專利名稱：用于凈化紫外線固化管的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及紫外線(UV)固化，并且更特別地，涉及凈化紫外線固化管。
背景技術(shù)：
可用輻射固化的材料被廣泛用于生產(chǎn)光纖，特別用于生產(chǎn)包圍光纖的保護(hù)涂層。 當(dāng)對(duì)紫外線光譜范圍內(nèi)的光能量曝光時(shí)，例如波長(zhǎng)在大約200至大約400納米的范圍內(nèi)，可 用輻射固化的材料的一類能夠被從液態(tài)轉(zhuǎn)換成固態(tài)。大多數(shù)可用紫外線輻射固化的材料包 括具有附加的光引發(fā)劑包的單體與低聚體的混合物，當(dāng)對(duì)輻射曝光時(shí)，該附加的光引發(fā)劑 包促進(jìn)交聯(lián)。交聯(lián)反應(yīng)的程度取決于對(duì)輻射的曝光量。通過(guò)將被涂覆的光纖以正比于由大功率紫外線固化燈提供的輻射密度的速度拉 過(guò)該固化燈，包圍光纖的涂層能夠快速固化。然而，已知，大氣中的氧氣能夠與某些涂層材 料反應(yīng)，從而形成過(guò)氧自由基，該過(guò)氧自由基能夠干擾固化過(guò)程并且可能引起不完全固化， 特別是在存在氧氣的涂層的表面上。因此，當(dāng)在第二或外涂層上要求高度固化時(shí)，被涂覆的 光纖可以在惰性環(huán)境中固化。例如，被涂覆的光纖可以被拉通過(guò)填充有惰性氣體(例如氮 氣)的中心管，從而在涂層固化時(shí)保持無(wú)氧環(huán)境。該中心管通常由透紫外線石英制成，以允 許紫外光以光最少的衰減、吸收或散射的方式從固化燈到達(dá)光纖涂層。在普通紫外線固化期間，由于紫外線燈所產(chǎn)生的熱量，即使在高氮?dú)饬魉傧?，在?外線固化管中的溫度通常也能夠達(dá)到或超過(guò)90攝氏度。被升高的溫度能夠引起部分未固 化的涂層材料的揮發(fā)(或廢氣)，并且不幸地，揮發(fā)物能夠在中心管的內(nèi)表面上形成沉積。 這些涂料沉積能夠引起在中心管的內(nèi)表面上的顯著的暗影，并且能夠?qū)⒆贤饩€固化光嚴(yán)重 衰減至光纖涂層無(wú)法充分固化的程度。因此，該中心管需要定期有規(guī)律地更換，常常是在每 次新的預(yù)加工時(shí)就要更換。需要改進(jìn)的用于固化光纖涂層的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
一些或全部上述需要可通過(guò)本發(fā)明的特定實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的特定實(shí)施例可包 括用于凈化紫外線固化管的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一示范實(shí)施例，提供用于固化被涂覆的光纖的方法。該方法包括 拉動(dòng)被涂覆的光纖通過(guò)填充有預(yù)定氣體的氣室；拉動(dòng)所述光纖通過(guò)被耦接到該氣室的固化 管；當(dāng)被涂覆的光纖被拉通過(guò)該固化管時(shí)，以凈化氣體凈化固化管的內(nèi)表面的至少一部分； 以及將被涂覆的光纖對(duì)對(duì)輻射曝光。根據(jù)本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，提供用于在固化被涂覆的光纖時(shí)減少固化管表面 污染的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括包括輻射源的固化爐；氣室，可操作用于用預(yù)定的氣體包圍被涂 覆的光纖；固化管，該固化管被耦接到氣室并且被構(gòu)造成將來(lái)自輻射源的輻射傳輸?shù)奖煌?覆的光纖；以及凈化氣體入口，用于釋放凈化氣體進(jìn)入固化管，從而用凈化氣體凈化該固化 管的內(nèi)表面的至少一部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，提供了用于在固化被涂覆的光纖時(shí)減少固化管表 面污染的裝置。該裝置包括氣室，可操作用預(yù)定的氣體包圍被涂覆的光纖；固化管，該固 化管被耦接到氣室并且可被操作用于將來(lái)自輻射源的輻射傳輸?shù)奖煌扛驳墓鈱W(xué)纖維；以及 凈化氣體入口，用于釋放凈化氣體進(jìn)入固化管，從而用凈化氣體凈化該固化管的內(nèi)表面的 至少一部分。本發(fā)明的其他實(shí)施例和方面在此被詳細(xì)地描述，并且被認(rèn)為是所要求保護(hù)的本發(fā) 明的一部分。結(jié)合附圖和權(quán)利要求、參考在下文中的詳細(xì)描述能夠理解其他實(shí)施例和方面。


