紫外线UV LED固化光缆系统
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自1960年代发展以来,现代光纤已取得了显着进步。对光缆的不断增长的需求,尤其是在电信行业中,导致大量生产光纤。过去十年来,广泛用于电子,光学和医疗设备组装的新型高辐射度UV LED固化系统已被光纤制造商用来作为对当前技术的补充或替代,以帮助满足日益增长的需求。同时,UV LED固化系统的高效率,长寿命和低成本运行将大大降低这种高速制造过程中的运行成本。
 
带定制聚焦透镜的UV LED光纤固化系统。
玻璃光纤是在多层拉丝塔上生产的,在顶部,预制棒在顶部被加热并以超过3000m / min的速度拉成细束。为了保护玻璃纤维,将两层涂层材料(例如丙烯酸酯聚合物或聚酰亚胺)以同心层的形式施加到纤维上,然后用高强度紫外线快速固化。
 
在当前的光纤制造过程中,高强度的紫外线弧光灯或紫外线微波激发灯系统用于固化纤维涂层。这些系统通过使电弧或微波通过充满汞和/或金属卤化物的玻璃管产生紫外线,从而产生高压汞蒸气。紫外线灯可产生从200 nm以下到800 nm以上的非常宽的光谱输出,这对于固化当前的光纤涂层是有效的。然而,这些灯具有许多工艺上的缺点,包括较高的运行成本和频繁的停机时间。

                      图1.典型的纤维涂层塔。


从250 nm到420 nm的紫外线能量通常在光纤涂层的固化中最有效。传统的高压UV灯会在此范围之外的外部波长中产生大量能量,这对固化过程没有帮助,因此浪费了能量。传统的高压UV灯在将电能转换为UV光方面也固有地效率低下,需要大量的电能消耗才能提供足够的光能以超过3000m / min的速度进行固化。光纤固化塔中使用的每个紫外线灯都可以使用多达6kW的电力。
 
我们公司研发的UV LED辐照交联机具有将电能更有效地转换为光能的优势,从而大大降低了电力运营成本。单个UV LED固化系统可消耗的功率仅为600W。仅凭减少的电力消耗就可以节省成本,足以很快地偿还安装LED系统的投资。
 
UV LED固化系统在特定的峰值波长(例如365 nm或395 nm)处产生的光谱要窄得多,半峰全宽仅为20 nm(图2)。
 
一个好处是,LED产生的全部能量光谱都在纤维涂层的有效固化范围内。但是,当固化已针对各种汞灯优化的光纤涂层时,LED系统的窄光谱也可能带来一些挑战。因此,重要的是要对LED系统进行特定的材料测试,并与纤维涂料供应商密切合作,以确保达到所需的涂料物理性能。

                                             图2. 395nm UV LED固化系统的光谱输出。
 
紫外线弧光灯每1,000至4,000个工作小时需要更换一次,而紫外线微波激发灯每6,000至8,000个工作小时需要更换一次,这增加了成本和过程停机时间。其他消耗性物品包括必须定期清洁和更换的UV微波系统的磁控管和反射器。这又导致制造停工以及零件和技术支持方面的额外成本。
 
高输出量,风冷的UV LED固化系统可轻松集成到光纤拉伸塔中。LED头本质上也具有长寿命,并具有创新的散热设计,典型的使用寿命超过40,000小时。UV LED系统使用高效可靠的恒流驱动器,不需要镇流器或磁控管更换,与基于灯的系统相比,进一步减少了停机时间和更换成本。

                     图3.带有定制透镜的UV LED固化系统的辐照度与工作距离的关系。

任何用于纤维涂层的UV固化系统所面临的挑战是将足够的光能聚焦到非常小的纤维上,以便以超过3000m / min的速度完全固化涂层。光线必须聚焦在固化系统和光纤之间的特定工作距离上,通常为10至18 mm。紫外线灯系统通常会在光纤的另一侧加入外部反射器,以回收光能,该能量最初不会击中小的目标,以提高固化效率并在光纤的所有面上实现均匀固化。
 
具有先进的LED光引擎设计和前端光学器件的UV LED固化系统能够最大化光纤的辐照度。定制的透镜可产生来自LED的高度聚焦的光束(线),以通过将非常细的纤维上的紫外线能量最大化来优化固化效率。LED固化系统的固有挑战是,由于来自LED光源的光发散,因此在整个工作距离上都必须保持高辐照度。定制光学器件可将辐照度保持在10至18毫米之间不变,这是纤维涂层应用的典型工作距离。
 


LED系统以透镜到透镜的配置排列以进行纤维固化。

LED系统可以根据制造过程和涂层材料以多种配置使用。一种有效的配置涉及安排两个LED系统,使聚焦透镜彼此相对,以在光纤上获得均匀的UV强度。由于UV LED系统可以按透镜对透镜的配置进行布置,因此不需要外部反射器,与基于灯的系统相比,可以节省额外的成本和停机时间。由于产生臭氧,当前的紫外线灯还需要较高的基础设施成本。波长小于200 nm的辐射会从空气中的氧气中产生臭氧。产生低于200 nm的光的紫外线弧光灯系统会产生臭氧,必须将其过滤并通过排气系统排放到室外。生产设备必须符合EN14001的要求,包括昂贵的烟囱和洗涤塔。窄光谱UV LED固化系统不会产生200 nm以下的光,因此不会产生臭氧,从而无需外部通风。这进一步降低了运营成本并简化了对环境标准的遵守。
 
新型UV LED辐照交联机,UV LED固化系统正在有效地补充或替代光纤电缆制造中的当前UV灯技术。UV LED辐照交联机的高效率,长寿命和低功耗大大降低了这种高速制造过程中的运营成本。
 
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