《光纖光纜制備》課件第5章

學習情境五：石英光纜制備5.1學習目標5.2學習內(nèi)容

★掌握石英光纜基礎(chǔ)知識；

★掌握著色工藝；

★掌握套塑(二次涂覆)工藝；

★掌握護套工藝；

★掌握層絞工藝；

★掌握光纜最終測試；5.1學習目標★了解光纜產(chǎn)品包裝；

★了解石英光纜的命名規(guī)則；

★了解石英光纜的結(jié)構(gòu)與分類；

★了解著色機、套塑機等設(shè)備的使用；

★掌握安全操作規(guī)程。

5.2.1光纜的作用

光纜具有如下作用：

(1)改善光纖的溫度特性。

(2)增加光纖的機械強度。光纜的加強構(gòu)件、護套、鎧裝層使其斷點強度遠大于光纖，增強了光纖的抗側(cè)壓、抗沖擊和抗扭曲性能。

(3)保持優(yōu)良的傳輸特性，改善因外力引起的光纖微彎和因環(huán)境溫度變化引起的壓縮應變。5.2學習內(nèi)容5.2.2石英光纜的制備流程

1.室內(nèi)光纜的制備過程

室內(nèi)光纜的制備一般分以下幾個過程：

(1)光纖的染色：應用標準的全色譜來標識，要求高溫不退色、不遷移。

(2)二次擠塑：選用高彈性模量、低線脹系數(shù)的塑料擠塑成一定尺寸的管子，最后存放幾天(不少于兩天)。

(3)松套。

2.室外光纜的制備過程

室外光纜的制備一般分以下幾個過程：

(1)光纖的染色：應用標準的全色譜來標識，要求高溫不退色、不遷移。

(2)二次擠塑：選用高彈性模量、低線脹系數(shù)的塑料擠塑成一定尺寸的管子，將光纖納入并填入防潮、防水的凝膠，最后存放幾天(不少于兩天)。

(3)光纜絞合：將數(shù)根擠塑好的光纖與加強單元絞合在一起。

(4)二次被覆(包括油膏填充)：對控制光纖衰減和余長可起到有效的作用。

(5)成纜(包括油膏填充)：將絕緣線芯按一定的規(guī)則絞合起來，包括絞合時線芯間空隙的填充和在成纜上的包帶過程。

(6)擠光纜外護套：在絞合的光纜外加一層護套。圖5-1纜芯制備工藝流程圖

圖5-2石英光纜制備工藝流程圖5.2.3石英光纜的分類

石英光纜的分類如表5-1所示。

表5-1石英光纜的分類5.2.4石英光纜的基本結(jié)構(gòu)

1.層絞式光纜

層絞式光纜是由多根二次被覆光纖松套管(或部分填充繩)繞中心金屬加強構(gòu)件絞合成圓整的纜芯，其結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。層絞式光纜的結(jié)構(gòu)特點是：容納的光纖數(shù)量多，光纜中光纖余長易控制，光纜的機械、環(huán)境性能好。

圖5-3層絞式光纜結(jié)構(gòu)圖

2.骨架式光纜

骨架式光纜在國內(nèi)僅限于干式光纖帶光纜，即將光纖帶以矩陣形式置于U形螺旋骨架槽或SZ螺旋骨架槽中，阻水帶以繞包方式纏繞在骨架上，使骨架與阻水帶形成一個封閉的腔體，其結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。骨架式光纜的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，纜徑小，光纖密度大，接續(xù)效率高。其缺點是：生產(chǎn)工藝復雜。

圖5-4骨架式光纜結(jié)構(gòu)圖

3.中心管式光纜

中心管式光纜中，一根二次光纖松套管或螺旋形光纖松套管無絞合直接放在纜的中心位置，縱包阻水帶和雙面涂塑鋼(鋁)帶緊貼PE外護套內(nèi)層，兩根平行加強圓磷化碳鋼絲或玻璃鋼圓棒位于聚乙烯(PE)外護套中，如圖5-5所示。

圖5-5中心管式光纜結(jié)構(gòu)圖中心管式光纜的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡捷，截面小，重量輕。其缺點是：纖芯不宜過多，余長不易控制。5.2.5石英光纜的主要用料

