一种光纤涂层UVLED固化设备及方法与流程

本发明涉及光纤制造技术领域，具体是一种光纤高速拉丝时涂层的固化设备及方法，尤其是一种光纤高速拉丝时涂层的UV LED固化设备及方法。

背景技术：

由光纤预制棒拉制成合适尺寸的光纤需要涂覆一层或数层涂覆层作为其保护层。典型地，裸光纤通过湿对湿(wet-to-wet)或者湿对干(wet-to-dry)工艺涂覆两层或者两层以上的涂层。通常一个较软的内涂层用于防止光纤产生微弯，一个较硬的外涂层对光纤起机械保护作用，保护光纤免受外力作用。光纤涂层的固化可以采用热固化或者紫外光(UV)固化。

紫外光固化是指将涂覆涂层的光纤置于紫外光环境中，利用紫外光激发涂层中的光引发剂进而引发涂层发生交联反应，使其瞬间固化成固体材料。近年来随着光纤采购价格的持续走低，如何降低光纤生产过程的成本成为近年来光纤行业的研究热点。提高拉丝速度进而提高光纤的生产效率是降低光纤生产成本的方向之一。提高光纤的拉丝速度需要减少固化时间。

目前拉丝工艺较多采用汞灯(如，高压汞灯或者汞氙灯)来产生涂层紫外固化所需的紫外辐射。传统的汞灯通过在离子化气体(通常为汞)室内产生电弧以激发原子，从而向外发光。汞灯的缺点是需要大量的能耗来产生足够强度的紫外光来固化涂覆在光纤上的涂层。如，大约需要50kw的功率消耗来产生足够强度的紫外光用于固化单层涂覆层。

汞灯的另一个缺点是汞灯产生光谱范围较宽，波长大于200nm和小于700nm，通常只有300nm～400nm波段的光对紫外固化工艺过程有用，这部分波段的光仅占汞灯产生的光谱的不到20％，即汞灯所产生的大部分电磁辐射被浪费，能量利用率低。同时，汞灯产生的红外光会产生大量的热量，需要额外增加冷却设备以防止设备过热。

随着紫外发光二极管(UV LED)技术的发展，UV LED作为UV辐射源，UV LED具有更长的寿命。一般而言，汞灯的寿命只有4000～6000小时，而UV LED的寿命可以达到30000小时。

UV LED的另一个优点是其环境友好性。UV LED设备无汞，且使用过程中不会产生臭氧。同时UV LED设备光源只集中在UVA波段，不产生对人体有害的UVC波段的光。

最后，UV LED只产生300nm～400nm波段的光谱，能量利用率高。不产生发热的红外波段的光，无需额外冷却设备。

授权公告号为“CN 102336530B”的发明专利“采用成角度的UV LED的固化装置”公开了一种光纤涂层的固化装置，该装置有一个类似椭圆柱的内腔，其内表面具有反射性；将UV LED光源置于椭圆柱腔的一条焦点线，涂覆涂料的光纤通过另一条焦点线，从而实现光纤涂料的固化；根据椭圆的光学特性，从椭圆柱腔的一个焦点直线上的UV LED发出的UV射线经椭圆内腔反射后汇聚于另一焦点直线上的光纤上；这种固化方式沿用的传统的汞灯固化设备的聚光方式，但汞灯360度方向发光，而UV LED则只沿直线发光，在光的发出方向上有限制，这样就存在光强度不足的问题，所以这种固化设备固化均匀性可能存在不足；该专利也意识到固化均匀性不足的缺陷，专利提出了在多段固化腔体内将UV LED光源按空间螺旋阵列布置，但是这样势必会增加固化设备结构的复杂性；此外该专利提出的这种固化设备在每段固化腔体采用单面的UV LED光源，这样同样可能存在UV光强度不足从而导致固化效率不足的可能。

为解决“CN 102336530B”的发明专利“采用成角度的UV LED的固化装置”的以上不足，授权公告号为“CN 103319100B”的发明专利“一种光纤涂层紫外固化设备及方法”提出了一种筒状UV LED光纤涂层固化装置，该装置有一个筒状安装基座，在筒状安装基座的内腔沿周向和轴向安装UV LED光源模块，在UV LED光源模块发光面前配置柱面聚焦透镜，使得UV LED光源模块发射的紫外光线聚焦于一条固化轴线上；筒状安装基座为圆筒状或多边筒状，由条形圆弧块或条形梯形块沿周向拼接而成。这样一方面筒状安装基座内部布满UV LED的模块，无疑增加了设备结构的复杂程度，另一方面其实单面安装UV LED模块只要能量得到充分利用就能满足高速拉丝时光纤涂料的固化，该专利提出的在筒状安装基座内部各方向安装UV LED光源，造成能量的浪费。

技术实现要素：

针对上述专利技术上存在的不足，本发明提供了一种UV LED光源模块发光面角度可变的光纤涂层固化设备及方法，该设备结构简单、设置合理、能量利用充分、能耗少、固化效率高、固化均匀性好。

