光纤拉丝工艺

摘要

本发明公开了一种的光纤拉丝工艺，包括以下步骤：1)熔融拉丝工序：预制棒在2200℃‑2300℃熔融，依靠自身重力下垂拉丝；2)定型冷却工序：预制棒熔融下垂的丝线在定型管中降温至500℃‑600℃；3)拉丝冷却工序：丝线通过冷却装置中的氦气进一步降温至30℃‑80℃；步骤3)中冷却装置包括冷却管，由结构相同的第一侧管和第二侧管组成；金属壁与保温罩之间具有安装腔，金属壁背向保温罩一侧凹陷形成凹槽；一对侧管的凹槽拼接形成冷却腔室，凹槽包括折槽，折槽内装有导片。本发明设计一种的光纤拉丝工艺，设置凹槽、折槽、导片等结构形成的冷却腔室，增加了湍流有效减少了光纤丝线向下移动带形成的层流底层的厚度，进一步提高了氦气冷却效果。

权利要求

1.一种光纤拉丝工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)熔融拉丝工序：预制棒在2200℃-2300℃熔融，依靠自身重力下垂拉丝；

2)定型冷却工序：预制棒熔融下垂的丝线在定型管中降温至500℃-600℃；

3)拉丝冷却工序：丝线通过冷却装置中的氦气进一步降温至30℃-80℃；

步骤3)中所述的冷却装置包括冷却管，所述冷却管由结构相同的第一侧管和第二侧管组成，所述第一侧管和第二侧管在动力装置的作用下垂直分隔或闭合；所述第一侧管和第二侧管均包括位于外侧的保温罩以及套设在保温罩内侧壁的金属壁，所述金属壁与保温罩相连形成横向闭合的结构，金属壁与保温罩之间具有安装腔，该安装腔内充有冷却水，所述金属壁背向保温罩一侧凹陷形成凹槽；所述冷却管闭合时，第一侧管和第二侧管的凹槽相互拼接形成中空的冷却腔室，所述凹槽包括向金属壁内侧凹陷的折槽，所述折槽内装有若干个导片；所述冷却管还包括进气管和抽气管，氦气通过进气管和抽气管进入或流出冷却腔室。

2.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述导片呈弓形，并按同一弓背方向旋转布置。

3.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述进气管和抽气管依次从下至上垂直分隔布置。

4.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述冷却腔室两端设有干燥装置，所述干燥装置内设有干燥剂。

5.如权利要求4所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述氦气的温度在5℃-15℃。

6.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，面对保温罩的金属壁表面具有向内凹陷的孔腔，所述孔腔包括底部和端部，其底部的直径小于小孔端部直径，所述孔腔端部为分叉腔形。

7.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述进气管倾斜向上插入冷却腔室中。

8.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述动力装置为气缸。

9.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述第一侧管和第二侧管相互接触的金属壁外侧边缘上均设有密封垫。

10.如权利要求1所述的光纤拉丝工艺，其特征在于，所述金属壁内部包括冷却腔，所述冷却腔近冷却腔室一端为蒸发段，所述冷却腔近冷却水的一端为冷凝段，所述蒸发段设有工作液，所述冷却腔内壁设有吸液芯；所述工作液在冷却腔室的热量下蒸发，蒸发气体至冷凝段冷凝成液体，该液体在吸液芯的毛细管作用下流回蒸发段。

说明书

光纤拉丝工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤生产领域，特别涉及一种光纤拉丝工艺。

背景技术

[0002] 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成，内层为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径0.1～0.2mm。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1％。根据光的折射和全反射原理,当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。目前通信中所用的光纤一般是石英光纤。石英的化学名称叫二氧化硅(SiO2)，它和我们日常用来建房子所用的砂子的主要成分是相同的。但是普通的石英材料制成的光纤是不能用于通信的。通信光纤必须由纯度极高的材料组成；不过，在主体材料里掺入微量的掺杂剂，可以使纤芯和包层的折射率略有不同，这是有利于通信的。制造光纤的方法很多，目前主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法。

[0003] 现有的光纤生产工艺包括熔融拉丝工序、定型冷却工序、拉丝冷却工序、涂覆工序、固化工序。在定型冷却工序、拉丝冷却工序中，由于氦气的热导性较好(分子量低，仅次于氢气)，现有的生产工艺均使用纯氦气来冷却热光纤，同时使用冷却水冷却与氦气接触的金属壁，而氦气冷却热光纤以及冷却水冷却与氦气接触的金属壁均属于对流传热过程。

