光纤二次被覆工艺学

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1、光纤二次被覆工艺学目录第一节 概述第二节 二次被覆设备第三节 塑料挤出理论第四节 工装设计和选择第五节 光纤余长控制理论第六节 二次被覆的质量控制第七节 二次被覆缺陷和预防第八节 计量器具的使用 第一节 概述 由于光纤对外界的影响非常敏感，特别是力的问题，直接影响了光纤的传输性能，因此，需对光纤格外加以保护。所谓二次被覆就是用塑料挤出机在光纤外形成一个塑料保护层，目的就是保护光纤免受轴向力和径向力的影响，以便加工成缆。 二次被覆通常有四种结构形式，如图所示： a b c d a：紧套结构：一次涂覆光纤与二次被覆层（有时加有缓冲层）直径接触，外径一般为0.51.0mm。 b：空心松套结构：是一种

2、空心塑料管，光纤在塑料管内有很大的活动空间，避免光纤受外力与温度变化对光纤产生影响。 c：填充松套结构：即在空心塑料管中填充膏状物。膏状物应在较宽的温度范围内具有柔软性、自动复原性和稳定性。 d：填充松套光纤束结构：是一种在塑料管内聚集多根光纤的松套管，其管中也填充膏状物。 目前最常采用是第四种结构，下面就该结构简单介绍一下其特点：1、 一次涂覆光纤置于空心管中，而与组成光缆的其他元件完全隔离。但由该松套管绞成的光缆其外径要稍大。2、 光纤在空心管中完全处于自由状态，当受到外力和温度变化影响时，有一定的活动空间，减少弯曲和侧压力，从而减小宏弯和微弯损耗。3、 空心的松套管具有一定的抗拉、抗压和

3、抗冲击能力。4、 松套管内填充膏状物，使其具有阻水的能力，从而减少水分子对光纤的影响。5、 当架空敷设时，光纤的伸缩应变远远小于缆的应变，从而使光缆具有良好的抗张能力。 松套二次被覆的生产工艺与其他电线电缆的的绝缘或护套挤出工艺十分类似，只不过所用的材料不同。由于二次被覆的控制参数对松套管本身和光缆的质量影响十分显著，因此对其控制十分苛刻。二次被覆的基本工艺流程如下： 放纤 挤 热水 牵 冷水 吹 测 牵 收 充油 塑 冷却 引 冷却 干 径 引 线 第二节 松套二次被覆的设备 生产工艺与生产设备是密切相关的，生产工艺是在一定的生产设备上形成，生产设备又必须满足工艺要求。二次被覆生产设备是生产

4、光缆松套管的专用设备，它们与二次被覆工艺的关系十分密切。因此，要研究二次被覆的工艺，首先要熟悉二次被覆设备及其组成。在光纤外形成塑料松套管，并充以填充膏和使光纤形成所需余长的生产设备，简称为二次被覆生产线。一、 二次被覆生产线的组成：附图：1、 光纤张力控制放线架2、 光纤SZ绞合装置3、 油膏填充机组4、 塑料挤出机5、 热水冷却系统6、 单轮牵引机7、 冷水恒温冷却系统8、 吹干装置9、 动态线径测量仪10、 履带牵引机11、 卧式储线系统12、 双盘收排线系统下面就其构成部件逐一对部件的工作原理和操作作介绍。1、 光纤张力控制放线架 光纤张力控制放线架采用了线盘放线张力与光纤线张力隔离式

5、结构，克服了因光纤盘上光纤粘纤或卷绕不佳引起的张力波动，使张力控制精度包括小张力下都得到很大提高。光纤从施加磁滞阻尼的线盘轴上放出，再经柔性带履压的牵引轮牵引，由舞蹈轮系统控制其恒张力及跟踪线速度。牵引驱动采用直流伺服电机，放线速度随生产线速度变化，同时保证放线张力恒定。 光纤盘上光纤被动放出，该张力由调定的磁滞阻尼产生。大小可打开机架背后柜门，调节铝质套与活动的小铝盘间的间隙，间隙小则张力大，间隙大则张力小。 光纤由牵引轮带动，经舞蹈轮和固定轮组，光纤的张力由砝码平衡，舞蹈轮同时检测位置，反馈调节牵引轮转速以维持与生产线的同步。2、 光纤SZ绞合装置 为保证松套管内光纤的余长一致性，将光纤进

6、行SZ绞合。SZ绞合采用简洁传动和高性能交流伺服驱动系统及数字控制装置，运行可靠。设备绞合速度及绞合角度随时可调，绞合速度可与生产线速度同步。 3、油膏填充机组 油膏填充机主要有料桶抽吸装置、加压储料罐、油膏输出装置以及回流装置等组成。设备共有两根软管，一根从料桶抽吸泵连接到储料罐，另一根从输出计量泵连接到机头。 料桶抽吸装置油电机减速机驱动往复式活塞抽吸杆。从油膏桶底部抽取油膏。在安装抽吸装置时，先将密封盖压在油膏桶上，油膏量可以由指示杆显示。4、 塑料挤出机 塑料挤出机采用一体化设计，主要挤压系统、传动系统、加热和冷却系统、控制系统等组成。（1） 挤压系统：包括螺杆、机筒、料斗、机头和模具

