Способ вытяжки оптического волокна из фторидных стекол
Сущность изобретения: при вытяжке оптического во локна из фторидных стекол для получения защитного слоя используют полимер , динамическая вязкость которого при максимальной температуре вытяжки не менее чем в 3,5 раза превышает динамическую вязкость расплава фторидного стекла при той же температуре. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Р t@h.ут„ьбт. .1 л) тт ° тт -., т j X т1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Fn = 2r (Rn — Rn ), 2 рп 2 2 du dx (21) 4899547/33 (22) 03.01.91 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Ангарский электролизный химический комбинат (72) M.8.Ãîðáóíoâ и И.Э,Листопадова (73) Ангарский электролизный химический комбинат (56) Чео П,К. Волоконная оптика, Приборы и системы. — M.: Энергоатомиэдат, 1988. Extended abstracts 5-th international Symposium on halide glasses may 29-june 2 1988 Susono, Shuznona, Japan. Изобретение относится к технике производства оптического волокна (ОВ), преимущественно из фторидных стекол (ФС), и может быть использовано в установках вытяжки световодов штабиковым методом. Цель изобретения — увеличение скорости вытяжки и улучшение качества формируемого оптического волокна. На чертеже показана схема установки для вытяжки оптического волокна. Сущность изобретения поясняется следующим. При рассмотрении баланса сил выявлено, что определяющей является сила вязкого трения (Рур), которая с учетом мтрутоновской" вязкости композиции стеклополимер имеет вид: тр. = (Вст ис + (Rn с ),ио 3 та 2 2 du dx du . Fct ег Rcv pc 3 ., тр.=Fn + Рсу. 1 „„5U, 1811508 АЗ (54) СПОСОБ ВЫТЯЖКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА ИЗ ФТОРИДНЫХ СТЕКОЛ (57) Сущность изобретения: при вытяжке оптического волокна из фторидных стекол для получения защитного слоя используют полимер, динамическая вязкость которого при максимальной температуре вытяжки не менее чем в 3,5 раза превышает динамическую вязкость расплава фторидного стекла при той же температуре. 1 ил. где Rc . — радиус стеклянной луковицы; Rn — радиус луковицы вместе с полимером; и — скорость движения расплава по оси Х; 2 X â€, продольная координата фс — динамическая вязкость стекла; ,и, —; О, Ест. — сила вязкого трения в стекле; атеей Fn — сила вязкого трения в полимере. В области низких температур расплава (до 300 С) определяющей является вязкость (Я стекла,и, >,ил и задача, с гидродинамиче- С) ской точки зрения, на этом участке сводится (@ к вытяжке стеклянного стержня 1. При достижении температур аыме 300 С для фторцирконатных стекол динамическая вязкость стремительно падает и стеноеится очень малой (10 — 10") П. Для большинства полимеров вязкость относительно слабо зависит от температуры, а для некоторых, например, для сополимеров тетрафторэтилена с перфтор 1811508 (алкилвиниловыми) эфирами (ТФЭ— ПФ(АВ)ЭФ) с температурой плавления 300— 310 С или для алифатическо-ароматического полипиромеллитимида нонаметилендиамине. состеелзет приблизительно 10(ll при 340 С, Таким образом имеется возможность свести задачу к перетяжке полимера 2, которая возможна на очень высоких скоростях, Для этого необходимо, чтобы преобладающей в зоне расплава была Fl, т.е. чтобы выполнялось соотношение Fg/Fg >10. Учитывая, что соотношение радиусов R«/йп обычно составляет 0,5 и при вытяжке выполняется условие подобия течения расплава, соотношение динамических вязкостей должно составлять / с р« «3,5 Способ отличается тем, что в качестве полимера, который наносится на поверхность заготовки, используют полимер, динамическая вязкость которого в 3,5 раза превосходит динамическую вязкость расплана стекла. Способ позволяет. снизить влияние флюктуаций параметров технологического процесса: получать световоды со значительно большей скоростью, что приведет к улучшению оптико-механических свойств волокон (снижение оптических потерь и увеличение механической прочности) эа счет уменьшения количества и размеров кристаллов и увеличения производительности оборудования. Стеклянная заготовка 1 с нанесенным на нее соответствующим полимерным покрытием 2 опускается в печь плавлений 3. В зоне 1 температура