專利名稱：分燈式光纖固化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂覆光纖及其制造方法。具體地，本發(fā)明涉及一種使涂有一層或多層保護(hù)材料的光纖迅速固化的裝置。
在光纖的制造過程中，一根玻璃預(yù)制棒豎直懸重并以一受控速率伸進(jìn)熔爐。在熔爐中預(yù)制棒變軟，進(jìn)而可由裝在拉絲塔底座上的絞盤從圓棒的熔融端自由地拉拔出一根玻璃纖維。由于玻璃纖維的表面易受摩擦而損壞，因而有必要在玻璃纖維拉拔成形后并在其和任何表面接觸之前，給它涂覆保護(hù)層。因?yàn)橥扛膊牧系耐扛策^程一定不能損壞玻璃表面，所以涂覆材料要在液態(tài)下進(jìn)行涂覆。光纖的涂覆過程是通過使光纖穿過盛有可紫外線(UV)固化的有機(jī)物，如聚氨脂-丙烯酸類共聚物的貯液罐來實(shí)現(xiàn)的。涂覆完畢后，涂覆材料必須在光纖到達(dá)絞盤之前凝固。這一凝固過程通常通過光固化的方法在很短的時(shí)間間隔內(nèi)完成，光固化是指一種通過紫外線(UV)照射使液態(tài)涂覆材料凝固的方法。
典型地，在拉拔成形的玻璃纖維上涂?jī)蓪油扛膊牧?，而且使用兩種不同的涂覆材料。內(nèi)層，指一次涂覆材料，涂在光學(xué)玻璃纖維上。外層，指二次涂覆材料，涂在一次涂覆材料外面。通常，二次涂層具有相對(duì)較高的模量(如，109Pa)，而一次涂層具有相對(duì)較低的模量(如，106Pa)。在一種裝置中，一次和二次涂層是同時(shí)進(jìn)行涂覆的。這種方法通稱為“濕/濕”法，因?yàn)槎瓮繉又苯油吭谖垂袒囊淮瓮繉由?。每種涂覆材料都有其特有的感光波段。感光波段是指光譜中可被涂層吸收從而使涂層從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的那個(gè)波段。通常用作一次涂覆和二次涂覆的材料具有類似的感光波段。而且由于感光波段是類似的，一次涂覆材料的固化光會(huì)被二次涂覆材料衰減。因此，照到一次涂覆材料上的光變少。
目前，光纖的需求量超出了其生產(chǎn)能力。因此，盡管這對(duì)于光纖制造商來說是個(gè)好消息，但不幸的是，許多消費(fèi)者不得不放棄使用光纖的想法。顯而易見的解決方法就是建造更多的拉絲塔和/或提高拉絲塔的拉絲速度。目前，生產(chǎn)合格光纖的最高速度受到涂覆工藝的限制(而不是拉絲工藝)。由于建造拉絲塔需要巨大的投資，因此人們自然希望以可生產(chǎn)出質(zhì)量合格涂覆層的最高速率進(jìn)行拉絲和涂覆。
玻璃纖維從溫度約為2000℃的熔爐中拉出后，必須在涂涂覆材料之前冷卻，以使涂覆材料可以均勻適當(dāng)?shù)嘏c玻璃纖維粘在一起。目前采用的冷卻玻璃纖維的方法有兩種降低線速度或增大熔爐和涂覆段的間距。這兩種技術(shù)都不是很令人滿意。美國(guó)專利4,761,168通過在熔爐和涂覆段之間安裝一個(gè)纖維冷卻裝置，將運(yùn)動(dòng)著的光纖周圍的氣體包層剝?nèi)斫鉀Q這一問題。冷卻裝置包括一個(gè)圓筒形容器，其上有一直徑約為1.5mm的圓孔，光纖沿一個(gè)方向從該孔穿過而冷卻用的氦氣沿另一個(gè)方向從該孔穿過。
美國(guó)專利5,000,772還通過在照射光固化材料的同時(shí)加上一個(gè)磁場(chǎng)，從而通過自由基的聚合作用而增加涂覆材料的交聯(lián)作用，來提高涂覆光纖的生產(chǎn)線速度。由于吸收了光，每種涂層中的光激發(fā)劑分裂生成兩個(gè)自由基部分，這兩個(gè)部分可以以自旋對(duì)形式存在也可以以零自旋能級(jí)態(tài)存在。磁場(chǎng)具有促進(jìn)自旋平行基產(chǎn)生的作用，從而促進(jìn)涂覆材料聚合反應(yīng)的引發(fā)。
