Fiber coatings are essential in optical fiber manufacturing, since they provide the protective layers from the surface damages and the adequate fiber strength. Flow and temperature fields of coating liquid in a fiber coating applicator are numerically investigated by using a commercial CFD software. The main focus of this computational study is on the thermal effects by viscous dissipation and the effects of coating supply temperature on the final fiber coating thickness. The numerical results reveal that the thermal effects play a major role in the high-speed optical fiber coating process and give substantial influences on the determination of coating thickness. Changing the supply temperature of coating liquid is found to relieve the radial variation of coating liquid viscosity in the coating die and it can be an effective way to control the fiber coating thickness.
In this computational study of optical fiber manufacturing, WOW (wet-on-wet) double coating process on freshly drawn glass fiber has been numerical modelled and simulated using a simplified geometry of typical optical fiber coating apparatus. The numerical domain includes primary and secondary coating dies along with secondary coating cup and the interface between primary and secondary coating liquids are investigated using level set method. Coating liquid viscosity is an important parameter and its dependence on temperature is also considered. Since there would be possibility for pressure and temperature of primary coating liquid to be increased substantially at high fiber drawing speed, the effects of increased pressure and temperature of primary coating liquid are examined on flow patterns of coating liquids in secondary coating cup. In case that both pressure and temperature of primary coating liquid are high enough, liquid interface becomes noticeably unstable and this flow instability could adversely affect the uniform coatings and final quality of produced optical fiber.
The present investigation on optical fiber mass manufacturing features the computational modeling and simulation on a double layer liquid coating process on glass fiber surface. The computational model employs a simplified geometry of typical fiber coating system which consists of primary and secondary coating dies along with secondary coating cup. The viscous dissipation in coating flow is incorporated into the double layer coating process simulations. Heavy temperature dependence of coating liquid viscosity is also considered in the model. The computational results found that the effects of viscous dissipation on both primary and secondary coating layer thicknesses are highly significant at higher drawing speed. Several important coating process parameters such as supply temperature and pressure of primary and secondary coating liquids are investigated and discussed in order to appreciate how those parameters affect the double layer coating layer thickness on fast moving glass fiber.
The protective double layer polymer coatings on silica optical fibers are realized by wet-on-wet liquid coating process and they play an important role in final quality of mass produced optical fibers. This numerical study aims to analyze the effects of secondary coating die design parameters by employing two dimensional axisymmetric model of coating cup and coating die geometry and computational fluid dynamics simulations which include temperature dependent viscosity of polymer coating liquids and viscous dissipation heating. Under high speed fiber drawing conditions and pressurized coating liquid supply, the effects of converging die angle are investigated in order to appreciate the change of coating liquid flow patterns such as flow recirculation zone near coating die as well as primary and secondary coating layer thicknesses. The auxiliary coating die to converging coating die is also tested and the results find that this concept is advantageous in achieving stable double layer coatings on silica glass fiber.
The novel carbon coating process for interlayer of fiber reinforced ceramic composites between fiber and matrix was performed by carbonizing phenolic resin solution that coated on fiber surface in $N_2$ atmosphere at $600^{\circ}C$ to improve the strength and fracture toughness of CMC(ceramic matrix composite). 160 nm carbon layer was coated on fiber surface with 5 vol% of phenolic resin solution. Since the process temperature ($600^{\circ}C$) is lower than chemical vapor deposition($900{\sim}1000^{\circ}C$), the strength and toughness could be preserved. Furthermore the coating thickness uniformity was improved to 8% of deviation along the stacking sequence. Therefore, prevention from fiber degradation during coating process and controlling coating thickness uniformity along the preform depth were achieved by coating with phenolic resin carbonizing method.
A numerical study is conducted on the optical fiber coating flow in a primary coating nozzle consisting of three major parts: a resin chamber, a contraction and a coating die of small diameter. The flow is driven by the optical fiber penetrating the center of the nozzle at a high speed. The axisymmetric two-dimensional flow and heat transfer induced by viscous heating are examined based on the laminar flow assumption. Numerical experiments are performed with varying the convergent angle of nozzle contraction and the optical fiber drawing speed. The numerical results show that for high drawing speed greater than 30 m/s, there is a transition in the essential flow features depending on the convergent angle. For a large convergent angle greater than $30^{\circ}$, unfavorable multicellular flow structures are monitored, which could be associated with wall boundary-layer separation. In the regime of small convergent angle, as the angle increases, the highest resin temperature at the exit of die and the coating thickness decrease but the sensitivity of coating thickness on drawing speed and the maximum shear strain of resin on the optical fiber increase. The effects of the convergent angle are discussed in view of compromise searching for an appropriate angle for high-speed optical fiber coating.
Modeling and FEM analysis on Boron Nitride and/or Pyrolytic Carbon coating layers on SiC fibers under indentation contact loadings are investigated. Especially this study attempts to model the mechanical behavior of the SiC fibers with and without coatings. Tyranno S grade and Tyranno LoxM grade of SiC are selected for fiber and Boron Nitride and/or Pyrolytic Carbon as coating material. The modeling is performed by SiC fiber without coating layer, which includs single(BN or PyC) and double(BN-PyC or PyC-BN) coating layer. And then the analysis is performed by changing a type of coating layer, a type of fiber and coating sequence. In this study, the concepts of modeling and analysis techniques for optimum design of BN and PyC coating process on SiC fiber are shown. Results show that stresses are reduced when indentation contact loading applies on the material having lower elastic modulus.
섬유 코팅제로 널리 쓰이고 있는 액상 PVC는 여러 가지 특성 중 무광택 효과가 뛰어나지만 코팅된 섬유 표면의 유연성이 감소된다. 이런 결함을 대체할 수 코팅 물질로 Elastomer계열의 액상 실리콘 고무를 사용했다. 기존 액상 PVC공정과 동일하게 진행했으며, 로울러의 압축력과 공정상의 예비경화를 이용했다. 실험 결과 액상 PVC로 코팅된 직물의 경도는 70E, 인장강도는 10.3 MPa, 신율은 200%로 측정되었다. 액상 실리콘 고무로 코팅된 직물의 경도는 40도, 인장강도는 5.1 MPa, 신율은 460%,였다. 따라서 액상 실리콘 고무 코팅은 3차 가공 없이 액상 PVC 코팅보다 플라스틱 직물 표면의 무광택성과 유연성을 증가시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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