專利名稱：處理涂在光纖上的光致固化涂膜的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用在光纖拉絲工藝中的處理裝置，具體涉及一種處理光致固化涂層的裝置，在涂層光纖通過該裝置時該裝置處理該光致硬化涂層。
制造光纖纜涉及用預型坯料拉絲，形成光纖。在拉出的光纖上涂上光致硬化涂層，然后用紫外光照射，使涂層固化。該紫外光可以激活涂層中的光起動劑、該光起動劑可以整個地觸發(fā)涂膜發(fā)生化學反應。透過紫外輻射的輻照管通常形成其中可通過光纖的空間。該輻照管內保持有對光纖上涂層為惰性的氣氛，該輻照管可屏蔽光纖，使其不受燈的強烈流動冷卻氣(例如吹送的空氣)的影響。
聚合(或固化)反應受各種因素影響。首先輻射管中的氧氣妨礙聚合反應。在處理過程期間，氧氣可能存在于涂層原料中和輻照管中。這些氧可以很快地與涂層中已激活的光起動劑化合，形成反應性很小的化學物質。這樣便基本上阻止了固化反應。為此，通常使惰性氣體流過輻照管，以除去光纖固化環(huán)境中的氧氣。
其次，聚合反應速度正比于涂層受輻照的紫外光強度。為此，通常將聚合反應的副產(chǎn)物(或霧氣)從輻照管中抽出來，否則，這些副產(chǎn)物將會沉積在輻照管內，從而減小了射在涂層上的紫外輻射。
第三，重要的是在輻照管內的低氧濃度和輻照管中涂層固化副產(chǎn)物的抽出之間得到平衡。對于具體應用，惰性氣體的流速保持恒定，調節(jié)排出的氣流速，以得到要求的平衡。例如，如果增加排氣流量，則可從輻照管中更有效地抽出涂層固化氣霧。然而，如果排氣流速太大，則有更多的氧氣進入輻照管，這樣便不能達到優(yōu)化的固化反應。
用于固化光纖上涂層的常規(guī)方法包括使惰性氣體流過輻照管并從輻照管中排出固化氣霧。雖然這些常規(guī)方法一般認為是可接受的，但它們不是沒有缺點。具體是，過量的氧氣和固化氣霧仍保留在輻照管內，由此減小了固化反應效率。固化氣霧是特別成問題的，因為隨著處理量的增加這種氣霧使輻照管變暗。因此必須定期更換輻射管。這種更換操作降低了生產(chǎn)效率和限制了拉出長度的尺寸。
另外，輻照管內的惰性氣體流使光纖在拉制時發(fā)生振動。這些振動可偶然地由監(jiān)控涂層質量的裝置檢測到。結果，質量檢測裝置可能不正確地確定為光纖涂層有缺陷。
本發(fā)明涉及用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的裝置。該裝置包括輻照管、注氣組件和排氣組件。
注氣組件配置在輻照管的上游端部。注氣組件接收惰性氣體流。注氣組件包括分散器，該分散器將惰性氣體流分開成反向氣流和管流。反向氣流相對于光纖移行方向沿相反方向(或相對方向)流動，而管流以層流方式沿光纖運動方向流過輻照管。
排氣組件裝在輻照管的下游端部。排氣組件具有從輻照管中抽出管流的排氣管。在輻照管的下游端部和排氣管之間形成一個空氣開口。
本發(fā)明還在于一種用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的方法。首先，使已涂層的光纖沿光纖運動方向穿過輻照管。使惰性氣體流通向輻射管的上游端部。然后使惰性氣體流分開為反向氣流和管流。該反向氣流在相反于光纖運動方向的方向沿已涂層的光纖流動。而管流以層流方式沿光纖運動方向流過輻照管。該管流從輻照管的下游端部抽出，通過排氣管。最后，使空氣流進入抽出的管流，然后抽出的管流才流過排氣管。
下面參考附圖更具體說明包括各種新穎結構細節(jié)和工藝步驟的本發(fā)明的上述特征及其它特征，這些特征已在權利要求書中指出。應當理解，實施本發(fā)明的用于處理光纖上光致固化涂層的特定裝置和方法僅僅是一種舉例說明，并不限制本發(fā)明?？梢栽谠S多不同的實施例中應用本發(fā)明的原理和特征而不超出本發(fā)明的范圍。


圖1是用于制作光導纖維的裝置的示意圖，該裝置包括本發(fā)明實施例的處理裝置；圖2是本發(fā)明實施例的用于處理光纖上光致固化涂層的裝置的橫截面圖；圖3是圖1所示裝置的分散器的截面圖。
圖4示出了本發(fā)明與現(xiàn)有技術的比較測試結果。
