学习情境三：石英光纤拉丝.ppt

学习情境三：石英光纤拉丝 根据光纤拉丝速度不同，可以选用不同数量的固化炉 以满足光纤固化的要求。在目前的高速拉丝生产中， 第一次涂覆一般采用两节固化炉，第二次涂覆一般采 用4～6节固化炉，这样才能在高速拉丝过程中为涂覆 光纤的固化提供足够能量。 光纤的牵引装置的操作过程：通过牵引轮带动皮带运 动，可以通过拉丝塔控制系统设定其运动速度。在拉 丝的开始阶段，通过调节牵引轮速度，控制光纤直径 并进行涂覆，当光纤涂覆完成后，将牵引轮上的光纤 引到光纤收丝筒上即可进行正常的拉丝过程。 ①固定并对准：用送棒系统的卡爪将清洗好的光纤预 制棒固定好（如图3-19所示），采用手动方式将预制 棒缓慢下降到炉口上方约3～5mm处，观察预制棒的位 置是否在炉口 中心处，可以通过手动调节进行预制棒的对准。然 后可以通过自动方式（设定的进棒速度和进棒长度） 让预制棒进入高温炉内，再一次检查预制棒的对中 情况，并将高温炉升温加热熔融预制棒。 ②熔融及形成玻珠：高温炉温度升高导致预制棒的尖 部粘度下降，在粘度降低到一定值时，尖端的石英玻 璃由于自身重力作用而逐渐下垂，并使得熔融部分的 石英玻璃变细形成一个玻珠（First drop）从炉口下 落（如图3-20和图3-21所示）。 ③剪断玻珠：当光纤头（玻珠）从炉中下来后，操作 人员用工具将掉下的光纤头剪断并拉细（如图3-22所 示），用重物将光纤通过光纤通道引导辅助牵引装上。 ④在拉丝过程中要进行工艺监控、各项工艺参数的 检查和记录、设备运行情况的检查等工作，以确保 拉丝工作的顺利完成，如图3-26所示。 光纤张力的标准：根据相关标准进行光纤的张力筛 选时，一般要求光纤能够承受1%～2%的应力并持续 1s或者更长的时间。 图3-30 光纤 复绕工艺图示 光纤冷却的优点:能防止加热炉在高温中被烧坏， 并且可以防止热量外泄，保持高温炉内加热区温度 的一致性。 也会破坏预制棒中的分子结构（如Si-O-Ge键等）。 如果光纤离开热区后骤冷，则会使这些缺陷保存下 来，同时造成光纤受热不均，残余内应力累积，破 坏光纤的性能。因此需要在炉口安装一节延长管或 保温管，实现高温炉炉口的延伸，并通过开启下炉 口光栅到适当位置，减小氧气进入高温炉的机会， 以稳定高温炉内的温场分布，有效控制光纤的冷却 温度。 在实际工艺中，送棒速度、光纤直径在线测试值以 及收线筒的速度（拉丝速度）控制和匹配非常复 杂，这是光纤拉丝控制系统的关键所在。在高温炉 中，预制棒熔融拉丝过程如图所3-34所示： 公式3-1中的D为预制棒直径；d为光纤直径；Vp送 棒速度；νf拉丝速度。随着预制棒直径的增加， 对炉子高温区的长度和中心温度的稳定性的要求也 越来越高。而拉丝速度的公式可有下式求得： §3.71 光纤张力对光纤性能的影响及控制 非接触式张力测试仪是安装在光纤涂覆系统之前，主 要是测量裸光纤的张力，一般情况下该张力测试仪可 以和裸纤测径仪放置在同一位置。图3-38就是一个典 型的非接触式的张力测试仪装置图示。通过PULLMAN非 接触张力测试系统测试裸光纤的张力。 §3.73 光纤涂覆及其对光纤性能的影响 涂料的性能对拉丝工艺的影响：在高速拉丝条件 下，其影响更加明显。高速拉丝会引起涂料的粘性 发热，模具出口的涂料温度随着拉丝速度的升高而 增加，涂料的粘度将会发生变化，因此对于涂料性 能的要求和模具的设计要求就非常高。而在高速拉 丝过程中，如果涂料的流变性能和涂覆系统以及工 艺参数不匹配，就有可能造成涂覆工艺不稳定，发 生涂料溢出、涂层起伏或缺陷等问题（如图3-42和 图3-43所示），影响光纤的品质。 ③光纤涂层变形：由于涂层的模量偏低，在光纤进行张 力筛选受力时，涂层会出现一定程度的变形，不仅会影 响后续的成缆等工作，还会严重光纤的性能。 ⑤机械性能恶化:由于涂层固化度不够，裸纤与内涂层 的结合力下降，当受到外力作用时，光纤涂层容易剥 落或变形，涂层对光纤的保护作用降低。光纤的机械 性能如光纤强度、动态疲劳参数和使用寿命都会受到 较大的影响。 1）高温炉的工作温度在2000℃左右，而熔融的棒头 的温度很高，操作过程中需要佩戴耐高温手套，防 止高温的石英玻璃烫伤操作人员或烫坏设备的连接 电缆等塑料制品；炉内的亮度很高， 禁止直接观察 炉内预制棒的熔融情况，观察过程中必须佩带墨 镜，以防止对眼睛的伤害。 3）石英光纤拉制过程中，严禁用手或其它物体接触告 诉运行中的光纤，避免造成人员的伤害或影响光纤的 质量。 光电子技术专业-国家重点建设示范性专业 §3.8 石英光纤拉丝的安全操作规程 石英光纤拉丝工艺过程中，需要特别注意的： 光纤光缆制备 §3.5 光纤张力筛选和复绕工艺流程 光纤张力筛选的目的：是为了确保拉制的光纤在使 用过程中