美國(guó)專利5,147,433(’433專利)發(fā)現(xiàn)一次涂層比二次涂層固化得慢得多，因?yàn)槎瓮繉铀p了照到一次涂層上的射線量?！?33專利中通過在一次涂層和二次涂層中使用不同的光激發(fā)劑，并使用一次和二次涂覆段的辦法解決這一問題。一個(gè)涂覆段使用可見光將一次涂層完全固化，而下一個(gè)涂覆段使用紫外光將二次涂層完全固化。這種技術(shù)使一次涂層的固化過程加快。然而，考慮到拉絲塔的巨額投資，還是希望能進(jìn)一步提高涂覆光纖的生產(chǎn)速度。
使用一種分燈式光纖固化裝置可使涂覆光纖的生產(chǎn)線速度得以顯著提高。光纖包括一層保護(hù)涂覆材料，該材料中含有一種可響應(yīng)電磁波譜中第一波長(zhǎng)段輻射的光激發(fā)劑。光激發(fā)劑的作用是引發(fā)涂覆材料自由基的聚合反應(yīng)。涂覆材料涂到玻璃纖維上以后，它就在第一波長(zhǎng)段光波的照射下部分地固化。然后，涂覆材料被冷卻并再次接受第一波長(zhǎng)段光波的照射以進(jìn)一步固化。
在本發(fā)明的圖示實(shí)施方案中，一對(duì)涂覆段中間隔開一預(yù)定的距離(間隔)，這樣使涂覆材料可在兩工段之間得以冷卻。在一種實(shí)施方案中，間隔內(nèi)的冷卻作用通過使用可將運(yùn)動(dòng)中光纖周圍的熱氣體包層“剝?nèi)ァ钡难b置得到增強(qiáng)；而在另一個(gè)實(shí)施方案中，間隔內(nèi)的冷卻作用通過使光纖與一個(gè)或多個(gè)起散熱器作用的槽輪相接觸而得以增強(qiáng)。通過將涂覆材料分級(jí)固化并且在各級(jí)之間對(duì)其進(jìn)行冷卻，可以使涂覆材料的整體固化速度得到相當(dāng)大的提高。
在另一個(gè)圖示實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的原理對(duì)一種雙層涂覆光纖進(jìn)行固化。每層涂層中都含有一種引發(fā)聚合反應(yīng)的光激發(fā)劑。一次涂層響應(yīng)第一波長(zhǎng)段的照射，而二次涂層響應(yīng)第二波長(zhǎng)段的照射，優(yōu)選地，第一和第二波長(zhǎng)段波此分開。在每個(gè)固化段，紫外燈均發(fā)出第一和第二波長(zhǎng)段的光，使一次涂層和二次涂層部分地且同時(shí)地發(fā)生固化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明可提供如下改善效果生產(chǎn)線速度提高40％；固化過程所需的紫外線量減少50％；能源和清潔空氣的需求量減少50％；拉絲塔部高度降低。
結(jié)合附圖和下面的說明，可對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式有一更好的了解，其中

圖1是裝有合燈式光纖固化裝置的現(xiàn)有技術(shù)光纖生產(chǎn)線的示意圖；圖2是具有單層涂覆材料的光纖的剖面端視圖；圖3是具有多層涂覆材料的光纖的剖面端視圖；圖4是裝有分燈式光纖固化裝置的光纖生產(chǎn)線的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其中間隔內(nèi)的冷卻作用通過一個(gè)可將運(yùn)動(dòng)中光纖周圍的熱氣包層“剝離”的裝置來增強(qiáng)；圖5是裝有分燈式光纖固化裝置的光纖生產(chǎn)線的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其中間隔內(nèi)的冷卻作用通過一個(gè)或多個(gè)用作散熱器的槽輪來增強(qiáng)；圖6是圖1的合燈裝置和圖4的分燈裝置的并排對(duì)比圖；圖7是一種市場(chǎng)上有售的適用于本發(fā)明的固化燈發(fā)射光譜的直方圖；圖8是在0.6秒紫外線照射下，一次涂覆材料的固化量隨溫度變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線圖；圖9是分燈式裝置和合燈式裝置中光纖的溫度曲線圖；圖10是分燈式裝置與合燈式裝置用于固化涂覆光纖的紫外線照射量的對(duì)比圖。
