一、前言
隨著光纜的長(zhǎng)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(tǒng)的研究，在現(xiàn)階段對(duì)傳統(tǒng)光纜生產(chǎn)基礎(chǔ)工藝的文章較少。本文將討論常規(guī)光纜最重要的工藝參數(shù)——光纜余長(zhǎng)來(lái)。光纜余長(zhǎng)是光纜生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的工藝參數(shù)，也是影響因素最多的工藝參數(shù)，是確定光纜各種性能的重要工藝指標(biāo)。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(xí)光纜關(guān)鍵工藝的機(jī)會(huì)。
二、光纜余長(zhǎng)的形成
光纜余長(zhǎng)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(zhǎng)的大小。而二次被覆工序是光纜余長(zhǎng)和余長(zhǎng)調(diào)節(jié)的最重要工序，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)其他工藝參數(shù)來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)余長(zhǎng)的目的。圖1ROSENDAHL二次被覆機(jī)，用它來(lái)討論二次被覆中光纜余長(zhǎng)的形成過(guò)程。
生產(chǎn)設(shè)備流程圖如圖1所示:設(shè)備組成為1放線單元、2油膏填充系統(tǒng)和塑料擠出系統(tǒng)、3熱水冷卻、4輪牽、5冷水冷卻、6履帶牽引、7儲(chǔ)線系統(tǒng)和收線系統(tǒng)
光纖從放線架以一定放線張力下放出，通過(guò)油槍進(jìn)入主機(jī)擠出系統(tǒng)，再通過(guò)熱水槽冷卻進(jìn)入輪牽，在這個(gè)過(guò)程中光纖是以直線運(yùn)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(zhǎng)或是說(shuō)形成了負(fù)余長(zhǎng)。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(nèi)側(cè)面，相對(duì)束管長(zhǎng)于光纖為負(fù)余長(zhǎng)。在冷水槽段是形成余長(zhǎng)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(zhǎng)，抵消前面的負(fù)余長(zhǎng)而形成要求的余長(zhǎng)。
層絞式光纜絞合也形成一定的余長(zhǎng)，束管相對(duì)光纜來(lái)說(shuō)長(zhǎng)。給光纖足夠拉伸窗口。其束管相對(duì)光纜長(zhǎng)度有下面公式計(jì)算可得：
L=1000/cosα （1）
其中L為每公里纜光纜束管的長(zhǎng)度m,α為光纜成纜的絞合角。
tgα=π（φ1+φ2）/W （2）
φ1為加強(qiáng)件直徑，φ2為束管直徑，W為成纜節(jié)距。
從上面兩式可以看出，每公里光纜實(shí)際束管長(zhǎng)度比光纜長(zhǎng)度長(zhǎng)一些，長(zhǎng)的部分可以用來(lái)提供部分余長(zhǎng)，加上二套形成的余長(zhǎng)，兩者共同組成了光纜的所有余長(zhǎng)，為光纜提供了足夠的拉伸窗口。
對(duì)于中心束管式光纜由于沒(méi)有成纜部分的余長(zhǎng)，在二次套塑時(shí)余長(zhǎng)要大一些。為光纜提供了足夠的拉伸窗口。因此對(duì)于不同用途的光纜設(shè)定相應(yīng)的束管余長(zhǎng)。
三、影響余長(zhǎng)的因素
影響余長(zhǎng)的因素很多，他們之間是既獨(dú)立又相互聯(lián)系。在二套生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)都不同程度的影響著余長(zhǎng)的大小，具體總結(jié)起來(lái)有如下幾個(gè)方面對(duì)余長(zhǎng)有影響。
放線張力對(duì)余長(zhǎng)影響是張力越大，其光纖被拉伸的程度越大，相對(duì)在熱水槽段束管的負(fù)余長(zhǎng)越大，最終余長(zhǎng)就越小。因此在生產(chǎn)中由于放線架不穩(wěn)或放線主力過(guò)大，都會(huì)時(shí)束管余長(zhǎng)不穩(wěn)，形成束管中各個(gè)光纖長(zhǎng)度相差較大。有的設(shè)備為主動(dòng)放線有的為被動(dòng)放線，但張力不穩(wěn)對(duì)光纖的余長(zhǎng)都有影響，被動(dòng)放線影響較大。
余長(zhǎng)張力是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)中最常見調(diào)節(jié)余長(zhǎng)的工藝參數(shù)之一，他的調(diào)節(jié)對(duì)余長(zhǎng)變化比較敏感。余長(zhǎng)張力調(diào)大時(shí)束管余長(zhǎng)變小，相反張力調(diào)小時(shí)余長(zhǎng)變大。調(diào)節(jié)余長(zhǎng)張力是一種容易控制的調(diào)節(jié)方式，也有穩(wěn)定的量度，容易調(diào)節(jié)，但他的調(diào)節(jié)范圍不是很大，只能將余長(zhǎng)在小范圍的調(diào)節(jié)。
