光纖二次被覆工藝學(xué).doc

光纖二次被覆工藝學(xué)目錄第一節(jié) 概述第二節(jié) 二次被覆設(shè)備第三節(jié) 塑料擠出理論第四節(jié) 工裝設(shè)計和選擇第五節(jié) 光纖余長控制理論第六節(jié) 二次被覆的質(zhì)量控制第七節(jié) 二次被覆缺陷和預(yù)防第八節(jié) 計量器具的使用 第一節(jié) 概述 由于光纖對外界的影響非常敏感，特別是力的問題，直接影響了光纖的傳輸性能，因此，需對光纖格外加以保護(hù)。所謂二次被覆就是用塑料擠出機(jī)在光纖外形成一個塑料保護(hù)層，目的就是保護(hù)光纖免受軸向力和徑向力的影響，以便加工成纜。 二次被覆通常有四種結(jié)構(gòu)形式，如圖所示： a b c d a：緊套結(jié)構(gòu)：一次涂覆光纖與二次被覆層（有時加有緩沖層）直徑接觸，外徑一般為0.51.0mm。 b：空心松套結(jié)構(gòu)：是一種空心塑料管，光纖在塑料管內(nèi)有很大的活動空間，避免光纖受外力與溫度變化對光纖產(chǎn)生影響。 c：填充松套結(jié)構(gòu)：即在空心塑料管中填充膏狀物。膏狀物應(yīng)在較寬的溫度范圍內(nèi)具有柔軟性、自動復(fù)原性和穩(wěn)定性。 d：填充松套光纖束結(jié)構(gòu)：是一種在塑料管內(nèi)聚集多根光纖的松套管，其管中也填充膏狀物。 目前最常采用是第四種結(jié)構(gòu)，下面就該結(jié)構(gòu)簡單介紹一下其特點：1、 一次涂覆光纖置于空心管中，而與組成光纜的其他元件完全隔離。但由該松套管絞成的光纜其外徑要稍大。2、 光纖在空心管中完全處于自由狀態(tài)，當(dāng)受到外力和溫度變化影響時，有一定的活動空間，減少彎曲和側(cè)壓力，從而減小宏彎和微彎損耗。3、 空心的松套管具有一定的抗拉、抗壓和抗沖擊能力。4、 松套管內(nèi)填充膏狀物，使其具有阻水的能力，從而減少水分子對光纖的影響。5、 當(dāng)架空敷設(shè)時，光纖的伸縮應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于纜的應(yīng)變，從而使光纜具有良好的抗張能力。 松套二次被覆的生產(chǎn)工藝與其他電線電纜的的絕緣或護(hù)套擠出工藝十分類似，只不過所用的材料不同。由于二次被覆的控制參數(shù)對松套管本身和光纜的質(zhì)量影響十分顯著，因此對其控制十分苛刻。二次被覆的基本工藝流程如下： 放纖 擠 熱水 牽 冷水 吹 測 牽 收 充油 塑 冷卻 引 冷卻 干 徑 引 線 第二節(jié) 松套二次被覆的設(shè)備 生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)設(shè)備是密切相關(guān)的，生產(chǎn)工藝是在一定的生產(chǎn)設(shè)備上形成，生產(chǎn)設(shè)備又必須滿足工藝要求。二次被覆生產(chǎn)設(shè)備是生產(chǎn)光纜松套管的專用設(shè)備，它們與二次被覆工藝的關(guān)系十分密切。因此，要研究二次被覆的工藝，首先要熟悉二次被覆設(shè)備及其組成。在光纖外形成塑料松套管，并充以填充膏和使光纖形成所需余長的生產(chǎn)設(shè)備，簡稱為二次被覆生產(chǎn)線。一、 二次被覆生產(chǎn)線的組成：附圖：1、 光纖張力控制放線架2、 光纖sz絞合裝置3、 油膏填充機(jī)組4、 塑料擠出機(jī)5、 熱水冷卻系統(tǒng)6、 單輪牽引機(jī)7、 冷水恒溫冷卻系統(tǒng)8、 吹干裝置9、 動態(tài)線徑測量儀10、 履帶牽引機(jī)11、 臥式儲線系統(tǒng)12、 雙盤收排線系統(tǒng)下面就其構(gòu)成部件逐一對部件的工作原理和操作作介紹。1、 光纖張力控制放線架 光纖張力控制放線架采用了線盤放線張力與光纖線張力隔離式結(jié)構(gòu)，克服了因光纖盤上光纖粘纖或卷繞不佳引起的張力波動，使張力控制精度包括小張力下都得到很大提高。光纖從施加磁滯阻尼的線盤軸上放出，再經(jīng)柔性帶履壓的牽引輪牽引，由舞蹈輪系統(tǒng)控制其恒張力及跟蹤線速度。牽引驅(qū)動采用直流伺服電機(jī)，放線速度隨生產(chǎn)線速度變化，同時保證放線張力恒定。 光纖盤上光纖被動放出，該張力由調(diào)定的磁滯阻尼產(chǎn)生。大小可打開機(jī)架背后柜門，調(diào)節(jié)鋁質(zhì)套與活動的小鋁盤間的間隙，間隙小則張力大，間隙大則張力小。 光纖由牽引輪帶動，經(jīng)舞蹈輪和固定輪組，光纖的張力由砝碼平衡，舞蹈輪同時檢測位置，反饋調(diào)節(jié)牽引輪轉(zhuǎn)速以維持與生產(chǎn)線的同步。2、 光纖sz絞合裝置 為保證松套管內(nèi)光纖的余長一致性，將光纖進(jìn)行sz絞合。sz絞合采用簡潔傳動和高性能交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)及數(shù)字控制裝置，運(yùn)行可靠。設(shè)備絞合速度及絞合角度隨時可調(diào)，絞合速度可與生產(chǎn)線速度同步。 3、油膏填充機(jī)組 油膏填充機(jī)主要有料桶抽吸裝置、加壓儲料罐、油膏輸出裝置以及回流裝置等組成。設(shè)備共有兩根軟管，一根從料桶抽吸泵連接到儲料罐，另一根從輸出計量泵連接到機(jī)頭。 料桶抽吸裝置油電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動往復(fù)式活塞抽吸桿。從油膏桶底部抽取油膏。