[0004] 对流传热过程的影响对流传热速率的因素很多，工程上采用一种简化的方法，即将流体的全部温差集中在厚度为δ的一层薄膜内，但薄膜厚度θ难以测定，所以用α代替λ/δ将对流传热速率写成如下形式：

[0005]

[0006] 此式称为对流传热速率方程式，亦称牛顿冷却定律。

[0007] 式中：Φ－对流传热速率(热流量rw)

[0008] A—传热面积，m2

[0009] ΔT—对流传热温度差(℃/K)

[0010] Tw—与流体接触的壁面温度，℃

[0011] T—流体的平均温度

[0012] α－对流传热系数

[0013] R—对流传热热阻，℃/W

[0014] 由上述公式可知，增加传热面积、降低流体的平均温度(在与流体接触的壁面温度无法控制的条件下)，提高对流传热系数(也即降低对流传热热阻)均能提高对流传热速率，反之亦然。

[0015] 氦气直吹光纤冷却，热光纤向下运动时会带动空气向下运动形成层流底层，同时在拉丝冷却末段氦气与金属壁之间的相对运动也会产生层流底层，两种层流底层会影响热传导效率，但是现有工艺中氦气向上吹光纤容易形成层流效应，降低对流传导系数，且热光纤冷却不仅取决于氦气的冷却效果，同样受冷却水对金属管的冷却效果有直接影响，在长时间连续的生产过程中，冷却腔室金属管的温度较高(提高了与流体接触的壁面温度)，降低了对流传热速率，同时受制于金属管的结构及导热系数的限制，金属管的导热效果有限，同样限制现有冷却水的冷却效果。

发明内容

[0016] 本发明提供一种光纤拉丝工艺，使得现有的光纤拉丝工艺在拉丝冷却的工序层流底层较厚影响氦气冷却效应的缺陷得以解决。

[0017] 为解决上述问题，本发明公开了一种的光纤拉丝工艺，包括以下步骤：

[0018] 1)熔融拉丝工序：预制棒在2200℃-2300℃熔融，依靠自身重力下垂拉丝；

[0019] 2)定型冷却工序：预制棒熔融下垂的丝线在定型管中降温至500℃-600℃；

[0020] 3)拉丝冷却工序：丝线通过冷却装置中的氦气进一步降温至30℃-80℃；

[0021] 步骤3)中所述的冷却装置包括冷却管，所述冷却管由结构相同的第一侧管和第二侧管组成，所述第一侧管和第二侧管在动力装置的作用下垂直分隔或闭合；所述第一侧管和第二侧管均包括位于外侧的保温罩以及套设在保温罩内侧壁的金属壁，所述金属壁与保温罩相连形成横向闭合的结构，金属壁与保温罩之间具有安装腔，该安装腔内充有冷却水，所述金属壁背向保温罩一侧凹陷形成凹槽；所述冷却管闭合时，第一侧管和第二侧管的凹槽相互拼接形成中空的冷却腔室，所述凹槽包括向金属壁内侧凹陷的折槽，所述折槽内装有若干个导片；所述冷却管还包括进气管和抽气管，氦气通过进气管和抽气管进入或流出冷却腔室。本发明设计一种的光纤拉丝工艺，设置凹槽、折槽、导片等结构形成的冷却腔室，折槽和导片产生了螺旋向上的湍流(提高了雷诺数)有效减少了光纤丝线向下移动带入热空气层流底层的厚度，根据对流传热速率方程式，进一步提高了氦气冷却效果。

[0022] 可选的，所述导片呈弓形，并按同一弓背方向旋转布置。呈弓形的导片，按同一弓背方向旋转布置，进一步增强螺旋向上流动氦气湍流效果，提高了氦气冷却效果。

[0023] 可选的，所述进气管和抽气管依次从下至上垂直分隔布置。采取进气管和抽气管依次从下至上垂直分隔布置在增大了各段氦气的流动速度，也有效减少热空气层流底层的厚度，进一步提高了氦气冷却效果。

[0024] 可选的，所述冷却腔室两端设有干燥装置，所述干燥装置内设有干燥剂。

[0025] 可选的，所述氦气的温度在5℃-15℃。采取冷却腔室两端设有干燥装置，所述干燥装置内设有干燥剂，有效减少冷却腔室内水分，在氦气的温度控制在5℃-15℃的条件下，避免了冷却水凝结至光纤上对光纤的物理性能产生的影响。