圖1給出一種裝有合燈式光纖固化裝置的現(xiàn)有技術(shù)光纖生產(chǎn)線的示意圖。整個(gè)生產(chǎn)線，總體用標(biāo)號(hào)20標(biāo)出，用于從特制的圓柱預(yù)制件中拉拔出玻璃纖維，用一個(gè)保護(hù)材料涂覆裝置對(duì)玻璃纖維進(jìn)行涂覆，然后通過電磁輻射使涂覆玻璃纖維固化。玻璃纖維21是通過將預(yù)制棒22局部地對(duì)稱加熱至大約2000℃而形成的，它直徑通常為15至40mm，長(zhǎng)度為60cm。隨著預(yù)制棒不斷地通入熔爐23并從中穿過，纖維21不斷地從熔融的材料中拉出。
如圖1所示，拉絲裝置的部件中包括熔爐23，預(yù)制棒在其中被拉至光纖預(yù)定尺寸。然后光纖21從熔爐內(nèi)的加熱區(qū)拉出。光纖21拉成之后，馬上通過裝置24在某一位置上對(duì)其直徑進(jìn)行測(cè)量，該測(cè)量值被輸入控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，測(cè)得的直徑與期望值進(jìn)行比較并輸出一信號(hào)來調(diào)整拉絲速度，以使光纖直徑接近期望值。
測(cè)定光纖21的直徑以后，保護(hù)涂覆物質(zhì)25通過裝置27涂覆于光纖上。為保持光纖的強(qiáng)度需給其涂上保護(hù)涂層，該涂層保護(hù)新拉成的光纖免受空氣的不良影響。這種涂覆物質(zhì)必須在一種不破壞光纖21表面的狀態(tài)下涂覆，這樣才能使光纖達(dá)到預(yù)定直徑并且使其得到保護(hù)，在后序的加工操作、安裝和服役過程中免受磨損。為了使微彎損失造成的衰減降至最低，需要選擇合適的涂覆材料并控制其涂覆過程。前面述及的美國(guó)專利4,474,830中的涂覆裝置可能是一種適合的涂覆裝置。要想降低直徑變化量進(jìn)而降低由連接器和絞接點(diǎn)的不對(duì)中引起的損失，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)拉絲裝置，并且在生產(chǎn)過程的拉絲和涂覆步驟中連續(xù)地監(jiān)視和控制光纖的直徑。接下來，讓涂覆光纖21穿過中心規(guī)28。
在拉成的光纖上涂上涂覆材料后，涂覆材料必須進(jìn)行固化。為此，涂有涂覆材料的光纖穿過工段30，該工段內(nèi)裝有一些用于固化涂覆物質(zhì)25的紫外燈，和一個(gè)用于測(cè)量涂覆光纖外徑的裝置32。涂覆光纖由絞盤34牽引沿其運(yùn)動(dòng)路徑移動(dòng)，之后繞在一個(gè)卷軸上，以便在后序的制纜工序前進(jìn)行檢測(cè)和存放。
一種涂覆物質(zhì)25裝在裝置27內(nèi)，用于涂在玻璃纖維21上。在涂覆物質(zhì)25只含一次涂覆材料的情況下，需參考圖2，其中示出了玻璃纖維21外包有一層涂覆物質(zhì)25的情形。而更典型地，涂覆物質(zhì)25包含內(nèi)層42(圖3)，該層通常稱為一次涂覆層，和外層44，該層通常稱為二次涂覆層。內(nèi)層42具有相對(duì)較低的模量(如，106pa)，該層防止玻璃纖維21的微彎；而外層42具有相對(duì)較高的模量(如，109Pa)，該層為玻璃纖維提供機(jī)械保護(hù)。
每種涂覆材料受到合適波段的電磁波照射時(shí)都可以發(fā)生固化。這種固化是通過一種易反應(yīng)的聚合物實(shí)現(xiàn)的，該聚合物可由自由基的聚合作用聚合而成。一般地，每種涂覆材料都包括齊聚物、稀釋劑和光激發(fā)劑。也可能包括添加劑，如抗氧化劑、增粘劑、紫外光穩(wěn)定劑、表面活化劑和存放穩(wěn)定劑。光激發(fā)劑是與本發(fā)明相聯(lián)系的令人特別感興趣的物質(zhì)，它可以響應(yīng)一窄波段內(nèi)的電磁輻射，使涂覆材料從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。這種相變伴隨熱量的釋放，進(jìn)而影響涂覆材料相變的速度?？梢灾瞥刹煌墓饧ぐl(fā)劑使其響應(yīng)(即，引發(fā)自由基的聚合反應(yīng))不同波段的電磁波—典型地在紫外區(qū)。