在安裝抽吸裝置時，先將密封蓋壓在油膏桶上，油膏量可以由指示桿顯示。4、 塑料擠出機(jī) 塑料擠出機(jī)采用一體化設(shè)計，主要擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。（1） 擠壓系統(tǒng)：包括螺桿、機(jī)筒、料斗、機(jī)頭和模具等組成，是擠出機(jī)的關(guān)鍵部分。（2） 傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿，供給螺桿在擠出過程所需的力矩和轉(zhuǎn)速。有電機(jī)、減速箱等組成。要求螺桿轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，不隨負(fù)荷而變化，以保證制品的均勻一致。（3） 加熱和冷卻系統(tǒng)：加熱和冷卻是塑料擠出過程能夠順利進(jìn)行的必要條件。加熱系統(tǒng)由電加熱器在外部加熱物料，使之升溫，以達(dá)到工藝操作所需要的溫度。冷卻系統(tǒng)是用于排除由于螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切摩擦產(chǎn)生的多余熱量，但在加料口的冷卻是為了加強(qiáng)對固體物料的輸送作用。（4） 擠出機(jī)的控制系統(tǒng)主要由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其主要作用是控制和調(diào)節(jié)擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量等實現(xiàn)對整個生產(chǎn)線的調(diào)節(jié)和控制或自動控制。 5、熱水冷卻系統(tǒng) 主要由水箱、固定水槽、移動水槽、加熱系統(tǒng)、水泵系統(tǒng)等組成。熱水冷卻分兩段進(jìn)行，以便適應(yīng)不同塑料的階梯冷卻和余長控制要求。5、 單輪牽引裝置 其驅(qū)動系統(tǒng)采用膏精度直流伺服驅(qū)動裝置及進(jìn)口伺服電機(jī)，電機(jī)直接與減速器相連，速度平穩(wěn)。6、 冷水恒溫冷卻系統(tǒng) 其主要由水箱、水槽、冷凍機(jī)組、水泵等組成。主要作用是進(jìn)一步冷卻和固化松套管，并且具有控制余長的作用。7、 履帶牽引機(jī) 該裝置主要由上下履帶、履帶牽引系統(tǒng)、張力輪同步控制系統(tǒng)、長度檢測系統(tǒng)組成。上下履帶在氣壓的作用下夾持松套管運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)氣壓即可調(diào)節(jié)夾緊力。上下履帶均是主動驅(qū)動。驅(qū)動系統(tǒng)采用高精度直流伺服驅(qū)動裝置，速度平穩(wěn)，可靠。 張力輪同步控制系統(tǒng)，主要是調(diào)節(jié)和控制松套管在冷水槽中的收縮量，同時同步跟蹤單輪牽引的速度以調(diào)節(jié)履帶牽引的速度，并始終與生產(chǎn)速度同步。 計米系統(tǒng)是通過用光電碼盤和光電轉(zhuǎn)換裝置檢測履帶運(yùn)行速度，并在儀表上顯示。同時可以設(shè)定所需要的生產(chǎn)長度，以準(zhǔn)時停機(jī)或換盤。8、 儲線架 儲線架主要有滑動輪組、固定輪組、導(dǎo)向輪組、驅(qū)動裝置、及導(dǎo)軌等組成。生產(chǎn)過程中松套管儲繞在滑動導(dǎo)輪和固定導(dǎo)輪之間。正常狀態(tài)下，滑輪組處于位置控制裝置之間，由位置控制器調(diào)節(jié)收線機(jī)的收卷速度，并保證同步。換盤過程中滑動導(dǎo)輪組受驅(qū)動裝置控制，在保證同張力的情況下進(jìn)行儲線。9、 雙盤收線 可以承受兩個800型的線盤，收線速度由控制面板上的調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)，同時受儲線架上的儲線位置控制器的控制。二、設(shè)備安全操作規(guī)程第三節(jié) 塑料擠出理論 二次被覆其實是一種擠壓成型工藝，用擠出機(jī)在光纖外擠套一塑料管。擠出成型在塑料制品加工種占重要地位。目前電線電纜的加工均采用連續(xù)擠出工藝。擠出成型具有如下主要特點：（1） 連續(xù)化生產(chǎn)，可根據(jù)需要生產(chǎn)任意長度。（2） 有很高的生產(chǎn)率。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，日本一臺擠出機(jī)平均年生產(chǎn)能力為85.8噸，注射機(jī)為27.6噸，由此可見擠出成型生產(chǎn)能力大于注射機(jī)。（3） 應(yīng)用范圍廣，能加工絕大多數(shù)熱塑性塑料。（4） 投資少，見效快。 簡單地說，塑料擠出理論是指塑料在螺桿擠出機(jī)中的運(yùn)動、變化過程的一種理論。而我們研究擠出理論的目的就是要揭示、掌握和促進(jìn)這一運(yùn)動、變化過程，從而使擠出成型加工達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的效能。 一、熱塑料性塑料的三態(tài)變化 在討論擠出理論前，讓我們先了解一下熱塑性塑料在不同溫度下的三態(tài)變化。我們知道，物質(zhì)的性質(zhì)由物質(zhì)及分子結(jié)構(gòu)所決定的。塑料是高分子聚合物，它由柔韌的大分子鏈的結(jié)構(gòu)所組成，分子間的相互作用和分子量決定其所有綜合物理性能和主要因素。 