[0026] 可选的，面对保温罩的金属壁表面具有向内凹陷的孔腔，所述孔腔包括底部和端部，其底部的直径小于小孔端部直径，所述孔腔端部为分叉腔形。底部的直径小于孔腔端部直径，孔腔端部为分叉腔形，在不增加金属壁尺寸的条件下，大大增加了金属壁凹槽的外表面积，也即增加液体与金属壁接触面积，根据对流传热速率方程式，提高了对流传热效率，也就是提高换热效果。

[0027] 可选的，所述进气管倾斜向上插入冷却腔室中。进气管以相对丝线运动的方向吹送氦气，有效的减少阻隔层(丝线向下运动时带动热空气运动而形成的气层)，有效提高冷却效果。

[0028] 可选的，所述动力装置为气缸。

[0029] 可选的，所述第一侧管和第二侧管相互接触的金属壁外侧边缘上均设有密封垫。设置密封垫进一步提高了冷却装置的密封性。

[0030] 可选的，所述金属壁内部包括冷却腔，所述冷却腔近冷却腔室一端为蒸发段，所述冷却腔近冷却水的一端为冷凝段，所述蒸发段设有工作液，所述冷却腔内壁设有吸液芯；所述工作液在冷却腔室的热量下蒸发，蒸发气体至冷凝段冷凝成液体，该液体在吸液芯的毛细管作用下流回蒸发段。采取热管结构的冷却腔大大提高了金属壁的导热效率，解决了现有技术受制于金属管的结构及导热系数的限制的缺陷。

[0031] 与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

[0032] 本发明设计一种的光纤拉丝工艺，设置凹槽、折槽、导片等结构形成的冷却腔室，折槽和导片产生了螺旋向上的湍流(提高了雷诺数)有效减少了光纤丝线向下移动带入热空气层流底层的厚度，根据对流传热速率方程式，进一步提高了氦气冷却效果。

[0033] 另外，呈弓形的导片，按同一弓背方向旋转布置，进一步增强螺旋向上流动氦气湍流效果，提高了氦气冷却效果。采取进气管和抽气管依次从下至上垂直分隔布置在增大了各段氦气的流动速度，也有效减少热空气层流底层的厚度，进一步提高了氦气冷却效果。

[0034] 采取冷却腔室两端设有干燥装置，所述干燥装置内设有干燥剂，有效减少冷却腔室内水分，在氦气的温度控制在5℃-15℃的条件下，避免了冷却水凝结至光纤上对光纤的物理性能产生的影响。

[0035] 采取底部的直径小于孔腔端部直径，孔腔端部为分叉腔形，在不增加金属壁尺寸的条件下，大大增加了金属壁凹槽的外表面积，也即增加液体与金属壁接触面积，根据对流传热速率方程式，提高了对流传热效率，也就是提高换热效果。进气管以相对丝线运动的方向吹送氦气，有效的减少阻隔层(丝线向下运动时带动热空气运动而形成的气层)，有效提高冷却效果。设置密封垫进一步提高了冷却装置的密封性。

[0036] 采取热管结构的冷却腔大大提高了金属壁的导热效率，解决了现有技术受制于金属管的结构及导热系数的限制的缺陷。本发明结构简单、效果良好、成本低廉。

附图说明

[0037] 图1是本发明实施例的工艺流程图；

[0038] 图2是本发明实施例的冷却装置的结构示意图；

[0039] 图3是本发明实施例局部放大的孔腔结构示意图；

[0040] 图4是本发明实施例的导片布置(俯视或仰视)结构示意图；

[0041] 图5是本发明实施例的冷却腔结构示意图；

[0042] 图6是本发明实施例的冷却管及动力装置结构示意图；

[0043] 图7是本发明实施例的第一侧管立体结构示意图。

[0044] 1、冷却装置，2、冷却管，3、第一侧管，4、第二侧管，5、动力装置，6、保温罩，7、金属壁，8、安装腔，9、冷却腔室，10、孔腔，11、密封垫，12、冷却腔，23、干燥装置，71、凹槽，101、底部，102、端部，121、蒸发段，122、冷凝段，123、吸液芯，141、折槽，142、导片。

