阻及感應(yīng)加熱爐；各種電阻及感應(yīng)加熱爐；3大功率大功率CO2激光器。激光器。第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 氣體噴燈：歷史上運(yùn)用火焰熄滅器把高溫玻璃拉制成纖維氣體噴燈：歷史上運(yùn)用火焰熄滅器把高溫玻璃拉制成纖維的例子甚多，普通都采用氫氧或氧的例子甚多，普通都采用氫氧或氧-煤氣噴燈，這種加熱設(shè)備煤氣噴燈，這種加熱設(shè)備本身存在火焰騷動問題，因此拉制的光纖外徑

11、尺寸控制精度本身存在火焰騷動問題，因此拉制的光纖外徑尺寸控制精度不時不高。目前，這種方法極少運(yùn)用。不時不高。目前，這種方法極少運(yùn)用。 石墨加熱爐石墨電阻爐：采用直流或工頻交流電源為石石墨加熱爐石墨電阻爐：采用直流或工頻交流電源為石墨爐加熱，在加熱中為防止石墨資料在高溫下發(fā)生氧化，進(jìn)而墨爐加熱，在加熱中為防止石墨資料在高溫下發(fā)生氧化，進(jìn)而產(chǎn)生粉塵污染，普通需采用惰性氣體如產(chǎn)生粉塵污染，普通需采用惰性氣體如Ar氣或氮?dú)膺M(jìn)展氣氛維氣或氮?dú)膺M(jìn)展氣氛維護(hù)。護(hù)。由于加熱爐中充入由于加熱爐中充入Ar堅持，而爐內(nèi)堅持，而爐內(nèi)Ar的紊亂流動將導(dǎo)致爐內(nèi)溫的紊亂流動將導(dǎo)致爐內(nèi)溫度的變化。因此必需對維護(hù)氣體度的變化。

12、因此必需對維護(hù)氣體Ar的流量進(jìn)展控制，以堅持爐的流量進(jìn)展控制，以堅持爐溫的穩(wěn)定。在拉制光纖時，需安裝光纖外徑丈量儀反響丈量光溫的穩(wěn)定。在拉制光纖時，需安裝光纖外徑丈量儀反響丈量光纖外徑的變化情況，因此可經(jīng)過這一反響丈量值的變化來控制纖外徑的變化情況，因此可經(jīng)過這一反響丈量值的變化來控制維護(hù)氣體維護(hù)氣體Ar的流量，使光纖外徑的變化量控制在允許的流量，使光纖外徑的變化量控制在允許1um范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 氧化鋯氧化鋯ZrO2感應(yīng)加熱爐：利用氧化鋯資料在常溫下為絕感應(yīng)加熱爐：利用氧化鋯資料在常溫下為絕緣體，接近緣體，接近1500C時，就會變成導(dǎo)體的特點(diǎn)而設(shè)計制造

13、。其本時，就會變成導(dǎo)體的特點(diǎn)而設(shè)計制造。其本身既可作爐管又是加熱體，在高頻感應(yīng)場中加熱。由于氧化鋯身既可作爐管又是加熱體，在高頻感應(yīng)場中加熱。由于氧化鋯的氧化溫度在的氧化溫度在2500C。因此氧化鋯感應(yīng)爐普通不需求氣氛維護(hù)，。因此氧化鋯感應(yīng)爐普通不需求氣氛維護(hù)，但在制造光纖時，為隔離空氣降低制造過程中產(chǎn)生的衰減，必但在制造光纖時，為隔離空氣降低制造過程中產(chǎn)生的衰減，必需充需充Ar氣進(jìn)展氣氛維護(hù)。氣進(jìn)展氣氛維護(hù)。 高功率激光器：用激光拉制光纖的清凈度是各種方法無法比高功率激光器：用激光拉制光纖的清凈度是各種方法無法比較的，由于在拉絲過程中，激光器本身不會帶來任何污染；而較的，由于在拉絲過程中，激

14、光器本身不會帶來任何污染；而在光纖直徑的控制上，在不需控制環(huán)的協(xié)助下，大長度光纖直在光纖直徑的控制上，在不需控制環(huán)的協(xié)助下，大長度光纖直徑的偏向小于規(guī)范值的徑的偏向小于規(guī)范值的1%，且加熱溫度穩(wěn)定不變。常用的激光，且加熱溫度穩(wěn)定不變。常用的激光器為器為CO2激光器。激光器。第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 二、涂覆二、涂覆光纖一次涂覆工藝之所以稱為光纖一次涂覆工藝之所以稱為“一次涂覆是相對二次涂覆一次涂覆是相對二次涂覆而言。一次涂覆是對光纖最直接的維護(hù)，所以顯得尤為重要。而言。一次涂覆是對光纖最直接的維護(hù)，所以顯得尤為重要。SiO2玻璃是一種脆性易斷裂資料，在不加涂覆資料時，由于玻璃是一