研究表明紫外固化涂覆層的平衡模量與聚合物的交聯(lián)密度成正比，而且涂覆層的平衡模量隨固化溫度的升高而減小。例如，參見《聚合物工程與科學(xué)》雜志，第29卷第17期，1989年9月(1165～1168頁)，“固化溫度對(duì)紫外固化涂覆層的熱變形性能的影響”。因此，很希望在相對(duì)較低的溫度(如20℃而不是200℃)下固化聚合物涂覆層。而且，與固化過程相關(guān)的熱量(溫升)的約70％是反應(yīng)本身產(chǎn)生的，只有大約30％是由固化燈產(chǎn)生的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的裝有分燈式光纖固化裝置的光纖生產(chǎn)線20′第一實(shí)施方案的簡(jiǎn)略示意圖。生產(chǎn)線20′與圖1所示現(xiàn)有技術(shù)中的生產(chǎn)線20相似，其顯著不同點(diǎn)在于合燈式固化段30被一個(gè)包括固化段30-1和30-2的分燈式裝置代替，這兩個(gè)固化段由一冷卻間隔35隔開。具體地，每個(gè)固化段30-1和30-2均設(shè)計(jì)成只完成部分固化(即，小于65％)。這是通過減小每個(gè)固化段中的燈的強(qiáng)度和/或增大拉成的玻璃纖維21穿過涂覆段27和固化段30-1和30-2的速度來實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，30-1和30-2中使用的固化燈是相同的，而且其發(fā)射波譜的峰值在一次涂覆材料中的光激發(fā)劑的感光波段(即第一波長(zhǎng)段)附近。
固化段30-1和30-2間的間隔35一般為0.5～1.0米。而且盡管在本發(fā)明的實(shí)施過程中不需要，但冷卻作用通過在間隔內(nèi)安裝冷卻裝置得以增強(qiáng)。在美國(guó)專利4,761,168中公開了一種這樣的冷卻裝置，該專利在此引入作為參考。簡(jiǎn)言之，冷卻裝置起到將運(yùn)動(dòng)光纖21周圍的熱氣包層剝離的作用。該冷卻裝置包括圓筒鋁容器36，該容器具有多個(gè)間隔層(圖4中只示出一個(gè))，這些間隔層之間通過隔板39隔開。隔板的間距大約為25mm；每個(gè)上面都有直徑約為1.5mm的圓孔，光纖從該孔中沿一個(gè)方向移動(dòng)而冷卻氦氣沿另一方向流動(dòng)。裝隔板39的目的是保證氣體流過隔板并經(jīng)隔板本身剝離后的速度足以實(shí)現(xiàn)所希望的剝離。(如果可用另一種方法使氣體以足夠高的速度流動(dòng)而不會(huì)導(dǎo)致纖維出現(xiàn)不希望的振動(dòng)時(shí)，可以不用隔板)。每個(gè)間隔層內(nèi)都有多個(gè)鋁制細(xì)桿38(直徑1.6mm)朝圓筒容器36的縱軸沿徑向向內(nèi)伸出。每個(gè)間隔層可將氣體包層剝?nèi)ゴ蠹s90％。冷卻容器36本身是用從冷卻水通道37流入的溫度約為4℃的激冷水來冷卻的。
圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的裝有分燈式光纖固化裝置的光纖生產(chǎn)線20″第二實(shí)施方案的簡(jiǎn)略示意圖。生產(chǎn)線20″與圖4中的生產(chǎn)線20′相似，區(qū)別在于在固化段30-1和30-2之間裝有槽輪51和52。有利地，槽輪51和52起散熱器的作用，它們將熱量從運(yùn)動(dòng)著的光纖上帶走。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)光纖的路徑是“折線的”，所以生產(chǎn)線20″在可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)更緊湊的拉絲塔方面有額外的優(yōu)勢(shì)。而且盡管圖中光纖穿過固化段30-2向上運(yùn)動(dòng)，但由于初始穿料的原因更希望它向下運(yùn)動(dòng)，這可以通過額外的槽輪將光纖的路徑改變成穿過固化段30-2后的向下方向。
