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破译光纤拉丝高效率密码

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  2000年光纤的紧缺使得国内许多光通信企业甚至非本行业内企业纷纷上马光纤项目,随着北美通信泡沫经济的破灭,整个行业一落千丈,马上出现了光纤市场供大于求的局面,一些厂家纷纷破产改行或停产关门。从2005年以来光纤市场出现了回暖现象,但光纤的价格仍处于低谷,这对于光纤成产厂家造成很大的压力,要在这种微利甚至无利时代求得生存,只有走降低光纤生产成本之路。提高光纤拉丝效率是降低生产成本行之有效的方法之一,提高光纤拉丝速度和减少降温停机时间是提高拉丝效率的两种主要方式。

  提高光纤拉丝速度

  拉丝速度从某种意义上来说是衡量一个光纤厂家拉丝水平的标志之一。随着预制棒制造工艺的提高,光棒的尺寸是越来越大,光纤拉丝速度也是越来越高,从最初的200~300m/min到后来的800~1000m/min甚至更高,目前最高的拉丝速度已经达到了1500m/min。提高拉丝速度对工艺带来的影响是最直接的,除了涂覆压力,模具温度,光纤涂覆同心度外,光纤的缓慢冷却也及其重要,此外还会影响光纤的翘曲度。在高速拉丝状态下,涂覆压力会急剧增加,为了限制涂覆压力的剧增就需要增加涂覆模具的温度,而涂覆温度增加又会影响涂料的粘度,容易造成内外涂层的混乱,这就需要一个平衡,我们通过反复试验摸索出了这个平衡点。提高拉丝速度,光纤在进入到涂覆模具时的温度就会增加,一般来说进入到模具时的裸光纤温度应保持在30℃~60℃之间,如果温度过高就会对涂覆质量和光纤性能造成影响。影响翘曲度的原因主要是光纤在温场中受热不均匀,导致光纤在径向收缩不同,造成光纤翘曲度的减小。高速拉丝需要更高的拉丝功率,也就更容易产生温场不均匀的现象。

  正常拉丝一个预制棒结束后需要给拉丝炉降温,同时需要对涂料罐中的涂料进行补给,如果想法缩短这个环节,那么拉丝效率将得到很大的提高。我们通过设备改造,增加了一套不间断换棒装置和在线加涂料系统使得这一问题得到解决。

  高速拉丝试验及设备改造结果

  改善翘曲度

  为了提高拉丝效率,我们从两方面着手进行,一方面把拉丝速度从1000m/min提高到1300m/min,另一方面我们对设备进行了改造。提高拉丝速度会对光纤翘曲度有大的影响,而光纤的翘曲度是光缆用户最为关心的指标之一,尤其在带纤中,光纤翘曲度要是偏小将对接续带来严重的后果。翘曲度是指裸光纤在不受任何外界应力的情况下的发生弯曲所对应的曲率半径,R=(X2+Y2)/2Y。

  为了提高拉丝速度我们分别使用不同的速度进行拉丝并对各自的翘曲度进行了测试,见图2。拉丝速度的增加对翘曲度的影响是巨大的,我们通过对拉丝炉子进行改造,增加一种装置,使得在高速拉丝时光纤的翘曲度得到了明显的改善,见图3。图4为试验统计的翘曲度分布情况。

   改善光纤涂覆同心度

  采用湿对湿法(wet-on-wet)高速拉丝,由于使用的是一套模具同时进行两次涂覆,速度对光纤外涂层的同心度(OCE)影响很大,为了满足我们产品规格的要求,我们除了对拉丝塔进行定期校正中心外,还对涂覆模座基座进行了改造,自己研制了一种可在线微调仰角的数显装置,图5是模座改造后使用1300m/min拉丝光纤的OCE图示。可见,对模座基座进行改造后提高拉丝速度光纤的OCE比以前更好。

  改善冷却效果

  高速拉丝对光纤的冷却效率提出了要求,冷却长度是个重要的问题,如果光纤过热进入到模具中将导致涂料粘度降低,涂覆直径出现波动,光纤涂层同心度变差甚至出现滴流现象,严重影响了光纤涂覆质量。光纤温度太低,则会提高拉丝炉的功率,浪费能源。

  假设光纤进涂覆模具的温度为50℃,可用下式计算光纤冷却长度:L=0.0135υ-0.093,式中υ为拉丝速度。

  当采用1300m/min速度拉丝时,光纤的冷却长度为17.5m,显然如此长度的自然冷却距离一般的拉丝塔都很难达到,因此我们采用了Helium Cooling System装置来对光纤进行冷却,通过调节氦气流量和冷却水的温度可以达到我们理想的光纤温度,见图6。

  减少停机时间

  拉丝结束后,停机降温换棒大约需要2.5~3.5小时,除了等待冷却炉子进行清洗外,还需要对涂料罐中剩余的涂料进行补充。一般来说刚加入的涂料是不能用来拉丝,因为在添加涂料的过程中不可避免的产生了一些气泡,因此添加好涂料后需要静置2小时后才能拉丝。

  现在我们对拉丝炉和涂料添加系统进行了改造,炉子采用气封装置,在拉丝结束后半小时就可以重新挂棒,同时增加了一组备料罐,在拉丝结束后马上可以把已经静置超过6小时的涂料加到涂料罐中,这样一来我们拉丝换棒停机时间可以缩短到1~1.5小时。图7为改造前后拉丝效率的比较。

  我们通过对拉丝炉、涂覆系统、光纤冷却系统成功的改造,不但可以采用1300/min进行高速拉丝,还使拉丝停机时间得到了缩短,使公司的拉丝效率比起以前提高了30%以上,为公司在激烈的市场竞争中打下了坚实的基础。 来源:江苏亨通光纤科技有限公司

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