【關(guān)鍵詞】光纖、拉絲、涂覆、固化 一、引言 光纖拉絲過程是制造光纖的基本步驟之一。光纖預(yù)制棒被饋送系統(tǒng)送進(jìn)高于2000~C高溫的熔爐中加熱，預(yù)制棒軟化后以細(xì)絲的形式從爐子下部出口拉出，經(jīng)過監(jiān)控裸光纖直徑的測(cè)徑儀并作適當(dāng)冷卻后，在裸光纖玻璃表面的微裂紋尚未因外界環(huán)境影響而開始擴(kuò)散前，在清潔的光纖表面迅速涂上兩層紫外光固化丙烯酸樹脂加以保護(hù)。在涂層固化之后，光纖被卷繞在收線盤上，為隨后工序作好準(zhǔn)備。在光纖上涂覆涂層的目的是保護(hù)裸光纖不同外界塵埃粒子接觸，這些粒子能明顯地降低光纖的強(qiáng)度，涂層還能防止外界的水分浸蝕光纖，避免損耗增大。涂層除了能提供強(qiáng)度保護(hù)外，它還能在各種環(huán)境中對(duì)光纖提供微彎保護(hù)，防止應(yīng)力集中及光纖中產(chǎn)生氣泡。
對(duì)于普通的光纖，一般采用兩層涂層對(duì)光纖加以保護(hù)，內(nèi)涂層為低彈性模量(柔軟)的材料，保護(hù)光纖的表面不受外界損傷，同時(shí)作為光纖與外界應(yīng)力的緩沖帶；外涂層為高彈性模量(較堅(jiān)硬)的材料，為光纖提供耐磨性，同時(shí)也有一定的強(qiáng)度。光纖涂層能同時(shí)經(jīng)過一個(gè)涂覆器或者分別被二個(gè)涂覆器涂覆。前者叫做濕對(duì)濕涂覆(wet一。n—wet)，后者叫做濕對(duì)干涂覆(wet—on—dry)。
作為拉絲生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，光纖涂覆材料和涂覆過程對(duì)成品光纖質(zhì)量的影響不可輕視：高質(zhì)量的光纖要求有高精度且比較穩(wěn)定的外徑，要有高的機(jī)械強(qiáng)度，好的衰減，還要盡量少的缺陷，這些都與光纖涂覆有著直接或間接的關(guān)系。當(dāng)增加拉絲速度的時(shí)候，拉絲過程中成功的涂覆工藝是得到高品質(zhì)光纖的一個(gè)極為重要因素，同時(shí)這又是一個(gè)主要的研究區(qū)域。 二、影響光纖涂覆質(zhì)量的因素及其控制方法
一般來說，影響涂覆質(zhì)量的因素主要有以下這幾方面： 奪涂料的性能及涂層固化 ◇模具 ◇光纖的冷卻
1．涂料性能對(duì)光纖涂覆質(zhì)量的影響 涂料本身性能會(huì)影響光纖涂覆的穩(wěn)定性、生產(chǎn)速度、光纖表面光潔度，光纖外觀(顏色及其穩(wěn)定性)。涂料的粘度會(huì)影響拉絲生產(chǎn)時(shí)在涂覆模具中的流動(dòng)性，與涂覆質(zhì)量密切相關(guān)，因此應(yīng)選用一種高品質(zhì)的涂料，在適當(dāng)?shù)臏囟鹊乃俣认逻M(jìn)行生產(chǎn)，以保證生產(chǎn)過程中 不會(huì)出現(xiàn)因涂料本身的原因而產(chǎn)生的涂覆不均勻，甚至斷流的現(xiàn)象。光纖的外觀對(duì)其質(zhì)量也有較大的影響，光纖表面的光潔度也是和涂料的流動(dòng)性有很大關(guān)系的，光纖表面光潔度的提高有助于減小光纖在收線時(shí)產(chǎn)生的附加衰減；而光纖的顏色則是和涂料的成份有很大的關(guān)系，涂料中光引發(fā)劑量的多少直接影響到光纖顏色的穩(wěn)定性，過量的光引發(fā)劑在涂層的固化過程中不能完全消耗，受光和熱的作用下會(huì)進(jìn)行分解，而光引發(fā)劑不足則會(huì)引起涂層固化不完全，同樣會(huì)使光纖發(fā)粘變黃。當(dāng)然，光纖涂層的固化過程也對(duì)其顏色有影響，過固化就會(huì)使其顏色變黃。CDSEI使用適合光纖高速拉絲的專用涂料，能在高速下得到完好的涂覆質(zhì)量。CDSEI的專用涂料，有較好的抗靜電性能。使用CDSEI的專用涂料制造的光纖適合于制造帶纖。涂層的固化度：如固化度不足，則會(huì)影響光纖的衰減、外觀及后續(xù)工序的使用；如固化過度，則可能會(huì)引起光纖涂層降解。現(xiàn)在光纖工業(yè)中常用的UV固化涂料是通過UV光纖的輻照，使涂料中光引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)丙烯酸樹脂的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，整個(gè)反 應(yīng)在不到lms的時(shí)間內(nèi)完成。