特种纤维原料拉丝塔子系统/设备

前置进给模块

预制棒熔化炉

启动拖拉机总成

供气系统（氩气）

HEPA过滤器

光纤直径测量

纤维涂层系统

紫外线和热固化炉

涂层直径测量

光纤对中控制

纤维涂层同心度控制

纤维张力测量

绞盘/光纤拉拔器

纤维缠绕机/卷筒更换机

防纤测试仪/复卷机

纤维拉伸塔

光纤中心直接与SG Controls及其全系列工具合作，用于制造拉丝过程中的光纤。可以联系Larry和RickFiberOpticCenter@focenter.com光纤中心就上述工艺和任何设备进行咨询。

预成型料进给模块：通过仔细控制速度和位置，将预成型件送入熔炉。该设备包括一个带螺旋驱动的电机、一个夹头（用于固定预制件）和一个x-y定位系统（用于使预制件在熔炉上居中）。预成型体向下送入熔炉的速率由拉伸速度、预成型体直径和指定的纤维直径决定。拉伸开始后，预成型件进给速度通常不进行调整。纤维直径与拉伸速度微调。拉伸张力由炉温控制。这种张力是拉伸过程中需要监控的关键变量。目标是使其保持不变。在塔架底部，绞盘正上方有一个张力计。

预制棒熔炉：预制件下降到炉子顶部的一个孔中，该孔是带有垂直轴的圆柱形。底面有一个孔，小直径光纤从该孔流出。两个孔都有虹膜来改变直径，允许操作员控制炉膛内的气体流量。熔炉使用高压电气元件——通常是石墨电阻元件。过去曾使用氧化锆感应炉，但大多数特种纤维制造商现在使用石墨电阻炉。要开始拉伸，先将预成型件放入熔炉中。拉伸区域被加热到1900°C以上，玻璃软化并伸长，泪滴状液滴向下拉动纤维。纤维穿过熔炉中的颈缩区域并离开底部孔。

启动拖拉机总成：在熔窑下方，滴水被切断，光纤通过两轮拖拉机总成向下拉动光纤，继续减小直径。当直径达到正确的规格时，光纤通过涂层系统输送到塔底，绞盘在此接合。绞盘接管牵引，炉子下方的拖拉机被抽出。之后，底部的绞盘通过直径规控制反馈回路中的牵引速度。（请注意，一些绘图过程是在不使用拖拉机的情况下开始的，依赖于手动处理和操作员技能。）

炉膛供气：

该预制棒融化炉在接近2000°C的温度下运行，但石墨会氧化，在某些情况下，石墨会在600至800°C以上的温度下燃烧。为了避免这种情况，氩是一种惰性气体，它流经熔炉。石墨元素的降解可能会对裸纤维造成污染，也会影响熔炉寿命。

受控的氩气流量也有助于防止高温元件周围的气流引起的湍流。如前所述，即使是最小的振动也必须避免，因此必须将炉内的空气湍流降至最低。氩气通过带有虹膜的熔炉，帮助控制流量。监控和保持正确的氩气流量有几种“交易技巧”。

空气过滤。由于特种纤维的拉伸速度较慢，未涂覆的纤维通常在涂覆前通过空气冷却。更大的电信光纤工厂已将牵引塔的部分封闭起来，用于冷却气体。一些操作在洁净室中也有牵引塔。然而，大多数特种纤维制造商使用清洁的环境空气，使用安装在预成型件和熔炉后面以及部分向下塔的HEPA过滤器进行清洁。

光纤直径测量：特种纤维直径范围从50?m以下到1000？m（1 mm）以上。广泛使用的尺寸包括80、125和400?m。直径由拉伸速度决定。

熔炉或预制坯温度、惰性气体流量或其他拉伸条件的微小变化可能会导致纤维直径的微小波动。为了避免这种情况，塔有一个连续运行的直径测量系统。测量数据被输入直径控制回路，该回路可以调整绞盘的绞盘牵引速度。在某些情况下，可能有一个次级控制回路来调节预成型件的进料。这些控制回路使用直径测量进行快速调整。