圖6給出圖1中合燈式裝置20和圖4中分燈式裝置20′的并排對(duì)照?qǐng)D。兩個(gè)裝置中運(yùn)動(dòng)著的光纖21都被涂覆裝置27涂上一層或多層涂覆材料。運(yùn)動(dòng)光纖的涂覆層隨后通過燈31發(fā)出的紫外光照射而固化。本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，固化過程通過將固化段30用兩個(gè)固化段30-1和30-2代替得以加速，這兩個(gè)固化段由冷卻間隔35分開。然而應(yīng)當(dāng)指出，從固化段30-1和30-2輻射出的合成輻射能僅為固化段30輻射出的輻射能的50％。這種設(shè)計(jì)使線速度提高而且/或者固化燈數(shù)目減少。固化速度通過在間隔內(nèi)安裝冷卻裝置36而進(jìn)一步提高。
如圖所示，固化段30-1和30-2均有一外殼，該外殼包括一石英管32′，該管的縱軸與外殼縱軸平行。石英管32′可使拉成的光纖從中穿過，其內(nèi)徑約為2.5cm，厚度約為1mm。每個(gè)固化段內(nèi)還裝有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)燈31，該燈平行于光纖運(yùn)動(dòng)的路徑且發(fā)出可用于固化一種或多種涂覆材料的紫外光。燈31和光纖從中穿過的石英管31′裝在橢圓鏡39-39的兩個(gè)焦點(diǎn)上，該鏡裝在固化段的內(nèi)壁上，用來保護(hù)運(yùn)動(dòng)光纖的圓周基本全能被燈31發(fā)出的光照射到。美國(guó)專利5,092,264中給出了關(guān)于合適的固化段設(shè)計(jì)的更多細(xì)節(jié)，該專利在此引入作為參考。
在固化雙層涂覆光纖的情況下，固化段30-1和30-2中使用的固化燈最好一樣，并且其發(fā)射光譜的峰值在第一波長(zhǎng)段附近。并且，最好使二次涂覆材料比一次涂覆材料的固化速度慢。因此，二次涂層中的光激發(fā)劑應(yīng)適當(dāng)選取，使在其感光波段(即第二波長(zhǎng)段)中，固化段30-1和30-2中所用固化燈的發(fā)射光譜具有相當(dāng)?shù)偷墓鈴?qiáng)。應(yīng)當(dāng)指出，每一層涂覆材料都在涂覆段30-1和30-2中部分固化(即小于65％)。
因?yàn)楣袒划?dāng)?shù)墓饫w妨礙成纜并常發(fā)出難聞的氣味，所以光纖涂覆層的適當(dāng)固化是非常重要的。而且，固化不當(dāng)?shù)墓饫w涂覆層與固化良好的光纖涂覆層相比，可剝離性、粘性和穩(wěn)定性均較差。此外，光纖涂層的模量對(duì)光纖產(chǎn)品的機(jī)械和光學(xué)性能有重要影響，模量是固化程度的函數(shù)。正如應(yīng)當(dāng)指明的那樣，拉成光纖涂覆材料的良好固化對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量有重要影響。
然而，研究表明因?yàn)橥扛补饫w可以在不到100％固化態(tài)下進(jìn)行加工處理而不會(huì)損壞，所以并不需要使其在拉絲塔完成100％的固化。而且，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以改變?cè)诠袒?0-1和30-2中任一段內(nèi)達(dá)到的固化程度，以使在速度，花費(fèi)等方面的總效率達(dá)到最優(yōu)。每一固化段內(nèi)達(dá)到的固化程度隨下列因素而改變固化段之間的冷卻程度；使用的固化段數(shù)量；以及在多層涂層的情況下，涂覆材料的感光波段與固化燈的發(fā)射光譜的匹配程度以及固化燈的功率級(jí)。