根據(jù)高分子物理學(xué)的概念，熱塑性塑料在受熱時存在三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)溫度低于玻璃化溫度tg、高彈態(tài)溫度高于玻璃化溫度tg而低于粘流態(tài)溫度tf、粘流態(tài)溫度高于粘流態(tài)溫度tf而低于聚合物分解溫度td，而當(dāng)溫度高于td時，聚合物便開始降解或分解。 變形 tg tf td 玻璃態(tài) 高彈態(tài) 粘流態(tài) 溫度 （紅色：結(jié)晶性塑料；綠色：非結(jié)晶性塑料） 例如：下表列舉一些塑料的三態(tài)溫度：塑料脆化溫度t玻璃化溫度tg熔點溫度tm熱變形溫度分解溫度tdhdpe-5015351051374352pp-2015401601766070硬pvc-3020501602125474240pbt5025526085 對于非結(jié)晶的塑料而言，一般在常溫時具有一定的剛性和硬度（但不脆）稱為玻璃態(tài)。在玻璃態(tài)，塑料受一定的沖擊、壓縮等負(fù)荷作用下，變形很小，并隨溫度的增加使變形直線上升，但在外力消失后。變形也隨之消失，并恢復(fù)原狀。這種力學(xué)性質(zhì)稱為普彈性（虎克型彈性）。這是因為在常溫時，塑料的大分子不能移動，鏈段也處于凍結(jié)狀態(tài)，只有大分子上較小的運(yùn)動單元，如側(cè)基、支鏈和鏈節(jié)能運(yùn)動。我們常用的塑料日用品也是利用塑料常溫下的玻璃態(tài)性質(zhì)。當(dāng)溫度再低時，高聚物處于脆性，在很小的外力作用下，分子鏈發(fā)生斷裂，此時材料失去使用價值，該溫度即為脆化溫度tx。當(dāng)溫度上升到玻璃態(tài)溫度以上時，塑料呈現(xiàn)似橡膠一樣的高彈性，稱為高彈態(tài)。在高彈態(tài)時，塑料在較小的外力作用下可產(chǎn)生很大的變形，且初始時，變形隨溫度的升高而增大，到一定限度后變?yōu)楹愣?，而外力解除后能夠恢?fù)原來狀態(tài)。這是因為溫度升高后，大分子的振動和轉(zhuǎn)動加速，這時大分子鏈仍不能移動，但鏈段已能運(yùn)動。這時高分子材料如果受力，卷曲狀態(tài)的大分子鏈會沿著受力方向拉長，大分子鏈由卷曲而拉直，變形可達(dá)100%1000%（普彈性時變形為0.04%0.1%），處于高彈性的塑料一般不能作結(jié)構(gòu)材料使用。當(dāng)溫度繼續(xù)上升至粘流態(tài)溫度后，不僅大分子鏈段能運(yùn)動，大分子之間也可相互滑移。這時大分子受外力時，產(chǎn)生粘性流動，即處于粘流態(tài)。此時即使外力消失，變形仍然存在。當(dāng)高 分子的熱運(yùn)動的能量超過化學(xué)鍵能（即化學(xué)鍵形成時放出的能量或化學(xué)鍵斷裂時吸收的能量），就會引起化學(xué)鍵的破壞，結(jié)果主鏈斷裂或側(cè)基脫離，導(dǎo)致高分子材料性能劣化。 而結(jié)晶性塑料的高彈態(tài)卻不明顯，當(dāng)溫度高于熔化溫度時，便很快地熔融而處于粘流態(tài)。熱塑性塑料隨溫度變化而發(fā)生上述三態(tài)變化是可逆的，當(dāng)溫度低于粘流態(tài)溫度時，塑料從粘流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，當(dāng)溫度低于高彈態(tài)溫度時，塑料轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)。 嚴(yán)格地說，高聚物的三態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度范圍不是完全固定的，塑料的三態(tài)轉(zhuǎn)變除與溫度有關(guān)外，還和應(yīng)力作用的時間和作用力施加速度有關(guān)。塑料的擠出工藝就是利用塑料的三態(tài)變化來實現(xiàn)的。 二、塑料在擠出機(jī)中的運(yùn)動過程 塑料在、擠出機(jī)中的運(yùn)動過程為：裝入料斗中的塑料借助重力或加料器進(jìn)入機(jī)筒中，由旋轉(zhuǎn)的螺桿的推力作用不斷向前推進(jìn)，同時塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用，并且在機(jī)筒的外熱及塑料與機(jī)筒之間的剪切摩擦熱的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，螺槽中形成均勻連續(xù)的料流，到達(dá)機(jī)頭的料流經(jīng)模芯和模套間的環(huán)型間隙，形成連續(xù)的塑料管擠包于線芯或纜芯外。整個過程可以簡單地理解為三個階段：填料過程、混合熔化和均化過程、擠壓成型過程。1、 擠出機(jī)螺桿的分段及各區(qū)段的基本職能 根據(jù)塑料在擠出機(jī)中三種狀態(tài)的變化過程，以及螺桿各部位的工作要求，通常將螺桿分成加料段，又稱為固體輸送段；熔融段，又稱為壓縮段；計量段，又稱為均化段。下面就各區(qū)段討論一下其基本職能。 螺桿分段圖（1） 加料段 加料段是有加料區(qū)（又稱為冷卻料斗區(qū)）、固體輸送區(qū)以及一個過渡的遲滯區(qū)組成。一般該段長度為螺桿的有效長度的1525%。其主要職能是對塑料進(jìn)行壓實和輸送，此段的工作過程為：塑料自加入料斗進(jìn)入螺桿以后，在旋轉(zhuǎn)的螺桿作用下，通過機(jī)筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前輸送和壓實，一般塑料在加料段呈固體向前輸送。 