本发明通过如下的技术方案来实现：

一种UV LED光源模块发光面角度可变的光纤涂层固化设备，其包括椭圆筒状固化空腔，其横截面为椭圆形，且空腔的内表面具有反射性，所述的椭圆筒状固化空腔有两条分别经过所述椭圆形的两个焦点且与横截面垂直的焦点直线，其特征在于：将所述的角度可变的UV LED光源模块置于第一焦点直线处，并使得UV LED光源所发射的紫外光的反向延长线基本垂直经过所述第一焦点直线；将涂覆有保护涂覆层的光纤的行进路径设置为与第二焦点直线基本重合。

优选的，所述的角度可变的UV LED光源模块包括UV LED光源、UV LED光源安装座、冷却模块。

优选的，所述的UV LED光源安装座在工作的过程中以固定的圆周速率转动或者以不固定的圆周速率转动，从而带动UV LED光源以第一焦点直线为轴线进行旋转。

优选的，所述第二焦点直线的外面安设透明玻璃保护管，所述的透明玻璃保护管的轴线与所述的第二焦点直线重合。

优选的，所述的透明玻璃保护管的一端与压力气源相连接，所述的压力气源为惰性气体气源，或者为氮气气源，或者为两者的混合气源。

优选的，所述的UV LED光源为UV LED单灯和/或UV LED阵列。

优选的，所述的UV LED光源的UV光源波长为365nm、375nm、385nm、395nm中的一种或者几种。

优选的，所述的UV LED光源模块与相应控制模块相连接，以控制所连接的UV LED光源模块所发射的紫外光的强度。

一种采用所述光纤涂层固化设备进行光纤涂覆层UV LED固化方法，其特征在于：1)将涂覆有涂覆层的光纤穿过椭圆筒状固化空腔，使光纤的行进路径与固化空腔的第二焦点直线基本重合；2)启动UV LED光源固化模块；3)涂覆有涂覆层的光纤沿固化空腔的第二焦点直线匀速或者变速通过固化空腔。

优选的，所述的涂覆有保护涂覆层的光纤的行进速度为800m/min至2800m/min。

有益效果：

本发明采用角度可变的UV LED光源用于光纤涂覆层的固化，其有益的效果在于：①采用UV LED光源固化光纤的涂覆层能耗低、发热量小、寿命长，固化效率高、均匀性好；②本发明采用角度可变的UV LED光源模块，很好的解决了UV LED光源只延直线发光，单个UV LED光源由于发光角度问题固化能量不够，多个UV LED光源能量浪费的问题，通过安装在椭圆筒状固化空腔第一焦点直线上的UV LED光源模块的旋转使UV LED光源的发光角度变大，结合具有反射性内表面的椭圆筒状固化空腔，将能量集中在光纤通过的第二焦点直线上；通过改变UV LED光源模块的旋转速率匹配不同的光纤拉丝速度；③通过改变UV LED光源模块的旋转速率匹配不同的光纤拉丝速度；④光纤的涂覆层在固化时，涂覆层中的挥发物会挥发，从而污染UV LED光源，安装透明玻璃管可以避免UV LED光源被污染；⑤透明玻璃保护管内通入惰性气体或者氮气或者其混合气体，可以带走一部分挥发物，还能在在光纤的涂覆层周围形成无氧环境，减少涂覆层中自由基的消耗，进而提高固化效率；⑥UV LED光源模块的冷却模块可以是小型的风扇或者水冷散热，可以缩小设备的体积。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1具有反射性内表面的椭圆筒状固化空腔截面图。

图2UV LED固化设备的剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1和图2所示本发明的固化设备包括内表面具有反射性的椭圆筒状固化空腔1、可旋转的UV LED光源安装底座2、UV LED光源3、UV LED光源冷却模块4、透明玻璃保护管5。所述的可旋转的UV LED光源安装底座2根据拉丝速度以不同的旋转速度进行旋转，达到足够的光强度实现光纤涂覆层的固化。所述的UV LED固化设备中UV LED光源3的UV波长为395nm。所述的UV LED光源安装于椭圆固化腔的第一焦点直线上。所述的UV LED光源冷却模块为一组小风扇。所述的透明玻璃保护管5的直径约为26.2mm，内径约为22.8mm。所述的透明玻璃保护管5为石英玻璃管，装在椭圆筒状固化空腔的第二焦点直线上，其中心轴线与第二焦点直线基本重合。所述的透明玻璃保护管5的一端与压力气源相连，所述的气源为氮气。从光纤拉丝炉出来的光纤经过冷却后，在涂覆器处涂覆光纤涂覆层后，穿过透明玻璃保护管5沿第二焦点直线吸收安装在可旋转的UV LED光源安装底座上的UV LED光源的UV射线实现涂覆层的固化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。