композиции стекло-полимер (Тстn) больше температуры плавления полимера (Тл), однако Т«п меньше температуры размягчения стекла (Т«), Попадая в зону 11, где Т«п < T«, > Т, начинается плавление стекла и под действием усилия вытяжки начинает образовываться луковица расплава, переходящая в непрерывную нить (оптическое волокно). Распределение скорости, а также длину луковицы можно найти, используя методику расчета, в для оценки времени нахождения стекломассы в зоне нагрева используем формулу dx х= f— о где Х вЂ” продольная координата; U(x) — продольная скорости течения расплава; I — длина эоны деформации; 5 т — время пребывания стекломассы в луковице, Для штабика диаметром 7 мм, вытягиваемого со скоростью 10 м/мин 10 т 1,5 мин, При нанесении на штабик полимера ТФЭ-ПФ(АВ)ЭФ появляется возможность вести вытяжку со скоростью до 3 м/с, что приведет к уменьшению времени нахождения расплава стекла в луковице примерно в 10 — 12 раз и, следовательно, значительно снизит рост. кристаллов в стекле. В качестве примера конкретного испол20 нения рассмотрим перетяжку штабика диаметром 7 мм из стекла ZBLAW(56Zn — 14 Ва — 6 аа — 4 Al — 20 Na) e волокно диаметром 125 мкм с полимером и без него. Вытяжка оптического волокна по способу. описанному в прототипе может быть рассмотрена как вытяжка волокна с легкоплавким полимерным покрытием, где полимерная оболочке выполняет лишь защитную функцию и нв процесс перетяжки не влияет, Динамическая вязкость стекла в широком диапазоне температур может быть описана формулой: Ig P = A+ 28/(T-То+((Т-То) +4СТ)"с ), 35 где А = -1,65; 8 = 389,3; С = 3.3; To = 581,4. Однако можйо проводить примерные расчеты для любого состава стекол 2BLAW, опираясь на их температуру перехода Tg, "0 т.к. известно, что Igp = f(Tg/Ò) практически не зависит от состава стекла, В связи со скудностью информации температурной зависимости вязкости полимеров динамическая вязкость принималась 45 постоянной 106 П. При расчетах использовались свойства фторопласта Ф-50 (тетрафторэтилена с перфтор (алкилвиниловыми) эфирами). Принимаем, что зародыш имеет радиус 50 0,005 мкм, а в исходном стекле их концентрация составляла 15 см, Ниже приведены основные технологические параметры процесса, при которых осуществлялась вытяжка. Для заготовки с легкоплавким полимерным покрытием скорость вытяжки. 0,45 м/с длина печи 20 см диаметр заготовки 7 мм 1811508 Составитель Н. Ильных . Техред М.Моргентал Корректор С, Патрушева Редактор Заказ 1461 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 диаметр волокна 125 мкм максимальная температура расплава 330 С, Потери на рассеяние, вызванные кристаллизацией во время вытяжки, составляет 1,45 дБ/км. Для заготовки с тугоплавким полимерным покрытием скорость вытяжки 1,35 м/с длина печи 20 см диаметр заготовки 7мм внешний диаметр полимерной трубки 10 мм диаметр волокна 125 мкм максимальная температура расплава 333 С. Потери на рассеяние, вызванные кристаллизацией во время вытяжки составляет 0,29 дБ/км. Таким образом, потери на рассеяние света в волокне, вызванные кристаллизацией в процессе вытягивания, составляют 1,45 дБ/км и 0,29 дБ/км соответственно, что доказывает несомненное преимущество способа. Таким образом обеспечивается повышение производительности оборудования в связи с воэможностью увеличения скорости вытяжки, уменьшение оптических потерь в 5 световоде за счет снижения флюктуаций диаметра волокна (эффект более слабой зависимости от Т) и ввиду уменьшения количества и размера кристаллов, являющихся центрами рассеяния; увеличение ме10 ханической прочности 0В, связанное с уменьшением количества кристаллов. Формула изобретения Способ вытяжки оптического волокна из фторидных стекол путем нанесения на 15 поверхность заготовки защитного полимерного слоя, последующего нагрева и перетяжки, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости вытяжки и улучшения качества формируемого оптического волок20 на. для получения защитного слоя используют полимер, динамическая вязкость которого при максимальной температуре вытяжки не менее чем в 3,5 раза превышает динамическую вязкость расплава фторид25 ного стекла при той же температуре, 
