預(yù)制棒缺陷是光纖斷裂主因
光纖在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)低強(qiáng)度斷裂主要是由光纖存在的缺陷引起的。這些缺陷大致可分為內(nèi)部缺陷和表面缺陷，內(nèi)部缺陷主要原因是預(yù)制棒中夾雜氣泡和雜質(zhì)。表面缺陷主要形式是微裂紋和微塵沾污。
預(yù)制棒的生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免的存在氣泡和雜質(zhì)。對(duì)于預(yù)制棒內(nèi)部一定直徑的氣泡，在拉絲過(guò)程中可能發(fā)生破裂，或者縮小成極細(xì)小的氣線而對(duì)光纖強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。而對(duì)于內(nèi)部雜質(zhì)造成的缺陷，拉絲過(guò)程中不僅無(wú)法使其愈合和縮小，相反在高溫融化時(shí)，雜質(zhì)和玻璃體界面還會(huì)因其產(chǎn)生裂紋。裂紋在拉絲過(guò)程中會(huì)不斷地增長(zhǎng)，裂紋尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雜質(zhì)本身的尺寸。
表面缺陷主要為微裂紋和表面沾污。預(yù)制棒表面的微裂紋，在拉制過(guò)程中不可避免地會(huì)轉(zhuǎn)變成光纖表面較小的微裂紋。當(dāng)光纖受到的外部應(yīng)力大于這些小的微裂紋擴(kuò)展臨界應(yīng)力時(shí)，小的微裂紋逐漸增大，最終導(dǎo)致光纖斷裂。而表面沾污會(huì)降低裸光纖表面與內(nèi)涂涂料的結(jié)合緊密度。
目前對(duì)于表面缺陷主要有兩種處理方法：一為火焰拋光，二為HF酸處理?；鹧鎾伖饪梢杂行У刂斡A(yù)制棒表面的微裂紋，HF酸可以洗去附著在預(yù)制棒表面的雜質(zhì)。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)預(yù)制棒進(jìn)行HF酸洗和火焰拋光二次處理，從而提高光纖強(qiáng)度。
涂覆和固化決定機(jī)械保護(hù)強(qiáng)度
光纖涂層的作用是保護(hù)光纖表面不會(huì)受到機(jī)械損傷和潮氣的影響并保持其原有的強(qiáng)度，若涂層太薄或偏心就會(huì)失去機(jī)械保護(hù)的作用。涂層的同心度在拉絲過(guò)程中容易變化，因此在拉絲中需時(shí)刻注意。圖1為根據(jù)實(shí)際拉絲統(tǒng)計(jì)出的涂層同心度不同對(duì)光纖強(qiáng)度的影響。
涂覆過(guò)程中，另一個(gè)影響光纖強(qiáng)度的因素是涂層中的氣泡。氣泡的產(chǎn)生主要是因?yàn)槔z中，光纖在模具中位置發(fā)生偏移，使得涂料形成的半月型液面發(fā)生傾斜，角度較小側(cè)受到壓力增加，氣體容易被光纖帶入涂層中；或者涂料溫度變化，涂覆壓力波動(dòng)等因素都會(huì)在涂層產(chǎn)生氣泡。涂層中的氣泡，降低了涂層和涂層之間以及涂層和裸光纖之間的結(jié)合力。并且氣泡的存在增加了涂層在受到拉力情況下，產(chǎn)生裂紋的可能性，最終導(dǎo)致光纖強(qiáng)度降低。
根據(jù)實(shí)際光纖生產(chǎn)方法，目前廣泛使用光聚作用的技術(shù)方法。利用UV輻射使得光引發(fā)劑激發(fā)成活性體（自由基或陽(yáng)離子）。該活性體與預(yù)聚物和單體中的C=C雙鍵反應(yīng)，形成增長(zhǎng)鏈。該增長(zhǎng)鏈進(jìn)一步反應(yīng)，形成更長(zhǎng)聚合物鏈。若有多管能度聚合物或單體存在，就會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)，最后活性體的耦合與歧化使反應(yīng)終止。
隨著技術(shù)的提高，目前生產(chǎn)中拉絲速度已經(jīng)提高到20m/s~30m/s，光纖在固化爐的停留時(shí)間僅為0.1s~0.2s。為保證涂覆后光纖的固化效果，要求固化爐能夠提供足夠的紫外光能，滿足光引發(fā)劑激活成活性體所需要的能量。同時(shí)，在固化爐內(nèi)通入一定比例的惰性氣體，防止氧氣對(duì)聚合物鏈增長(zhǎng)的抑制，提高固化效果。
圖2和圖3是對(duì)不同固化度光纖和由于氧氣含量過(guò)高而引起表面發(fā)粘的光纖的強(qiáng)度進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)。從圖看出，當(dāng)光纖的固化度高于80%時(shí)，光纖的強(qiáng)度沒(méi)有隨著光纖固化度的升高而升高，而是呈隨機(jī)性的分布。而圖中，固化爐中氧含量過(guò)高造成的表面發(fā)粘的光纖，與正常光纖相比，每1000KM的斷點(diǎn)數(shù)由12.1個(gè)升高到12.8個(gè)，沒(méi)有出現(xiàn)較大的升高。
爐子溫度影響光纖機(jī)械強(qiáng)度
高溫拉絲過(guò)程中發(fā)生點(diǎn)缺陷將導(dǎo)致光纖機(jī)械強(qiáng)度劣化，已發(fā)現(xiàn)的最重要的點(diǎn)缺陷之一E缺陷是Si-O鏈斷裂產(chǎn)生的，Si-O鏈斷裂和重新鏈合是動(dòng)態(tài)變化的，E缺陷的濃度取決于Si-O鏈斷裂和重新鏈合的平衡結(jié)果。E缺陷的濃度隨拉絲爐加熱區(qū)長(zhǎng)度增加而增加，隨拉絲速度增加而降低，加熱區(qū)長(zhǎng)導(dǎo)致預(yù)制棒在高溫區(qū)時(shí)間加長(zhǎng)，從而導(dǎo)致Si-O鏈斷裂產(chǎn)生的頻率更高。有研究表明，當(dāng)加熱爐溫度從2200K增加到3000K時(shí)，剛從加熱爐出來(lái)的裸光纖的缺陷濃度就會(huì)增加二個(gè)數(shù)量級(jí)。
同時(shí)由于高溫下，爐中的石墨件揮發(fā)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成了硬度較高的SiC微粒，在加熱爐內(nèi)若裸光纖被SiC微粒碰到，光纖表面會(huì)產(chǎn)生缺陷和裂紋。而隨著加熱爐內(nèi)溫度越高，反應(yīng)生成的SiC微粒的數(shù)量就越多，所以裸光纖表面被碰傷的幾率就越高，光纖表面產(chǎn)生的缺陷越多，光纖強(qiáng)度就越低。