下面參考不一定按比例繪制的附表和附圖，附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一示范實(shí)施例的說(shuō)明性的固化管凈化系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一示范實(shí)施例的說(shuō)明性的紫外線傳輸曲線圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一示范實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考示出本發(fā)明的實(shí)施例的附圖更加完整地描述本發(fā)明的實(shí)施例。 然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式實(shí)施，不應(yīng)被限制于在此描述的實(shí)施例；提供這些實(shí)施 例，只是為了使本說(shuō)明書(shū)徹底和完整，并且將本發(fā)明完全表達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在全文 中類似標(biāo)號(hào)表示類似的元件。本發(fā)明的特定實(shí)施例使得能夠在固化光纖涂層時(shí)凈化紫外線固化管(也被稱為 中心管)。根據(jù)特定示范實(shí)施例，包括氧氣的凈化氣體可被用于有選擇地凈化固化管的內(nèi)表 面的至少一部分，從而減少在固化管上的沉積的出現(xiàn)，同時(shí)在固化期間在光學(xué)纖維的四周 保持惰性環(huán)境。相應(yīng)地，例如，從固化管減少或移除沉積可允許更多來(lái)自紫外線燈的輻射到 達(dá)光纖涂層，從而更加完全有效地固化該涂層。此外，凈化該固化管可延長(zhǎng)該固化管在其由 于過(guò)度的光衰減沉積物而被移除并且更換前可用于固化爐中的時(shí)間。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，在固化前和/或期間，包括少量氧氣的預(yù)定的氣體(例 如氮?dú)?、氦氣、氬氣?可用于至少部分地包圍或緩沖被涂覆的光纖。然而，在特定應(yīng)用中， 例如，當(dāng)光纖要被進(jìn)一步涂覆或著色時(shí)，也許在外涂層的表面上期望一定(有限)程度的欠 固化或粘性。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，涂層表面特性可以通過(guò)在預(yù)定氣體中添加少 量氧氣，同時(shí)用包括較多氧氣的凈化氣體保持固化管清潔來(lái)控制。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，光纖涂層可包括用于著色和辨認(rèn)目的的染料或色素。 此外，在示范實(shí)施例中，光纖涂層可包括光滑添加劑或脫離劑，以改變被固化的涂層的表面 特性。示例的脫離劑可包括有機(jī)硅丙烯酸酯、硅油、碳氟化合物、氟代烴油、氟碳丙烯酸酯 (fluorocarbon acrylate)。在某些示范實(shí)施例中，被著色的光纖可被用在帶狀光纖中，其 中，舉例來(lái)說(shuō)，多個(gè)被著色的光纖可被基質(zhì)材料包圍，該基質(zhì)材料能夠包圍并且保護(hù)所述多 個(gè)光纖，但可剝離以以暴露各個(gè)光纖，而不會(huì)牢固地與各個(gè)光纖上的所述涂層黏在一起。在 這樣的實(shí)施例中，固化管凈化可改進(jìn)對(duì)在到達(dá)光纖涂層的輻射劑量的控制和精度，因此可 允許對(duì)無(wú)色或著色的、具有或不具有光滑添加劑的涂層進(jìn)行最佳固化。因此，根據(jù)本發(fā)明的 示范實(shí)施例，光纖涂層的特性可以更高的固化精度控制。
在某些實(shí)施例中，固化管的凈化可通過(guò)經(jīng)由例如與惰性氣體輸入孔分隔的輸入孔 將包括有氧氣的凈化氣體引入固化管實(shí)現(xiàn)。通過(guò)控制惰性氣體和凈化氣體各自的流速，惰 性氣體在固化期間可有效地封裹被涂覆的光纖，同時(shí)凈化氣體可有效地刷洗固化管的內(nèi)表 面。相應(yīng)地，當(dāng)從未固化的涂層中揮發(fā)出廢氣，并且當(dāng)揮發(fā)氣體包括碳分子時(shí)，例如，凈化氣 體中的氧可與碳結(jié)合生成二氧化碳，其可被惰性氣體和凈化氣體的混合氣體帶走。此外，一 旦在光纖上的涂層已被紫外線輻射固化，來(lái)自凈化氣體的氧氣可以接觸光學(xué)纖維而對(duì)表面 固化沒(méi)有負(fù)面影響。因此，根據(jù)本發(fā)明的一示范實(shí)施例，惰性氣體和凈化氣體可被選擇性地 引導(dǎo)，使得在光纖上的未固化涂層在固化期間充分地被惰性氣體包圍，并且凈化氣體可被 引導(dǎo)至固化管的內(nèi)表面，同時(shí)在固化期間充分包圍惰性氣體。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，惰 性氣體和凈化氣體能夠在固化管的下游區(qū)域內(nèi)混合，優(yōu)選在光纖涂層已充分固化后。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可利用無(wú)氧方法，例如，氮和/或氨輝光放電等離子體 來(lái)去除在固化管的內(nèi)表面處產(chǎn)生的碳?