石英光纜的主要用料如下：

(1)加強芯：可以增強光纜的抗張強度，從而在光纜敷設(shè)中避免光纖斷離的可能性。因此，要求加強芯必須選用低線脹系數(shù)和熱性能穩(wěn)定的材料，并且應具有低的比重和一定的柔軟性。

(2)金屬導體：可避免短路事故帶來的危險和減輕光纜的重量。因此，要求在光纜中裝入銅等金屬導體。

(3)填充物：起固定各單元位置的作用，由聚乙烯、聚丙烯等構(gòu)成。

(4)緩沖層：用于保護纜芯免受徑向擠壓，采用塑料尼龍帶沿軸向螺旋式繞包纜芯的

方式。

(5)內(nèi)護套：將纜芯組合體捆扎成一個整體，起隔熱與緩沖的作用。一般由聚脂薄膜

構(gòu)成。

(6)防水層：避免水和潮濕對光纜的傳輸特性和機械特性的影響，延長使用壽命。一般使用LAP護套。

(7)鎧裝：確保光纜不受徑向壓力的損害。

(8)外護套：其材料是聚乙烯、PVC和聚氨基甲酸酯等。5.2.6石英光纖著色原理與技術(shù)

石英光纖著色工藝使用的主要原材料為光纖及著色油墨。著色油墨的顏色按行業(yè)標準分為12種。

光纖著色工藝使用的設(shè)備為光纖著色機，如圖5-6所示。光纖著色機由光纖放線部分、著色模具及供墨系統(tǒng)、紫外線固化爐、牽引部分、光纖收線部分及電器控制部分等組成。

圖5-6光纖著色機實物圖光纖著色的主要原理為：紫外固化型油墨經(jīng)著色模具涂覆于光纖表面，經(jīng)過紫外線固化爐固化后固定于光纖表面，形成易于分色的光纖。使用的油墨為紫外固化型油墨。

光纖著色后應滿足以下要求：

(1)著色光纖顏色不遷移，不退色(用丁酮或酒精擦拭也如此)。

(2)光纖排線整齊、平整，不亂線，不壓線。

(3)光纖衰減指標達到要求，OTDR測試曲線無臺階等現(xiàn)象。

著色工藝生產(chǎn)中的主要控制參數(shù)有以下幾個：

(1)放線、收線張力和排線質(zhì)量；

(2)著色速度；

(3)模座溫度和著色模尺寸；

(4)著色油墨(著色劑)；

(5)烘干速度；

(6)環(huán)境條件。5.2.7石英光纖套塑(二次涂覆)原理與技術(shù)

為了增大光纖直徑和機械強度，還要在拉絲機拉制出的已經(jīng)具有預涂層和緩沖層的光纖上套一層塑料層，這項工藝稱為套塑，也稱二次涂覆。

1．套塑方式

(1)松套：在一次涂覆層的外面包上塑料套管，光纖可在套管中自由活動。

(2)緊套：在一次涂覆層的光纖上緊緊套上一層尼龍或聚乙烯塑料，套層與一次涂覆層緊貼在一起，光纖不能自由活動。

2．套塑工藝原理

圖5-7所示為套塑工藝原理圖。在套塑時，將一次涂覆光纖從安裝在模具內(nèi)部并與模具同心的導向管中穿過去，在模具出口處涂覆上經(jīng)250℃加熱熔化了的尼龍，然后經(jīng)過冷卻水槽，使尼龍冷卻固化，即獲得套塑光纖，最后用收絲輪接收光纖。套塑的厚度由模具出口處的尺寸決定，一般套塑之后的光纖外徑為0.4～1.5mm。

圖5-7套塑工藝原理圖

3．套塑工藝使用的設(shè)備

套塑工藝使用的設(shè)備為光纖套塑機，該設(shè)備由光纖放線架、油膏填充裝置、上料烘干裝置、塑料擠出主機、溫水冷卻水槽、輪式牽引裝置、冷水冷卻水槽、吹干裝置、在線測徑儀、皮帶牽引裝置、儲線裝置、雙盤收線裝置及電器控制系統(tǒng)等組成。圖5-8所示為二次套塑設(shè)備圖。

圖5-8二次套塑設(shè)備圖

4．主要的控制指標

(1)光纖余長。

(2)松套管的外徑。

(3)松套管的壁厚。

(4)管內(nèi)油膏的充滿度。

(5)對于分色束管，顏色應鮮明、一致，易于分色。5.2.8石英光纜成纜原理與技術(shù)