7、等组成，是挤出机的关键部分。（2） 传动系统：传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程所需的力矩和转速。有电机、减速箱等组成。要求螺杆转速稳定，不随负荷而变化，以保证制品的均匀一致。（3） 加热和冷却系统：加热和冷却是塑料挤出过程能够顺利进行的必要条件。加热系统由电加热器在外部加热物料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。冷却系统是用于排除由于螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，但在加料口的冷却是为了加强对固体物料的输送作用。（4） 挤出机的控制系统主要由电器、仪表和执行机构组成。其主要作用是控制和调节挤出机的转速、温度、压力、流量等实现对整个生产线的调节和控制或自动控制。 5、热水冷却系

8、统 主要由水箱、固定水槽、移动水槽、加热系统、水泵系统等组成。热水冷却分两段进行，以便适应不同塑料的阶梯冷却和余长控制要求。5、 单轮牵引装置 其驱动系统采用膏精度直流伺服驱动装置及进口伺服电机，电机直接与减速器相连，速度平稳。6、 冷水恒温冷却系统 其主要由水箱、水槽、冷冻机组、水泵等组成。主要作用是进一步冷却和固化松套管，并且具有控制余长的作用。7、 履带牵引机 该装置主要由上下履带、履带牵引系统、张力轮同步控制系统、长度检测系统组成。上下履带在气压的作用下夹持松套管运行，通过调节气压即可调节夹紧力。上下履带均是主动驱动。驱动系统采用高精度直流伺服驱动装置，速度平稳，可靠。 张力轮同步控制

9、系统，主要是调节和控制松套管在冷水槽中的收缩量，同时同步跟踪单轮牵引的速度以调节履带牵引的速度，并始终与生产速度同步。 计米系统是通过用光电码盘和光电转换装置检测履带运行速度，并在仪表上显示。同时可以设定所需要的生产长度，以准时停机或换盘。8、 储线架 储线架主要有滑动轮组、固定轮组、导向轮组、驱动装置、及导轨等组成。生产过程中松套管储绕在滑动导轮和固定导轮之间。正常状态下，滑轮组处于位置控制装置之间，由位置控制器调节收线机的收卷速度，并保证同步。换盘过程中滑动导轮组受驱动装置控制，在保证同张力的情况下进行储线。9、 双盘收线 可以承受两个800型的线盘，收线速度由控制面板上的调节电位器调节，

10、同时受储线架上的储线位置控制器的控制。二、设备安全操作规程第三节 塑料挤出理论 二次被覆其实是一种挤压成型工艺，用挤出机在光纤外挤套一塑料管。挤出成型在塑料制品加工种占重要地位。目前电线电缆的加工均采用连续挤出工艺。挤出成型具有如下主要特点：（1） 连续化生产，可根据需要生产任意长度。（2） 有很高的生产率。据有关资料统计，日本一台挤出机平均年生产能力为85.8吨，注射机为27.6吨，由此可见挤出成型生产能力大于注射机。（3） 应用范围广，能加工绝大多数热塑性塑料。（4） 投资少，见效快。 简单地说，塑料挤出理论是指塑料在螺杆挤出机中的运动、变化过程的一种理论。而我们研究挤出理论的目的就是要揭

11、示、掌握和促进这一运动、变化过程，从而使挤出成型加工达到优质、高产、低消耗的效能。 一、热塑料性塑料的三态变化 在讨论挤出理论前，让我们先了解一下热塑性塑料在不同温度下的三态变化。我们知道，物质的性质由物质及分子结构所决定的。塑料是高分子聚合物，它由柔韧的大分子链的结构所组成，分子间的相互作用和分子量决定其所有综合物理性能和主要因素。 根据高分子物理学的概念，热塑性塑料在受热时存在三种物理状态，即玻璃态温度低于玻璃化温度Tg、高弹态温度高于玻璃化温度Tg而低于粘流态温度Tf、粘流态温度高于粘流态温度Tf而低于聚合物分解温度Td，而当温度高于Td时，聚合物便开始降解或分解。 变形 Tg Tf T

12、d 玻璃态 高弹态 粘流态 温度 （红色：结晶性塑料；绿色：非结晶性塑料） 例如：下表列举一些塑料的三态温度：塑料脆化温度T玻璃化温度Tg熔点温度Tm热变形温度分解温度TdHDPE-5015351051374352PP-2015401601766070硬PVC-3020501602125474240PBT5025526085 对于非结晶的塑料而言，一般在常温时具有一定的刚性和硬度（但不脆）称为玻璃态。在玻璃态，塑料受一定的冲击、压缩等负荷作用下，变形很小，并随温度的增加使变形直线上升，但在外力消失后。变形也随之消失，并恢复原状。这种力学性质称为普弹性（虎克型弹性）。这是因为在常温时，塑料的大分

13、子不能移动，链段也处于冻结状态，只有大分子上较小的运动单元，如侧基、支链和链节能运动。我们常用的塑料日用品也是利用塑料常温下的玻璃态性质。当温度再低时，高聚物处于脆性，在很小的外力作用下，分子链发生断裂，此时材料失去使用价值，该温度即为脆化温度Tx。当温度上升到玻璃态温度以上时，塑料呈现似橡胶一样的高弹性，称为高弹态。在高弹态时，塑料在较小的外力作用下可产生很大的变形，且初始时，变形随温度的升高而增大，到一定限度后变为恒定，而外力解除后能够恢复原来状态。这是因为温度升高后，大分子的振动和转动加速，这时大分子链仍不能移动，但链段已能运动。这时高分子材料如果受力，卷曲状态的大分子链会沿着受力方向拉

