光纤拉丝工艺资料资料讲解

第四章 光纤制造技术
在正常状态，若预制棒的馈送速度为V，光纤的拉丝速度为 Vf，预制棒的外径为D，裸光纤的外径为d。根据熔化前的棒体 容积等于熔化拉丝后光纤的容积的特点，可知，前三者与光纤 的外径有如下关系：
VD2=Vfd2
因此，光纤的外径可由上式给出：d2=VD2/Vf
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(3)加热装置 热源不仅要提供足以熔融石英玻璃的2000ºC以上高温，还必 须在拉制区域能够非常精确的控制温度，因为在软化范围内， 玻璃光纤的精度随温度而变化，在此区域内，任何温度梯度 的波动都可能引起不稳定性而影响光纤直径的控制。同时， 由于2000ºC的高温已超过一般材料的熔点，因而加热炉的设 计是拉丝技术的又一关键技术。常用的拉丝热源有：(1)气体 喷灯；(2)各种电阻及感应加热炉；(3)大功率CO2激光器。
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3、关键技术： (1)馈送速度 预制棒送入高温加热炉内的馈送速度主要取决于高温炉的结构、 预制棒的直径、光纤的外径尺寸和拉丝机的拉丝速度，一般约 为0.002～ 0.003cm/s。 (2)外径控制 在拉丝工艺中不需要模具控制光纤的外径，因为模具会在光纤 表面留下损伤的痕迹，降低光纤的强度。绝大多数光纤制造者 是将高温加热炉温度和送棒速度保持不变，通过改变光纤拉丝 速度的方法来达到控制光纤外径尺寸的目的。
第四章 光纤制造技术
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2、操作工艺 将已制备好的预制棒安放在拉丝塔（机）上部的预制棒馈送机 构的卡盘上。馈送机构缓慢地将预制棒送入高温加热炉内。在 Ar气氛保护下，高温加热炉将预制棒尖端加热至2000ºC，在此 温度下，足以使玻璃预制棒软化，软化的熔融态玻璃从高温加 热炉底部的喷嘴处滴落出来并凝聚形成一带小球细丝，靠自身 重量下垂变细而成纤维，即我们所说的裸光纤。将有小球段纤 维称为“滴流头”，操作者应及时将滴流头去除，并预先采用 手工方式将已涂覆一次涂层的光纤头端绕过拉丝塔上的张力轮、 导轮、牵引轮后，最后绕在收线盘上。然后再启动自动收线装 置收线。
第四章 光纤制造技术
①气体喷灯：历史上应用火焰燃烧器把高温玻璃拉制成纤维 的例子甚多，一般都采用氢氧或氧-煤气喷灯，这种加热设备 本身存在火焰骚动问题，因而拉制的光纤外径尺寸控制精度 一直不高。目前，这种方法极少应用。
②石墨加热炉(石墨电阻炉)：采用直流或工频交流电源为石墨 炉加热，在加热中为防止石墨材料在高温下发生氧化，进而产 生粉尘污染，一般需采用惰性气体如Ar气或氮气进行气氛保护。 由于加热炉中充入Ar保持，而炉内Ar的紊乱流动将导致炉内温 度的变化。因此必须对保护气体Ar的流量进行控制，以保持炉 温的稳定。在拉制光纤时，需安装光纤外径测量仪反馈测量光 纤外径的变化情况，因此可通过这一反馈测量值的变化来控制 保护气体Ar的流量，使光纤外径的变化量控制在允许（1um） 范围内。
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二、涂覆
通过测径仪后光纤要经过足够的冷却时间才可进行涂覆。
光纤一次涂覆工艺之所以称为“一次涂覆”是相对二次涂 覆而言。一次涂覆是对光纤最直接的保护，所以显得尤为 重要。 SiO2玻璃是一种脆性易断裂材料，在不加涂覆材料时，由于 光纤在空气中裸露，致使表面缺陷扩大，局部应力集中，易 造成光纤强度极低，为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯 曲强度，实现实用化，需要给裸光纤涂覆一层或多层高分子 材料，
第四章 光纤制造技术
第四章 光纤制造技术
第四节 光纤拉丝技术及涂覆工艺
第四章 光纤制造技术
第四节 光纤拉丝技术及涂覆工艺
光纤拉丝：将制备好的光纤预制棒，利用某种加热设备加热熔 融后拉制成直径符合要求的细小光纤纤维，并保证光纤的芯/包 直径比和折射率分布形式不变的工艺操作过程。
在拉丝操作过程中，最重要的技术：如何保证不使光纤表面受 到损伤并正确控制芯/包层外径尺寸及折射率分布形式。 如果光纤表面受到损伤，将会影响光纤机械强度与使用寿命， 而外径发生波动，由于结构不完善不仅会引起光纤波导散射损 耗，而且在光纤接续时，连接损耗也会增大，因此在控制光纤 拉丝工艺流程时，必须使各种工艺参数与条件保持稳定。
第四章 光纤制造技术
一次涂覆工艺：将拉制成的裸光纤表面涂覆上一层弹性模量比 较高的涂覆材料。
作用：保护拉制出的光纤表面不受损伤，并提高其机械强度， 降低衰减。
在工艺上，一次涂覆与拉丝是相互独立的两个工艺步骤，而在 实际生产中，一次涂覆与拉丝是在一条生产线上一次完成的。
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一、拉丝工艺
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③氧化锆(ZrO2)感应加热炉：利用氧化锆材料在常温下为绝缘 体，接近1500ºC时，就会变成导体的特点而设计制造。其本身 既可作炉管又是加热体，在高频感应场中加热。因为氧化锆的 氧化温度在2500ºC。因此氧化锆感应炉一般不需要气氛保护， 但在制造光纤时，为隔离空气降低制造过程中产生的衰减，必 须充Ar气进行气氛保护。 ④高功率激光器：用激光拉制光纤的清净度是各种方法无法比 拟的，因为在拉丝过程中，激光器自身不会带来任何污染；而 在光纤直径的控制上，在不需控制环的帮助下，大长度光纤直 径的偏差小于标准值的1%，且加热温度稳定不变。常用的激 光器为CO2激光器。
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1、涂覆层的作用(双层)： ①内层：选择折射率比石英玻璃偏大且弹性模量较低的 聚合物涂层→吸收透过包层得多余光和保护光 纤表面损伤、使用中缓冲外界应力； ②外层：硬、弹性模量高→防止磨损和提供强度
1、拉丝装置组成 光纤预制棒的拉丝机由五个基本部分构成：(1)光纤预制棒馈 送系统；(2)加热系统；(3)拉丝机构；(4)各参数控制系统；(5) 水冷却和气氛保护及控制系统。五者之间精确的配合构成完整 拉丝工艺。 具体的机械和电气设备系统包括：机械系统拉丝塔架、送棒及 调心系统、加热炉、激光测径仪、牵引装置、水气管路系统， 电气部分送棒控制及调心控制系统、加热炉控制系统、外径测 控系统、牵引控制系统、冷却水及保护气氛控制系统、人机界 面、PLC信号处理系统等。