熱水槽溫度也是調(diào)節(jié)束管余長(zhǎng)的主要工藝參數(shù)，在其他參數(shù)穩(wěn)定不變的情況下，一般溫度提高，余長(zhǎng)變大，反之則然。一般熱水的溫度都高于45℃，由于PBT的結(jié)晶溫度一般是高于45~50℃，如果熱水溫度過(guò)低，PBT結(jié)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(zhǎng)，一般溫差越大，其束管收縮越大，余長(zhǎng)越大，反之則然。
油膏的性能也是影響余長(zhǎng)穩(wěn)定性的重要因素。我們平時(shí)生產(chǎn)中常看擠出機(jī)頭和熱水槽間的油膏液面的穩(wěn)定性來(lái)判斷束管余長(zhǎng)的穩(wěn)定性。油膏的粘度是決定余長(zhǎng)大小的重要因素。
纖膏的粘度和其加熱溫度成反比，當(dāng)溫度提高時(shí)纖膏粘度降低，纖膏粘度對(duì)束管余長(zhǎng)影響的范圍很大。當(dāng)纖膏粘度達(dá)到一定程度時(shí)，束管余長(zhǎng)就不可控，可能束管各根光纖的余長(zhǎng)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，滿足生產(chǎn)的要求。當(dāng)剪切力撤消后，過(guò)一定時(shí)間，其化學(xué)鍵會(huì)恢復(fù)，達(dá)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。這樣能夠滿足束管生產(chǎn)時(shí)纖膏粘度較小，光纖能自由運(yùn)動(dòng)，使光纖余長(zhǎng)容易控制。粘度過(guò)大使光纖運(yùn)動(dòng)困難，光纖余長(zhǎng)就很難控制。市場(chǎng)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(chǎn)品型號(hào)來(lái)滿足不同設(shè)備和不同類型產(chǎn)品的要求。有的設(shè)備生產(chǎn)速度達(dá)400m/min,這時(shí)就應(yīng)對(duì)纖膏粘度有特殊的要求。
纖膏擠出的模具油針和導(dǎo)纖針對(duì)束管余長(zhǎng)也有一定的影響。油針或?qū)Юw針的大小，直接影響到纖膏的擠出穩(wěn)定性。纖膏擠出穩(wěn)定性決定了光纖運(yùn)動(dòng)軌跡，所以一般纖膏擠出不穩(wěn)定，則表現(xiàn)在各光纖的余長(zhǎng)相差很大。配置適合的模具也是決定束管余長(zhǎng)好壞的主要方面，模具配置不合理，二套時(shí)束管內(nèi)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(wěn)卷入了空氣。
在成纜的過(guò)程中，余長(zhǎng)的形成主要來(lái)源于束管和光纜的相對(duì)長(zhǎng)度。由式1可以看出，光纜結(jié)構(gòu)固定后，其余長(zhǎng)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(zhǎng)越大。從式2中看出，決定絞合角的因素是成纜節(jié)距，節(jié)距越小，絞合角越大，余長(zhǎng)就越大。絞合也是余長(zhǎng)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(zhǎng)，目的是利用成纜形成余長(zhǎng)就足夠了。
四、余長(zhǎng)在實(shí)際應(yīng)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(zhǎng)和成纜節(jié)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(zhǎng)，Sn絞合節(jié)距，Rn為絞合半徑（Rn= Rc+ Rt）） Rt為束管半徑，Rc，為加強(qiáng)件外經(jīng)，Rmin= Rn-Ri+Rf，其中Ri束管內(nèi)徑，Rf光纖束外經(jīng)，Rf=1.15*n1/2*0.25,n為束管中光纖數(shù)。
光纜在生產(chǎn)、安裝和工作運(yùn)行時(shí)，受到一定的拉力，纜將被拉伸一定的長(zhǎng)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(yàn)的好壞，所以拉伸試驗(yàn)是光纜試驗(yàn)中最重要試驗(yàn)之一。
在有些地區(qū)，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(shù)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(yàn)高低溫，其目的就是防止光纜工作溫度變化的情況下對(duì)光纜有無(wú)損壞。
光纜的其他試驗(yàn)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(zhǎng)。當(dāng)光纜受到外界作用時(shí)，光纖能夠得到足夠的應(yīng)變空間，以至于光纖不會(huì)受到外力的作用損壞。
五、結(jié)束語(yǔ)
光纖余長(zhǎng)是光纜生產(chǎn)中最重要的控制參數(shù)，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(zhǎng)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(zhǎng)，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(shù)必須嚴(yán)格控制才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品。