圖1示意示出制造光導纖維的例示性裝置。該裝置包括本發(fā)明的處理裝置100，首先從預型坯料50上拉出光纖，該預型坯料用加熱器60加熱。拉出的光纖連續(xù)通過相繼的處理站，然后繞在卷筒300上。
光纖在拉出后進入涂膜裝置200，該裝置將光致固化涂料涂在光纖上。然后使涂膜的光纖1進入處理裝置100，在該處理裝置中用紫外燈激活和固化涂層。如圖所示，為了固化單一涂層，可相鄰接地配置若干處理裝置。另外，還可以沿拉出光纖維的運動路徑設置若干涂膜裝置。
圖2示出用于固化光纖上光致固化涂層的處理裝置100。該處理裝置100包括輻照管2，該管的兩端上分別裝有注氣組件20(在上游端部44上)和排氣組件40(在下游端部6上)。光纖1在拉出和涂層后便沿其運動方向(沿箭頭3)運動，順序經(jīng)過注氣組件20、輻照管2和排氣組件40。
輻照管2可用石英、藍寶石或其它材料制作，這些材料至少可以透過一部分可固化光致固化涂層的光譜。換言之，輻照管2應當對紫外輻射是透明的。輻照管2最好還具有抗熱特性。
鄰近輻照管2配置的紫外光源8發(fā)射紫外光輻射，該紫外光透過輻照管2，射在已涂層的光纖1上。因而當光纖1穿過輻照管2便開始固化反應。
注氣組件20包括一對入口21，惰性氣體經(jīng)此入口流入。圖2中，入口21配置在輻照管21的相對兩側。但是，入口21的數(shù)目及配置方式可根據(jù)具體的應用進行改變。入口21引導惰性氣體流入配置在注氣組件20內的分散器22內。
暫時轉到圖3、分散器22將惰性氣流分開成反向氣流12和管流14。具體是，分散器22包括將一部分惰性氣體流(反向氣流12)引入到壓力室29的孔24和將一部分惰性氣體流(管流14)引入輻照管2的孔26?？梢灶A料，孔24、26的數(shù)目、尺寸和配置方式可以根據(jù)對反向流12和管流14的要求流速而進行改變。
回到圖2，反向流12進入壓力室29，除去留在光纖1上的氧，然后光纖1再進入輻照管2。反向流12然后經(jīng)位于注氣組件20上的光纖入口28流出處理裝置100。此時，反向氣流12相反于光纖運動方向3流動。這樣，反向氣流12便可防止氧氣進入處理裝置100。
管流14以層流方式流出分散器22。具體是，分散器22上的孔26與輻照管2的內部形成軸向準直。因此管流14的惰性氣體沿著平行于光纖運動方向的清晰分開的路線流動。這樣，管流14便沿光纖運動方向流過輻照管2，而不會使光纖1發(fā)生振動。管流14經(jīng)下游端部6流出輻照管2，并進入排氣組件40。
排氣組件40包括吸氣箱42，該吸氣箱具有抽出管流14和固化氣霧通過的排氣管44。排氣組件40還包括在排氣管44上游形成的空氣開口48.該開口48還使空氣流入吸氣箱42。該空氣開口48的位置(在輻照管2和排氣管44之間)很適合氣流從輻照管2中排出。即空氣流減小了氣流從輻照管2排出的強度，因此緩減了對通過排氣管44的排氣流量的調節(jié)。這種很好的配合可以在輻照管2內得到大多數(shù)要求的條件，即得到低的氧濃度和可以有效地排出固化氣霧。
首先用預型坯料50拉出光纖，然后用涂膜裝置200涂上光致固化涂層。并使已涂膜的光纖1沿運動方向3移動通過處理裝置100。
當已涂膜的光纖1通過處理裝置100時，將惰性氣體流引入入口21。該惰性氣體流一般是氮氣流。然而應當預料到，可以應用任何一種氣體，只要該氣體對固化處理是惰性的。分散器22將惰性氣體流分開為反向流12和管流14。該反向流12對著光纖運動方向3運動，由此洗凈涂層光纖1上的氧氣，該光纖然后進入輻照管2內。接著，該反向氣流經(jīng)纖維入口28流出處理裝置100。另一方面，管流14以層流方式沿光纖1的運動方向流動。該管流14流過輻照管2，并從該輻照管2內排出氧氣和處理氣霧。
反向流流速和管流流速對于不同的應用是不同的。然而這些流速在進行單次拉絲操作中最好基本上保持恒定。另外，還應當看到，通過改變進入入口部分21的惰性氣體流速可以調節(jié)氣流流速。而且采用具有不同孔結構的其它分散器來代替分散器22也可以調節(jié)氣流流速。例如如果取代的分散器具有更多的(與原來的分散器相比)通到壓力箱29的孔，則會增加反向流的流速。
洗凈的光纖穿過輻照管2并接收輻射源8輻射的紫外輻射。紫外輻射使光纖上的涂層固化。固化反應放出氣霧。
排氣組件40上的排氣管44從輻照管2中抽取管流14和固化氣霧。抽出的管流14將空氣吸入并流過開口管48和吸入箱42。