14、长，大分子链由卷曲而拉直，变形可达100%1000%（普弹性时变形为0.04%0.1%），处于高弹性的塑料一般不能作结构材料使用。当温度继续上升至粘流态温度后，不仅大分子链段能运动，大分子之间也可相互滑移。这时大分子受外力时，产生粘性流动，即处于粘流态。此时即使外力消失，变形仍然存在。当高 分子的热运动的能量超过化学键能（即化学键形成时放出的能量或化学键断裂时吸收的能量），就会引起化学键的破坏，结果主链断裂或侧基脱离，导致高分子材料性能劣化。 而结晶性塑料的高弹态却不明显，当温度高于熔化温度时，便很快地熔融而处于粘流态。热塑性塑料随温度变化而发生上述三态变化是可逆的，当温度低于粘流态温度时，塑

15、料从粘流态转变为高弹态，当温度低于高弹态温度时，塑料转变为玻璃态。 严格地说，高聚物的三态转变的温度范围不是完全固定的，塑料的三态转变除与温度有关外，还和应力作用的时间和作用力施加速度有关。塑料的挤出工艺就是利用塑料的三态变化来实现的。 二、塑料在挤出机中的运动过程 塑料在、挤出机中的运动过程为：装入料斗中的塑料借助重力或加料器进入机筒中，由旋转的螺杆的推力作用不断向前推进，同时塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与机筒之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，螺槽中形成均匀连续的料流，到达机头的料流经模芯和模套间的环型间隙，形成连续的塑料管挤包于线芯或缆芯外。整个过程可以简单地理

16、解为三个阶段：填料过程、混合熔化和均化过程、挤压成型过程。1、 挤出机螺杆的分段及各区段的基本职能 根据塑料在挤出机中三种状态的变化过程，以及螺杆各部位的工作要求，通常将螺杆分成加料段，又称为固体输送段；熔融段，又称为压缩段；计量段，又称为均化段。下面就各区段讨论一下其基本职能。 螺杆分段图（1） 加料段 加料段是有加料区（又称为冷却料斗区）、固体输送区以及一个过渡的迟滞区组成。一般该段长度为螺杆的有效长度的1525%。其主要职能是对塑料进行压实和输送，此段的工作过程为：塑料自加入料斗进入螺杆以后，在旋转的螺杆作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实，一般塑料在加料段呈固体向前输

17、送。 根据实验观察，通常在接近加料段的末端，由于强烈的摩擦热作用，与机筒内壁向接触的塑料已经达到粘流态的温度，开始熔融，而呈现一个过渡区。严格地说，一般所谓的迟滞区是指以固体输送区结束到熔池最初出现的这一区域。（2） 熔融段该段的长度一般为螺杆的有效长度的50%60%。此段的作用是使塑料进一步压实和塑化，使包围在塑料内的空气回流到加料口排出，并改善塑料的热传导性能。其工作过程为： 当塑料从加料口进入熔融段后，随着塑料的继续向前输送，并由于螺杆螺槽的逐渐便浅，以及过滤网、分流板和机头的阻碍作用，塑料逐渐形成高压，并进一步被压实。与此同时，物料受到来自机筒的外部加热和螺杆与机筒的强烈搅拌、混合和剪

18、切作用，塑料温度不断升高，熔融塑料（称为液相或熔池）量不断增加，而未融化的固态塑料（称为固相或固体床）则不断减少，至熔融段末段塑料全部或大部分熔融而转变为粘流态。（3） 计量段也称为熔体输送段，一般为螺杆的有效长度的2025%。塑料进入计量段后进一步塑化和均匀化，并使之定量、定压、定温地从机头挤出。三、塑料挤出理论的研究 塑料挤出理论的研究就是根据塑料在挤出机中的三个历程即从加料区的固态到过渡区（熔融区）的固态粘流态、直到均化区的粘流态这三种物理过程进行研究。也就是把挤出机的挤出理论主要分成三个职能流体输送理论。 这些理论不同程度上揭示了物质性质、机器结构参数和工艺条件对熔融过程、输送流率的影

19、响，这就为改进挤出机结构设计、制定合理的工艺条件、选择材料等提供了理论依据。 由于这次培训的类型及培训时间关系，这里仅对挤出理论的三个理论进行简单的介绍。（1） 固体输送理论在挤出过程中，加入螺杆中的固体塑料，由旋转螺杆的推力作用，向前推进，在机头阻力作用下，物料不断被压实。开始塑化和尚未塑化物料连续整齐排列，形成充塞于整个送料段螺槽的由弹性的“固体塞”。根据这一现象，利用固体对固体摩擦的静力平衡方程为基础，建立了固体输送理论。（2） 熔融理论熔融理论是建立在热力学、流变学基础上的一种理论。在加料段末段与加热机筒接触的物料开始熔化，在筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间

