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            光纖余長的形成和意義

            作者:admin日期:2018-09-25 11:09點擊:
            一、前言 
              隨著光纜的長期發展,光纜生產工藝已十分成熟,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——光纜余長來。光纜余長是光纜生產過程中最關鍵的工藝參數,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一步研究光纜生產工藝,避免生產的過程中發生相同的問題,也為初學者提供學習光纜關鍵工藝的機會。 
             
              二、光纜余長的形成 
              光纜余長形成主要來源于二次被覆和成纜工序,它們一起決定了光纜余長的大小。而二次被覆工序是光纜余長和余長調節的最重要工序,它可以通過調節其他工藝參數來達到調節余長的目的。圖1ROSENDAHL二次被覆機,用它來討論二次被覆中光纜余長的形成過程。 
              生產設備流程圖如圖1所示:設備組成為1放線單元、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儲線系統和收線系統 
              光纖從放線架以一定放線張力下放出,通過油槍進入主機擠出系統,再通過熱水槽冷卻進入輪牽,在這個過程中光纖是以直線運動。由于光纖油膏有觸變性在受到剪切力的情況下化學鍵斷裂,纖膏粘度降低,具有很好的流動性,光纖在熱水槽段是被拉直,沒有形成余長或是說形成了負余長。由于光纖在受力時有一定的拉伸量(一般<1%),另一方面光纖在輪牽時光纖靠近束管的內側面,相對束管長于光纖為負余長。在冷水槽段是形成余長的主要階段,由于束管在冷卻時有很大的收縮而形成余長,抵消前面的負余長而形成要求的余長。 
              層絞式光纜絞合也形成一定的余長,束管相對光纜來說長。給光纖足夠拉伸窗口。其束管相對光纜長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,每公里光纜實際束管長度比光纜長度長一些,長的部分可以用來提供部分余長,加上二套形成的余長,兩者共同組成了光纜的所有余長,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有成纜部分的余長,在二次套塑時余長要大一些。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。 
             
              三、影響余長的因素 
              影響余長的因素很多,他們之間是既獨立又相互聯系。在二套生產中各個環節都不同程度的影響著余長的大小,具體總結起來有如下幾個方面對余長有影響。 
              放線張力對余長影響是張力越大,其光纖被拉伸的程度越大,相對在熱水槽段束管的負余長越大,最終余長就越小。因此在生產中由于放線架不穩或放線主力過大,都會時束管余長不穩,形成束管中各個光纖長度相差較大。有的設備為主動放線有的為被動放線,但張力不穩對光纖的余長都有影響,被動放線影響較大。 
              余長張力是我們日常生產中最常見調節余長的工藝參數之一,他的調節對余長變化比較敏感。余長張力調大時束管余長變小,相反張力調小時余長變大。調節余長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,只能將余長在小范圍的調節。 
              熱水槽溫度也是調節束管余長的主要工藝參數,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℃,如果熱水溫度過低,PBT結晶不好會影響其束管的性能,束管后期收縮會很大。而熱水和冷水的溫度差是最終決定束管的余長,一般溫差越大,其束管收縮越大,余長越大,反之則然。 
              油膏的性能也是影響余長穩定性的重要因素。我們平時生產中?磾D出機頭和熱水槽間的油膏液面的穩定性來判斷束管余長的穩定性。油膏的粘度是決定余長大小的重要因素。 
              纖膏的粘度和其加熱溫度成反比,當溫度提高時纖膏粘度降低,纖膏粘度對束管余長影響的范圍很大。當纖膏粘度達到一定程度時,束管余長就不可控,可能束管各根光纖的余長相差很大。在生產的過程中,纖膏在受到剪切力時化學鍵斷裂,粘度大幅度降低,纖膏有良好的流動性,滿足生產的要求。當剪切力撤消后,過一定時間,其化學鍵會恢復,達到纖膏不會從束管中流出的粘度,纖膏的這種性能叫觸變性。這樣能夠滿足束管生產時纖膏粘度較小,光纖能自由運動,使光纖余長容易控制。粘度過大使光纖運動困難,光纖余長就很難控制。市場上常見的纖膏有unigel.、DAE和漢膏等,他們都有不同的粘度和不同產品型號來滿足不同設備和不同類型產品的要求。有的設備生產速度達400m/min,這時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軌跡,所以一般纖膏擠出不穩定,則表現在各光纖的余長相差很大。配置適合的模具也是決定束管余長好壞的主要方面,模具配置不合理,二套時束管內就會包裹進去大量的空氣,使束管表面上看有許多真空泡,束管放置一段時間氣泡也不消失,說明是由于油膏液面不穩卷入了空氣。 
              在成纜的過程中,余長的形成主要來源于束管和光纜的相對長度。由式1可以看出,光纜結構固定后,其余長大小和成纜時束管與填芯的絞合角決定。一般絞合角越大其余長越大。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,余長就越大。絞合也是余長的重要來源。有的公司在二套生產時故意形成零余長,目的是利用成纜形成余長就足夠了。 
             
              四、余長在實際應用中的意義 
              光纜在生產和使用過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%。拉伸窗口與余長和成纜節距有如下關系,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,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,Rmin= Rn-Ri+Rf,其中Ri束管內徑,Rf光纖束外經,Rf=1.15*n1/2*0.25,n為束管中光纖數。 
              光纜在生產、安裝和工作運行時,受到一定的拉力,纜將被拉伸一定的長度,在光纜被拉伸時,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,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。我們生產光纜每年都做的型式實驗高低溫,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。當光纜受到外界作用時,光纖能夠得到足夠的應變空間,以至于光纖不會受到外力的作用損壞。 
             
              五、結束語 
              光纖余長是光纜生產中最重要的控制參數,它的好壞直接決定光纜質量的好壞和光纜使用的性能,有其重要的意義。影響余長的因素很多,他們之間相互作用又相互關聯。因此在我們生產過程中必須理解了各個影響因素是如何影響光纜的余長,才能夠很好的控制生產。光纜生產雖然十分成熟,但我們實際生產中還是存在問題給光纜生產帶來許多的損失。光纜生產的各個工藝參數必須嚴格控制才能生產出一流的產品。 

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