專利名稱：塑料光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備用加熱爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于塑料光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備的加熱爐。


圖1為采用在先技術(shù)的加熱爐的光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備的截面圖。該拉拔設(shè)備設(shè)有加熱爐3，先加熱并熔化坯料，然后再把坯料拉成纖維。該裝置還設(shè)有一個坯料供料裝置5，它向加熱爐3提供坯料。該裝置還設(shè)有一個卷取裝置9卷取由坯料1制成的光導(dǎo)纖維7。在加熱爐3內(nèi)，有一單個圓筒形輻射加熱器11以加熱并軟化坯料1。
在光導(dǎo)纖維7的拉拔方向上測量的加熱器11的長度L為60mm。
加熱器11向坯料1供熱。供熱的量與坯料1通過加熱器11所需的時間相關(guān)，也就是與加熱器11的長度L和坯料1的喂料速度(拉拔線速度)相關(guān)。而拉拔線速度受加熱器11的長度L的制約。例如，長度L為60mm的加熱器，拉拔線速度限制在5m/min以內(nèi)。當(dāng)速度超過這個值時，傳到坯料1的熱量減少了，從而在半軟化的狀況下拉拔坯料1，可能導(dǎo)致光導(dǎo)纖維被拉斷。
通常在拉拔塑料坯料1時，人們認(rèn)為10m/min的線速度是可行的標(biāo)準(zhǔn)。采用已知加熱爐3的拉拔設(shè)備，加熱器11向坯料1提供的熱量不充分。結(jié)果，只能得到5m/min的線速度，產(chǎn)生了可行性問題。
提高線速度的一個方法是增加加熱器11的長度L。然而，當(dāng)僅僅加長加熱器11時，加熱器11縱向溫度起伏會變大。從而，坯料1的軟化區(qū)(頸縮區(qū))變成不穩(wěn)定的形狀。因此降低了塑料光導(dǎo)纖維7外徑的精度。
例如，把加熱器11的長度L翻一番至120mm并使線速度達到10m/min，這時沿加熱器11的溫差由±10℃增加到±20℃。結(jié)果塑料光導(dǎo)纖維7的外徑偏差也從±30μm增加到±50μm。
鑒于這個問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于塑料光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備的加熱爐，用它可以提高拉拔線速度而不降低成品光導(dǎo)纖維的尺寸精度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種拉拔塑料制原料的拉拔設(shè)備用的加熱爐。該塑料坯料被喂入加熱爐，加熱軟化后拉拔成塑料光導(dǎo)纖維。沿原料和由其制成的塑料光導(dǎo)纖維的前進方向，加熱爐被分為上部的預(yù)熱段和下部的軟化段。預(yù)熱段有一個用來預(yù)熱原料的預(yù)加熱器，而軟化段有一個用來軟化原料的軟化加熱器，兩個加熱段可單獨控制，從而使每個加熱段有一個合適的溫度。
與在先技術(shù)不同，當(dāng)采用根據(jù)本發(fā)明的加熱爐時，不再需要加長軟化加熱器，那會產(chǎn)生軸向溫差。因此傳導(dǎo)到原料上的單位熱量增加了。結(jié)果，即使增加坯料喂料速度以增加拉拔線速度，也不會降低傳向坯料的熱量。從而防止塑料光導(dǎo)纖維斷裂和由于溫度起伏降低光纖的尺寸精度。這樣就提高了拉拔線速度并提高了產(chǎn)量。
加熱器互不干擾，容易控制。這也使軸向溫差最小，從而能夠生產(chǎn)直徑高度精確的塑料光導(dǎo)纖維。
最好，預(yù)加熱器和軟化加熱器上有一個導(dǎo)熱元件，該元件貫穿一個圓柱形孔，原料從孔中通過，一個發(fā)熱元件嵌在導(dǎo)熱元件中，所以發(fā)熱元件基本上圍住了圓柱形孔。
最好，發(fā)熱元件是一根螺旋環(huán)繞著圓柱形孔的電線。
這不會像碳加熱器那樣產(chǎn)生煙灰，因此不需要任何防護管之類的專門設(shè)備來遮擋煙灰，從而可以簡化設(shè)備。再有本發(fā)明的加熱器比碳加熱器的使用壽命長。因此降低了更換頻率，從而降低了成本并提高了產(chǎn)量。
