专利名称：高速拉制光纤的方法 为了低成本大规模生产光纤，采用更大尺寸的光纤预制棒和更高的拉制速度成为光纤制造厂家追求的目标。但是随着拉丝速度的提高，拉制过程中光纤更容易受到外界的影响，尤其是光纤在高的拉制速度下光纤涂层容易受到损害。传统的光纤拉制工艺和主要装置如图1所示。该拉制装置包括一个拉丝炉2，预制棒1在馈送机构(未示出)的作用下按一定速率送入拉丝炉2中。预制棒1在拉丝炉2中被加热到2000～2400℃，从预制棒软化的底部抽出裸光纤3，其外径由外径测量装置4测量，裸光纤直径一般为125μm。裸光纤3经过适当的冷却后进入涂敷器，在光纤周围涂上树脂以保护光纤不受伤害，该树脂涂层由UV可固化树脂制成，由UV固化炉固化。经过内涂层涂敷器5及固化炉6和外涂层涂敷器9及固化炉10固化后涂敷光纤11外径约为250μm，由直径测量装置(未示出)测量。然后涂敷光纤11经过导向轮14在牵引装置的作用下缠绕在收丝筒(未示出)上。为了降低光纤的偏振模色散(PMD)，光纤拉制设备采用如图2所示的一种搓动装置13，通过搓动固化后的涂敷光纤11以降低光纤PMD。该装置安装在固化炉10出口和导向轮14之间。中国专利申请03118858.3公开了这种搓动装置降低光纤PMD的原理和使用实例。当拉丝速度不太高的时候，无论是裸光纤还是涂敷光纤都有较充分的冷却时间，使光纤的拉制过程在合理的温度制度下进行，包括从UV固化炉出来的涂敷光纤11在到达搓动装置13前可以通过自然空气冷却的方法被充分冷却。近年来，光纤拉制速度不断提高，特别是拉制速度提高到1000m/min到1500m/min乃至更高速率后，由于光纤在各区域停留的时间缩短，使光纤拉制过程中的温度变化有了很大不同，尤其是固化后的涂敷光纤在空气中自然冷却的时间显著变短。由于光纤在固化炉中的温度可以达到几百度，冷却时间的缩短使光纤处于较高的温度。光纤涂层在较高的温度下受搓动装置挤压造成变形，同时，过高的温度还会影响内涂层与裸光纤的粘合强度。公开的中国专利申请03131484.8提出了一种高速拉丝时解决光纤涂层变形的方法，通过控制UV固化炉的出口与用于拉伸具有UV固化的树脂涂层的光纤的卷筒的入口部分之间的通行线长度，使树脂涂层有充分固化的反应时间，在高速拉伸光纤时不会由于卷筒而变形。但这种方法只适合于没有搓动装置的光纤拉制设备，光纤变形主要是受卷筒轮和卷筒带的挤压造成的。公开的中国专利申请03104378.X提供了一种高速拉丝时解决光纤涂敷问题的方法。在裸光纤进入涂敷装置前把它冷却到60～110℃，使树脂涂层与裸光纤之间的粘合力得到改善，并保证树脂得到充分的固化。这种方法没有解决涂敷光纤受搓动装置挤压变形的问题。

本发明的一个目的是提供一种高速光纤拉制方法，通过对固化后的涂敷光纤进行强制冷却，使UV可固化树脂充分固化，能够保证高速拉丝条件下涂敷光纤不被挤压变形和损伤，并改善光纤的微弯性能。
该方法包括在内涂层固化炉的出口和外涂层涂敷器之间安装冷却装置，对涂敷内涂层后的光纤强制冷却，使光纤内涂层充分固化。
这个冷却装置是冷却管(下面称之为“冷却管A”)，冷却管的长度不小于0.5m，不超过3m；将冷却水注入冷却管，使冷却管的温度控制在10℃到30℃，优选的在18℃到25℃；冷却管中通入气体，如氦气、氮气或空气等气体中的一种或多种，优选氦气与氮气的混合气体，根据拉丝速率调整气体流量。
本发明中，用冷却管A冷却内涂层不仅能促进内涂层的固化，也能影响裸光纤与内涂层的结合，改善光纤的微弯性能，降低光纤的微弯衰减。
在外涂层固化炉出口与搓动装置之间安装冷却装置，对涂敷外涂层后的光纤强制冷却，使光纤外涂层充分固化。这个冷却装置可以是冷却管，也可以是气体吹扫装置。
从图4可以看到(见“Tan Delta”线)，外涂层存在一个最佳温度，在这个温度外涂层的模量达到最大，从而保护光纤不受损伤。涂敷光纤从UV固化炉的高温环境出来后，通过本发明的冷却装置进行强制冷却，使涂敷光纤的温度达到这个最佳温度。
根据本发明，该冷却装置是一个冷却管(下面称之为“冷却管B”)，冷却管的长度不小于0.5m，不超过1.5m；将冷却水注入冷却管，使冷却管的温度控制在10℃到40℃，优选的在15℃到25℃；在冷却管中导入气体，如氦气、氮气或空气等气体的一种或多种。根据不同气体的密度，通入的冷却管的方向不同，优选气体是氦气和氮气的一种或两种。气体流量为0.5到15L/min，优选的在2L/min到5L/min；本发明在不对拉丝装置和工艺做大的改动情况下，解决高速拉丝条件下光纤涂层变形和损伤问题，同时改善光纤的微弯性能。光纤的内涂层要求与裸光纤紧密结合，使光纤抗微弯性能好。外涂层要求模量大，具有好的机械强度，以保护光纤不受损伤。如图3所示，本发明在内涂层UV固化炉6出口和外涂层涂敷器9之间增加了一个冷却装置8，以及在外层涂层UV固化炉10出口和搓动装置13之间增加一个冷却装置12，通过对涂敷光纤进行强制冷却使UV可固化树脂充分固化，充分发挥内外涂层的特点，保护高速拉丝条件下的光纤免受搓动装置13挤压而变形和损伤，并使光纤具有好的抗微弯性能。在现有拉丝装置和工艺条件下，光纤拉制速度最高只能达到1000m/min，若拉制速度再提高就存在光纤挤压变形和损伤，本发明在不改变现有拉丝装置和工艺条件，增加冷却装置，可使光纤拉制速度提高到1500m/min，使光纤拉制速度提高了50％。相应的冷却装置结构简单，适于大规模使用而不增加光纤制造成本。
本发明的其他和进一步的特征和优点将从附图和下面的描述中得到更为全面的阐述和理解。


