65 / 88
EuroWire –
январь
2009
г.
63
Техническая статья
2. Ответственные
компоненты
технологической
линии
Высокоскоростное
производство
окрашенного волокна требует наличия
основных технологических компонентов
усовершенствованной конструкции.
Усилия разработчиков сосредоточились
на создании конструкций отдаточного
и приемного устройств, позволяющих
использовать
катушки
большего
размера и веса, на усовершенствовании
технологической оснастки устройства
для нанесения покрытия с целью
ускорения
процесса
наладки
и
заправки нитей волокна, а также на
создании надежных и высокоточных
систем электропривода и аппаратуры
контроля. Новая, высокоэффективная
система подачи мощного УФ излучения
обеспечивает
бесступенчатую
регулировку мощности, подаваемой
на
УФ-лампы,
что
обеспечивает
поддержание необходимого режима
отверждения с момента запуска
оборудования до достижения скорости
в 3000 м/мин.
2.1 Конструкция фильеры
Было разработано новое устройство
для нанесения краски, которое прошло
эксплуатационные
испытания
на
скоростях до 3000 м/мин. Сложность
заключалась в том, чтобы создать
соответствующее давление внутри
устройства для нанесения покрытия
с целью герметизации входной зоны
фильеры, обеспечивая при этом
допустимыйуровеньнатяженияволокна.
Эксплуатационные
характеристики
линии были продемонстрированы с
использованием красок серий Cablelite®
751 и DX-1000 производства компании
«ДСМ десотек» (DSM Desotech) в
различных рабочих режимах.
Полученные результаты были затем
сопоставлены с параметрами расчетных
моделей. Значения натяжения в фильере,
натяжения на отдатчике волокна, или
противонатяжения, и суммарного или
максимального натяжения приведены
на рис. 3 для среднего цветного спектра
красок серий 751 и DX-1000.
Следуетучесть,чтовеличинанатяженияв
фильере с ростом скорости существенно
не увеличивалась. Это обусловлено как
истончением сдвига, так и нагревом в
результате сдвигового деформирования
полимера при высоких скоростях.
Отметим также, что при работе с
красками серии DX-1000 использовалось
несколько большее натяжение, что
явилось следствием их более высокой
вязкости (см. рис. 4). Более высокая
вязкость обеспечивает стабильность за
счет уменьшения степени схватывания
при хранении и в промежутках между
технологическими
циклами.
Для
аппроксимации данных по вязкости
использовалась модель Аррениуса.
Примечательно, что повышение рабочей
температуры для красок серии DX-1000
на 10-15 °C могло бы дать параметры
вязкости, аналогичные тем, которые
характерны для красок серии 751.
Окраска оптического волокна была
проведена в ходе отдельных испытаний
на высоких скоростях для обеспечения
замеров уровня затухания на длине
волны 1310 нм и 1550 нм. Для красок
серий 751 и DX-1000 усиление затухания
составило менее 0,01 дБ/км при 3000
м/мин.
С целью оптимизации внутренних
размеров фильеры была создана
одномерная
модель
потоков
в
фильере. Данная модель предполагает
ламинарное течение ньютоновской
жидкостичерез любое заданное сечение,
но допускает изменение вязкости прямо
пропорционально среднему градиенту
скорости сдвига в данной точке
сечения. Для определения зависимости
вязкости от температуры и градиента
скорости сдвига была использована
модель Карро-Ясуды (Carreau-Yasuda)
в сочетании с уравнением Аррениуса.
Затем было рассчитано натяжение
волокна и давление внутри фильеры (см.
рис. 5) для заданных значений диаметра
окрашенного волокна, скорости линии и
температуры.
Отметим дополнительное увеличение
натяжения в пределах выходной зоны
фильеры, регистрируемое по мере того,
как под воздействием массы волокна
ускоренно возникает высокое давление,
ведущее к образованию акрилатов,
что создает центрирующее усилие для
обеспечения однородности покрытия.
Коллектор был выбран укороченной
длиныпосравнениюсиспользовавшимся
при нанесении покрытия на волокно,
но больше использовавшегося в
стандартной фильере для окраски, чтобы
улучшить циркуляцию краски, повысить
однородностьтемпературыиобеспечить
умеренное натяжение волокна при
высоких скоростных режимах.
При максимальном натяжении в 1,7 Н
при 3000 м/мин волокно подвергается
напряжению, равному всего 0,14 ГПа [20
тыс. фунт./кв. дюйм], что составляет 20 %
от стандартного уровня испытательного
давления в 0,69 ГПа [100 тыс. фунт./кв.
дюйм]. Благодаря такому умеренному
натяжениюамплитуда вибраций волокна
в зоне систем УФ-ламп сводится к
минимуму. Простота конструкции также
облегчает чистку и заправку фильеры.
2.2 Отверждение краски
ультрафиолетовым излучением
В центре внимания разработчиков
стояли вопросы обеспечения контроля
состояния инертной газовой среды
и
сопряжения
системы
мощных
ламп УФ-отверждения с высоким
коэффициентом полезного действия.
Новые электронные источники питания
Light
Hammer®
10
производства
компании «Фьюжн ю-ви системз» (Fusion
UV Systems) обеспечивают питание
постоянным током с бесступенчатой
регулировкой мощности от 35 %
до 100 %. В результате был увеличен
эксплуатационный ресурс магнетрона
и лампы, и значительно уменьшен вес
источника питания для упрощения
обслуживания.
Предусмотрены
контрольно-измерительные приборы
для определения расхода азота,
уровня кислорода и интенсивности
ультрафиолетового
излучения
через центральную трубку, которые
сигнализируют о необходимости замены
центральнойтрубкисцельюобеспечения
надлежащего режима отверждения. Для
обеспечения необходимой глубины
отверждениявысокогокачестваврежиме
эксплуатации линии на скорости 3000 м/
мин использовались три 10-дюймовые
лампымощностью600Вт/дюймсколбами
типа «D». При необходимости одна
лампа типа «D» может быть заменена
на лампу типа «H» для повышения
качества отверждения поверхности.
Использование 3 отдельных ламп также
Рис. 3.
▲
▲
График зависимости натяжения волокна
при окраске от скорости
Рис. 4.
▲
▲
Сравнительные
значения вязкости
красок
Натяжение – [Н]
м/мин
Максимальные значения
натяжения
Значения натяжения в фильере
Противонатяжение
Относительная вязкость
Температура, °C