，F(xiàn)在將結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例用于凈化固化管的不同的凈化以 及流控制系統(tǒng)和方法。圖1示出示例固化管凈化系統(tǒng)100，在該圖中所示的是可被拉過(guò)氣室104的被涂覆 光纖102。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，氣室104可被預(yù)定的氣體填充，例如惰性氣體或稀有 氣體。示例的預(yù)定氣體可包括氮?dú)?、氦氣、以及氬氣。該氣?04可被耦接到固化管106。 根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，預(yù)定的氣體108可通過(guò)惰性氣體輸送輸入孔或軟管110進(jìn)入氣 室104。預(yù)定的氣體108可流入氣室104中并且包括惰性氣體上游流116(例如朝向被涂覆 的光纖102的涂覆機(jī)構(gòu))，以及惰性氣體下游流118(例如朝向固化爐)，以有效保持氧氣不 接觸未固化的光纖涂層。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，凈化氣體112可通過(guò)凈化氣體輸送輸入口 114引入到 固化管106中。優(yōu)選地，凈化氣體112可通過(guò)凈化氣體入口 120被導(dǎo)向固化管106的內(nèi)表 面，使得凈化氣體112可減少在固化管106上積累的表面污染126。預(yù)定氣體108可在固化 區(qū)域130內(nèi)有效地封裹被涂覆的光纖102，以緩沖未固化涂層受凈化氣體112的影響，如惰 性/凈化流接近分界線112所示。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，來(lái)自輻射源124的固化光可 透過(guò)固化管106并且固化固化區(qū)域130內(nèi)的光纖涂層。在充分固化后，被固化的光纖1 可暴露在氧氣中。預(yù)定的氣體108以及凈化氣體112可在固化管106的下游部分中自由混合。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，凈化氣體112可包括大約0.5%至大約21%的氧，并且 在固化管中氧與惰性氣體的比例可至少為1 1000。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，固化管106 可包括石英玻璃或其他對(duì)輻射源1 所產(chǎn)生的光充分透明的合適的材料。圖2描繪了示例性的紫外線傳輸曲線圖200，其示出用含氧凈化氣體112凈化固 化管106的大致效果。曲線圖的橫坐標(biāo)(χ坐標(biāo)軸)為時(shí)間204(任意單位)，縱坐標(biāo)(或 y坐標(biāo)軸)為百分比202(任意單位)。示例的紫外線傳輸曲線圖200包括3條曲線惰性 氣體曲線206、214(上方虛線)，紫外線傳輸曲線210、218(實(shí)線曲線)，以及氧氣曲線208、 216(底部虛線)。在從大約t = 0至大約t = 8的時(shí)間間隔內(nèi)，固化管含有100%的惰性氣 體206和0%的氧氣208。在該時(shí)間間隔內(nèi)由于在固化管上累積的沉積物導(dǎo)致通過(guò)固化管 的紫外線傳輸210下降。隨后大約在時(shí)間t = 8的時(shí)刻，并且在初始氧氣凈化212 (由垂直虛線描繪)之后，固化管含有大約的氧氣216以及大約99%的惰性氣體214。結(jié)果通過(guò) 固化管的紫外線傳輸218增加。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，用包括氧氣216的凈化氣體凈化固化管能夠減慢、或 阻止、甚至逆轉(zhuǎn)固化管處的沉積物。因此，氧氣凈化能夠通過(guò)減少或消除在固化管中出現(xiàn)的 衰減固化光的沉積物幫助提高固化效率。現(xiàn)在參考圖3所示的流程圖描述用于固化被涂覆的光纖的示例方法300。在框302 中，根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，被涂覆的光纖可被拉過(guò)填充有預(yù)定氣體的氣室。預(yù)定氣體可 包括例如氮?dú)狻⒑?、氬氣、或任何具有微量氧氣的其他合適的惰性氣體。在框304中，根據(jù) 示范實(shí)施例，光纖可被拉過(guò)被耦接到惰性氣體室的固化管。在框306中，根據(jù)示范實(shí)施例， 當(dāng)被涂覆的光纖被拉過(guò)固化管時(shí)，固化管的內(nèi)表面的至少一部分可被凈化氣體凈化。在框 308中，根據(jù)示范實(shí)施例，被涂覆的光纖可對(duì)輻射曝光。例如，輻射可包括紫外光。根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，預(yù)定的氣體108以及凈化氣體112的流速可被分別地 和/或共同地控制，從而對(duì)于多種固化管凈化系統(tǒng)100的配置和涂料配方產(chǎn)生所期望的沉 積減少和/或固化結(jié)果。在下面的表1中示出在不同的流速和氧氣濃度下對(duì)兩種不同的涂 料配方(涂料#1和涂料#2)的示例測(cè)試結(jié)果。對(duì)于涂料#1，表1示出，在凈化氣體(上壁) 中0. 51%的氧氣濃度導(dǎo)致良好的涂層固化結(jié)果，即使在凈化氣體中這樣低的氧氣濃度也足 以保持固化管不變暗，至少對(duì)于特定的配置和總流速來(lái)說(shuō)是這樣。然而，當(dāng)凈化氣體(上 壁)中的氧氣濃度增加到大約以上時(shí)，可損害涂層固化。表 權(quán)利要求