图1是传统的拉丝工艺示意图；图2是本发明所适用的拉丝工艺示意图；图3是本发明改进的拉丝工艺示意图；图4外涂层动态机械分析图(DMA)，显示了温度与模量的关系；图5是涂敷光纤冷却管通氮气冷却的示意图；图6是涂敷光纤冷却管通氦气冷却的示意图。

实施例1在光纤拉制过程中，通过监测装置控制裸光纤的外径为125μm，冷却管A中的气体流量和温度见表1，固化后的涂敷光纤外径约为245μm。从固化炉出来的涂敷光纤进入冷却管，再穿过搓动装置，在牵引装置的作用下缠绕在收丝筒上。
当拉丝速度达到1200m/min时，调整冷却管A的气体流量和温度(见表1)，同时开启冷却管B。冷却管B中的冷却水温度为20℃，从冷却管顶部向冷却管中通入氮气对光纤进行强制冷却，氮气流量为2.5L/min。如图5所示。
由此方法拉制的光纤涂层没有变形和损伤，并且光纤微弯性能符合产品要求。作为对比，在1200m/min速度下，如果不采用本发明所描述的这种强制冷却方法，则光纤的涂层易被PMD搓动装置挤压变形和损伤。
表1 冷却管A气体流量与温度

实施例2光纤拉制过程同实施例1，当拉丝速度达到1500m/min时，冷却管A的气体比例、流量和温度见表2，冷却管B中的冷却水温度为15℃，从冷却管底部向冷却管中通入氦气对光纤进行强制冷却，氦气流量为5L/min。如图6所示。
由此方法拉制的光纤涂层没有变形和损伤，并且光纤微弯性能符合产品要求，而如果不采用本发明所描述的这种强制冷却方法，则光纤的涂层被PMD搓动装置严重挤压变形和损伤。
表2 冷却管A气体流量与温度


本领域的普通技术人员知道，在不偏离本发明范围的条件下可以对本发明做各种改进和变化。如本发明所提出的冷却装置不限定是冷却管，还可以是其他的冷却装置，如冷却气体吹扫装置，将经过冷却后的气体，如氦气、氮气或空气等气体中的一种或多种，通过环形气嘴，形成气帘对涂敷外涂层的光纤进行强制冷却。因此，本发明将包括这些改进和变化，只要它们在所附权利要求范围及其等价内容以内。
如上所述，本发明可以使光纤在以1200m/min或更高的速度拉丝时，光纤涂层得到充分的固化，从而不被搓动装置所损伤，使生产效率得到提高。


本发明涉及一种高速拉制光纤的方法，在内涂层UV固化炉6出口和外涂层涂敷器9之间增加了一个冷却装置8，以及在外层涂层UV固化炉10出口和搓动装置13之间增加一个冷却装置12，通过对涂敷光纤进行强制冷却使UV可固化树脂充分固化，充分发挥内外涂层的特点，保护高速拉丝条件下的光纤免受搓动装置13挤压而变形和损伤，并使光纤具有好的抗微弯性能。本发明在不对拉丝工艺做大的改动情况下，解决高速拉丝条件下光纤涂层变形和损伤问题，同时改善光纤的微弯性能。相应的冷却装置结构简单，适于大规模使用而不增加光纤制造成本。