根據(jù)實驗觀察，通常在接近加料段的末端，由于強(qiáng)烈的摩擦熱作用，與機(jī)筒內(nèi)壁向接觸的塑料已經(jīng)達(dá)到粘流態(tài)的溫度，開始熔融，而呈現(xiàn)一個過渡區(qū)。嚴(yán)格地說，一般所謂的遲滯區(qū)是指以固體輸送區(qū)結(jié)束到熔池最初出現(xiàn)的這一區(qū)域。（2） 熔融段該段的長度一般為螺桿的有效長度的50%60%。此段的作用是使塑料進(jìn)一步壓實和塑化，使包圍在塑料內(nèi)的空氣回流到加料口排出，并改善塑料的熱傳導(dǎo)性能。其工作過程為： 當(dāng)塑料從加料口進(jìn)入熔融段后，隨著塑料的繼續(xù)向前輸送，并由于螺桿螺槽的逐漸便淺，以及過濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭的阻礙作用，塑料逐漸形成高壓，并進(jìn)一步被壓實。與此同時，物料受到來自機(jī)筒的外部加熱和螺桿與機(jī)筒的強(qiáng)烈攪拌、混合和剪切作用，塑料溫度不斷升高，熔融塑料（稱為液相或熔池）量不斷增加，而未融化的固態(tài)塑料（稱為固相或固體床）則不斷減少，至熔融段末段塑料全部或大部分熔融而轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。（3） 計量段也稱為熔體輸送段，一般為螺桿的有效長度的2025%。塑料進(jìn)入計量段后進(jìn)一步塑化和均勻化，并使之定量、定壓、定溫地從機(jī)頭擠出。三、塑料擠出理論的研究 塑料擠出理論的研究就是根據(jù)塑料在擠出機(jī)中的三個歷程即從加料區(qū)的固態(tài)到過渡區(qū)（熔融區(qū)）的固態(tài)粘流態(tài)、直到均化區(qū)的粘流態(tài)這三種物理過程進(jìn)行研究。也就是把擠出機(jī)的擠出理論主要分成三個職能流體輸送理論。 這些理論不同程度上揭示了物質(zhì)性質(zhì)、機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝條件對熔融過程、輸送流率的影響，這就為改進(jìn)擠出機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、制定合理的工藝條件、選擇材料等提供了理論依據(jù)。 由于這次培訓(xùn)的類型及培訓(xùn)時間關(guān)系，這里僅對擠出理論的三個理論進(jìn)行簡單的介紹。（1） 固體輸送理論在擠出過程中，加入螺桿中的固體塑料，由旋轉(zhuǎn)螺桿的推力作用，向前推進(jìn)，在機(jī)頭阻力作用下，物料不斷被壓實。開始塑化和尚未塑化物料連續(xù)整齊排列，形成充塞于整個送料段螺槽的由彈性的“固體塞”。根據(jù)這一現(xiàn)象，利用固體對固體摩擦的靜力平衡方程為基礎(chǔ)，建立了固體輸送理論。（2） 熔融理論熔融理論是建立在熱力學(xué)、流變學(xué)基礎(chǔ)上的一種理論。在加料段末段與加熱機(jī)筒接觸的物料開始熔化，在筒內(nèi)表面形成一層聚合物熔膜，當(dāng)熔膜的厚度超過螺紋頂與機(jī)筒之間的間隙時，就會被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮下，聚集在螺紋的前面，形成熔池。由于隨著溫度的不斷提高及螺桿的剪切作用，熔池不斷擴(kuò)大。影響熔融段長度的因素主要是物料特性、流率、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度和物料初溫。（3） 熔體輸送理論熔臺輸送理論又稱為流體動力學(xué)理論，它是研究螺桿均化段如何保證塑料徹底塑化，并使之定壓、定量、定溫擠出，以獲得穩(wěn)定的質(zhì)量和產(chǎn)量。第四節(jié) 工裝設(shè)計和選擇 松套管的生產(chǎn)質(zhì)量除了與設(shè)備和材料有關(guān)外，很大程度上還取決與工裝模具的設(shè)計。對于二次被覆工藝來說，其所用模具主要有擠塑模具、油膏填充模具。因此下面將簡單介紹有關(guān)模具、工裝的設(shè)計和使用問題。 一、 擠塑模具設(shè)計和選配 松套管本身質(zhì)量的好壞與塑料本身的質(zhì)量、擠出機(jī)性能、擠出溫度、速度、擠出的冷卻有關(guān)外，還與機(jī)頭模具設(shè)計等多種因素有關(guān)。模具的幾何形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、流道設(shè)計等直接決定松套管的擠出質(zhì)量。 在電線電纜生產(chǎn)中使用的模具（包括模芯和模套）主要有三種形式，即擠壓式、擠管式和半擠壓式三種。模具的結(jié)構(gòu)基本一樣，僅僅在于模芯前端有無管狀承徑部分和承徑與模套的相對位置不同。如圖： 在松套管生產(chǎn)中主要使用擠管式模具，其在擠出時模芯有管狀承徑部分，模芯口端面伸出模套口端面或與模套口端面持平的擠出方式，稱為擠管式。工作過程是塑料沿著模芯管狀承徑部分向前移動，形成管狀，然后經(jīng)拉伸再在光纖周圍形成一個合適的空心管。 擠管式模具具有以下優(yōu)點：（1） 擠出速度快。擠管式模具充分利用塑料可拉伸的特性，出膠量有模芯和模套之間的環(huán)形截面積來確定，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于松套管的厚度，所以線速度可根據(jù)拉伸比不同而有所提高。