專利名稱：制造光纖預制件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造用于通訊和光學領域中光纖予制件的方法。
通常，擠壓成型法被用作制造光纖予制棒的方法。在日本專利申請JPA-3-254412中，其發(fā)明人提出一種用真空擠出機同時形成芯部和包層部分的方法。根據(jù)該方法，采用一種添加了粘結(jié)劑和水的硅石粉材料作為基料，以增加其可塑性。
在上述方法中，由于真空擠出機的使用，在芯和包層部分成形時，塑性材料中的大量氣泡被除去了。但是，對于光纖予制棒的制造來說，它的去氣效果是不夠理想的。因此，為了更多去氣，成型過程要在相對較慢的速度下進行，而且塑性材料應在擠出機內(nèi)滯留盡可能長的時間。但仍不能獲得令人滿意的去氣，且仍有氣泡留在制成的予制棒內(nèi)。對留有氣泡的予制棒進行去油處理和燒結(jié)處理后再拉制該予制棒而獲得的光纖有一個致命缺點，即它的機械強度很低。而且從整體上講，光纖生產(chǎn)的生產(chǎn)效率降低了。
本發(fā)明的一個目的是提供一種高效率地制造光纖予制棒的方法，該方法可以獲得一種具有較高機械強度而沒有氣泡產(chǎn)生的光纖。
上述目的可以通過具有以下步驟的予制件制造方法而獲得，即揉合硅石粉、粘結(jié)劑、水和表面活性劑得到塑性材料的步驟;塑性材料擠出成型得到多孔予制棒的步驟。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在下述說明書中給出，并且是在即將見到的那部分說明書，或者可以在本發(fā)明的實施例中獲得。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以借助由權利要求書中所特別指出的手段和組合來實現(xiàn)和得到。
說明書的附圖，表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并且與上述給出的概述和下述將要給出的優(yōu)選實施例詳細說明，一起來說明本發(fā)明的原理。


圖1A是一個用于本發(fā)明中擠出機附屬圓筒實例的垂直剖面圖;
圖1B是圖1A沿A-A線剖得的水平剖面圖;
圖2A是表示用于本發(fā)明中擠出機附屬圓筒另一實例的垂直剖面圖;
圖2B是圖2A沿B-B線剖得的水平剖面圖;
圖3A是表示用于本發(fā)明中擠出機附屬圓筒的又一個實例的垂直剖面圖;
圖3B是圖3A沿C-C線剖得的水平剖面圖;
圖4A是表示用于本發(fā)明中擠出機附屬圓筒又一個實例的垂直剖面圖;
圖4B是圖4A沿D-D線剖得的水平剖面圖;
圖5是表示用于本發(fā)明中擠出機擠出頭的一個實例的剖面圖;
圖6是沿圖5的E-E線剖得的剖面圖;
圖7A到7E是表示本發(fā)明制造過程的剖面圖;
圖8是表示用于本發(fā)明中擠出機擠出頭的又一個實例的剖面圖;以及圖9是一個說明由于本發(fā)明中擠出機實例的示意圖。
本發(fā)明的光纖予制棒制造方法中所采用的是一種含有表面活性劑的塑性材料。表面活性劑降低了硅石粉與水之間的表面能，結(jié)果加快了擠出機中塑性材料的去氣。因而可以得到殘存氣泡很少的予制棒。
較優(yōu)選的是，用平均顆粒直徑100μm或更小的硅石粉，尤其優(yōu)選的是0.1到20μm平均直徑的高純度硅石粉以用作為塑性材料中的硅石粉。至于硅石粉的形狀，則以各向等直徑的顆粒，如球形顆粒更適于擠出。此外摻雜的硅石粉可以被采用，以控制折射率。
用于本發(fā)明的表面活性劑，只要它能降低硅石粉顆粒和水之間表面能，是沒有什么限制的。在多孔予制棒的情況下，非離子表面活性劑較為適用。例如可以采用HLB值(親水親油平衡值)在6-10范圍內(nèi)的二乙醚類表面活性劑，諸如聚氧乙烯烷基醚。
對于塑性材料中表面活性劑的添加量沒有特別的限制。例如在使用二乙醚類表面活性劑諸如聚氧乙烯烷基醚作為表面活性劑的情況下，對于100份重量的硅石粉取用0.01到0.5份重量的活性劑為宜。
螺旋型真空擠出機或活塞型擠出機都可用作本發(fā)明的擠出機。在采用活塞型擠出機的情況下，去氣必須事先在塑性材料揉合的過程中進行。另外，所用的是帶有一附屬圓筒的擠出機，以防止材料在擠出機的螺桿和擠出模之間轉(zhuǎn)動(日本專利申請JPA3-218291)。其結(jié)果是，予制棒的光學和物理特性隨著疊層現(xiàn)象被防止而得到進一步的改善，在這種情況下，作為附屬圓筒，可能采用一種其內(nèi)表面粗糙而構(gòu)成阻滯部分的圓筒，或者有如圖1到4所示形狀的圓筒10、20、30和40。
