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光纖余長(cháng)的形成和意義

作者:admin日期:2018-09-25 11:09點(diǎn)擊:
一、前言 
  隨著(zhù)光纜的長(cháng)期發(fā)展,光纜生產(chǎn)工藝已十分成熟,各種資料主要是在探討十分前沿的光通信系統的研究,在現階段對傳統光纜生產(chǎn)基礎工藝的文章較少。本文將討論常規光纜最重要的工藝參數——光纜余長(cháng)來(lái)。光纜余長(cháng)是光纜生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的工藝參數,也是影響因素最多的工藝參數,是確定光纜各種性能的重要工藝指標。本文的目的在于與大家一起進(jìn)一步研究光纜生產(chǎn)工藝,避免生產(chǎn)的過(guò)程中發(fā)生相同的問(wèn)題,也為初學(xué)者提供學(xué)習光纜關(guān)鍵工藝的機會(huì )。 
 
  二、光纜余長(cháng)的形成 
  光纜余長(cháng)形成主要來(lái)源于二次被覆和成纜工序,它們一起決定了光纜余長(cháng)的大小。而二次被覆工序是光纜余長(cháng)和余長(cháng)調節的最重要工序,它可以通過(guò)調節其他工藝參數來(lái)達到調節余長(cháng)的目的。圖1ROSENDAHL二次被覆機,用它來(lái)討論二次被覆中光纜余長(cháng)的形成過(guò)程。 
  生產(chǎn)設備流程圖如圖1所示:設備組成為1放線(xiàn)單元、2油膏填充系統和塑料擠出系統、3熱水冷卻、4輪牽、5冷水冷卻、6履帶牽引、7儲線(xiàn)系統和收線(xiàn)系統 
  光纖從放線(xiàn)架以一定放線(xiàn)張力下放出,通過(guò)油槍進(jìn)入主機擠出系統,再通過(guò)熱水槽冷卻進(jìn)入輪牽,在這個(gè)過(guò)程中光纖是以直線(xiàn)運動(dòng)。由于光纖油膏有觸變性在受到剪切力的情況下化學(xué)鍵斷裂,纖膏粘度降低,具有很好的流動(dòng)性,光纖在熱水槽段是被拉直,沒(méi)有形成余長(cháng)或是說(shuō)形成了負余長(cháng)。由于光纖在受力時(shí)有一定的拉伸量(一般<1%),另一方面光纖在輪牽時(shí)光纖靠近束管的內側面,相對束管長(cháng)于光纖為負余長(cháng)。在冷水槽段是形成余長(cháng)的主要階段,由于束管在冷卻時(shí)有很大的收縮而形成余長(cháng),抵消前面的負余長(cháng)而形成要求的余長(cháng)。 
  層絞式光纜絞合也形成一定的余長(cháng),束管相對光纜來(lái)說(shuō)長(cháng)。給光纖足夠拉伸窗口。其束管相對光纜長(cháng)度有下面公式計算可得: 
  L=1000/cosα (1) 
  其中L為每公里纜光纜束管的長(cháng)度m,α為光纜成纜的絞合角。 
  tgα=π(φ1+φ2)/W (2) 
  φ1為加強件直徑,φ2為束管直徑,W為成纜節距。 
  從上面兩式可以看出,每公里光纜實(shí)際束管長(cháng)度比光纜長(cháng)度長(cháng)一些,長(cháng)的部分可以用來(lái)提供部分余長(cháng),加上二套形成的余長(cháng),兩者共同組成了光纜的所有余長(cháng),為光纜提供了足夠的拉伸窗口。 
  對于中心束管式光纜由于沒(méi)有成纜部分的余長(cháng),在二次套塑時(shí)余長(cháng)要大一些。為光纜提供了足夠的拉伸窗口。因此對于不同用途的光纜設定相應的束管余長(cháng)。 
 