（2） 生產(chǎn)時操作簡單，偏芯調(diào)節(jié)容易。其徑向厚度的均勻性只由模套的同心度來決定。（3） 配模方便。同一套模具可以利用調(diào)整拉伸比的辦法，擠制不同尺寸的松套管。（4） 塑料經(jīng)拉伸后發(fā)生“定向”作用，特別對結(jié)晶性高聚物，結(jié)果使塑料機(jī)械性強(qiáng)度提高。 1、 模具尺寸的設(shè)計 模具的幾何尺寸由很多，模具的裝配尺寸和外形尺寸以及模具的外錐角、內(nèi)錐角屬于設(shè)計問題，不屬于本次培訓(xùn)的內(nèi)容。因此這里僅討論影響松套管尺寸的模具尺寸進(jìn)行討論。 （1）擠管式模芯內(nèi)徑 模芯內(nèi)徑的選擇，主要視油針的外形尺寸而定，一般比油針外徑大12mm，當(dāng)要求拉伸比大時，可取24mm。（2） 模芯外徑 模芯外徑尺寸決定于內(nèi)徑和模芯壁厚的尺寸。這個壁厚的設(shè)計既要考慮模具的壽命，又要考慮塑料的拉伸特性，壁厚太薄，模具容易損壞，壁厚太厚，使拉伸比增大，塑料表面光潔度差，甚至容易拉斷料流。 一般壁厚取0.31mm，具體根據(jù)松套管尺寸而定，大時取上限，小時取下限。（3） 模芯外承徑 模芯外承徑應(yīng)與模套定徑長度相適應(yīng)，一般比模套定徑長度長38mm。（4） 模套定徑長度 一般模套定徑長度為模套定徑區(qū)內(nèi)徑的0.51倍，但此值必須小于模芯外承徑長度。（5） 模套內(nèi)徑 模套內(nèi)徑的確定，應(yīng)根據(jù)塑料的拉伸特性以及配模系數(shù)來計算確定。在下一節(jié)講解。（6） 模芯伸出模套的距離 一般取02mm。當(dāng)模芯向前伸時，則護(hù)套管內(nèi)徑變大，管壁厚度變薄。（7） 模芯承徑后部與模套定徑后部之間的距離 在擠管式擠出中，要求模芯承徑后部退后于模套定徑后部有一定距離。如果此段距離過太短，輕則使擠出的松套管壁后套薄，重則引起料流的阻力或反壓力太大，造成設(shè)備負(fù)荷增大。 一般該段距離?。寒?dāng)小松套管時取13mm，大套管時取26mm。三、模具配模系數(shù)和拉伸比 擠管式擠出可以看作在模芯模套出口處有一環(huán)狀塑料層，經(jīng)一定拉伸形成一個合適的空心塑料管套在光纖上，因牽引速度大于料流擠出速度形成拉伸，料流出模口后形成一個圓錐。假定出膠量不變，根據(jù)線速度的不同圓錐錐度也不同，線速度慢，拉伸小，圓錐遠(yuǎn)離模口；線速度快，拉伸大，圓錐尖端就移向?？?，在這個圓錐里，環(huán)狀截面（即料流的內(nèi)外徑之比）是保持一定比例縮小的，由此可得出一個拉伸比的概念。 拉伸比的定義：塑料離開擠出?？跁r圓環(huán)狀截面積與冷卻后所要求的松套管的圓環(huán)截面積之比，稱為拉伸比。對結(jié)晶性聚合物，拉伸比大，則分子定向完善，結(jié)晶度高，成型后收縮小。因此對于pbt材料來說。其拉伸比一般取：松套管直徑小于3mm時，取610：1；松套管直徑大于3mm時，其拉伸比取36：1。例：外徑3.0mm，內(nèi)徑2.0mm的松套管，其配模是模芯4.0/5.0mm，模套是7.5mm。則其拉伸比為： s=s1/s2 s1=0.7854*（3.02-2.02）=3.927 s2=0.7854*（7.52-5.02）= 24.54 s=24.54/3.927=6.25則拉伸比為1：6.25 配模的另一個計算是配模系數(shù)k，其體理論推導(dǎo)這里忽略，只告訴大家一個簡單的計算公式，即： 模套內(nèi)徑 模芯外徑 k= / 松套管外徑 松套管內(nèi)徑 按上例：k=（7.5/3.0）/（5.0/2.0）=1.0 根據(jù)模具選擇而計算，可以得出三種情況： k1 稱為緊包 k=1 稱為平衡拉伸 k1 稱為松包 松套管擠出，一般采用松包或平衡拉伸，一般k=0.951.02。有配模計算公式及松套管配模系數(shù)要求，就很方便地得出模套內(nèi)徑尺寸： 模芯外徑*松套管外徑 模套內(nèi)徑= 松套管內(nèi)徑 接上例：d=（5*3）/2=7.5mm二、充油模具 充油模具主要有導(dǎo)纖針、油針、充油頭組成。其作用是將填充油膏與光纖導(dǎo)入松套管。 油針一般采用不銹鋼管制作，其厚度一般為0.20.5mm。導(dǎo)纖針一般比光纖束外徑大0.51mm，過小可能擦傷光纖或引起光纖進(jìn)入松套管阻力增大；過大可能引起漏膠而填充不足。 為便于出油膏油針一般選得比較大。但也不能過分大，原因是當(dāng)松套管內(nèi)徑比較小時，用大直徑油針，可能導(dǎo)致油針內(nèi)油膏填不滿而帶入空氣。同時受到擠出模芯的限制。一般略大于導(dǎo)纖針孔徑。三、盤具使用 收線盤從一定程度上講也影響了松套管質(zhì)量。如當(dāng)松套管外徑較大時，選用小筒徑的收線盤，可能出現(xiàn)光纖的微彎損耗（特別是光纖帶）。另外如果生產(chǎn)大長度時，選用小規(guī)格線盤，會出現(xiàn)收線過滿或收卷不下，被迫剪斷松套管。 一般要求收線盤筒徑不小于松套管外徑的30倍。收線盤的尺寸要滿足生產(chǎn)長度和設(shè)備允許的要求。對于收線盤來說，有幾個尺寸參數(shù)需要大家了解的如圖所示：l2是線盤的內(nèi)寬，其尺寸影響松套管每層卷繞圈數(shù)。d2是線盤的筒徑，其應(yīng)與松套管的允許彎曲半徑相匹配，一般不小于纜芯外徑地30倍。d1是線盤的直徑，其大小影響了收線的卷繞層數(shù)。對收線盤的要求表面無毛刺，焊接縫鏟平磨光，棱邊倒鈍。線盤的動靜平衡特性要好。 