導(dǎo)熱元件和嵌埋其中的發(fā)熱元件可以構(gòu)成一對基本對稱的零件，當(dāng)它們組合時，它們形成了圓柱形孔以及基本上環(huán)繞該圓柱形孔的發(fā)熱元件。
最好，軟化段有一個沿塑料光導(dǎo)纖維前進方向延伸于軟化段，并貫穿下部爐殼的均熱管。
沿原料的前進方向，加熱爐包括一個上部爐殼和一個下部爐殼，并被一個絕熱件分為預(yù)熱段和軟化段。上部爐殼、下部爐殼和絕熱件在對應(yīng)于圓柱形孔的位置上都有一個開口。
最好，分別在上部爐殼和絕熱零件的開口上裝一個直徑稍大于原料直徑的帶孔的蓋。
下面參照附圖描述本發(fā)明的非限制性的優(yōu)選實施方案，說明本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點，附圖中圖1是使用在先技術(shù)的塑料光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備的橫截面圖；圖2為裝備有本發(fā)明的第一實施方案所述加熱爐的塑料光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備的橫截面圖；圖3A是根據(jù)第一實施方案的加熱爐中預(yù)加熱器和軟化加熱器的俯視圖；圖3B是根據(jù)第一實施方案的加熱爐中預(yù)加熱器和軟化加熱器的側(cè)視圖；圖4A是如圖3A和圖3B所示的預(yù)加熱器和軟化加熱器的改型的俯視圖；圖4B是如圖3A和圖3B所示的預(yù)加熱器和軟化加熱器的改型的側(cè)視圖。
圖2為塑料光導(dǎo)纖維拉拔設(shè)備的截面圖，其中采用了根據(jù)第一實施方案的加熱爐。
拉拔設(shè)備主要包括加熱軟化坯料21然后將它拉成纖維的加熱爐23，把坯料21喂入加熱爐23的坯料喂料裝置25和卷取由坯料21拉拔成的塑料光纖27的卷取裝置29。原料21是棒狀的，包含一個高折射率的芯部和一個低折射率的包覆層。
坯料21在加熱爐29中加熱并軟化然后連續(xù)地拉拔成塑料光導(dǎo)纖維27。
加熱爐23包括一個預(yù)加熱器31(輻射加熱器)、一個軟化加熱器(輻射加熱器)33和一個環(huán)繞加熱器31、33的絕熱套35。
沿坯料21和由其拉拔出的塑料光導(dǎo)纖維的前進方向(圖2中從上到下)，絕熱套35內(nèi)部被絕熱隔板37分成上段和下段，也稱上、下爐室。因此絕熱套35的內(nèi)部包括一個位于上部的預(yù)熱段23a和一個位于下部的軟化段23b。
預(yù)熱段23a罩住預(yù)加熱器31而軟化段23b罩住軟化加熱器33。
絕熱套35有上部爐殼和下部爐殼35a和35b以及一個絕熱隔板37。它們設(shè)有開口39,41,43，各自從上至下對齊，坯料21和塑料光導(dǎo)纖維27從中通過。
如圖3A和3B所示，預(yù)加熱器31和軟化加熱器33有相同的結(jié)構(gòu)。電極41,43穿過絕熱套35插入加熱爐23。這些電極41,43聯(lián)接到電熱絲45(發(fā)熱元件)，電熱絲由鎳鉻合金制成。
電熱絲45嵌埋在圓柱型的導(dǎo)熱元件49中，后者在其中心區(qū)進一步設(shè)有一個貫通孔47。
電熱絲45呈螺旋形嵌埋在導(dǎo)熱元件49中，從上到下環(huán)繞著孔47(見圖3B)。借助這樣的布局，導(dǎo)熱元件49被電熱絲45均勻加熱。再有，導(dǎo)熱元件由鋁等具有高傳熱系數(shù)的金屬制成，以有效地傳導(dǎo)來自電熱絲45的熱。因此電熱絲的周圍區(qū)域要進行電絕緣處理。
在本實施例中，采用鋁作為電熱絲45。然而，也可以用銅或不銹鋼之類的其它金屬。在這樣的加熱器31、33中，電熱絲45先放入模具中然后再鑄入軟化的鋁。如此制得的預(yù)加熱器31和軟化加熱器33的電參數(shù)是100V/400W。
預(yù)加熱器31和軟化加熱器33的孔47的直徑大體與絕熱套35及絕熱隔板37中的開口39、41、43的直徑相等。預(yù)加熱器31和軟化加熱器33分別裝在加熱爐23的預(yù)熱段23a和軟化段23b中，從而使孔47和開口39、41、43處于同一個軸心，并使加熱器31和33被絕熱隔板37分開而形成上爐段和下爐段。
