紧套光纤生产中的问题及解决对策

知识点：紧套光缆

一、紧套光纤生产工艺

采用紧套光纤的光缆在使用期间内，可承受多次人工处理(如移动等) ，便于安装、维护。采用紧套光纤的光缆主要用于室内及野战通信、舰 船、飞行器等特殊应用场合。紧套光纤生产线的配置如图所示：

随着对紧套光纤生产要求的提高，目前上述的生产装置已经通过计算机联动控制生产速度和牵引装置、主机转速等，以协调各设备之间的关系，使紧套光纤生产效率提高的同时，保证产品质量。

二、紧套光纤生产中可能存在的问题

紧套层和光纤直接接触，是光纤直接而重要的保护层，因此紧套层的质量非常重要，紧套光纤生产中可能存在的问题如下：

1、外径不均匀、同心度较差。

2、光纤紧套层包紧力或剥离性不好。

3、紧套层收缩较大。

4、光缆表面鼓包或有颗粒。

5、生产过程中脱料、断料。

6、光纤弯曲。

这些不良的产生，都会导致光纤的各项性能下降，特别是传输性能下降，衰减大幅度提高。

三、产生原因分析

1、外径不均匀、同心度较差

模具的同心度较差会导致紧套光纤外径不均及不圆度大。紧套光纤套塑工艺中使用的模具主要有挤压式和挤管式。挤压式通过模具的设计，产生压力直接把材料紧紧包裹在光纤上。挤压模在模具中对材料有一个加强塑化过程，挤制出的紧套光纤外径均匀，不圆度小，但紧套层的剥离强度不易控制，还可能因挤制压力过大而损伤光纤，甚至对塑料的压力过大也会使成形不稳定。挤管式为模芯带有较长呈线性的自定心模具，并通过抽真空来控制紧套层的松紧度。但这种模具同心度要求很高，比较难加工。挤管模套塑生产时，材料有一定的拉伸比，会产生应力，为了达到优良的物理性能，挤出时应有一个合适的拉伸比，因此模具中的模芯与模套之间的间隙尺寸尽量较小。

紧套光纤所使用的材料也产生不良的影响。裸光纤本身的不圆度偏大，也会使紧套光纤外径不合格，只是通常光纤直径较小，我们不太关注每根光纤本身的不圆度。光纤紧套料如果塑化不均匀、材料中含有杂质、光纤紧套料的润滑不足或润滑过度，都会对紧套光纤外径不均及不圆度有较大影响。

人员的操作对此也有一定的影响，如模具安装时没有安装好，或工艺参数不当等。

2、光纤紧套层包紧力或剥离性不好

紧套光纤的特点就是紧包，因此要求光纤的套塑层不易剥离。但在光纤接线时，又需要剥掉套塑层。因此为了保证光纤的品质和方便使用，必须把剥离力控制在一定范围。目前紧套光纤的剥离力只有指导性意见，参考的是国家标准规

定光纤涂覆层剥离力的方法，一般要求去除15mm长的套塑层，剥离力应在1.3～13.3N之间。

在紧套光纤的生产中，挤压式的包紧力较好，挤管式要想得到好的包紧力就要抽真空。螺杆转速、牵引速度、模具安装、材料本身对剥离力都会有影响。特别是对于挤管式生产方式，模具加工形式不合理，模具的设计和加工不当，或是模芯安装位置不合理，热水槽水温及空气隙大小设置的不当，牵引张力和收线张力设置的不合理，都会使材料产生应力，导致紧套光纤紧套层松紧度不同，特别是会变松，而且会因高分子材料的应力松弛的原因使剥离力发生变化。

紧套光纤在套塑加工时如果光纤温度过低，会导致紧套层变松，并且紧套层收缩不均匀，因此光纤需要设置合理的预加热温度。而紧包料本身的拉伸性能差和收缩性大也会使紧套层变松。另外如果材料受潮或水分含量偏高，将会严重导致紧套层变松。

3、紧套层收缩较大

几乎所有材料都有热胀冷缩的特点（少数相反），而高分子本身的特性决定材料更易收缩。高分子是无规缠绕链，在受力方向高分子链被拉直，当力消失后，它又会回到无规缠绕状态，因此就会产生收缩。

当高分子材料在挤出机里受热，高分子链活化，但又受到压力限制了运动，在其从模具口出来时，压力释放而膨胀，而在牵引力下被拉伸，经过水槽时，高分子链被冻结。当生产好的紧套光纤在存放时，高分子链趋向于回到无规缠绕状态，导致产生收缩。另外在高温（高于材料的玻璃化温度甚至熔融温度）下使用或试验时，被冻结的分子链被解冻，就会迅速恢复无规缠绕状态，收缩加快。在这个生产过程中如模具拉伸比过大、速度过快、放线张力过大等都会使内部应力过大而导致收缩。因为水槽的温度低，与机头的距离如很近，一出来就冷却，高分子链被冻结，材料内应力无法得到松弛，更易产生收缩。