涂層固化好壞與涂料本身很大的關(guān)系，它決定了此種類型的涂料是否適合高速拉絲生產(chǎn)。另外還有涂料以外的影響固化的因素：①固化區(qū)域內(nèi)UV光強(qiáng)度是影響到自由基產(chǎn)生的數(shù)量②氧氣的阻聚作用。光纖涂層的表面固化度可以通過FTIR 來測(cè)定，根據(jù)固化度的測(cè)量結(jié)果來對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整。使用專用涂料可在高速生產(chǎn)時(shí)使涂層得到很好的固化。在生產(chǎn)中，可以對(duì)UV燈光強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果與涂層的固化度進(jìn)行對(duì)照分析，由此判斷UV光強(qiáng)度充足與否。另外UV燈的定期維護(hù)；UV燈石英管中氮?dú)饫镅鯕夂康臏y(cè)定，UV燈進(jìn)氣方式的優(yōu)化也是影響固化度的重要因素。CDSEI在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)UV光強(qiáng)度和UV燈石英管中氮?dú)饫镅鯕夂慷歼M(jìn)行了測(cè)定和控制，從而保證了涂層的固化度滿足要求。
2．模具 光纖的涂層是通過涂覆模具施加的，因此它對(duì)涂覆的影響也是非常大的。 涂覆方式：光纖涂層的涂覆方式一般分為單涂覆(wet on wet)與雙涂覆(wet on dry)，但它們本質(zhì)上沒有區(qū)別。單涂覆可以節(jié)約較大的空間，使拉絲塔總體高度下降，同時(shí)，如果模具調(diào)節(jié)好的話，生產(chǎn)出來的光纖同心度會(huì)很好，但是模具使用前的調(diào)節(jié)非常重要，需要比較高的技能和技巧。雙涂覆則不需要對(duì)模具進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，使用前的準(zhǔn)備工作相對(duì)簡單，但是因?yàn)槭欠珠_進(jìn)行涂覆，這種情況下占用了較多的拉絲塔空間，拉絲塔相對(duì)要高一些。不管是哪一種涂覆方式，只要工藝參數(shù)得當(dāng)，操作正確，都可以得到高涂覆質(zhì)量的光纖。 孔徑：出口模的孔徑直接影響到光纖涂覆后的直徑，因此選取適當(dāng)孔徑的涂覆模具非常重要。我們通過調(diào)整模具尺寸及工藝參數(shù)，使CDSEI光纖外徑中心值保持在245±2 u m范圍內(nèi)。CDSEI光纖外徑數(shù)據(jù)見．表]。
表l：光纖外徑分布
出口模形狀：出口模的形狀會(huì)影響光纖涂覆直徑在拉絲，尤其是高速拉絲時(shí)的穩(wěn)定性。在CDSEI原來的實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)拉絲速度達(dá)到某一固定值時(shí)，即使進(jìn)入涂覆模的光纖溫度處于理想狀態(tài)，光纖涂覆質(zhì)量還是會(huì)急速下降，涂覆直徑無法穩(wěn)定，涂層同心度變差。在更改涂覆模出口模形狀并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化之后，我們使光纖涂覆在高生產(chǎn)速度下(1200m／min)達(dá)到了一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，同時(shí)光纖涂層同心度性能方面也有很大程度的提高。 CDSEI光纖同心度數(shù)據(jù)見．表2。
表2：光纖外徑對(duì)包層同心度誤差分布
模具的清潔：拉絲生產(chǎn)中，涂覆模具的清潔也非常重要。如果涂覆模具出口不清潔，會(huì)影響出口模的形狀，不圓的出口模會(huì)使涂覆不穩(wěn)定，生產(chǎn)出的光纖涂層不圓度增大，同心度變差，或是涂層表面不光滑。對(duì)于內(nèi)涂覆模來說，出口模或?qū)５牟磺鍧嵾€增加了裸光纖與異物接觸的機(jī)會(huì)，有可能會(huì)大幅度影響光纖的強(qiáng)度。