圖7是適用于本發(fā)明的固化燈的光輸出量的直方圖，具體用于照射雙層涂覆光纖。圖中具體的輸出光譜是由Fusion Systems公司生產(chǎn)的一種金屬鹵化物“D”燈產(chǎn)生的。特別地，這種物質(zhì)在386納米(nm)波長(zhǎng)段發(fā)射的光比光譜中其它波段的發(fā)射光要強(qiáng)得多，這是它的優(yōu)點(diǎn)所在。相應(yīng)地，選擇一次涂層中所用的光激發(fā)劑，使其響應(yīng)386nm波段的電磁輻射，以使一次涂層的固化速率比二次涂層快，而二次涂層中的光激發(fā)劑響應(yīng)另一波段的電磁輻射。因此，一次涂覆材料中適用一種在382nm處具有最大吸收率的光激發(fā)劑，化工上稱為2，4，6-三甲基苯甲酰二苯基膦氧化物。它在市場(chǎng)上稱為L(zhǎng)ucirin TPO，由BASF公司生產(chǎn)。LucirinTPO的吸收光譜與“D”燈的輻射峰相匹配。這兩者一同作用使一次涂覆材料的固化速率加快。
再次參照?qǐng)D7，選擇固化燈發(fā)射光譜的另一波段用于固化二次涂覆材料。在該圖示實(shí)施方案中，選擇接近330nm的波長(zhǎng)段，因?yàn)闊舻妮敵隽吭谠摬ǘ伪仍?86nm的波段要小得多。適用于二次涂層的光激發(fā)劑是一種2-甲基-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮，如Ciba Giegy公司生產(chǎn)的Irgacure 907。Irgacure 907在300nm處的吸收率最大，應(yīng)指出該波段不必與燈的發(fā)射光譜的任一特定波段相吻合。相反，它是通過從光譜中比一次涂覆材料發(fā)射波段低的發(fā)射波段中經(jīng)過試驗(yàn)和修正得出的。事實(shí)上，給定了固化燈的發(fā)射光譜，化工領(lǐng)域的普通技術(shù)人員只需幾次實(shí)驗(yàn)便可選定適用于一次涂層和二次涂層的可行的光激發(fā)劑。適用于二次涂層的另一種光激發(fā)劑是1-羥基環(huán)己基苯基酮，如Irgacure 184。它是由Ciba Geigy公司生產(chǎn)的。在具有商業(yè)價(jià)值的UV配方中，光激發(fā)劑眾所周知的實(shí)用的重量百分比范圍是0.5％至5.0％。
圖8是在0.6秒紫外線照射下，一次涂覆材料的固化量隨溫度變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線。從圖中可看出，典型的涂覆材料在較低溫度下固化得比高溫下快得多。因?yàn)樵谕瑯拥淖贤饩€照射量下，在110℃時(shí)只有35％發(fā)生固化，而30℃卻有大約80％發(fā)生了固化。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，該圖是分燈裝置和合燈裝置中光纖的溫度曲線圖。合燈裝置中，從30℃到110℃溫度上升很快，然后緩慢上升。如結(jié)合圖8已討論過的那樣，110℃時(shí)的固化速率比低溫時(shí)的固化速率慢得多。分燈裝置中，冷卻間隔使溫度在下一次固化前降至大約55℃，這使固化速率大大加快。
圖10是分燈裝置和合燈裝置固化涂覆光纖所需紫外線照射總量的對(duì)比圖。假定在拉絲塔內(nèi)完成90％的固化，本發(fā)明的分燈裝置所用的紫外線照射量比現(xiàn)有技術(shù)的合燈裝置所用的一半還要少。
盡管本文圖示并闡述了幾個(gè)具體的實(shí)施方案，還應(yīng)了解本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出體現(xiàn)本發(fā)明原理并且在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的其它裝置。這些裝置包括使用不同的固化燈，不同的光激發(fā)劑，兩個(gè)以上固化段和使用不同的裝置來增強(qiáng)固化段間隔內(nèi)的冷卻效果，但并不僅限于上述提及的方面。