20、的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下，聚集在螺纹的前面，形成熔池。由于随着温度的不断提高及螺杆的剪切作用，熔池不断扩大。影响熔融段长度的因素主要是物料特性、流率、螺杆转速、机筒温度和物料初温。（3） 熔体输送理论熔台输送理论又称为流体动力学理论，它是研究螺杆均化段如何保证塑料彻底塑化，并使之定压、定量、定温挤出，以获得稳定的质量和产量。第四节 工装设计和选择 松套管的生产质量除了与设备和材料有关外，很大程度上还取决与工装模具的设计。对于二次被覆工艺来说，其所用模具主要有挤塑模具、油膏填充模具。因此下面将简单介绍有关模具、工装的设计和使用问题。 一、 挤塑模具设计和选配 松套管本身质量的好坏与塑料本身

21、的质量、挤出机性能、挤出温度、速度、挤出的冷却有关外，还与机头模具设计等多种因素有关。模具的几何形状、结构尺寸、流道设计等直接决定松套管的挤出质量。 在电线电缆生产中使用的模具（包括模芯和模套）主要有三种形式，即挤压式、挤管式和半挤压式三种。模具的结构基本一样，仅仅在于模芯前端有无管状承径部分和承径与模套的相对位置不同。如图： 在松套管生产中主要使用挤管式模具，其在挤出时模芯有管状承径部分，模芯口端面伸出模套口端面或与模套口端面持平的挤出方式，称为挤管式。工作过程是塑料沿着模芯管状承径部分向前移动，形成管状，然后经拉伸再在光纤周围形成一个合适的空心管。 挤管式模具具有以下优点：（1） 挤出速度

22、快。挤管式模具充分利用塑料可拉伸的特性，出胶量有模芯和模套之间的环形截面积来确定，它远远大于松套管的厚度，所以线速度可根据拉伸比不同而有所提高。（2） 生产时操作简单，偏芯调节容易。其径向厚度的均匀性只由模套的同心度来决定。（3） 配模方便。同一套模具可以利用调整拉伸比的办法，挤制不同尺寸的松套管。（4） 塑料经拉伸后发生“定向”作用，特别对结晶性高聚物，结果使塑料机械性强度提高。 1、 模具尺寸的设计 模具的几何尺寸由很多，模具的装配尺寸和外形尺寸以及模具的外锥角、内锥角属于设计问题，不属于本次培训的内容。因此这里仅讨论影响松套管尺寸的模具尺寸进行讨论。 （1）挤管式模芯内径 模芯内径的选择

23、，主要视油针的外形尺寸而定，一般比油针外径大12mm，当要求拉伸比大时，可取24mm。（2） 模芯外径 模芯外径尺寸决定于内径和模芯壁厚的尺寸。这个壁厚的设计既要考虑模具的寿命，又要考虑塑料的拉伸特性，壁厚太薄，模具容易损坏，壁厚太厚，使拉伸比增大，塑料表面光洁度差，甚至容易拉断料流。 一般壁厚取0.31mm，具体根据松套管尺寸而定，大时取上限，小时取下限。（3） 模芯外承径 模芯外承径应与模套定径长度相适应，一般比模套定径长度长38mm。（4） 模套定径长度 一般模套定径长度为模套定径区内径的0.51倍，但此值必须小于模芯外承径长度。（5） 模套内径 模套内径的确定，应根据塑料的拉伸特性以及

24、配模系数来计算确定。在下一节讲解。（6） 模芯伸出模套的距离 一般取02mm。当模芯向前伸时，则护套管内径变大，管壁厚度变薄。（7） 模芯承径后部与模套定径后部之间的距离 在挤管式挤出中，要求模芯承径后部退后于模套定径后部有一定距离。如果此段距离过太短，轻则使挤出的松套管壁后套薄，重则引起料流的阻力或反压力太大，造成设备负荷增大。 一般该段距离取：当小松套管时取13mm，大套管时取26mm。三、模具配模系数和拉伸比 挤管式挤出可以看作在模芯模套出口处有一环状塑料层，经一定拉伸形成一个合适的空心塑料管套在光纤上，因牵引速度大于料流挤出速度形成拉伸，料流出模口后形成一个圆锥。假定出胶量不变，根据线

25、速度的不同圆锥锥度也不同，线速度慢，拉伸小，圆锥远离模口；线速度快，拉伸大，圆锥尖端就移向模口，在这个圆锥里，环状截面（即料流的内外径之比）是保持一定比例缩小的，由此可得出一个拉伸比的概念。 拉伸比的定义：塑料离开挤出模口时圆环状截面积与冷却后所要求的松套管的圆环截面积之比，称为拉伸比。对结晶性聚合物，拉伸比大，则分子定向完善，结晶度高，成型后收缩小。因此对于PBT材料来说。其拉伸比一般取：松套管直径小于3mm时，取610：1；松套管直径大于3mm时，其拉伸比取36：1。例：外径3.0mm，内径2.0mm的松套管，其配模是模芯4.0/5.0mm，模套是7.5mm。则其拉伸比为： S=S1/S2

26、 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则拉伸比为1：6.25 配模的另一个计算是配模系数K，其体理论推导这里忽略，只告诉大家一个简单的计算公式，即： 模套内径 模芯外径 K= / 松套管外径 松套管内径 按上例：K=（7.5/3.0）/（5.0/2.0）=1.0 根据模具选择而计算，可以得出三种情况： K1 称为紧包 K=1 称为平衡拉伸 K1 称为松包 松套管挤出，一般采用松包或平衡拉伸，一般K=0.951.02。有配模计算公式及松套管配模系数要求，就很方便地得出模套内径尺寸：