几家公司为光纤拉拔塔提供直径测量仪，使用激光进行精确测量，精度达到数百微米。其中一些公司还提供测量涂层厚度、同心度甚至气泡的仪器。测量系统还提供直径数据的记录。

涂层系统：光纤涂层对于保护玻璃纤维、保持纤维的机械特性至关重要，对于某些特种纤维来说，有助于提高光学性能。例如，一些掺稀土光纤具有低折射率聚合物涂层，用作二次包覆层，以帮助引导来自光学“泵浦”源的模式。

大多数涂层都有两层，一层是粘附在玻璃上的较软内层，另一层是较硬的外层。这意味着涂层系统必须使用和固化两种不同的树脂。直径测量后，光纤进入涂层系统的第一个模具或“杯”，该模具或“杯中”应用了主涂层（内层）。一些被称为“湿对湿”的二次涂层可以在一次涂层固化之前涂覆。在“湿-干”涂层系统中，主涂层在进入二次涂层模具之前通过热或UV固化系统。在这种情况下，有另一种紫外线或热系统来固化二次涂层。

同心度测量：涂层光纤必须进行几何测量——外径和涂层同心度。涂层光纤直径测量也使用基于激光的仪器，并可能包含用于调整的反馈回路。模内涂层材料的液体流动力有助于保持纤维在模内居中。如果同心度监视器显示问题，可能需要停止牵引并重新启动。光纤涂层同心度对于避免微弯损耗非常重要，微弯损耗会导致衰减问题。对于某些具有成型玻璃包覆层的特种纤维，确保涂层正确覆盖所有玻璃也很重要。

绞盘和卷轴：预成型体底部的绞盘是拉伸速度的来源，将光纤从预成型体的末端拉下。此外，还有第二个系统以适当的张力将纤维缠绕到存储卷轴上。这两种系统都有精确的控制，以确保正确的拉伸速度和正确的张力，以便将纤维卷绕到卷取卷筒上。

验证测试仪和复卷机。拉伸强度是成品纤维的关键规格。这种测量在纤维工厂中也很重要，因为抗拉强度失效可以作为预成型和拉伸过程中需要解决的问题的指标。验证测试仪通常包括一个放卷盘、两个可控制的绞盘（用于连续张力测试）和一个卷取盘。抗拉强度问题是由玻璃表面的缺陷引起的，而验证测试的目的是“剔除”大缺陷。

验证测试仪可以位于牵引塔主绞盘附近，也可以位于单独的房间中。一些特种纤维制造商也有倒带系统，用于将预制棒的输出分为多个卷轴，长度由纤维客户指定。

其他牵引塔设备：由于特种纤维的种类繁多，有些类型需要额外的子系统来实现或控制特定功能。在拉伸过程中，可能需要旋转或扭曲圆极化光纤和其他类型的光纤。这些程序可以通过预成型夹头中的旋转器或下面的扭转或摇摆装置来完成。绘制具有空气间隙、空隙和其他特征的光子晶体光纤可能需要额外的气流和气压系统来控制内部压力和湿度。

优化绘图过程

在一个塔架上有多个子系统的情况下，存在多个潜在的故障或屈服问题来源。在这种情况下，“故障”可能是不符合任何一种光纤规格。或者积极地说，所有子系统必须完美地结合在一起，才能从一个预制件中获得最大的产量。

作为这一目标的一个复杂因素，我们注意到，各种特种纤维类型具有不同的预成型件，需要在塔上进行不同的设置和调整。没有两个预成型件是完全相同的，每个拉伸程序都必须从重新检查对准和直径设置开始，调整拉伸速度、温度和张力。如果无法在卷绕张力下保持直径，则还必须调整预成型件下送。

其他复杂情况包括维护和校准测量仪器。小心控制气流是另一个棘手的过程，这需要防止污染物进入纤维。操作员经验对于解决所有这些复杂问题以及实现规定的抗拉强度、几何目标和涂层性能至关重要。