1.一種用于固化被涂覆的光纖(102)的方法，其特征在于拉動(dòng)被所述涂覆的光纖(10 通過(guò)填充有預(yù)定氣體(108)的氣室(104)；拉動(dòng)所述光纖(10 通過(guò)被耦接到所述氣室(104)的固化管(106)；當(dāng)所述被涂覆的光纖被拉通過(guò)所述固化管(106)時(shí)，用凈化氣體(11 凈化所述固化 管(106)的內(nèi)表面的至少一部分；以及將所述被涂覆的光纖(10 對(duì)輻射曝光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述凈化的特征在于將所述固化管(106)的內(nèi)表 面的至少一部分暴露在含有氧氣的凈化氣體(112)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于，引導(dǎo)所述預(yù)定氣體(108)的至少一部分 從所述氣室(104)進(jìn)入所述固化管(106)，從而在固化期間至少部分地緩沖被涂覆的光學(xué) 纖維(102)受所述凈化氣體(112)的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述凈化氣體(11 包括氧氣，并且在所述固化 管(106)中氧氣與預(yù)定氣體(108)的比例至少為1 1000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固化管(106)用包括大約0.5%至大約21 % 的氧氣的凈化氣體(11 凈化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于，引導(dǎo)所述預(yù)定氣體(108)進(jìn)入所述氣室 (104)，其中，所述預(yù)定氣體(108)包括大約100%的氮?dú)?、氦氣、或氬氣，或者其混合氣體。
7.一種用于在固化被涂覆的光纖(102)時(shí)減少固化管(106)表面污染(1 )的系統(tǒng)， 其特征在于固化爐，該固化爐的特征在于輻射源(124)；氣室(104)，可操作用于通過(guò)預(yù)定氣體(108)包圍所述被涂覆的光纖(102)，其中，所述 預(yù)定氣體(108)包括大約100%的氮?dú)夂?或氦氣和/或氬氣；固化管(106)，被耦接到所述氣室(104)，并且被配置為將來(lái)自所述輻射源(124)的輻 射傳輸?shù)剿霰煌扛驳墓饫w(102)；以及凈化氣體入口(120)，用于釋放凈化氣體(11 進(jìn)入所述固化管(106)，從而用凈化氣 體(11 凈化所述固化管(106)的內(nèi)表面的至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述凈化氣體入口(120)被配置成在被所述輻 射源(124)固化期間，在所述固化管(106)中的所述被涂覆的光纖(10 的至少一部分仍 然被所述預(yù)定氣體(108)包圍時(shí)，釋放包含有氧氣的凈化氣體(11 進(jìn)入所述固化管(106) 的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述凈化氣體(112)包括氧氣，并且在所述固化 管(106)中氧氣與預(yù)定氣體(108)的比例至少為1 1000。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述固化管(106)用凈化氣體(11 凈化，該凈 化氣體(112)的特征在于，包括大約0.5%至大約21%的氧氣。
全文摘要
本發(fā)明的特定實(shí)施例可包括用于凈化紫外線固化管的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一示范實(shí)施例，提供用于固化被涂覆的光纖(102)的方法。該方法的特征在于拉動(dòng)所述被涂覆的光纖(102)通過(guò)填充有預(yù)定氣體(108)的氣室(104)；拉動(dòng)所述光纖(102)通過(guò)被耦接到所述氣室(104)的固化管(106)；并且在所述被涂覆的光纖被拉通過(guò)所述固化管(106)時(shí)，用凈化氣體(112)凈化所述固化管(106)的內(nèi)表面的至少一部分。
文檔編號(hào)C03C25/00GK102108012SQ201010139999
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者卡瑞奧弗里斯·康斯塔丁第斯, 哈里·加納, 彼得·哈斯洛夫 申請(qǐng)人:Ofs飛泰爾有限責(zé)任公司