紧套层的收缩主要和紧套料本身的性能相关，对于低烟无卤紧套料，一般是树脂基材、无机阻燃填料和助剂加工而成，其中无机阻燃填料一般占50%以上。无机阻燃填料不易收缩，树脂是高分子材料，收缩是不可避免，但可以选择本身收缩比较小的材料。而通过设备和工艺的调整，也可以在一定程度上降低收缩。

4、光缆表面鼓包或有颗粒、生产过程中脱料、断料

紧套料本身的性能不好，如材料中含有杂质、塑化不良或不匀、水分过高等，或加工过程中有小分子量物质析出后留在光纤表面，这些都会在表面形成鼓包或颗粒。当鼓包或颗粒过大，就无法穿过定径模而被拉断。而如果材料塑化不良或不匀，出料不稳定的话，有可能导致材料无法完全覆盖光纤表面，就会造成脱料。

挤出机工艺温度设置不合理，导致材料不能充分塑化或阻燃剂等分解，也会使得光纤表面出现鼓包或粗细不均匀。模具设计或加工不合理，导致塑料加工时对熔融材料的压力不均匀或大小不匹配，压力过大等，会导致被加工的材料成形不稳定，甚至出现粗细不均匀的现象。挤压式模具有利于塑化，生产出的线表面更好，而且不易脱料。生产线不稳定，如挤出机螺杆转动不均、牵引不均、放线或收线不均等都会导致线缆外径不稳定，造成粗细不均匀或形成鼓包。

笔者还曾经统计过某厂家在紧套光纤生产过程中的颗粒、脱料、断料等不良情况，发现80%以上的此类不良，特别是脱料、断料，都发生在晚间生产中，分析可能晚间生产条件变差或员工注意力下降、操作不当引起。

5、光纤弯曲

紧套层是热塑性聚合物材料，其线膨胀系数比光纤的线膨胀系数大两个数量级。因此在温度降低时紧套层对光纤产生收缩作用，在温度升高时对光纤产生拉伸作用。特别是在低温时受力情况见下图。如果紧套层同心度高外径均匀，则紧套层在圆周上和长度上对光纤的作用力是均匀的。一旦紧套层偏心严重或外径不均匀，紧套层在圆周上和长度上对光纤的作用力就不均匀，严重时会使光纤发生弯折，影响光纤的传输性能。

紧套层纵向收缩时，缆芯若要保持原来的直的状态，就必须抵制紧套收缩，它们之间的这种作用主要通过摩擦力来实现，这种情况下，收缩力过大，光纤也会有部分弯曲。

四、生产中产生的问题解决对策

紧套光纤生产时常见的问题、产生问题的可能原因及解决对策：

序号	常见问题	可能原因	建议处理措施
1	表面或截面有微孔	材料受潮	对材料预干燥处理
		加工温度过高	调低工艺温度
			降低螺杆转速
2	挤出外径波动	挤塑机出料不稳定	调整挤塑机工艺温度
			检查配模
		牵引不稳定	维修牵引系统
			电缆盘内壁应光滑
		材料本身不均匀或润滑过度	更换材料
3	紧套层过紧或过松	抽真空过大或过小	改善抽真空的大小
		冷却过快或较慢	改善冷却温差
		光纤预热不够	提高光纤预热温度
		材料收缩较大	更换材料
4	表面不光滑有颗粒	机头和模口温度较低	升高机头和模口温度
		材料塑化不均	提高螺杆转速
		材料有杂质	更换材料
5	收缩	张力过大或过小	调到较合适的值
		冷却过快	提高冷却水温度
		材料本身性能不好	更换材料
6	生产速度上不去	出胶量较小	更换挤出设备
			升高挤塑机工艺温度、提高螺杆转速
		模具设计不合理	更换或改进模具
		配套设施跟不上	更换或改进配套设施
		材料有质量问题	更换材料
7	光纤弯曲	外径不均匀、同心度较差	调整模具的同心度
		牵引张力过大	减小牵引张力
		收缩过大	见上5
8	挤塑机螺杆电流高，反压大，温升过高	材料在机身内剪切力大，摩擦生热严重	用小目过滤筛网或取消筛网
			采用低压缩比螺杆
		材料流动性差	更换材料流动性好的材料
9	挤出模口有流延	混料不均匀	检查喂料机构，控制加料速度
		工艺温度较高	降低温度
		材料潮湿	对材料进行干燥处理
		材料中小分子物质太多	更换材料
		模套与模芯间摩擦	对光纤进行涂层，减少摩擦
10	机械性能（拉伸强度、断裂伸长率）偏低	物料降解引起微孔生成	降低机身温度
			调整螺纹块组成
		原料中会有不均匀颗粒	增加滤网
		试验样品制备方法不当	重新制样

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