[发明专利]采用成角度的UVLED的固化装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于固化拉丝玻璃纤维上的涂层的装置、系统和方法。

背景技术

典型地，由一个以上的涂层保护玻璃纤维不受外力的影响。典型地，在光纤拉丝处理(即，在拉丝塔中将光学预制件拉丝成玻璃纤维)过程中涂布两层以上的涂层。较软的内涂层典型地有助于保护玻璃纤维不会微弯曲。较硬的外涂层典型地用于提供额外的保护并且便于玻璃纤维的操纵。所述涂层可以例如利用热或者紫外(UV)光固化。

UV固化要求被涂覆的玻璃纤维暴露于高强度的UV辐射。可以通过将涂层暴露于较高强度的UV辐射来减少固化时间。减少固化时间对于允许提高纤维拉丝线速度并且由此提高光纤生产率是特别期望的。

汞灯(例如，高压汞灯或者汞氙灯)通常用于产生UV固化所需要的UV辐射。使用汞灯的一个缺陷在于汞灯要求大量的电力以产生足够强度的UV辐射。例如，用于固化单个被涂覆的纤维(即，一个聚合物涂层)的UV灯可能要求总计50KW的功率消耗。

汞灯的另一个缺点在于用于给汞灯供电的大部分能量并不是以UV辐射发射而是以热发射。因此，汞灯必须被冷却(例如，使用热交换器)以防止过热。另外，汞灯所产生的不期望的热可能降低光纤涂层固化的速度。

另外，汞灯产生比如波长小于200nm和波长大于700nm(即，红外光)的宽的电磁辐射光谱。典型地，波长在约300nm和400nm之间的UV辐射对于固化UV涂层是有用的。由此，汞灯所产生的大部分电磁辐射被浪费(例如，90％以上)。另外，玻璃纤维典型地具有约125微米以下的直径，这当然比汞球管的直径小得多。因此，汞灯所发射的大部分UV辐射并不到达玻璃纤维的未固化涂层(即，能量被浪费)。

由此，作为传统汞灯的替代方案，可以有利地采用UVLED来固化玻璃纤维涂层。UVLED典型地比传统的UV灯要求显著少的能量并且相应地产生少得多的热能。

作为示例，美国专利No.7,022,382(Khudyakov等人)公开了使用UV激光器(例如，连续激光或者脉冲激光)来固化光纤涂层。

美国专利申请公报No.2003/0026919(Kojima等人)公开了使用紫外发光二极管(UVLED)来固化光纤涂层。所公开的光纤树脂涂覆装置包括模具组件，在该模具组件中，UV固化树脂被涂覆到光纤上。另外，在该模具组件中，被涂覆的光纤暴露于来自多个UVLED的UV辐射以使UV涂层固化。控制电路可以用于控制从UVLED阵列输出的UV辐射。例如，控制电路可以减小流入到一个或多个UVLED的电流以减小所发射的UV辐射的强度。控制电路还可以用于随着光纤前进通过模具组件而改变UV辐射的强度。

即使这样，尽管UVLED比汞灯高效，但是，在固化玻璃纤维涂层时，UVLED仍浪费了大量的能量。特别地，所发射的UV辐射的大部分并未用于固化玻璃纤维涂层。

因此，与传统的汞灯装置相比，需要UVLED装置不仅消耗更少的能量和产生更少的不期望的热，而且能够以提高的固化效率来固化玻璃纤维涂层。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于在原位固化光纤涂层的UVLED装置(以及相关联的系统和方法)。所述装置采用至少一个将电磁辐射发射到固化空间内的UVLED源，所述UVLED源比如是单个UVLED或者多个分散的UVLED。未完全固化的被涂覆的玻璃纤维通过该固化空间，由此吸收电磁辐射以实现光纤涂层的固化。

示例性UVLED装置包括一个以上的定位在大致筒状的空腔内的UVLED源。每个UVLED源典型地具有限定平均发射线(line of average emission)L_avg的发射图样。筒状的空腔具有反射内表面和椭圆形截面。相应地，所述空腔限定了第一焦点直线(line focus)、第二焦点直线以及与所述第一焦点直线和所述第二焦点直线相交的长轴。UVLED源典型地沿第一焦点直线定位，使得所述长轴和L_avg之间的发射角α在约30°和100°之间(例如，在约30°和60°之间)。具有未完全固化涂层的玻璃纤维沿第二焦点直线通过筒状的空腔，以实现对UVLED源所发射的并由筒状的空腔的反射内表面反射的UV辐射的吸收。

在第一方面中，本发明涉及一种用于固化玻璃纤维上的涂层的装置，所述装置包括：

大致筒状的空腔，其具有反射内表面和大致椭圆形的截面，所述空腔限定第一焦点直线、第二焦点直线以及与所述第一焦点直线和所述第二焦点直线相交的长轴，所述第二焦点直线限定固化轴线；

保护管，其对于UV辐射大致透明，所述保护管包围所述固化轴线；和