收線盤的裝盤容量可以通過計算得出： l=*p*n*（d2+pd）/1000 其中 p=（d1-d2-2t）/2d n=（0.96*l2）/d 式中 ：p卷繞層數(shù) n每層卷繞圈數(shù) d纜芯外徑 d1收線盤外徑 d2收線盤內(nèi)徑 l2收線盤內(nèi)寬 t盤邊余量第五節(jié) 光纖余長控制理論 光纖余長是光纖光纜生產(chǎn)的一個重要控制指標(biāo)，它影響了光纜的傳輸性能和使用壽命。從光纖光纜要承受較大的拉力合高溫考慮，光纖的余長為正值較佳，為防止光纜在低溫時產(chǎn)生微彎，光纖余長為負(fù)值較佳。但是光纜不可能應(yīng)用在一個恒定的環(huán)境中，故要根據(jù)光纜不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的應(yīng)用環(huán)境，對光纖余長進(jìn)行合理設(shè)計，并在生產(chǎn)中嚴(yán)格控制，尤其是二次被覆生產(chǎn)工藝中。這里討論的余長控制僅對二次被覆而言。一、 余長形成的機(jī)理 二次被覆工藝中一個關(guān)鍵是如何做到余長的設(shè)定值，不同的光纜結(jié)構(gòu)中，要求不同的光纖或帶纖在松套管中的余長值。光纖的余長的定義為光纖相對松套管的長度差與松套管長度的百分比。 在二次被覆工藝中，余長的形成有兩種方法：熱松弛法和彈性拉伸法。分別說明如下：1、 熱松弛法 光纖或帶纖從放線盤放出，通過擠塑機(jī)的機(jī)頭，擠上pbt塑料套管，并在管中填充油膏，由余長牽引進(jìn)行牽引，光纖和松套管在輪式牽引輪上得到鎖定。光纖在牽引輪上形成負(fù)余長（詳見后述）。松套管在熱水槽和余長牽引輪區(qū)域，pbt松套管的溫度在4575之間，高于其玻璃化溫度（pbt的玻璃化溫度tg在4045之間）。進(jìn)入冷水槽后（一般為1825），pbt產(chǎn)生收縮，不僅補(bǔ)償了其在牽引輪上的負(fù)余長，而且得到了所需要的正余長。此時，主牽引輪的張力很低，使得松套管充分松弛。主牽引的線速度低于余長牽引輪的線速度，速度差應(yīng)按余長要求進(jìn)行調(diào)整。這樣得到的具有正余長的松套管在離開主牽引到收線盤時，基本沒有內(nèi)應(yīng)力，從而得到一個穩(wěn)定的光纖余長。2、 彈性拉伸法 光纖經(jīng)擠塑機(jī)頭，擠上pbt松套管并充以油膏。松套管經(jīng)熱水槽成型后，通過履帶牽引進(jìn)入冷水槽，在輪式主牽引上，光纖和松套管在主牽引輪上得到鎖定，主牽引的牽引力足夠大，松套管在冷水槽中，不僅產(chǎn)生不了冷收縮，反而受到拉伸（在pbt的玻璃化溫度以下的彈性變形）而伸長。因光纖在履帶牽引上，管中的光纖未鎖定，光纖或帶纖可在管中滑行。這時在松套管中積聚更長的光纖。當(dāng)松套管離開主牽引輪后，高張力消失，pbt彈性恢復(fù)，長度縮短，從而使管內(nèi)的光纖得到所需余長。此時，收線盤的張力適當(dāng)選定，并保持穩(wěn)定，使松套管在收線盤上不致于殘留較大的內(nèi)應(yīng)力，從而得到穩(wěn)定的松套管制品。 從上述分析可見，當(dāng)采用熱松弛法為主要機(jī)理來形成余長的二次被覆生產(chǎn)線的最佳配置為：輪式余長牽引與履帶式主牽引的組合；當(dāng)采用彈性拉伸為主要機(jī)理來形成余長的生產(chǎn)線的最佳配置：為履帶式余長牽引和輪式主牽引組合。 二、光纖余長的計算 lf-lt= *100% lt 光纖的余長的定義為光纖相對松套管的長度差與松套管長度的百分比。 式中： 光纖余長 lf 光纖長度 lt 松套管長度 光纖的余長與光纖在松套管中的分布狀態(tài)有關(guān)，但其分布狀態(tài)是隨機(jī)的，要用數(shù)學(xué)模型正確反映光纖分布形式是非常困難的，經(jīng)簡化，具有代表性的有正弦分布和螺旋分布兩種。 螺旋型模型 正弦型模型h=1+（2rc/ph）21/2-1*1000%rh=rcph/（2rc）2+1 當(dāng)光纖呈螺旋型分布時，其余長h與彎曲半徑rh由下式確定： 式中：rc為松套管有效內(nèi)半徑 ph為光纖螺旋節(jié)距 rh為光纖螺旋半徑 當(dāng)光纖呈正弦狀分布式，其余長s與彎曲半徑rs由下式確定： 式中：rc為松套管有效內(nèi)半徑 ps為光纖螺旋節(jié)距 rs為光纖正弦半徑 r為松套管內(nèi)半徑 由于計算比較復(fù)雜，在這里僅作提示，下面有一表供大家參考。松套管尺寸光纖余長0.20.60.81.21.52.02.42.84.03.0/2.06纖ph202117101827367585445rh1612538403269215178134115813.0/2.012纖ph1569078635749454134rh124441531120716612410489622.2/1.56纖ph1247162504539353327rh987329247164131998270492.2/1.512纖ph774438312824222017rh6192061551038262514431 在實際生產(chǎn)時可以觀察松套管內(nèi)光纖螺旋節(jié)距，并與上表對照可以粗略地得出相應(yīng)的光纖余長。但是ps和 ph都是隨機(jī)的，不可能通過設(shè)計松套管的有效內(nèi)半徑rc和節(jié)距ps、ph來實現(xiàn)最終光纖余長。余長的確定只有通過生產(chǎn)工藝參數(shù)的正確合理確定來獲得。但實際上松套管的有效內(nèi)半徑和光纖束節(jié)距實實在在束博著光纖束，決定光纖束的自由活動空間的大小，必然要要影響光纜的性能。因此要在工序工藝控制中經(jīng)常進(jìn)行檢查和觀測。