成纜工藝又稱絞纜工藝，是光纜制造過程中的一道重要工序。成纜的目的是增加光纜的柔軟性及可彎曲度，提高光纜的抗拉能力，改善光纜的溫度特性，同時通過對不同根數(shù)松套管的組合來制造出不同芯數(shù)的光纜。

成纜工藝根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)不同可分為中心管式纜芯成纜工藝、層絞式纜芯成纜工藝和骨架槽式纜芯成纜工藝。

成纜工藝使用的設(shè)備為光纜成纜機，該設(shè)備由加強件放線裝置、束管放線裝置、SZ絞合臺、正反扎紗裝置、雙輪牽引裝置、引線裝置及電器控制系統(tǒng)等組成。圖5-9所示為光纜成纜機實物圖。

圖5-9光纜成纜機實物圖成纜工藝指標包含成纜節(jié)距、扎紗節(jié)距、扎紗張力、放線和收線張力。

成纜工序的要求為：①成纜后光纜的纜芯必須具有優(yōu)良的機械性能，滿足在各種運輸、儲存、敷設(shè)條件和方式及不同環(huán)境條件下的使用要求；②成纜后必須保持原有光纖的傳輸特性，并對溫度特性有很大改善。5.2.9石英光纜護套原理與技術(shù)

根據(jù)光纜的使用、敷設(shè)條件不同，在纜芯外加上不同的護套，可以滿足不同條件下對光纖的機械保護。光纜護套作為光纜抵御外界各種特殊復雜環(huán)境的保護層，必須具有優(yōu)良的機械性能、耐環(huán)境性能、耐化學腐蝕性能。

(1)機械性能：指光纜在鋪設(shè)、使用過程中，必然受到各種機械外力的拉伸、側(cè)壓、沖擊、扭轉(zhuǎn)、反復彎曲和彎折作用，光纜護套必須能經(jīng)受住這些外力的作用。

(2)耐環(huán)境性能：指光纜在使用壽命中，要能經(jīng)受住外界正常的紫外線輻射、溫度變化和潮氣侵蝕。

(3)耐化學腐蝕性能：指光纜護套能耐受特殊環(huán)境中酸、堿、油污等的腐蝕。對于阻燃等特殊性能，則必須采用特殊的塑料護套來保證性能。

護套工藝使用的設(shè)備為光纜護套擠塑機，該設(shè)備由纜芯放線裝置、鋼絲放線裝置、鋼(鋁)帶軋紋裝置、油膏填充裝置、上料烘干裝置、90號擠塑主機、冷卻水槽、皮帶牽引裝置、龍門收線裝置及電器控制系統(tǒng)等組成。圖5-10和圖5-11所示為光纜外護套生產(chǎn)設(shè)備。

圖5-10光纜外護套生產(chǎn)設(shè)備圖一

圖5-11光纜外護套生產(chǎn)設(shè)備圖二5.2.10絞合節(jié)距的設(shè)計與控制

在光纜成纜過程中，光纖絞合節(jié)距是至關(guān)重要的，它對二次余長ε的形成、光纜的溫度特性和柔軟特性都有著非常重要的影響。絞合節(jié)距過大，拉伸或收縮余長達不到設(shè)計要求；綜合節(jié)距過小，則不能滿足光纖的彎曲性能要求。

考慮到SZ絞合(左右絞合)是一個往復絞合過程，存在換向的問題，因此，在選擇絞合節(jié)距時應比計算值略小一些。5.2.11扎紗節(jié)距的設(shè)計與控制

包扎帶起固定纜芯的作用(如果使用阻水帶作包扎帶，則其還具有吸水作用)。一般包扎帶的扎紗節(jié)距必須保證纜芯不松散。

扎紗張力是一個非常重要的參數(shù)，它與光纖的衰減緊密相關(guān)，不宜過大或過小。若張力過小，則容易造成扎紗松散，纜芯固定松弛，并且容易在擠制護套時造成斷纜事故；若張力過大，則會出現(xiàn)包扎帶扎扁光纖套管的現(xiàn)象，使套管內(nèi)的一次著色光纖受到應力的作用，產(chǎn)生彎曲衰減增大現(xiàn)象，造成質(zhì)量事故。5.2.12光纜參數(shù)與性能