27、模芯外径*松套管外径 模套内径= 松套管内径 接上例：D=（5*3）/2=7.5mm二、充油模具 充油模具主要有导纤针、油针、充油头组成。其作用是将填充油膏与光纤导入松套管。 油针一般采用不锈钢管制作，其厚度一般为0.20.5mm。导纤针一般比光纤束外径大0.51mm，过小可能擦伤光纤或引起光纤进入松套管阻力增大；过大可能引起漏胶而填充不足。 为便于出油膏油针一般选得比较大。但也不能过分大，原因是当松套管内径比较小时，用大直径油针，可能导致油针内油膏填不满而带入空气。同时受到挤出模芯的限制。一般略大于导纤针孔径。三、盘具使用 收线盘从一定程度上讲也影响了松套管质量。如当松套管外径较大时，选用小

28、筒径的收线盘，可能出现光纤的微弯损耗（特别是光纤带）。另外如果生产大长度时，选用小规格线盘，会出现收线过满或收卷不下，被迫剪断松套管。 一般要求收线盘筒径不小于松套管外径的30倍。收线盘的尺寸要满足生产长度和设备允许的要求。对于收线盘来说，有几个尺寸参数需要大家了解的如图所示：L2是线盘的内宽，其尺寸影响松套管每层卷绕圈数。d2是线盘的筒径，其应与松套管的允许弯曲半径相匹配，一般不小于缆芯外径地30倍。d1是线盘的直径，其大小影响了收线的卷绕层数。对收线盘的要求表面无毛刺，焊接缝铲平磨光，棱边倒钝。线盘的动静平衡特性要好。 收线盘的装盘容量可以通过计算得出： L=*P*N*（d2+PD）/10

29、00 其中 P=（d1-d2-2t）/2D N=（0.96*L2）/D 式中 ：P卷绕层数 N每层卷绕圈数 D缆芯外径 d1收线盘外径 d2收线盘内径 L2收线盘内宽 t盘边余量第五节 光纤余长控制理论 光纤余长是光纤光缆生产的一个重要控制指标，它影响了光缆的传输性能和使用寿命。从光纤光缆要承受较大的拉力合高温考虑，光纤的余长为正值较佳，为防止光缆在低温时产生微弯，光纤余长为负值较佳。但是光缆不可能应用在一个恒定的环境中，故要根据光缆不同的结构形式、不同的应用环境，对光纤余长进行合理设计，并在生产中严格控制，尤其是二次被覆生产工艺中。这里讨论的余长控制仅对二次被覆而言。一、 余长形成的机理 二

30、次被覆工艺中一个关键是如何做到余长的设定值，不同的光缆结构中，要求不同的光纤或带纤在松套管中的余长值。光纤的余长的定义为光纤相对松套管的长度差与松套管长度的百分比。 在二次被覆工艺中，余长的形成有两种方法：热松弛法和弹性拉伸法。分别说明如下：1、 热松弛法 光纤或带纤从放线盘放出，通过挤塑机的机头，挤上PBT塑料套管，并在管中填充油膏，由余长牵引进行牵引，光纤和松套管在轮式牵引轮上得到锁定。光纤在牵引轮上形成负余长（详见后述）。松套管在热水槽和余长牵引轮区域，PBT松套管的温度在4575之间，高于其玻璃化温度（PBT的玻璃化温度Tg在4045之间）。进入冷水槽后（一般为1825），PBT产生收

31、缩，不仅补偿了其在牵引轮上的负余长，而且得到了所需要的正余长。此时，主牵引轮的张力很低，使得松套管充分松弛。主牵引的线速度低于余长牵引轮的线速度，速度差应按余长要求进行调整。这样得到的具有正余长的松套管在离开主牵引到收线盘时，基本没有内应力，从而得到一个稳定的光纤余长。2、 弹性拉伸法 光纤经挤塑机头，挤上PBT松套管并充以油膏。松套管经热水槽成型后，通过履带牵引进入冷水槽，在轮式主牵引上，光纤和松套管在主牵引轮上得到锁定，主牵引的牵引力足够大，松套管在冷水槽中，不仅产生不了冷收缩，反而受到拉伸（在PBT的玻璃化温度以下的弹性变形）而伸长。因光纤在履带牵引上，管中的光纤未锁定，光纤或带纤可在管

32、中滑行。这时在松套管中积聚更长的光纤。当松套管离开主牵引轮后，高张力消失，PBT弹性恢复，长度缩短，从而使管内的光纤得到所需余长。此时，收线盘的张力适当选定，并保持稳定，使松套管在收线盘上不致于残留较大的内应力，从而得到稳定的松套管制品。 从上述分析可见，当采用热松弛法为主要机理来形成余长的二次被覆生产线的最佳配置为：轮式余长牵引与履带式主牵引的组合；当采用弹性拉伸为主要机理来形成余长的生产线的最佳配置：为履带式余长牵引和轮式主牵引组合。 二、光纤余长的计算 Lf-Lt= *100% Lt 光纤的余长的定义为光纤相对松套管的长度差与松套管长度的百分比。 式中： 光纤余长 Lf 光纤长度 Lt