三、光纖余長的控制 由于制約光纖余長的因素很多，且相互交織在一起。這里僅對本公司設(shè)備和工藝探討影響光纖余長的關(guān)鍵部位，至于光纜中余長的確定和要求在其他章節(jié)中介紹。影響光纖余長的主要因素有：著色光纖表面質(zhì)量、擠塑溫度、余長牽引輪直徑、冷卻水溫、放纖張力、松套管拉伸比、牽引張力、材料特性、生產(chǎn)線速度、sz絞合、填充油膏等。（1） 余長牽引輪（主牽引輪）松套光纖被引到主牽引輪上后，可認(rèn)為松套管與牽引輪之間無相對滑動。由于松套管、光纖的旋轉(zhuǎn)半徑不同，故可以產(chǎn)生一定的余長。 光纖與松套管旋轉(zhuǎn)半徑 設(shè)牽引輪的直徑為a、松套管直徑b、光纖束直徑c、松套管壁厚t，在卷繞n圈后。 則：松套管的長度lt=n（a+b） 光纖長度lf= n（a+c+2t） lf-lt= *100% lt 根據(jù)余長表達(dá)式可知： 則余長計算可簡化為： c-b e= *100% a+b 由于cb，所以c-b0，也就是說主牽引輪上對光纖產(chǎn)生負(fù)余長。例、3.0mm松套管，其內(nèi)徑為2.0mm，內(nèi)有12根光纖，牽引輪的直徑為800mm，用簡化公式計算其余長： 1.25-3.0 e= *100% =-0.218% 800+3.0 經(jīng)分析：主牽引輪的直徑越大，則其所產(chǎn)生負(fù)余長就越??；松套管直徑越大，則其負(fù)余長就越大。在此部位要獲得理想的光纖余長，因設(shè)備的主牽引輪不可能隨意變動，故改變松套管直徑就可以改變光纖余長。（2） 冷卻水溫的溫差 利用冷水和熱水冷卻的溫差控制光纖的余長是一種有效方法。進(jìn)入主牽引輪的松套管，此時溫度仍很高，而松套管從主牽引輪下來就進(jìn)入冷水槽，又由于松套材料pbt的線膨脹系數(shù)為10-4數(shù)量級，而光纖材料石英玻璃的線膨脹系數(shù)為10-7數(shù)量級，利用該特性通過冷卻水的溫度差，使兩種材料產(chǎn)生不同的收縮而產(chǎn)生余長。 對松套管由于溫度差引起的收縮量計算可以簡化為下式進(jìn)行計算： e=（th-to）*100% 式中：th為熱水溫度；to為冷水溫度；為pbt線膨脹系數(shù)光纖余長與溫度變化成正比，與兩種材料的線膨脹系數(shù)成正比。如果溫度差為零，則光纖余長為零，同理當(dāng)兩種材料的線膨脹系數(shù)相同時，也不會產(chǎn)生余長。例、現(xiàn)仍以前面3.0mm松套管的控制條件為例，熱水溫度為60。冷水溫度為21，則其由于溫差引起的光纖余長為： e=（60-21）*1.3*10-4 *100% =0.507%（3） 放線張力 松套管中光纖的余長對光纖放線張力也比較敏感。光纖的放線張力使得光纖在松套管中要克服填充油膏的剪切力而相對于松套管壁產(chǎn)生一定的蠕動。當(dāng)光纖以一恒張力由放線架放出，通過機(jī)頭同熱松套管一起經(jīng)熱水槽進(jìn)入主牽引輪之前，光纖所受張力幾乎與放纖張力等同。隨著熱松套管的冷卻，抗張模量的恢復(fù)，松套管產(chǎn)生收縮，但此時的光纖仍受到放線張力的影響向后蠕動，故產(chǎn)生一定的負(fù)余長。另外，光纖有一定的張力，余長牽引輪上松套管內(nèi)的光纖就會靠向輪的內(nèi)側(cè)，張力越大光纖拉得越緊，光纖就越往輪內(nèi)側(cè)靠緊，負(fù)余長就越大。（4） 松套管牽引張力松套管牽引張力主要有兩個概念，一是松套管在余長牽引輪和履帶牽引之間的張力，該張力用于控制松套管在冷水槽中的收縮量，也就是控制余長。另一個是履帶牽引和收線盤之間的張力。在余長牽引輪出來的松套管還很熱，在進(jìn)入冷水槽進(jìn)一步冷卻定型，同時由于溫差的作用產(chǎn)生余長，。因此在余長牽引輪和履帶牽引之間的張力決定松套管的收縮量，即正余長，這里的張力應(yīng)根據(jù)余長要求及工藝情況進(jìn)行實驗所得。在履帶牽引與收線盤之間的松套管以及基本冷卻定型，其張力控制的精度不是很高，但由于pbt的楊氏模量為2600n/mm2，在加上松套管的壁厚是很薄的，所以其張力也不能過大。松套管在此受力時，其光纖余長為 e=- fc/（ei*si）式中：fc為松套管張力 ei為pbt材料楊氏模量 si為松套管截面積 例、松套管張力為6n，松套管尺寸為3.0/2.0mm，則其所產(chǎn)生的余長為：e= - 6/（2600*3.925）=-0.06%。 因此為了防止松套管在收線時不被拉伸，要求其牽引收線張力要小，但也不能太小，以免影響收排線質(zhì)量。（5） 材料的結(jié)晶特性 松套管所用的材料對其光纖余長影響甚大，主要體現(xiàn)在材料的抗張模量和線膨脹系數(shù)。目前最常用的松套管材料為pbt。 當(dāng)熔融狀態(tài)的松套管進(jìn)入熱水槽進(jìn)行冷卻時，槽中熱水溫度的高低直接影響到pbt的結(jié)晶速度，即影響到材料的結(jié)晶度和收縮率。當(dāng)水溫高時，pbt冷卻速度慢，結(jié)晶度提高，收縮量大，則余長長。如果溫度低時，使pbt冷卻的速度加快，結(jié)晶度變差，收縮量變小，光纖余長就小，同時還會造成產(chǎn)品后pbt的后期收縮而影響光纖余長的穩(wěn)定性。所以為了保證光纖余長的合理控制以及長期的穩(wěn)定性，其熱水溫度要恰當(dāng)選擇并嚴(yán)格控制。（6） 生產(chǎn)線速度 松套管不僅由于水溫的不同而產(chǎn)生的收縮不同，而且在解除拉伸后仍會收縮，其生產(chǎn)線速度則表現(xiàn)為解除拉伸后的光纖余長。 生產(chǎn)線速度一方面影響了光纖張力克服油膏粘度后向蠕動的時間，也影響了松套材料的冷卻速度及結(jié)晶過程。