如何保證高速拉絲下的光纖強度

如今的通信網(wǎng)絡(luò )呈現出“光纖化”特征，而且隨著(zhù)光進(jìn)銅退、FTTx、網(wǎng)絡(luò )的全IP化趨勢，自核心網(wǎng)到接入網(wǎng)，整個(gè)城域網(wǎng)絡(luò )都逐步地由光纖光纜來(lái)構成?，F在通信用的A類(lèi)多模光纖和B類(lèi)單模光纖都是由石英玻璃制造的。石英玻璃光纖在制作的過(guò)程中玻璃基體不可避免地存在微小的不均勻性、高溫熔融驟冷拉絲使表面形成應力分布不均勻、及環(huán)境塵埃、機械損傷等致使光纖表面產(chǎn)生一些微裂紋。這些微裂紋在高速拉絲中，承受較大的拉絲張力，會(huì )產(chǎn)生進(jìn)一步的擴張，導致光纖強度降低。

預制棒缺陷是光纖斷裂主因

光纖在生產(chǎn)過(guò)程中出現低強度斷裂主要是由光纖存在的缺陷引起的。這些缺陷大致可分為內部缺陷和表面缺陷，內部缺陷主要原因是預制棒中夾雜氣泡和雜質(zhì)。表面缺陷主要形式是微裂紋和微塵沾污。

預制棒的生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免的存在氣泡和雜質(zhì)。對于預制棒內部一定直徑的氣泡，在拉絲過(guò)程中可能發(fā)生破裂，或者縮小成極細小的氣線(xiàn)而對光纖強度產(chǎn)生嚴重的影響。而對于內部雜質(zhì)造成的缺陷，拉絲過(guò)程中不僅無(wú)法使其愈合和縮小，相反在高溫融化時(shí)，雜質(zhì)和玻璃體界面還會(huì )因其產(chǎn)生裂紋。裂紋在拉絲過(guò)程中會(huì )不斷地增長(cháng)，裂紋尺寸遠遠大于雜質(zhì)本身的尺寸。

表面缺陷主要為微裂紋和表面沾污。預制棒表面的微裂紋，在拉制過(guò)程中不可避免地會(huì )轉變成光纖表面較小的微裂紋。當光纖受到的外部應力大于這些小的微裂紋擴展臨界應力時(shí)，小的微裂紋逐漸增大，最終導致光纖斷裂。而表面沾污會(huì )降低裸光纖表面與內涂涂料的結合緊密度。

目前對于表面缺陷主要有兩種處理方法：一為火焰拋光，二為HF酸處理?；鹧鎾伖饪梢杂行У刂斡A制棒表面的微裂紋，HF酸可以洗去附著(zhù)在預制棒表面的雜質(zhì)。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，對預制棒進(jìn)行HF酸洗和火焰拋光二次處理，從而提高光纖強度。

涂覆和固化決定機械保護強度

光纖涂層的作用是保護光纖表面不會(huì )受到機械損傷和潮氣的影響并保持其原有的強度，若涂層太薄或偏心就會(huì )失去機械保護的作用。涂層的同心度在拉絲過(guò)程中容易變化，因此在拉絲中需時(shí)刻注意。圖1為根據實(shí)際拉絲統計出的涂層同心度不同對光纖強度的影響。

涂覆過(guò)程中，另一個(gè)影響光纖強度的因素是涂層中的氣泡。氣泡的產(chǎn)生主要是因為拉絲中，光纖在模具中位置發(fā)生偏移，使得涂料形成的半月型液面發(fā)生傾斜，角度較小側受到壓力增加，氣體容易被光纖帶入涂層中；或者涂料溫度變化，涂覆壓力波動(dòng)等因素都會(huì )在涂層產(chǎn)生氣泡。涂層中的氣泡，降低了涂層和涂層之間以及涂層和裸光纖之間的結合力。并且氣泡的存在增加了涂層在受到拉力情況下，產(chǎn)生裂紋的可能性，最終導致光纖強度降低。

根據實(shí)際光纖生產(chǎn)方法，目前廣泛使用光聚作用的技術(shù)方法。利用UV輻射使得光引發(fā)劑激發(fā)成活性體（自由基或陽(yáng)離子）。該活性體與預聚物和單體中的C=C雙鍵反應，形成增長(cháng)鏈。該增長(cháng)鏈進(jìn)一步反應，形成更長(cháng)聚合物鏈。若有多管能度聚合物或單體存在，就會(huì )產(chǎn)生交聯(lián)結構，最后活性體的耦合與歧化使反應終止。

隨著(zhù)技術(shù)的提高，目前生產(chǎn)中拉絲速度已經(jīng)提高到20m/s~30m/s，光纖在固化爐的停留時(shí)間僅為0.1s~0.2s。為保證涂覆后光纖的固化效果，要求固化爐能夠提供足夠的紫外光能，滿(mǎn)足光引發(fā)劑激活成活性體所需要的能量。同時(shí)，在固化爐內通入一定比例的惰性氣體，防止氧氣對聚合物鏈增長(cháng)的抑制，提高固化效果。

圖2和圖3是對不同固化度光纖和由于氧氣含量過(guò)高而引起表面發(fā)粘的光纖的強度進(jìn)行的統計。從圖看出，當光纖的固化度高于80%時(shí)，光纖的強度沒(méi)有隨著(zhù)光纖固化度的升高而升高，而是呈隨機性的分布。而圖中，固化爐中氧含量過(guò)高造成的表面發(fā)粘的光纖，與正常光纖相比，每1000KM的斷點(diǎn)數由12.1個(gè)升高到12.8個(gè)，沒(méi)有出現較大的升高。

爐子溫度影響光纖機械強度

高溫拉絲過(guò)程中發(fā)生點(diǎn)缺陷將導致光纖機械強度劣化，已發(fā)現的最重要的點(diǎn)缺陷之一E缺陷是Si-O鏈斷裂產(chǎn)生的，Si-O鏈斷裂和重新鏈合是動(dòng)態(tài)變化的，E缺陷的濃度取決于Si-O鏈斷裂和重新鏈合的平衡結果。E缺陷的濃度隨拉絲爐加熱區長(cháng)度增加而增加，隨拉絲速度增加而降低，加熱區長(cháng)導致預制棒在高溫區時(shí)間加長(cháng)，從而導致Si-O鏈斷裂產(chǎn)生的頻率更高。有研究表明，當加熱爐溫度從2200K增加到3000K時(shí)，剛從加熱爐出來(lái)的裸光纖的缺陷濃度就會(huì )增加二個(gè)數量級。

同時(shí)由于高溫下，爐中的石墨件揮發(fā)產(chǎn)生化學(xué)反應，生成了硬度較高的SiC微粒，在加熱爐內若裸光纖被SiC微粒碰到，光纖表面會(huì )產(chǎn)生缺陷和裂紋。而隨著(zhù)加熱爐內溫度越高，反應生成的SiC微粒的數量就越多，所以裸光纖表面被碰傷的幾率就越高，光纖表面產(chǎn)生的缺陷越多，光纖強度就越低。