權(quán)利要求
1.一種固化涂有一層或多層保護(hù)涂覆材料的涂覆光纖的方法，包括如下步驟(i)給玻璃纖維涂上一層涂覆材料25；(ii)通過第一光源30-1的電磁輻射使該層涂覆材料部分固化；(iii)冷卻該部分固化的涂覆材料層；(iv)將該層涂覆材料通過第二光源30-2的電磁輻射進(jìn)一步固化。
2.權(quán)利要求1中的方法，其中涂覆材料層25是一次涂層42，該層與玻璃纖維21緊挨著。
3.權(quán)利要求1中的方法，其中部分固化的涂覆材料層25周圍包有一層熱氣包層，且其步驟(iii)包含下面的步驟將熱氣包層段從纖維21上剝?nèi)ァ?br> 4.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(iii)包括下面的步驟使涂覆玻璃纖維21與一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)槽輪34直接接觸。
5.權(quán)利要求2的方法，其中步驟(ii)實(shí)現(xiàn)了少于一次涂覆材料42總固化量的65％的固化量。
6.權(quán)利要求5的方法，其中步驟(ii)實(shí)現(xiàn)了大于一次涂覆材料42總固化量的25％的固化量。
7.制造光纖的裝置包括絞盤34，用于使玻璃纖維21沿移動(dòng)路徑移動(dòng)；涂覆裝置27，用于將一層或多層保護(hù)涂覆材料25涂在運(yùn)動(dòng)著的玻璃纖維上；第一固化段30-1，用于通過電磁波照射使涂覆材料中的一層固化，固化量小于65％；第二固化段30-2，用于通過電磁波照射使涂覆材料中的上述一層進(jìn)一步固化，固化量大于25％；冷卻間隔35，位于第一和第二固化段之間，用來降低涂覆材料的溫度。
8.權(quán)利要求7的裝置，其中冷卻間隔35包括一段預(yù)定距離，在該段內(nèi)涂覆玻璃纖維21不接受電磁波的照射，該預(yù)定距離大于0.5m。
9.權(quán)利要求7的裝置，其中在第一固化段30-1和第二固化段30-2之間的間隔35中安裝了一個(gè)進(jìn)一步降低涂覆材料25溫度的裝置。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中用于進(jìn)一步降低涂覆材料25溫度的裝置包括一個(gè)圓筒容器36，該容器上有許多朝圓筒容器縱軸沿徑向向內(nèi)伸出的金屬細(xì)桿38。
11.權(quán)利要求9的裝置，其中用于進(jìn)一步降低涂覆材料25溫度的裝置包括一個(gè)或多個(gè)槽輪51，52，這些槽輪與涂覆玻璃纖維21相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及快速固化光纖的裝置及方法,其中運(yùn)動(dòng)光纖上涂有含光激發(fā)劑的涂層,光激發(fā)劑可響應(yīng)第一波長(zhǎng)段的光輻射。涂覆玻璃纖維采用由一冷卻間隔隔開的一對(duì)固化段來固化。每個(gè)固化段中均裝有可發(fā)出第一波長(zhǎng)段光的燈,并完成部分固化?？赏ㄟ^將運(yùn)動(dòng)光纖周圍的熱氣包層剝離,和/或使用槽輪來增強(qiáng)間隔段內(nèi)的冷卻效果。該技術(shù)適用于制造具有一層或多層保護(hù)涂層的光纖。雙層涂覆光纖中,每層的激發(fā)劑分別響應(yīng)不同波段的光輻射。
文檔編號(hào)B29C35/10GK1190084SQ9810362
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1998年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月15日
發(fā)明者R·C·穆爾, C·R·泰勒, J·M·特尼普西德 申請(qǐng)人:盧森特技術(shù)有限公司