在其他工藝條件不變的情況下，生產(chǎn)線速度增大，松套管材料冷卻不充分收縮量增大，光纖余長則變大，反之則反之。故合理控制線速度便可控制余長。 （7）sz絞合 sz絞合使光纖在松套管中由自由直線狀態(tài)變?yōu)閟z分布狀態(tài)，其一般固定反向角為180360。相對與自由直線分布增加了光纖長度而形成余長。光纖余長與絞合節(jié)距有關(guān)，而絞合節(jié)距與生產(chǎn)線速度有關(guān)。當(dāng)放線張力、線速度恒定時，絞合節(jié)距越大，則余長越小，反之亦然。（8） 填充油膏 填充油膏的粘度對光纖的余長有影響，其原因是油膏粘度大小影響著光纖應(yīng)力向松套管傳遞的速度，也影響了光纖向后蠕動。故油膏粘度越大則余長越長，反之則反之。 松套光纖余長是光纖光纜的一個重要控制指標(biāo)。它不僅影響著光纖在光纜中的壽命，而且也影響到整個通信系統(tǒng)的傳輸性能。總之影響光纖余長的因素很多，只要在二次被覆生產(chǎn)中，抓住主要因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，光纖余長就會達(dá)到預(yù)期值。第六節(jié) 二次被覆質(zhì)量控制 前面已經(jīng)提到過，光纖光纜的生產(chǎn)主要是控制一個力的問題。二次被覆作為光纜生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，就其工藝控制就特別重要和復(fù)雜。下面就工藝過程詳細(xì)介紹一下控制要點。1、 環(huán)境條件環(huán)境條件的變化對光纖二次被覆的生產(chǎn)有一定影響。如現(xiàn)場有飛揚(yáng)的灰塵，則灰塵可能落入開口的料斗中，在擠出機(jī)過濾網(wǎng)處聚集，而阻塞漉網(wǎng)，最終導(dǎo)致松套管缺陷。 另外灰塵吸附于光纖上而聚集于導(dǎo)纖有針處擦傷光纖或斷裂。環(huán)境溫度的變化，對二次被覆的影響比較敏感一些。因為松套管中光纖余長就是依靠溫度差來實現(xiàn)控制的。當(dāng)環(huán)境溫度變化很大時，就可能導(dǎo)致松套管溫度變化從 而導(dǎo)致余長變化。另外如果冷水溫度為20，也就是說松套管下機(jī)時的溫度大約在20，而環(huán)境溫度在30時，當(dāng)松套管在此環(huán)境溫度下放置一段時間后，松套管的溫度會上升到30，而此時去檢測光纖余長，就會出現(xiàn)余長偏短，給出誤導(dǎo)信息。再有二次被覆的材料從不同環(huán)境條件的倉庫中移至生產(chǎn)現(xiàn)場，也可能由于溫度差的存在而導(dǎo)致松套管不合格。因此在環(huán)境溫度控制上應(yīng)主要以下幾點：（1） 二次被覆的生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境溫度應(yīng)控制在235，濕度不大于70%，并保持恒定。（2） 生產(chǎn)現(xiàn)場嚴(yán)禁有嚴(yán)重飛揚(yáng)的粉塵。（3） 松套管的填充材料應(yīng)在生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境條件下，保持4小時以上（對沒有預(yù)熱裝置的油膏填充機(jī)而言）?；蛘卟牧系膫}儲條件與二次被覆現(xiàn)場條件一致。（4） 料斗或儲料容器應(yīng)有蓋子，以防雜質(zhì)落入。2、 放纖張力控制和調(diào)節(jié) 前面在講解二次被覆放纖裝置時提到過放纖張力問題，張力過大可能引起斷纖或?qū)⒐饫w嵌入光纖盤上的光纖中引起跳動。張力過小時，可能引起光纖在放出時松散或跳動。因此，在放纖張力控制上應(yīng)注意以下幾點：（1） 光纖盤至光纖牽引輪之間的光纖張力由放纖軸上的磁滯阻尼制動器調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)鋁套和固定鋁套之間的間隙，間隙大則張力小，間隙小則張力大。一般控制在37n。（2） 牽引輪至機(jī)頭之間的光纖張力依靠舞蹈輪的平衡砝碼來控制，一般砝碼選擇為120300g之間（光纖的實際張力在2460g之間）。3、 sz絞合控制 光纖sz絞合的目的是使光纖進(jìn)入松套管中的長度一致，減小由于張力不一致或光纖著色表面質(zhì)量不一致而引起的余長不均勻。 在光纖絞合時應(yīng)注意以下幾點：（1） 一般6纖以下可以不進(jìn)行sz絞合。（2） 絞合的節(jié)距一般控制在4001500mm，現(xiàn)控制在1000mm，zs絞合角度在1803600，現(xiàn)取2200。（3） 注意穿纖位置，防止在絞合過程光纖與光纖纏繞。4、 擠出工藝溫度控制 前面已經(jīng)講過，塑料的擠出成型是利用塑料的三態(tài)變化來實現(xiàn)的。三態(tài)的變化主要是溫度的影響，作為結(jié)晶性pbt塑料，其擠出溫度影響了其結(jié)晶度，而結(jié)晶度影響了松套管收縮率。溫度設(shè)定過高，pbt塑料在螺筒中變得很稀而影響擠出量，甚至擠出困難。溫度設(shè)置過低，會增加設(shè)備負(fù)荷，影響pbt結(jié)晶度，甚至影響松套管的外觀質(zhì)量。因此，在擠出溫度控制中應(yīng)主要以下幾點：（1）根據(jù)螺桿的三個職能段和pbt的熔融溫度進(jìn)行合理的溫度設(shè)定，一般進(jìn)料段取230250，熔融段取250270，計量段取260270，機(jī)頭處取260左右。（2）擠出機(jī)在加到溫度