15、種脆性易斷裂資料，在不加涂覆資料時，由于光纖在空氣中裸露，致使外表缺陷擴(kuò)展，部分應(yīng)力集中，易光纖在空氣中裸露，致使外表缺陷擴(kuò)展，部分應(yīng)力集中，易構(gòu)成光纖強(qiáng)度極低，為維護(hù)光纖外表，提高抗拉強(qiáng)度和抗彎構(gòu)成光纖強(qiáng)度極低，為維護(hù)光纖外表，提高抗拉強(qiáng)度和抗彎曲強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)適用化，需求給裸光纖涂覆一層或多層高分子曲強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)適用化，需求給裸光纖涂覆一層或多層高分子資料，資料， 經(jīng)過測徑儀后光纖要經(jīng)過足夠的冷卻時間才可進(jìn)展涂覆。經(jīng)過測徑儀后光纖要經(jīng)過足夠的冷卻時間才可進(jìn)展涂覆。第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 1、涂覆層的作用雙層：、涂覆層的作用雙層： 內(nèi)層：選擇折射率比石英玻璃偏大且彈性模量較低的內(nèi)層

16、：選擇折射率比石英玻璃偏大且彈性模量較低的 聚合物涂層聚合物涂層吸收透過包層得多余光和維護(hù)光吸收透過包層得多余光和維護(hù)光 纖外表損傷、運(yùn)用中緩沖外界應(yīng)力；纖外表損傷、運(yùn)用中緩沖外界應(yīng)力； 外層：硬、彈性模量高外層：硬、彈性模量高防止磨損和提供強(qiáng)度防止磨損和提供強(qiáng)度2、涂料：熱固性硅樹脂液體、涂料：熱固性硅樹脂液體 紫外光固化丙烯酸酯液體紫外光固化丙烯酸酯液體 聚氨基甲酸乙酯聚氨基甲酸乙酯 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 3、涂覆安裝：、涂覆安裝：1無外部加壓開口杯式無外部加壓開口杯式 2壓力涂覆器壓力涂覆器 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 采用簡單的無外部加壓開口杯式涂覆器，挪

17、動中的光纖會粘采用簡單的無外部加壓開口杯式涂覆器，挪動中的光纖會粘附一些液體涂料，并穿過一個使涂料在光纖上自對中可調(diào)模附一些液體涂料，并穿過一個使涂料在光纖上自對中可調(diào)模具口，涂層厚度由模具口大小和光纖直徑?jīng)Q議。但這種構(gòu)造具口，涂層厚度由模具口大小和光纖直徑?jīng)Q議。但這種構(gòu)造涂覆器，在高速拉絲時涂覆器，在高速拉絲時V1000m/s得不到均勻涂敷層。得不到均勻涂敷層。因此，如今實(shí)踐運(yùn)用更普遍的是壓力涂敷器。這種構(gòu)造涂覆因此，如今實(shí)踐運(yùn)用更普遍的是壓力涂敷器。這種構(gòu)造涂覆器最適宜用于高速拉絲，而且不會在涂料中攪起氣泡。器最適宜用于高速拉絲，而且不會在涂料中攪起氣泡。 第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制

18、造技術(shù) 4、涂層厚度、涂層厚度假設(shè)僅從機(jī)械強(qiáng)度思索，涂層越厚越好，假設(shè)綜合思索光纖的假設(shè)僅從機(jī)械強(qiáng)度思索，涂層越厚越好，假設(shè)綜合思索光纖的傳輸特性，涂層太厚，不只在彎曲、拉伸及溫度變化時會產(chǎn)生傳輸特性，涂層太厚，不只在彎曲、拉伸及溫度變化時會產(chǎn)生微彎，同時還會成為光纖損耗添加的主要緣由，此外，涂層資微彎，同時還會成為光纖損耗添加的主要緣由，此外，涂層資料的機(jī)械特點(diǎn)，也嚴(yán)重影響光纖的傳輸特性。絕大多數(shù)光纖的料的機(jī)械特點(diǎn)，也嚴(yán)重影響光纖的傳輸特性。絕大多數(shù)光纖的涂層厚度控制在涂層厚度控制在125-250微米微米 ，但特殊光纖的涂層直徑高達(dá)，但特殊光纖的涂層直徑高達(dá)1000微米微米 ，調(diào)理涂覆器端頭

19、的小孔直徑、錐體角度和高分子資，調(diào)理涂覆器端頭的小孔直徑、錐體角度和高分子資料的粘度，可以得到規(guī)定厚度的涂覆層資料。料的粘度，可以得到規(guī)定厚度的涂覆層資料。第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 紫外固化工藝主要設(shè)備是紫外固化爐，它是由一組對放的紫外固化工藝主要設(shè)備是紫外固化爐，它是由一組對放的半橢圓形紫外燈組成，普通有半橢圓形紫外燈組成，普通有3-7個紫外燈。根本固化原理個紫外燈。根本固化原理是采用紫外光照固化，以特定頻率的紫外燈光簡稱是采用紫外光照固化，以特定頻率的紫外燈光簡稱UV照射對該頻段照射對該頻段UV有敏感的涂料如丙烯酸酯有敏感的涂料如丙烯酸酯 ，且滿足一，且滿足一定時間和強(qiáng)度要求，使涂層固化。定時間和強(qiáng)度要求，使涂層固化。5、固化工藝：、固化工藝： 熱固化熱固化 紫外光燈固化紫外光燈固化第四章第四章 光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù) 光纖涂覆層的剝除光纖涂覆層的剝除當(dāng)光纖與光纖銜接時，接近銜接端面一段的涂層該當(dāng)被剝除，當(dāng)光纖與光纖銜接時，接近銜接端面一段的涂層該當(dāng)被剝除，從玻璃上除去各種聚合物的方法有多種，最有效最適用的方從玻璃上除去各種聚合物的方法有