  三、影響余長(cháng)的因素 
  影響余長(cháng)的因素很多,他們之間是既獨立又相互聯(lián)系。在二套生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節都不同程度的影響著(zhù)余長(cháng)的大小,具體總結起來(lái)有如下幾個(gè)方面對余長(cháng)有影響。 
  放線(xiàn)張力對余長(cháng)影響是張力越大,其光纖被拉伸的程度越大,相對在熱水槽段束管的負余長(cháng)越大,最終余長(cháng)就越小。因此在生產(chǎn)中由于放線(xiàn)架不穩或放線(xiàn)主力過(guò)大,都會(huì )時(shí)束管余長(cháng)不穩,形成束管中各個(gè)光纖長(cháng)度相差較大。有的設備為主動(dòng)放線(xiàn)有的為被動(dòng)放線(xiàn),但張力不穩對光纖的余長(cháng)都有影響,被動(dòng)放線(xiàn)影響較大。 
  余長(cháng)張力是我們日常生產(chǎn)中最常見(jiàn)調節余長(cháng)的工藝參數之一,他的調節對余長(cháng)變化比較敏感。余長(cháng)張力調大時(shí)束管余長(cháng)變小,相反張力調小時(shí)余長(cháng)變大。調節余長(cháng)張力是一種容易控制的調節方式,也有穩定的量度,容易調節,但他的調節范圍不是很大,只能將余長(cháng)在小范圍的調節。 
  熱水槽溫度也是調節束管余長(cháng)的主要工藝參數,在其他參數穩定不變的情況下,一般溫度提高,余長(cháng)變大,反之則然。一般熱水的溫度都高于45℃,由于PBT的結晶溫度一般是高于45~50℃,如果熱水溫度過(guò)低,PBT結晶不好會(huì )影響其束管的性能,束管后期收縮會(huì )很大。而熱水和冷水的溫度差是最終決定束管的余長(cháng),一般溫差越大,其束管收縮越大,余長(cháng)越大,反之則然。 
  油膏的性能也是影響余長(cháng)穩定性的重要因素。我們平時(shí)生產(chǎn)中?磾D出機頭和熱水槽間的油膏液面的穩定性來(lái)判斷束管余長(cháng)的穩定性。油膏的粘度是決定余長(cháng)大小的重要因素。 
  纖膏的粘度和其加熱溫度成反比,當溫度提高時(shí)纖膏粘度降低,纖膏粘度對束管余長(cháng)影響的范圍很大。當纖膏粘度達到一定程度時(shí),束管余長(cháng)就不可控,可能束管各根光纖的余長(cháng)相差很大。在生產(chǎn)的過(guò)程中,纖膏在受到剪切力時(shí)化學(xué)鍵斷裂,粘度大幅度降低,纖膏有良好的流動(dòng)性,滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。當剪切力撤消后,過(guò)一定時(shí)間,其化學(xué)鍵會(huì )恢復,達到纖膏不會(huì )從束管中流出的粘度,纖膏的這種性能叫觸變性。這樣能夠滿(mǎn)足束管生產(chǎn)時(shí)纖膏粘度較小,光纖能自由運動(dòng),使光纖余長(cháng)容易控制。粘度過(guò)大使光纖運動(dòng)困難,光纖余長(cháng)就很難控制。市場(chǎng)上常見(jiàn)的纖膏有unigel.、DAE和漢膏等,他們都有不同的粘度和不同產(chǎn)品型號來(lái)滿(mǎn)足不同設備和不同類(lèi)型產(chǎn)品的要求。有的設備生產(chǎn)速度達400m/min,這時(shí)就應對纖膏粘度有特殊的要求。 
  纖膏擠出的模具油針和導纖針對束管余長(cháng)也有一定的影響。油針或導纖針的大小,直接影響到纖膏的擠出穩定性。纖膏擠出穩定性決定了光纖運動(dòng)軌跡,所以一般纖膏擠出不穩定,則表現在各光纖的余長(cháng)相差很大。配置適合的模具也是決定束管余長(cháng)好壞的主要方面,模具配置不合理,二套時(shí)束管內就會(huì )包裹進(jìn)去大量的空氣,使束管表面上看有許多真空泡,束管放置一段時(shí)間氣泡也不消失,說(shuō)明是由于油膏液面不穩卷入了空氣。 
  在成纜的過(guò)程中,余長(cháng)的形成主要來(lái)源于束管和光纜的相對長(cháng)度。由式1可以看出,光纜結構固定后,其余長(cháng)大小和成纜時(shí)束管與填芯的絞合角決定。一般絞合角越大其余長(cháng)越大。從式2中看出,決定絞合角的因素是成纜節距,節距越小,絞合角越大,余長(cháng)就越大。絞合也是余長(cháng)的重要來(lái)源。有的公司在二套生產(chǎn)時(shí)故意形成零余長(cháng),目的是利用成纜形成余長(cháng)就足夠了。 
 
  四、余長(cháng)在實(shí)際應用中的意義 
  光纜在生產(chǎn)和使用過(guò)程中都需要有一定的拉伸窗口§,一般光纜§為0.5%,自承式光纜§為0.8-1.0%。拉伸窗口與余長(cháng)和成纜節距有如下關(guān)系,如式(3)。 
  §=§0(1+4πRn2/Sn2)+2π2 (Rn2-Rmin2) /Sn2 (3) 
  其中§為光纜的拉伸窗口,§0束管的余長(cháng),Sn絞合節距,Rn為絞合半徑(Rn= Rc+ Rt)) Rt為束管半徑,Rc,為加強件外經(jīng),Rmin= Rn-Ri+Rf,其中Ri束管內徑,Rf光纖束外經(jīng),Rf=1.15*n1/2*0.25,n為束管中光纖數。 
  光纜在生產(chǎn)、安裝和工作運行時(shí),受到一定的拉力,纜將被拉伸一定的長(cháng)度,在光纜被拉伸時(shí),光纖不能受力,這樣就要求光纜有一定的被拉伸窗口。拉伸窗口的大小直接決定光纜的抗拉試驗的好壞,所以拉伸試驗是光纜試驗中最重要試驗之一。 
  在有些地區,一年四季的溫度變化比較大,在光纜工作溫度變化時(shí),由于光纖和光纜的其他組成材料間熱膨脹系數不同,而光纖又不能受到外界拉力,所以光纜必須有足夠的拉伸窗口。我們生產(chǎn)光纜每年都做的型式實(shí)驗高低溫,其目的就是防止光纜工作溫度變化的情況下對光纜有無(wú)損壞。 
  光纜的其他試驗如壓扁、彎曲和抗沖擊等都要求光纖在光纜中有足夠的余長(cháng)。當光纜受到外界作用時(shí),光纖能夠得到足夠的應變空間,以至于光纖不會(huì )受到外力的作用損壞。 
 
  五、結束語(yǔ) 
  光纖余長(cháng)是光纜生產(chǎn)中最重要的控制參數,它的好壞直接決定光纜質(zhì)量的好壞和光纜使用的性能,有其重要的意義。影響余長(cháng)的因素很多,他們之間相互作用又相互關(guān)聯(lián)。因此在我們生產(chǎn)過(guò)程中必須理解了各個(gè)影響因素是如何影響光纜的余長(cháng),才能夠很好的控制生產(chǎn)。光纜生產(chǎn)雖然十分成熟,但我們實(shí)際生產(chǎn)中還是存在問(wèn)題給光纜生產(chǎn)帶來(lái)許多的損失。光纜生產(chǎn)的各個(gè)工藝參數必須嚴格控制才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品。 

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