中心束管式光纜纜芯回縮問題的解決方法

1、中心束管式光纜纜芯回縮問題的解決方法上海電纜研究所 李蘇明亨通集團(tuán)公司 杜柏林摘 要：本文針對中心束管式光纜的被覆光纖 PBT套管在實(shí)際工程線路應(yīng) 用過程中普遍發(fā)生回縮這一現(xiàn)象，進(jìn)行了詳細(xì)研究，并提出了光纜生產(chǎn)和 工程施工中解決該問題的方法。關(guān)鍵詞：中心束管式光纜制造和應(yīng)用、束管纜芯回縮問題的解決方法。1 .問題的提出中心束管式光纜由于具有結(jié)構(gòu)小、重量輕、成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)， 多年來廣泛受到用戶的歡迎，大量使用于管道和架空光通信線路中。在實(shí) 際線路工程施工和維護(hù)中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)中心束管式光纜在接頭盒內(nèi)出現(xiàn) PBT管被覆光纖（光纜纜芯）回縮，回縮長度達(dá)數(shù)厘米至十幾厘米不等，回 縮發(fā)生時(shí)間有時(shí)

2、僅在光纜架設(shè)，接頭熔接完成的數(shù)天后，有時(shí)則在工程完 工驗(yàn)收的數(shù)月后?；乜s情況嚴(yán)重的甚至發(fā)生 PBT管被覆光纖從光纖接頭固 定板上滑落下來，造成PBT管口附近的裸光纖在PBT管滑落處被嚴(yán)重彎曲, 損耗劇增，甚至發(fā)生裸光纖被滑落的 PBT管與光纖接頭固定板剪切而出現(xiàn) 光纖斷裂，造成線路故障。2 .光纜中纜芯發(fā)生回縮問題的原因分析對于光纜中纜芯發(fā)生回縮現(xiàn)象，現(xiàn)場分析判斷結(jié)果為受環(huán)境溫度變化等 因素影響，纜芯與外層護(hù)套由于各自的材料溫度膨脹收縮系數(shù)不同，或由 于PBT管與護(hù)套在加工過程中材料內(nèi)部存有不同的殘余應(yīng)力，造成纜芯收 縮相對過大所致。纜芯發(fā)生回縮的另一個(gè)原因是光纜纜芯與護(hù)套之間必定 發(fā)生了相對

3、滑移，纜芯與護(hù)套間的結(jié)構(gòu)不緊密，兩者之間的摩擦系數(shù)不夠 大。對于松套層絞式光纜，從結(jié)構(gòu)上看，由于其加強(qiáng)元件位于纜芯中心位置， PBT管松套被覆光纖（光纖單元）呈螺旋狀或 SZ螺旋狀纏繞在中心加強(qiáng)元 件的周圍，并被扎線或包帶緊緊包扎固定，于是纜芯各部件間相互摩擦系 數(shù)大，結(jié)構(gòu)位置穩(wěn)定，具綜合機(jī)械物理性能和溫度線膨脹系數(shù)基本取決于 中心加強(qiáng)元件。通常在線路架設(shè)施工時(shí)，中心加強(qiáng)元件被緊固在接頭盒的 緊固螺栓上，因此光纜在使用中，無論環(huán)境溫度如何變化，纜芯對接頭盒 來說，其幾乎沒有相對伸縮變化。再看外護(hù)層，一般大都采用鋼塑復(fù)合釉 結(jié)縱包護(hù)套或鋁塑釉結(jié)縱包護(hù)套，具機(jī)械物理性能和溫度線膨脹系數(shù)也基 本依賴

4、于縱包鋼帶或鋁帶金屬材料，因此，在使用環(huán)境條件下，纜芯與外 護(hù)層的膨脹和收縮差異不大。另外，通常在光纜架設(shè)施工時(shí)，光纜外護(hù)套 還被卡壓固定在接頭盒的光纜密封固定口處，這樣架設(shè)在線路上的整根光 纜與接頭盒可看作為一個(gè)連成線路的整體，它們之間幾乎沒有相對的伸縮 變化。至于接頭盒內(nèi)的PBTf被覆光纖，長度很短，其伸縮變化量可忽略。 所以我們認(rèn)為，層絞式光纜不存在接頭盒內(nèi) PBT管光纖單元回縮問題。并 且，通過對大量實(shí)際運(yùn)行中的松套層絞式光纜線路進(jìn)行觀察，其結(jié)果也證 實(shí)了這一點(diǎn)。對于中心束管式光纜，其 PBT管被覆光纖即為光纜纜芯，PBT （聚對苯 二甲酸丁二醇酯）被覆材料的線膨脹系數(shù)約為 8X10-

5、7 a而一般中心束 管式光纜的外護(hù)套層中夾層中夾有加強(qiáng)鋼絲和鋼塑堿結(jié)復(fù)合帶，護(hù)套的機(jī) 械物理性能和溫度線膨脹系數(shù)很大程度上取決于加強(qiáng)鋼絲和縱包鋼帶材 料，鋼材的線膨脹系數(shù)為1X10C,因此，纜芯與外護(hù)套之間由于材料 溫度線膨脹系數(shù)的差異，存在著熱脹冷縮程度不同，很明顯，PBT管的熱脹冷縮較為嚴(yán)重。通常中心束管式光纜在線路架設(shè)施工時(shí)，護(hù)套中的加強(qiáng)鋼 絲被緊固在接頭盒的緊固螺栓上。因此，隨著環(huán)境溫度下降。當(dāng) PBT管被 覆光纖光纜纜芯與外護(hù)套結(jié)構(gòu)又不緊密時(shí)，PBT管被覆光纖纜芯則在接頭盒 內(nèi)發(fā)生向光纜內(nèi)回縮。反之，隨著環(huán)境溫度升高，PBT管被覆光纖纜芯則在 接頭盒內(nèi)又發(fā)生向光纜外伸長。另外，在二次