本領域的技術人員可以預料到，通過調節(jié)反向流流速、管流流速和/或排氣流速可以優(yōu)化輻照管2內的固化條件。這一方面，必須使矛盾的因素(低的氧氣量和有效抽出固化霧化)之間相互折衷，以取得最優(yōu)的固化條件。排氣流速最好按照惰性氣體的管流流速進行調節(jié)。進入空氣口48的空氣有利于使輻照管2中條件變得更為適合。另外，空氣口48增強了固化氣霧從輻照管2中的排出，同時可以防止輻照管2承受過大的排氣壓力。
在下面的圖4中例示出由本發(fā)明得到的改進結果。在該圖4中，固化測量結果作為光纖樣品位置的函數(shù)示出，該位置起于預型坯料拉出光纖的位置。采用富利葉變換紅外系統(tǒng)(FTIR)計算涂層固化百分率。該FTIR系統(tǒng)在這種技術中是周知的，因此不再進行詳細說明。
該圖4表示出常規(guī)固化法和本發(fā)明固化法之間的比較測試結果。圖4中的菱形點表示用常規(guī)方法拉出的光纖的固化測量結果，在此種常規(guī)方法中，輻照管中的氮氣沿纖維運動方向的反方向流動，氮氣流動和固化霧氣從輻照管的上游端部排出。圓形點代表用本發(fā)明實施例的方法和裝置拉出的光纖的固化測量結果。
該圖4還示出兩根趨勢線擬合常規(guī)固化法得到的數(shù)據(jù)畫出的第一趨勢線A和擬合本發(fā)明所得數(shù)據(jù)畫出的第二趨勢線B。趨勢線A、B代表光纖一定長度的平均固化值。這些趨勢線用回歸分析法計算。
采用本發(fā)明的方法時，不同光纖樣品之間在預型坯料段以下的不同點的涂層固化是相同的。只是涂層固化百分率在整個拉出光纖長度上稍微向下傾斜。這種傾斜是可以忽略不計的。但另一方面，用常規(guī)方法時，在拉出纖維的整個長度上涂層固化百分率顯著向下傾斜。
本發(fā)明的改進結果是由于在輻照管2中幾乎保持在無氧的環(huán)境中，同時又有效地排出了固化氣霧，否則這種氣霧將妨礙固化反應。在本發(fā)明中，在整個預型坯料拉絲操作中已涂層光纖受到相同紫外線強度的照射。
權利要求
1.一種用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的裝置，該裝置包括輻照管，已涂層光纖從上述輻照管的上游端部進入，穿過該輻照管，到達該輻照管的下游端部；注氣組件，配置在上述輻照管的上述上游端部上；其特征在于，上述注氣組件向上述輻照管注入層流流動氣體。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，氣體從上述輻照管的上述上游端部流到上述輻照管的上述下游端部。
3.如權利要求1所述的裝置，還包括排氣組件，配置在上述管的上述下游端部上，上述排氣組件具有抽取上述輻照管中氣體的排氣管；其特征在于，上述排氣組件包括位于上述輻照管上述下游端部和上述排氣管之間的空氣開口。
4.如權利要求1所述的裝置，還包括光纖入口，配置在上述注氣裝置上，已涂層光纖穿過該入口，然后才進入上述輻照管；配置在上述注氣組件上的分散器，該分散器將氣流分開成(1)穿過上述光纖入口的反向氣流和(2)以層流方式流過上述輻照管的管流。
5.一種用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的裝置，該裝置包括輻照管，已涂層的光纖從上述輻照管的上游端部進入，穿過該輻照管，運動到上述輻照管的下游端部；注氣組件，配置在上述輻照管的上述上游端部上，上述注氣組件適于向上述輻照管注入氣流；排氣組件，配置在上述輻照管的上述下游端部上，上述排氣組件具有從上述輻照管中抽出氣流的排氣管；其特征在于，上述排氣組件包括位于上述輻照管上述下游端部和上述排氣管之間的空氣開口。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，氣體以層流方式流過上述輻照管。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，氣體從上述輻照管的上述上游端部流到上述輻照管的上述下游端部。
8.如權利要求5所述的裝置，還包括光纖入口，配置在上述注氣組件上，已涂層的光纖穿過該纖維入口，然后才進入上述輻照管；分散器，配置在上述注氣組件上，上述分散器將氣流分開成(1)流過上述纖維入口的反向流和(2)流過上述輻照管的管流。