衰減指標是光纜的重要指標，在生產(chǎn)過程中對衰減指標進行檢測，可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)及工藝中存在的問題。

光纜性能包括：

(1)光纜機械性能：包括拉伸、壓扁、反復彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等。

(2)光纜環(huán)境性能：包括光纜高低溫性能(-40～+60℃)、滲水性能和滴流性能。5.2.13石英光纜的命名

1．光纜型號

光纜型號由七部分組成，如圖5-12所示。

圖5-12光纜型號的組成

(1)

Ⅰ表示光纜類別。GY表示通信用室(野)外光纜；GM表示通信用移動式光纜；GJ表示通信用室(局)內(nèi)光纜；GS表示通信用設(shè)備內(nèi)光纜；GH表示通信用海底光纜；GT表示通信用特殊光纜；MG表示煤礦用光纜。

(2)

Ⅱ表示加強構(gòu)件類型。無型號表示金屬加強構(gòu)件；F表示非金屬加強構(gòu)件；G表示金屬重型加強構(gòu)件。

(3)

Ⅲ

表示結(jié)構(gòu)特征。無符號表示松套層絞式結(jié)構(gòu)；D表示光纖帶結(jié)構(gòu)；J表示光纖緊套被覆結(jié)構(gòu)；S表示光纖松套被覆結(jié)構(gòu)；X表示中心管式(被覆)結(jié)構(gòu)；G表示骨架式結(jié)構(gòu)；T表示填充式結(jié)構(gòu)；Z表示阻燃結(jié)構(gòu)；B表示扁平結(jié)構(gòu)。

(4)

Ⅳ

表示內(nèi)護層(或護套)。Y表示聚乙烯護層；W表示夾帶平行鋼絲的鋼-聚乙烯黏結(jié)護套(簡稱W護套)；S表示鋼帶-聚乙烯黏結(jié)護層；A表示鋁帶-聚乙烯黏結(jié)護層；V表示聚氯乙烯護套；F表示氟塑料；U表示聚氨酯；E表示聚酯彈性體；L表示鋁；G表示鋼；Q表示鉛。

(5)

Ⅴ表示外護層或護套，包含鎧裝層與外護套，由2位阿拉伯數(shù)字組成。鎧裝層：0表示無鎧裝；2表示雙鋼帶；3表示細圓鋼絲；4表示粗圓鋼絲；5表示皺紋鋼帶；6表示雙層圓鋼絲。

外被層或外護套：1表示纖維外護套；2表示聚氯乙烯護套；3表示聚乙烯護套；4表示聚乙烯護套加敷尼龍護套；5表示聚乙烯管。

(6)

Ⅵ

表示光纖芯數(shù)。直接由阿拉伯數(shù)字寫出。

(7)

Ⅶ

表示光纖類別。A表示多模光纖，B表示單模光纖。

2．光纜規(guī)格的表示法

光纜的規(guī)格按光纜中所含的光纖數(shù)及光纖的類別來表示。

例如，4根G

.652單模光纖的光纜規(guī)格表示為4B1.1或4B1，若同一根光纜中含有不同種類的光纖，則在規(guī)格中間用“+”號相連。

若含有4根多模50/125的光纖，則表示為4A1a或4A1。

3．常用型號舉例

GYXTW：金屬加強構(gòu)件、中心管填充式、夾帶鋼絲的鋼-聚乙烯黏結(jié)護套通信用室外光纜，適用于管道及架空敷設(shè)。

GYTA：金屬加強構(gòu)件、松套層絞填充式、鋁-聚乙烯黏結(jié)護套通信用室外光纜，適用于管道及架空敷設(shè)。

GYTS：金屬加強構(gòu)件、松套層絞填充式、鋼-聚乙烯黏結(jié)護套通信用室外光纜，適用于管道及架空敷設(shè)。

GYTY53：金屬加強構(gòu)件、松套層絞填充式、聚乙烯內(nèi)護套、縱包皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯外護套通信用室外光纜，適用于直埋敷設(shè)。

GYXTC8S：金屬加強構(gòu)件、中心管填充式、8字型自承式、鋼-聚乙烯黏結(jié)護套通信用室外光纜，適用于自承式架空敷設(shè)。5.2.14石英光纜生產(chǎn)設(shè)備的原理與使用