軟化加熱器33包括一個內(nèi)部圓柱形零件，該零件由一個中央玻璃管51構(gòu)成(如圖2所示)，管51從孔47的頂部延伸至其底部，并由絕熱套35的開口41中穿出。借助于中央管51，熱量更均勻地從軟化加熱器33傳導(dǎo)到坯料21上，因此坯料21從其周邊被均勻地加熱。
再有，開口41的內(nèi)圓周表面與中央管51的外表面緊密接觸，從而防止?fàn)t內(nèi)熱量外泄。
如上所述，加熱爐23的絕熱套35分別在上爐殼35a上有開口39，在絕熱隔板37上有開口43。這些開口39,43上分別有帶孔53a、55a的蓋53、55。這些孔制得直徑稍大于坯料21的外徑，從而當(dāng)裝上蓋53、55時，坯料21與開口39,43直徑之間的間隙被堵上。蓋53防止熱從預(yù)加熱器23a泄出，而蓋55則保證預(yù)熱段23a和軟化段23b之間絕熱。
由上文可知，加熱爐23被絕熱隔板27和蓋55分為預(yù)熱段23a和軟化段23b。再有，預(yù)熱段23a和軟化段23b內(nèi)各裝備有預(yù)加熱器31和軟化加熱器33。因此預(yù)熱段和軟化段可以獨立地控制，從而其中可得到合適的溫度。
預(yù)熱段23a用于預(yù)熱坯料21。所以其中的溫度設(shè)定得低于坯料21的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，使坯料21不致軟化。另一方面，在軟化段23b內(nèi)的溫度設(shè)定得高于坯料21的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度以使之軟化。沿預(yù)加熱器31和沿軟化加熱器33(從頂部到底部，見圖2)的溫差分別為±30℃和±10℃。
坯料21由坯料喂料裝置25喂入加熱爐23，插入預(yù)熱器31的孔47，裝在加熱爐23的預(yù)熱段23a中。然后坯料21被預(yù)加熱器31加熱預(yù)定的溫度，并通過位于軟化段23b內(nèi)的軟化加熱器33的內(nèi)園柱面中的中央管51。從而坯料在軟化加熱器33的加熱下軟化并同時被卷纏裝置29拉拔成塑料光導(dǎo)纖維27。
根據(jù)上述實施例，加熱爐23的內(nèi)部被絕熱隔板37和蓋55分為預(yù)熱段23a和軟化段23b，從而兩段的溫度可以單獨地控制。預(yù)熱段23a和軟化段23b分別設(shè)有預(yù)加熱器31和軟化加熱器33。這樣坯料12先在預(yù)加熱器31中預(yù)熱然后在軟化加熱器33中軟化。因此不同于在先技術(shù)，不再需要加長軟化加熱器33，那樣會產(chǎn)生軸向溫差33。這樣就可以增加傳向坯料21的單位熱量。
結(jié)果，即使增加坯料21的喂入速度以增加拉拔線速度也不會降低傳導(dǎo)到坯料21上的熱量。從而避免了塑料光導(dǎo)纖維27斷裂和由于沿加熱器31、33的溫度起伏而降低直徑精度。因此可以增加拉拔線速度并增加產(chǎn)量。
預(yù)加熱器31和軟化加熱器33分別安裝在預(yù)熱段23a和軟化段23b中，在其中可以獨立地控制溫度。這樣可以互不影響地方便地控制加熱器31、33。這還可以使縱向溫差降至最低，并可以生產(chǎn)直徑精度高的塑料光導(dǎo)纖維。
再有，坯料的加熱器31、33，用作預(yù)加熱器和軟化加熱器，有一個嵌埋在鋁制導(dǎo)熱元件49中的電熱絲45。因此不會象碳加熱器那樣產(chǎn)生的煙灰。從而也不需要防護管之類的專門裝置來遮擋煙灰。
再有，這種加熱器31、33的壽命比碳加熱器長。從而減少了更換頻率、降低了更換成本，提高了產(chǎn)量。
當(dāng)采用根據(jù)上述實施方案的加熱爐23拉拔塑料光導(dǎo)纖維27時，拉拔線速度可以從5m/min增加至10m/min。即使如此，沒有發(fā)生光纖斷裂現(xiàn)象，而且生產(chǎn)的塑料光導(dǎo)纖維滿足所要求的質(zhì)量，即直徑精度為±30μm。
圖4A和圖4B所示為本發(fā)明的加熱爐23中所設(shè)的預(yù)加熱器31和軟化加熱器33的變型實施方案。
根據(jù)該變型實施方案，帶有孔47的園柱形導(dǎo)熱元件83沿其縱向被分為兩個部分83a,83b，它們組裝起來形成一個園柱形的導(dǎo)熱元件83。這兩個部件83a和83b中各埋植一個電熱絲85a、85b。電熱絲85a和85b在相對應(yīng)的部件83a、83b中以半園的方向從一端延伸到另一端再折返回來，同時在縱的方向從頂部延伸到底部(見圖4B)。嵌埋的電熱絲85a、85b從每一個部件83a、83b的上側(cè)和下側(cè)引出。上側(cè)的引線聯(lián)接電極87a、87b，而下側(cè)的引線聯(lián)接89a、89b。