本發(fā)明的方法可以應用在先形成芯并在芯的外部再形成包層的情況。在芯的外部再形成包層的情況下，芯可以由一個中芯部分和整個包層的一部分所構(gòu)成。
圖5是用于本發(fā)明中擠出機的擠出頭實例的剖面圖，且圖6是圖5沿線E-E剖得的剖面圖。圖5和圖6所示的擠出頭與螺旋推進器圓筒b1的頂端相連接，而且是與推進螺桿b2的軸成一直線地安裝。一個持棒部件54由一個吊掛組件53支撐在擠出頭的腔體部分52的中心。芯玻璃棒的通道51和包層塑性材料的通道是同心設置的。腔體部分52和吊掛組件53由螺栓56相互固定。擠出模57包括一個直線部分58和一個錐形部分59，它們是可拆卸的。
用圖5的擠出頭制造多孔予制件的方法將參考圖7A至7E進行說明。
如圖7A所示，包層塑性材料75通過通道55被擠壓到芯玻璃棒71的通道51的端部，而芯玻璃棒71通過擠出膜57的直線部分58被插入到通道51。芯玻璃棒71包括石英玻璃棒72，它由芯或芯與包層的一部分所組成;仿樣玻璃棒73，它熔接在石英玻璃棒72的另一端且與之有相同的直徑，或比石英玻璃棒72的直徑更大。
如圖7B所示，包層塑性材料75被擠到擠出模57的直線部分58。同時，包層塑性材料75和芯玻璃棒71在芯玻璃棒71的通道51端部匯合在一起。此外，如果包層塑性材料75被擠出，則多孔擠壓制品76從擠壓模57的端頭擠出，且芯玻璃棒71如圖7C退出。
當多孔擠出制品76被擠出與玻璃棒72相等的長度時，多孔擠出制品76在擠出模的端頭如圖7D所示被切斷，且仿樣玻璃棒從擠出膜中取出。最后，擠出模57的直線部分58被卸開分離，且直線部分58中的多余的塑性材料77沿著擠出模57的錐形部分59的端頭被切下，這樣芯玻璃棒71的通道51其端頭如圖7E被清除干凈了。然后再把擠出模57的直線部分58連接上，并返回到圖7A所示的步驟，因而可以連接地制出多孔予制棒。
在圖5的擠出頭中，芯玻璃棒71的通道51靠近持棒部件54的端部。但是，如圖8所示，通道51可以穿過持棒部件54的中心軸，并延伸到推進螺桿62的轉(zhuǎn)動軸內(nèi)。在這種情況下，持棒部件54中的通道51和推進螺桿62轉(zhuǎn)動軸內(nèi)的通道81在推進螺桿62的端頭相互連接。而且，持棒部件54和推進螺桿62之間的部分由一密封件或-O形環(huán)密封住，以防止塑性材料進入到通道51和81內(nèi)。在這種情況下，推進螺桿轉(zhuǎn)動，而棒狀承受件54不轉(zhuǎn)動，因為持棒部件54是固定的。
然后，對上述的多孔予制棒進行去油，脫水和燒結(jié)處理，從而得到光纖予制棒。在去油過程中，粘合劑和表面活性劑從多孔予制棒中除去了。
下面將說明本發(fā)明的實施例例110%的聚乙烯(PVA)溶液36份重，添加到用水解法合成的100份重的平均顆粒直徑為0.7μm的硅石細顆粒中。0.3份重的聚氧乙烯烷基醚作為表面活性劑再加入其中，并且將這些材料均勻地揉合，從而得到塑性芯料。3.5wt%的GeO2作為摻雜物和在硅石細顆粒中，以改善折射率。
3份重的甲基纖維素作為粘合劑和22份重的純凈水作為溶劑添加到平均顆粒直徑為8μm的100份重的硅石顆粒中。0.3份重的聚氧乙烯烷基醚作為表面活性劑再加入其中，且這些材料經(jīng)均勻揉合，即得到包層塑性材料。
得到的芯塑性材料和包層塑性材料如圖9所示分別被投入到擠出機9的第一和第二料斗90和91中，并擠壓成型。在擠出機9中，芯塑性材料92經(jīng)第一揉合腔93和第一真空腔94被送到交叉頭95處。在交叉頭95中，芯和包層成形，從而得到棒狀的多孔予制棒99。在這種情況下，芯塑性材料的擠出速度定為0.2公斤/小時，而包層塑性材料的擠出速度定為40公斤/小時。
然后，得到的多孔予制棒在110℃下干燥12小時。而且干燥后的予制棒在500℃空氣中作5小時的去油處理。此外，予制棒在He氣環(huán)境中用1200℃的Cl2氣脫水，并且在He氣環(huán)境中在1600℃下燒結(jié)，從而得到光纖予制棒。
用通常的拉制棒處理過程以得到的光纖予制棒，即得到了外徑為125μm的單模光纖。然后進行機械強度測量。測到單模光纖50%的抗拉強度和斷裂強度就得到了機械強度值。其結(jié)果是該值為6.5公斤力，這是與以往真空法所得予制棒拉制出的光纖機械強度相同的值。