33、松套管长度 光纤的余长与光纤在松套管中的分布状态有关，但其分布状态是随机的，要用数学模型正确反映光纤分布形式是非常困难的，经简化，具有代表性的有正弦分布和螺旋分布两种。 螺旋型模型 正弦型模型h=1+（2Rc/Ph）21/2-1*1000%Rh=RcPh/（2Rc）2+1 当光纤呈螺旋型分布时，其余长h与弯曲半径Rh由下式确定： 式中：Rc为松套管有效内半径 Ph为光纤螺旋节距 Rh为光纤螺旋半径 当光纤呈正弦状分布式，其余长s与弯曲半径Rs由下式确定： 式中：Rc为松套管有效内半径 Ps为光纤螺旋节距 Rs为光纤正弦半径 R为松套管内半径 由于计算比较复杂，在这里仅作提示，下面有一表供大家参

34、考。松套管尺寸光纤余长0.20.60.81.21.52.02.42.84.03.0/2.06纤Ph202117101827367585445Rh1612538403269215178134115813.0/2.012纤Ph1569078635749454134Rh124441531120716612410489622.2/1.56纤Ph1247162504539353327Rh987329247164131998270492.2/1.512纤Ph774438312824222017Rh6192061551038262514431 在实际生产时可以观察松套管内光纤螺旋节距，并与上表对照可以粗略地

35、得出相应的光纤余长。但是Ps和 Ph都是随机的，不可能通过设计松套管的有效内半径Rc和节距Ps、Ph来实现最终光纤余长。余长的确定只有通过生产工艺参数的正确合理确定来获得。但实际上松套管的有效内半径和光纤束节距实实在在束博着光纤束，决定光纤束的自由活动空间的大小，必然要要影响光缆的性能。因此要在工序工艺控制中经常进行检查和观测。三、光纤余长的控制 由于制约光纤余长的因素很多，且相互交织在一起。这里仅对本公司设备和工艺探讨影响光纤余长的关键部位，至于光缆中余长的确定和要求在其他章节中介绍。影响光纤余长的主要因素有：着色光纤表面质量、挤塑温度、余长牵引轮直径、冷却水温、放纤张力、松套管拉伸比、牵引

36、张力、材料特性、生产线速度、SZ绞合、填充油膏等。（1） 余长牵引轮（主牵引轮）松套光纤被引到主牵引轮上后，可认为松套管与牵引轮之间无相对滑动。由于松套管、光纤的旋转半径不同，故可以产生一定的余长。 光纤与松套管旋转半径 设牵引轮的直径为a、松套管直径b、光纤束直径c、松套管壁厚t，在卷绕n圈后。 则：松套管的长度Lt=n（a+b） 光纤长度Lf= n（a+c+2t） Lf-Lt= *100% Lt 根据余长表达式可知： 则余长计算可简化为： c-b E= *100% a+b 由于cb，所以c-b0，也就是说主牵引轮上对光纤产生负余长。例、3.0mm松套管，其内径为2.0mm，内有12根光纤，

37、牵引轮的直径为800mm，用简化公式计算其余长： 1.25-3.0 E= *100% =-0.218% 800+3.0 经分析：主牵引轮的直径越大，则其所产生负余长就越小；松套管直径越大，则其负余长就越大。在此部位要获得理想的光纤余长，因设备的主牵引轮不可能随意变动，故改变松套管直径就可以改变光纤余长。（2） 冷却水温的温差 利用冷水和热水冷却的温差控制光纤的余长是一种有效方法。进入主牵引轮的松套管，此时温度仍很高，而松套管从主牵引轮下来就进入冷水槽，又由于松套材料PBT的线膨胀系数为10-4数量级，而光纤材料石英玻璃的线膨胀系数为10-7数量级，利用该特性通过冷却水的温度差，使两种材料产生不

38、同的收缩而产生余长。 对松套管由于温度差引起的收缩量计算可以简化为下式进行计算： E=（Th-To）*100% 式中：Th为热水温度；To为冷水温度；为PBT线膨胀系数光纤余长与温度变化成正比，与两种材料的线膨胀系数成正比。如果温度差为零，则光纤余长为零，同理当两种材料的线膨胀系数相同时，也不会产生余长。例、现仍以前面3.0mm松套管的控制条件为例，热水温度为60。冷水温度为21，则其由于温差引起的光纤余长为： E=（60-21）*1.3*10-4 *100% =0.507%（3） 放线张力 松套管中光纤的余长对光纤放线张力也比较敏感。光纤的放线张力使得光纤在松套管中要克服填充油膏的剪切力而相

39、对于松套管壁产生一定的蠕动。当光纤以一恒张力由放线架放出，通过机头同热松套管一起经热水槽进入主牵引轮之前，光纤所受张力几乎与放纤张力等同。随着热松套管的冷却，抗张模量的恢复，松套管产生收缩，但此时的光纤仍受到放线张力的影响向后蠕动，故产生一定的负余长。另外，光纤有一定的张力，余长牵引轮上松套管内的光纤就会靠向轮的内侧，张力越大光纤拉得越紧，光纤就越往轮内侧靠紧，负余长就越大。（4） 松套管牵引张力松套管牵引张力主要有两个概念，一是松套管在余长牵引轮和履带牵引之间的张力，该张力用于控制松套管在冷水槽中的收缩量，也就是控制余长。另一个是履带牵引和收线盘之间的张力。在余长牵引轮出来的松套管还很热，在