具体实施方式

[0045] 下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

[0046] 本发明公开了一种的光纤拉丝工艺，包括以下步骤(见附图1)：

[0047] 1)熔融拉丝工序：预制棒在2200℃-2300℃熔融，依靠自身重力下垂拉丝；

[0048] 2)定型冷却工序：预制棒熔融下垂的丝线在定型管中降温至500℃-600℃；

[0049] 3)拉丝冷却工序：丝线通过冷却装置中的氦气进一步降温至30℃-80℃。

[0050] 实施例一：本发明实施例提供了一种冷却装置1(见附图2、3、4、5、6、7)，应用于步骤3)中，所述的冷却装置1冷却装置包括冷却管2，所述冷却管由结构相同的第一侧管3和第二侧管4组成，所述第一侧管3和第二侧管4在动力装置5的作用下垂直分隔或闭合；所述第一侧管3和第二侧管4均包括位于外侧的保温罩6以及套设在保温罩6内侧壁的金属壁7，所述金属壁7与保温罩6相连形成横向闭合的结构，金属壁7与保温罩6之间具有安装腔8，该安装腔8内充有冷却水，所述金属壁7背向保温罩6一侧凹陷形成凹槽71；所述冷却管2闭合时，第一侧管3和第二侧管4的凹槽71相互拼接形成中空的冷却腔室9，所述凹槽71包括向金属壁7内侧凹陷的折槽141，所述折槽141内装有若干个导片142；所述冷却管2还包括进气管和抽气管，氦气通过进气管和抽气管进入或流出冷却腔室9。本发明设计一种的光纤拉丝工艺，设置凹槽71、折槽141、导片142等结构形成的冷却腔室9，折槽141和导片142产生了螺旋向上的湍流(提高了雷诺数)有效减少了光纤丝线向下移动带入热空气层流底层的厚度，根据对流传热速率方程式，进一步提高了氦气冷却效果。

[0051] 所述导片142呈弓形，并按同一弓背方向旋转布置。呈弓形的导片142，按同一弓背方向旋转布置，进一步增强螺旋向上流动氦气湍流效果，提高了氦气冷却效果。所述进气管和抽气管依次从下至上垂直分隔布置。采取进气管和抽气管依次从下至上垂直分隔布置在增大了各段氦气的流动速度，也有效减少热空气层流底层的厚度，进一步提高了氦气冷却效果。所述冷却腔室9两端设有干燥装置23，所述干燥装置23内设有干燥剂。所述氦气的温度在5℃。本实施例中可采用的干燥剂有氯化钙固体颗粒等等，并定期回收重制。

[0052] 面对保温罩的金属壁7表面具有向内凹陷的孔腔10，所述孔腔10包括底部101和端部102，其底部101的直径小于小孔端部102直径，所述孔腔10端部102为分叉腔形。采取底部101的直径小于孔腔10端部102直径，孔腔10端部102为分叉腔形，在不增加金属壁7尺寸的条件下，大大增加了金属壁7凹槽71的外表面积，也即增加液体与金属壁7接触面积，根据对流传热速率方程式，提高了对流传热效率，也就是提高换热效果。所述进气管倾斜向上插入冷却腔室9中。进气管以相对丝线运动的方向吹送氦气，有效的减少阻隔层(丝线向下运动时带动热空气运动而形成的气层)，有效提高冷却效果。所述动力装置5为气缸。所述第一侧管3和第二侧管4相互接触的金属壁7外侧边缘上均设有密封垫11。设置密封垫11进一步提高了冷却装置1的密封性。

[0053] 所述金属壁7内部包括冷却腔12，所述冷却腔12近冷却腔室9一端为蒸发段121，所述冷却腔12近冷却水的一端为冷凝段122，所述蒸发段121设有工作液，所述冷却腔12内壁设有吸液芯123；所述工作液在冷却腔室9的热量下蒸发，蒸发气体至冷凝段冷凝成液体，该液体在吸液芯123的毛细管作用下流回蒸发段121。采取热管结构的冷却腔12大大提高了金属壁7的导热效率，解决了现有技术受制于金属管的结构及导热系数的限制的缺陷。本发明中工作液采取低温工作液(例如乙醇、甲醇、丙酮等)。

[0054] 实施例二：所述氦气的温度在15℃。采取冷却腔室两端设有干燥装置，所述干燥装置内设有干燥剂，有效减少冷却腔室内水分，在氦气的温度控制在5℃-15℃的条件下，避免了冷却水凝结至光纤上对光纤的物理性能产生的影响。

[0055] 本发明实施例实施时，将5℃—15℃氦气通过进气管进入冷却腔室，在凹槽以及其包括的折槽、导片的作用下，形成湍流破坏光纤带入空气层流底层，氦气通过抽气管抽出冷却腔室。干燥装置对进入冷却腔室的空气进行干燥减少进入冷却腔室的水分。冷却腔室热的氦气与金属壁进行热交换，使得冷却腔的工作液蒸发，在冷却腔的冷凝段冷凝，在吸液芯的毛细管作用西回流至蒸发段，完成热传递循环。冷却水在安装腔流动时会流入孔腔，进行热交换。

[0056] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。