9.一種用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的裝置，該裝置包括輻照管，已涂層的光纖從上述輻照管的上游端部進入，穿過該輻照管，穿到上述輻照管的下游端部；注氣組件，配置在上述輻照管的上述上游端部上，上述注氣組件具有光纖入口，已涂層的光纖在進入上述輻照管前穿過該光纖入口，上述注氣組件適合于接收氣流；分散器，裝在上述注氣組件上，上述分散器將上述氣流分開成(1)流過上述光纖入口的反向流和(2)流過上述輻照管的管流。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，該管流以層流方式流過該輻照管。
11.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，該管流從上述輻照管的上述上游端部流到上述輻照管的上述下游端部。
12.如權利要求9所述的裝置，還包括排氣組件，配置在上述輻照管的上述下游端部上，上述排氣組件具有抽出上述輻照管中管流的排氣管；其特征在于，上述排氣組件具有位于上述輻照管上述下游端部和上述排氣管之間的空氣開口。
13.一種用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的方法，該方法包括以下步驟使已涂層的光纖通過輻照管；使氣體以層流方式沿平行于涂層光纖運動的方向流過輻照管。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，該層流沿著涂層光纖的運動方向。
15.如權利要求13所述的方法，還包括以下步驟從輻照管的下游端部抽出氣體并使抽出的氣流流過排氣管；在使抽出的氣流流過排氣管之前使空氣進入該抽出的氣流。
16.如權利要求13所述的方法，還包括以下步驟在輻照管的上游側形成對著涂層光纖的氣流；將氣流分開成(1)在涂層光纖運動方向的反方向沿該涂層光纖流動的反向氣流和(2)流過輻照管的管流，該管流是層流。
17.一種用于處理涂在光纖上的光致固化涂層的方法，該方法包括以下步驟使涂層光纖通過輻照管；使氣體沿涂層光纖運動方向流過輻照管；從該輻照管的下游端部抽出氣流，并使該抽出氣流流過排氣管；在該抽出氣流流過排氣管之前使空氣進入該抽出氣流。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，氣流以層流方式流過輻照管。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，使氣流流過輻照管的步驟還包括在輻照管的上游側形成對著涂層光纖的氣流；將氣流分開成(1)在涂層光纖運動方向的反方向沿該涂層光纖流動的反向流和(2)沿涂層光纖運動方向流過輻照管的管流。
20.一種用于處理涂在光纖上的光固化涂層的方法，該方法包括以下步驟使已涂層光纖穿過輻照管；在輻照管的上游側形成逆著涂層光纖的氣流；將氣體流分開成(1)在涂層光纖運動方向的反方向沿該涂層光纖流動的反向流和(2)流過輻照管的管流。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，管流以層流方式流過輻照管。
22.如權利要求20所述的方法，其特征在于，管流的方向是涂層光纖運動方向。
23.如權利要求20所述的方法，還包括以下步驟從輻照管的下游端部抽出管流，并使該抽出的管流流過排氣管；使空氣進入該抽出的管流，然后再使該抽出的管流流過排氣管。
全文摘要
一種用于固化涂在光纖上的光致固化涂層的裝置,包括輻照管,該輻照管的上游端部上配置注氣組件,而在其下游端部上配置排氣組件。注氣組件接收惰性氣體。該注氣組件包括分散器,該分散器將惰性氣流分開成反向氣流和管流。反向氣流的方向相反于光纖運動方向,而管流以層流方式流過輻照管。排氣組件具有排氣管,管流經(jīng)該排氣管抽出。在輻照管的下游端部和排氣管之間形成空氣開口。
文檔編號G02B6/44GK1343533SQ00128668
公開日2002年4月10日 申請日期2000年9月20日 優(yōu)先權日1999年9月28日
發(fā)明者奧里維爾·舒普巴赫, 卡洛斯·派德里多 申請人:阿爾卡塔爾公司