部件83a,83b和電熱絲85a、85b的材料可以用與對應(yīng)的導(dǎo)熱元件49和電熱絲45相同的材料制成。同導(dǎo)熱元件49一樣，部件83a、83b可澆鑄而成。
權(quán)利要求
1．一種用于拉拔塑料坯料(21)的拉拔設(shè)備的加熱爐(23)，所述坯料(21)被喂入所述加熱爐(23)中，加熱軟化后拉拔成塑料光導(dǎo)纖維(27)，其特征為，所述加熱爐(23)在所述坯料(21)和由之制成的塑料光導(dǎo)纖維(27)行進方向上被分成位于上部的預(yù)熱段(23a)和位于下部的軟化段(23b)，所述預(yù)熱段(23a)有一個用于預(yù)熱所述坯料(21)的預(yù)加熱器(31)，而所述軟化段(23b)有一個軟化所述坯料(21)的軟化加熱器(33)，而且兩個加熱段均可以獨立控制，從而向每一個加熱段提供適當(dāng)?shù)臏囟取?br> 2．根據(jù)權(quán)利要求1的加熱爐(23)，其特征為，每一個所述預(yù)加熱器(31)和所述軟化加熱器(33)都有一個導(dǎo)熱元件(49)，它有一個園柱形孔(47)，所述坯料(21)從中穿過；還有一個嵌埋在所述導(dǎo)熱元件(49)中的發(fā)熱元件(45)，它基本上環(huán)繞所述園柱形孔(47)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的加熱爐(23)，其特征為，所述發(fā)熱元件(45)是螺旋形環(huán)繞所述園柱形孔(47)的電熱絲。
4．根據(jù)權(quán)利要求2或3的加熱爐(23)，其特征為所述導(dǎo)熱元件(49)和嵌埋在其中的所述發(fā)熱元件(45)由一對大體對稱的部件(83a、85a；83b,85b)組成，當(dāng)它們組合時，它們形成所述園柱形孔(47)，并且所述發(fā)熱元件(85a,85b)基本上環(huán)繞所述園柱形孔(47)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項所述的加熱爐(23)，其特征為，垂直于所述坯料(21)和由其制成的所述塑料光導(dǎo)纖維的行進方向，所述加熱爐(23)有一個上部爐殼(35a)和一個下部爐殼(35b)，并且被一個絕熱隔板(37)分為所述預(yù)熱段和所述軟化段(23a,23b)，每一個所述上部爐殼(25a)，下部爐殼(25b)和絕熱隔板(37)，在對應(yīng)于所述園柱形孔(47)的位置上有一個開口(39,43,41)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的加熱爐，其特征為，所述上部爐殼(35a)和所述絕熱隔板(37)的所述開口(39,43)裝有一個蓋(53,55)，蓋上分別有一個洞(53a、55a)，其直徑略大于所述坯料(21)的直徑。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6的加熱爐，其特征為，所述的軟化段(23b)在沿所述塑料光導(dǎo)纖維(27)的前進方向上并穿過所述上部爐殼(35b)，貫穿所述軟化段(23b)有一個均熱管(31)。
全文摘要
該加熱爐(23)用于拉拔塑料制坯料(21)的拉拔設(shè)備。坯料(21)喂入加熱爐(23),加熱軟化后拉拔成塑料光導(dǎo)纖維(27)。沿坯料(21)和由其制成的塑料光導(dǎo)纖維(27)的前進方向,加熱爐(23)被分成位于上部的預(yù)熱段(23a)和位于下部的軟化段(23b)。預(yù)熱段(23a)有一個預(yù)加熱器來預(yù)熱坯料(21),而軟化段(23b)有一個軟化加熱器(33)來軟化坯料(21)。這些加熱段都可以單獨控制以向每個加熱段提供合適的溫度。
文檔編號D01D10/02GK1210986SQ9811768
公開日1999年3月17日 申請日期1998年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月11日
發(fā)明者松本慎一 申請人:住友電裝株式會社