1．光纖著色機

光纖著色機主要由五部分組成：光纖放線裝置、顏料涂覆系統(tǒng)、牽引裝置、收排線裝置、主控設(shè)備。圖5-13所示為光纖著色復繞機的實物圖。

(1)光纖放線裝置：主要包括光纖放線盤、放線排線架、放線張力測量輪、放線張力調(diào)節(jié)輪等元件。其作用是按照合理的放線張力將光纖自放線盤中放出，保證光纖不受張力的作用且不松弛、扭曲，松緊適度，使被光纖盤纏繞有一定彎曲曲率的光纖平直，并不受任何的機械損傷。

(2)顏料涂覆系統(tǒng)：主要包括去靜電裝置、涂覆模具、顏料供應容器、冷卻風機、固化爐、光纖外徑測量儀等設(shè)備。該系統(tǒng)是著色機的核心部分，著色工藝的質(zhì)量與著色層的厚度、不圓度、同心度均由其決定，是著色機最關(guān)鍵的部位。

(3)牽引裝置：采用輪式牽引機牽引光纖在設(shè)備上移動，通常牽引速度即為生產(chǎn)線的線速度。

(4)收排線裝置：主要由收線和排線傳感器、光纖收線盤、收線張力測量儀、牽引張力測量輪、收線張力調(diào)節(jié)輪等設(shè)備組成。其基本功能是對已經(jīng)著色的光纖收卷成盤，為下一道工序做準備。該裝置要求收線張力和排線節(jié)距合理、科學，排線節(jié)距為(0.29

±

0.02)mm。

(5)主控設(shè)備：主要是軟件控制。

圖5-13光纖著色復繞機的實物圖

2．光纖套塑機

光纖二次套塑生產(chǎn)線可以分為12芯光纖松套套塑機、48芯或48芯以上光纖束套塑機、帶狀光纖松套套塑機以及緊套套塑機。其中，12芯光纖松套套塑機的應用最廣。

光纖套塑機一般由光纖帶放線架、擠塑機、油膏填充裝置、冷卻水槽、輪式牽引裝置、履帶牽引裝置等組成。圖5-14所示為二次套塑設(shè)備的實物圖。

圖5-14二次套塑設(shè)備的實物圖

3．光纜成纜機

1)

SZ絞合成纜機

SZ絞合成纜機又稱左右絞合成纜機。

其特點是：芯線自固定的多頭放線盤放出，經(jīng)SZ絞合搖擺頭實現(xiàn)SZ絞合，成纜后又收線到固定的收線盤上；成纜時芯線首先沿一個方向絞合，當達到預定的圈數(shù)時，開始換向，進行反方向的絞合，SZ方向的絞合圈數(shù)相同。

SZ成纜技術(shù)的關(guān)鍵是在絞合時，要求設(shè)備既能快速改變旋轉(zhuǎn)方向，又能確保絞合后的纜芯保持要求的形狀和尺寸，不致松散。

SZ絞合成纜機主要由中心加強件放線架和中心加強件張力控制裝置組成，具體包括：

(1)多頭固定加強件放線盤、放線張力測量輪、放線張力調(diào)節(jié)輪及張力傳感器，其作用是以恒定的張力自放線盤上放出加強件并進行實時控制，調(diào)節(jié)加強件的放線張力。

(2)多頭光纖/填充繩放線架，其作用是放出多根松套光纖(或帶纖)/填充繩。

(3)

SZ絞合搖擺頭(簡稱絞合頭)，其作用是實現(xiàn)光纖的SZ絞合。

(4)雙向扎紗裝置，其作用是利用聚酯繩包扎絞合后換向點處的纜芯，避免纜芯松散。

(5)阻扭裝置，其作用是防止纜芯絞合后產(chǎn)生扭曲故障。

(6)光纜纜芯牽引裝置，其作用是為絞合后的成纜纜芯提供牽引張力，引導纜芯收線。

(7)纜芯收線架，其作用是將絞合后的纜芯按照一定的排線節(jié)距排線并收到收線盤上，同時控制收線張力的大小。

(8)阻水油膏填充設(shè)備，其作用是填充吸水纜膏，以防止纜芯滲水。