Оптоволокно продолжает набирать популярность из-за способности мгновенно передавать данные на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать стеклянные волокна для оптических датчиков, лазеров, гироскопов, сбора информации в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим требования к материалу по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Для повышения надежности оптического волокна все чаще используют полимерное покрытие. Ученые Пермского Политеха рассмотрели процесс нанесения укрепляющего состава на волокно и разработали модель, которая позволит рассчитать необходимую толщину покрытия.
Работа заняла первое место в конкурсе «Лучший научный доклад» Пермского Политеха среди участников технического направления. «Оптоволоконные нити из стекла необходимо защищать от влияния внешней среды с помощью полимерного покрытия. Для контроля его нанесения мы разработали модель фильеры – инструмента, который обычно используется для изготовления проволоки. Предполагается, что данное устройство будет работать как аппликатор – его заполняют вязкой несжимаемой жидкостью, через центральное отверстие которой будет протягиваться оптическое волокно», – рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры динамики и прочности машин Пермского Политеха Елена Кузнецова.
«Основная идея, позволяющая рассчитать толщину покрытия, заключается в равенстве объемных расходов полимера в фильере и на отдалении от нее, где скорость жидкости полагается равной скорости протяжки волокна. Так толщина оболочки зависит от температуры жидкости, скорости вытяжки волокна и расстояния между фильерами», – сообщил магистрант факультета прикладной математики и механики Пермского Политеха Всеволод Севастьянов.
«Во время эксперимента по производству кварцевой нити с использованием математической модели фильеры цилиндрической формы было покрыто два волокна диметрами 0,08 и 0,125 миллиметров с полимерным покрытием диаметрами 0,13 и 0,17 миллиметров соответственно.
Полученные результаты для диаметров оптоволокна с покрытием согласуются с экспериментальными данными, полученными при производстве на предприятии (относительная погрешность не превышает одного процента). Это значит, что алгоритм отлично показал себя при работе с покрытием», – поделился выпускник кафедры «Динамика и прочность машин», Пермского Политеха кандидат технических наук, а в настоящем начальник лаборатории Научно-технического центра ПАО «ПНППК» Иван Есипенко.
По словам политехников, разработанная модель будет использоваться на предприятии при производстве оптоволокна. Модель будет определять толщину покрытия в зависимости от диаметра нецилиндрических фильер без дополнительных экспериментальных исследований, что позволит фактически свести к минимуму бракованную продукцию и значительно сократить затраты на переналадку дорогостоящего технологического оборудования производства оптоволокна.