40、进入冷水槽进一步冷却定型，同时由于温差的作用产生余长，。因此在余长牵引轮和履带牵引之间的张力决定松套管的收缩量，即正余长，这里的张力应根据余长要求及工艺情况进行实验所得。在履带牵引与收线盘之间的松套管以及基本冷却定型，其张力控制的精度不是很高，但由于PBT的杨氏模量为2600N/mm2，在加上松套管的壁厚是很薄的，所以其张力也不能过大。松套管在此受力时，其光纤余长为 E=- Fc/（Ei*Si）式中：Fc为松套管张力 Ei为PBT材料杨氏模量 Si为松套管截面积 例、松套管张力为6N，松套管尺寸为3.0/2.0mm，则其所产生的余长为：E= - 6/（2600*3.925）=-0.06%。 因

41、此为了防止松套管在收线时不被拉伸，要求其牵引收线张力要小，但也不能太小，以免影响收排线质量。（5） 材料的结晶特性 松套管所用的材料对其光纤余长影响甚大，主要体现在材料的抗张模量和线膨胀系数。目前最常用的松套管材料为PBT。 当熔融状态的松套管进入热水槽进行冷却时，槽中热水温度的高低直接影响到PBT的结晶速度，即影响到材料的结晶度和收缩率。当水温高时，PBT冷却速度慢，结晶度提高，收缩量大，则余长长。如果温度低时，使PBT冷却的速度加快，结晶度变差，收缩量变小，光纤余长就小，同时还会造成产品后PBT的后期收缩而影响光纤余长的稳定性。所以为了保证光纤余长的合理控制以及长期的稳定性，其热水温度要恰

42、当选择并严格控制。（6） 生产线速度 松套管不仅由于水温的不同而产生的收缩不同，而且在解除拉伸后仍会收缩，其生产线速度则表现为解除拉伸后的光纤余长。 生产线速度一方面影响了光纤张力克服油膏粘度后向蠕动的时间，也影响了松套材料的冷却速度及结晶过程。在其他工艺条件不变的情况下，生产线速度增大，松套管材料冷却不充分收缩量增大，光纤余长则变大，反之则反之。故合理控制线速度便可控制余长。 （7）SZ绞合 SZ绞合使光纤在松套管中由自由直线状态变为SZ分布状态，其一般固定反向角为180360。相对与自由直线分布增加了光纤长度而形成余长。光纤余长与绞合节距有关，而绞合节距与生产线速度有关。当放线张力、线速度

43、恒定时，绞合节距越大，则余长越小，反之亦然。（8） 填充油膏 填充油膏的粘度对光纤的余长有影响，其原因是油膏粘度大小影响着光纤应力向松套管传递的速度，也影响了光纤向后蠕动。故油膏粘度越大则余长越长，反之则反之。 松套光纤余长是光纤光缆的一个重要控制指标。它不仅影响着光纤在光缆中的寿命，而且也影响到整个通信系统的传输性能。总之影响光纤余长的因素很多，只要在二次被覆生产中，抓住主要因素进行严格控制，光纤余长就会达到预期值。第六节 二次被覆质量控制 前面已经提到过，光纤光缆的生产主要是控制一个力的问题。二次被覆作为光缆生产中的关键工序，就其工艺控制就特别重要和复杂。下面就工艺过程详细介绍一下控制要点

44、。1、 环境条件环境条件的变化对光纤二次被覆的生产有一定影响。如现场有飞扬的灰尘，则灰尘可能落入开口的料斗中，在挤出机过滤网处聚集，而阻塞漉网，最终导致松套管缺陷。 另外灰尘吸附于光纤上而聚集于导纤有针处擦伤光纤或断裂。环境温度的变化，对二次被覆的影响比较敏感一些。因为松套管中光纤余长就是依靠温度差来实现控制的。当环境温度变化很大时，就可能导致松套管温度变化从 而导致余长变化。另外如果冷水温度为20，也就是说松套管下机时的温度大约在20，而环境温度在30时，当松套管在此环境温度下放置一段时间后，松套管的温度会上升到30，而此时去检测光纤余长，就会出现余长偏短，给出误导信息。再有二次被覆的材料从

45、不同环境条件的仓库中移至生产现场，也可能由于温度差的存在而导致松套管不合格。因此在环境温度控制上应主要以下几点：（1） 二次被覆的生产现场的环境温度应控制在235，湿度不大于70%，并保持恒定。（2） 生产现场严禁有严重飞扬的粉尘。（3） 松套管的填充材料应在生产现场环境条件下，保持4小时以上（对没有预热装置的油膏填充机而言）。或者材料的仓储条件与二次被覆现场条件一致。（4） 料斗或储料容器应有盖子，以防杂质落入。2、 放纤张力控制和调节 前面在讲解二次被覆放纤装置时提到过放纤张力问题，张力过大可能引起断纤或将光纤嵌入光纤盘上的光纤中引起跳动。张力过小时，可能引起光纤在放出时松散或跳动。因此，

46、在放纤张力控制上应注意以下几点：（1） 光纤盘至光纤牵引轮之间的光纤张力由放纤轴上的磁滞阻尼制动器调节，调节旋转铝套和固定铝套之间的间隙，间隙大则张力小，间隙小则张力大。一般控制在37N。（2） 牵引轮至机头之间的光纤张力依靠舞蹈轮的平衡砝码来控制，一般砝码选择为120300g之间（光纤的实际张力在2460g之间）。3、 SZ绞合控制 光纤SZ绞合的目的是使光纤进入松套管中的长度一致，减小由于张力不一致或光纤着色表面质量不一致而引起的余长不均匀。 在光纤绞合时应注意以下几点：（1） 一般6纤以下可以不进行SZ绞合。（2） 绞合的节距一般控制在4001500mm，现控制在1000mm，ZS绞合角