模具上的異物主要是上次拉絲生產(chǎn)后未清潔的涂料，或是涂料固化過程中的揮發(fā)物形成的致密殼狀物，生產(chǎn)過程中還有可能有其它的外界物質(zhì)進(jìn)入到模具之中。因此，每次生產(chǎn)之前，涂覆模具必須進(jìn)行全面的清洗。模具清洗過程中，超聲波清洗機(jī)和顯微鏡均是必不可少的。
涂覆平臺(tái)：好的涂覆平臺(tái)可以讓操作者比較容易調(diào)節(jié)涂覆模具的水平位置(x、Y位置)和傾斜角度，從而得到好的涂覆同心度。CDsEI采用專用涂覆平臺(tái)，可以輕易對(duì)涂覆模的水平位置和傾斜角度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，從而對(duì)涂覆模的水平位置和傾斜角度進(jìn)行精確定位。
3．光纖進(jìn)入涂覆模具時(shí)的溫度 在涂覆模中，只有把光纖表面溫度和涂覆系統(tǒng)配套考慮，才能維持比較穩(wěn)定的涂覆狀
光纖表面溫度的測(cè)量很重要，只有掌握手詳細(xì)的資料才能對(duì)涂覆狀況作出初步的判斷。我們使用專用的溫度測(cè)量裝置對(duì)光纖表面溫度進(jìn)行在線測(cè)量，了解光纖冷卻狀態(tài)。光纖冷卻方式與效率對(duì)光纖表面溫度的影響很大，在高速拉絲時(shí)更是如此，它總是和光纖涂覆聯(lián)系在一起的。其一，冷卻管的形式，采用開合式冷卻管，可方便操作，但需要解決密封問題以提高冷卻效率；其二，氣體流量，氣體流量大對(duì)光纖的冷卻更有利；其三，氣體進(jìn)氣方式，氣體的進(jìn)氣方式的優(yōu)化可以在很大程度上提高冷卻效率。三、常見光纖涂覆缺陷
涂層中的氣泡：如果光纖涂層中含有氣泡，會(huì)大大增加光纖的溫度敏感性能，因此生產(chǎn)中要避免氣泡進(jìn)入涂層之中。涂層中的氣泡，可分為內(nèi)涂層與裸光纖界面上、內(nèi)外涂層界面上、內(nèi)涂層中及外涂層中。在光纖涂層中有少量氣泡時(shí)，一般外觀上沒有特別之處；但在顯微鏡下可以明顯觀察到。若有大量氣泡，則會(huì)有發(fā)白的現(xiàn)象，見圖1。
圖l：涂層中的氣泡 圖2：涂層中的異物
涂層中的異物：光纖涂層中的異物主要是纖維或是固化后的涂料(主要發(fā)生在二次涂覆)及結(jié)晶的涂料，也有可能是其它的物質(zhì)。見圖2。當(dāng)涂層中有異物時(shí)，一般都有會(huì)伴隨有不正常涂覆現(xiàn)象，因此可以比較容易進(jìn)行取樣分析
。 涂層直徑突變：即通常說的coating flaw或lump，它會(huì)對(duì)光纖后續(xù)生產(chǎn)工序，尤其是著色造成比較大的影響，見圖3、4。涂層直徑突變可分為直徑變大和變小兩種，涂層直徑變小時(shí)通常不會(huì)對(duì)后續(xù)工藝產(chǎn)生大的影響，但是涂層直徑變大時(shí)，可能會(huì)在光纖著色過程中造成涂層被著色模具損傷，使光纖強(qiáng)度等方面受到影響，或是引起光纖著不上色的現(xiàn)象。
圖3：涂層直徑突變(直徑變小) 圖4：涂層直徑突變(直徑變大)
內(nèi)外涂層相混：發(fā)生這種情況時(shí)，光纖外徑無大的變化，但是在顯微鏡下可以觀察到光纖涂層內(nèi)外層的界面不清晰，有時(shí)有多層界面出現(xiàn)的情況，見圖5、6。
圖5：內(nèi)外涂層相混 圖6：內(nèi)外涂層相混(截面)
涂層剝離：此現(xiàn)象發(fā)生在裸光纖與內(nèi)涂層之間，見圖7。
圖7：涂層剝離
對(duì)于涂層中的氣泡、異物、直徑突變、內(nèi)外層相混、涂層剝離等涂覆缺陷，CDSEI進(jìn)行了認(rèn)真詳實(shí)的分析，針對(duì)產(chǎn)生的原因進(jìn)行持續(xù)的工藝調(diào)整和設(shè)備改進(jìn)，從而得到了良好而可靠的涂覆質(zhì)量。 四、結(jié)論
良好的涂覆是得到高品質(zhì)光纖的一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。因此在拉絲生產(chǎn)中必須對(duì)可能影響光纖涂覆質(zhì)量的因素進(jìn)行監(jiān)控，不斷對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，以期由此得到穩(wěn)定的光纖涂覆質(zhì)量