比較例除了用于包層塑性材料的是不含表面活性劑的材料外，用與例1相同的方法制出多孔予制棒。
與例1相似，用去油和燒結(jié)步驟處理所得多孔予制棒，從而得到光纖予制棒。然后拉制光纖，制出單模光纖，并用與例1相同的方法測量機械強度，結(jié)果是機械強度為1.1公斤力。
例2包層塑性材料，把3份重甲基纖維素粘合劑和22份重的純凈水溶劑加入到100份重的平均顆粒直徑8μm的硅石顆粒中。0.3份重的聚氧乙烷烷基醚作為表面活性劑再加入其中，且均勻地揉合這些材料，從而得到包層塑性材料。
芯玻璃棒用VAD法制得。所用芯玻璃棒按包層對芯大約3∶1的比率，折射率相差大約0.3%，外徑大約8.5mm石英玻璃制成的仿樣棒與芯玻璃棒一端連接，且直徑25mm長150mm的玻璃支撐棒與另一端相連。
上述包層塑性材料和玻璃芯棒根據(jù)圖7A到7E的方法由圖5的擠出頭擠出成型，從而得到多孔予制棒。
然后將所得多孔予制棒在110℃溫度下干燥12小時。而且，干燥后的予制棒在空氣中徑5小時500℃的去油處理。另外，用通常的方法于He氣氣氛中用1200℃的Cl2氣使予制棒脫水，并在He氣環(huán)境中于1600℃溫度下進行燒結(jié)，以制出光纖予制棒。在這些步驟中，予制棒中既無破裂也無疊層產(chǎn)生。
對所得光纖予制棒進行常規(guī)的拉制處理，從而制出外徑125μm的單模光纖。然后，象例1那樣測量機械強度，其結(jié)果是與常規(guī)真空法所得光纖予制棒拉出的光纖機械強度有相同的值。
根據(jù)上述實施例，由于塑性材料在擠出機中的通道是直線形的，且方向是不變的，則塑性材料的流動是均勻的，而且可以獲得既無變形又無密度變化的光纖多孔予制棒。因而在形成多孔予制棒和接下來的加熱過程之后，能夠控制裂痕和疊層的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明上述制造光纖予制棒的方法，由于使用了含有表面活性劑的塑性材料，能得到有較高機械強度光纖的予制棒，可以高效率地生產(chǎn)出來而無氣泡產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明上述制造光纖予制棒的方法，由于使用了含有表面活性劑的塑性材料，能得到有較高機械強度光纖的予制棒，可以高效率地生產(chǎn)出來而無氣泡產(chǎn)生。
其它的優(yōu)點和改進對本領域的普通技術人員都是很容易想到的。而且在更廣泛的意義上的本發(fā)明不應局限于具體的細節(jié)，和本文所述和所示的例子。因此，沒有脫離由所附權利要求書和其等同物所定義的總發(fā)明概念的精神與范圍的各種變化都能夠被制出。
權利要求
1.一種制造多孔基料的方法，其特征在于包括下列步驟揉合硅石粉、粘合劑、水和表面活性劑得到塑性材料；以及將塑性材料擠壓成型得到多孔基料。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于所述的塑性材料是擠出的，而且芯和包層是同時成型的。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于塑性材料被擠出和成型在事先成形的芯之外部，從而形成包層。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于芯是由芯部分和包層部分的一部分所組成。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于一種非離子表面活性劑被用作表面活性劑。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于表面活性劑添加量是相對100份重量的硅石粉中取用0.01到0.5份重量的表面活性劑。
全文摘要
一種制造光纖預制棒的方法，有揉合硅石粉、粘合劑、水和表面活性劑得到塑性材料的步驟；和將塑性材料擠出成型得到多孔預制棒的步驟。根據(jù)這一方法，能得到有較高機械強度的光纖預制棒的多孔預制棒可以不產(chǎn)生氣泡地高效地制造出來。
文檔編號B29D11/00GK1081654SQ93102518
公開日1994年2月9日 申請日期1993年2月12日 優(yōu)先權日1992年2月12日
發(fā)明者八木健, 佐藤繼男, 肥沼宜明, 吉田和昭 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社