47、度在1803600，现取2200。（3） 注意穿纤位置，防止在绞合过程光纤与光纤缠绕。4、 挤出工艺温度控制 前面已经讲过，塑料的挤出成型是利用塑料的三态变化来实现的。三态的变化主要是温度的影响，作为结晶性PBT塑料，其挤出温度影响了其结晶度，而结晶度影响了松套管收缩率。温度设定过高，PBT塑料在螺筒中变得很稀而影响挤出量，甚至挤出困难。温度设置过低，会增加设备负荷，影响PBT结晶度，甚至影响松套管的外观质量。因此，在挤出温度控制中应主要以下几点：（1）根据螺杆的三个职能段和PBT的熔融温度进行合理的温度设定，一般进料段取230250，熔融段取250270，计量段取260270，机头处取260

48、左右。（2）挤出机在加到温度后应至少稳定20min以上。（3）为防止剪切摩擦过热，正常生产时应打开料口冷却水，同时打开机筒自动风冷系统。（4）挤出速度低时，温度设定可以低一些，反之则反之。（5）在整个挤出过程中，应防止温度大幅度波动。（6）PBT料应保持干燥，必要时应进行预干燥处理，一般干燥温度为80100。 5、油膏填充要求 在松套管中填充油膏的目的是防止水沿松套管纵向流动，同时缓冲外力对光纤的影响。填充的质量直接影响了松套管的性能，因此在生产时应注意以下几点：（1） 纤膏容器内的纤膏温度应基本与二次被覆生产现场环境温度一致。（2） 在打开桶盖时应将最上面的一层纤膏铲除（必要时）。（3） 纤

49、膏桶打开后应及时盖上桶盖或沉降密封板，以防杂质进入纤膏阻塞抽吸泵。（4） 纤膏填充的液位应仅可能控制在小水槽和机头之间。（5） 导纤针和油针的选用应与光纤芯数相吻合。（6） 纤膏填充的速度在调节时应缓慢进行，以防突变引起松套管鼓泡。（7） 纤膏在运输途中应避免强烈振动或滚动。 6、冷却水温控制要求 冷却水是松套管余长的主要影响因素之一，因此对其控制特别严格，它的波动一方面影响材料的结晶速度，一方面影响了冷热水的温差。在水温控制上应注意以下几点：（1） 在准备过程，应将各冷却水箱加足水，并加热到设定温度。（2） 当达到设定温度后应至少保温20分钟以上，并打开循环泵，使其循环。（3） 水温的控制可

50、视环境条件和余长要求作适当调整。必要时可打开冷冻系统，在开冷冻泵以前应打开冷却水。（4） 在正常运行中，应密切注意水箱中水位。对水箱的补水应小流量逐步进行，避免温度变化太大。（5） 余长牵引轮处的水流不宜太大，防止热水箱补水过多，引起水温波动。7、 余长控制要求 作为光纤光缆的工艺控制主要指标，其控制要非常严格，影响其因素也很多。限于篇幅，且在余长控制理论中已经对余长的控制有过详细的讲解，这里主要提一下余长的控制要求。 一般余长的控制和产品的结构和型式以及成缆的工艺条件有关。余长的合理和稳定是产品质量的保证基础，目前，中心束管式光缆松套管光纤余长控制在0.140.24%；层绞式光缆控制在0.0

51、40.15%。在余长的控制上除在控制理论中提到的要求外，还需主要一下几点：（1） 在验证余长时，工艺条件应尽可能与实际生产一致。（2） 验证余长时应至少生产300m，并在第一个检测端除去30m以上。（3） 余长的实时监测可通过观测光纤在松套管中的分布情况间接进行。（4） 每班的第一盘应作余长首检，其余可视具体情况抽测。8、 收排线的要求 前面已经提到过收排线的张力对余长有影响，另外如果排线杂乱，会影响下一道工序的放线，甚至引起传输损耗台阶。在松套管收排线时应注意一下几点：（1） 收线的张力一般为38N，大套管可以达到30N。（2） 收线盘的选用应根据上盘长度和设备能力进行。（3） 收线盘安装好

52、后应调整好排线开挡，另外根据松套管外径调整好排线节距。（4） 储线器活动导轮的位置一般在位置控制装置的三分之一处。（5） 在收排线的操作还需注意松套管的外观质量，并及时作好记录和标记。 在二次被覆工序中，除了以上所提的要求以外，还有许多要求，如线盘的堆放、光纤的上盘、线速度的变动等问题 。任何细小的疏忽都有可能引起质量缺陷，应在实际生产加以注意和总结。 第七节 二次被覆缺陷与预防 任何生产工艺不管控制多么严格，总会在疏忽或操作不当时出现或这或那的质量问题。那么二次被覆也同样会出现一些质量缺陷，下面列举一些常见的质量缺陷。 1、断纤 断纤是松套管生产中常见的质量缺陷，对其的分析判断要看断纤情况而定。一般主要原因有：（1） 光纤排线不好形成压线；（2） 光纤着色固化不好，粘纤而产生严重跳动；（3） 牵引导轮机械或电器故障，而没有拉动光纤；（4） 放纤张力太大