6、被覆光纖生產(chǎn)過程中，冷卻水的溫度和PBT管的被冷卻時(shí)間、速度會影響 PBT管材料的內(nèi)部是否形成 結(jié)晶和結(jié)晶顆粒大小及結(jié)晶度，PBT管的被牽引拉伸速度，冷卻水溫度和擠 出模具尺寸則會影響PBT管材料的拉伸取向程度，使被覆層內(nèi)存留有應(yīng)力。 適當(dāng)控制這些操作工藝因素，材料的結(jié)晶情況和適當(dāng)?shù)姆肿尤∠蜓a(bǔ)償PBT管纜芯的回縮程度。但當(dāng)冷卻水溫度、PBT冷卻速度、PBT管牽引拉伸控制 不當(dāng)時(shí)，則會發(fā)生隨溫度變化而加劇 PBT管被覆光纖回縮進(jìn)光纜內(nèi)的現(xiàn)象。3 .中心束管式光纜PBT管回縮問題的解決方法針對上述這些造成中心束管式光纜發(fā)生 PBT管被覆光纖回縮的原因，我 們首先改變了以往在 PBT管纜芯與外護(hù)層之

7、間充填油膏達(dá)到光纜縱向防水 密封的做法，改用縱包阻水帶的干式阻水結(jié)構(gòu)，并采用緊縱包模具和壓力 式擠出工藝來控制光纜截面結(jié)構(gòu)緊密，這樣有效增大了纜內(nèi)PBT管纜芯與外護(hù)層內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù)，避免了阻水密封油膏的洞滑作用，使PBT管與外護(hù)層內(nèi)壁間具有足夠大的摩擦力，從而有效阻礙了PBT管被覆光纖纜芯的單獨(dú)膨脹和收縮。其次，在PBT管二次被覆光纖擠出生產(chǎn)過程中，我們對冷卻水溫度、水 梢長度、牽引速度和擠出模具的?？诔叽绲裙に噮?shù)進(jìn)行了理論研究。分 析并調(diào)整了實(shí)際操作工藝條件。根據(jù)高聚物材料的結(jié)晶特性分析和實(shí)驗(yàn)測 試數(shù)據(jù)結(jié)果，我們確認(rèn)，即使是同種高聚物，當(dāng)在不同溫度下形成結(jié)晶時(shí)， 結(jié)晶材料所表現(xiàn)出來的特

8、性是不同的。在較高的溫度下形成結(jié)晶時(shí)，材料 內(nèi)所有結(jié)晶的形態(tài)比較相近（熔點(diǎn)溫度范圍窄），結(jié)晶也比較充分（結(jié)晶度 高），并且材料在玻璃化溫度（Tg/至熔點(diǎn)溫度Tm間所表現(xiàn)出來的機(jī)械強(qiáng) 度、模量、溫度穩(wěn)定性均比在較低溫度結(jié)晶時(shí)有較大的提高。PBT材料因分子鏈段中帶有苯側(cè)基因，分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)比較困難，分子鏈的柔性稍差， 它只能在熔體較緩慢地冷卻時(shí)才能結(jié)晶，冷卻過快時(shí)則不能形成結(jié)晶。因 此如果希望得到結(jié)晶度較高。結(jié)晶顆粒大小較為一致，即力學(xué)特性優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性能好的被覆光纖PBT管，冷卻水溫一定不能過低。PBT材料與分 子間的相互作用較強(qiáng)，一旦形成結(jié)晶，則結(jié)晶結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，關(guān)于這一點(diǎn) 我們通過材料力學(xué)

9、性能和線膨脹系數(shù)的 Tg至Tm范圍溫度穩(wěn)定性測試得到 了證實(shí)。材料結(jié)晶度可通過冷卻水溫和冷卻時(shí)間（水梢長度）來控制。另 外，結(jié)晶結(jié)構(gòu)對材料力學(xué)性能也起著重要作用，理論分析和實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果 一致認(rèn)為材料內(nèi)部結(jié)晶顆粒小的時(shí)候，其抗張強(qiáng)度、模量、斷裂伸長和韌 性等都較材料內(nèi)部結(jié)晶顆粒小的時(shí)候來得高，材料結(jié)晶顆粒大小可通過冷 卻速度來控制。因此，我們按上述原理，通過反復(fù)仔細(xì)調(diào)整PBT管二次被覆光纖擠出生產(chǎn)工藝條件，自主開發(fā)了一套PBT管被覆光纖的制造工藝參數(shù)。必須指出的是，在進(jìn)行 PBT管二次被覆光纖擠出生產(chǎn)的同時(shí)，高聚物 在熔融擠出狀態(tài)下的出?？跀D壓和被牽引拉伸而出現(xiàn)分子取向過程也是一 個(gè)重要的問題。

10、PBT管被覆材料的力學(xué)性能在分子單軸取向后變?yōu)楦飨虍?性，在分子鏈取向方向上的抗拉強(qiáng)度、模量等特性得到了顯著提高，但就 材料熱性能來說，材料在取向方向上的熱收縮率卻也明顯增大。在實(shí)際二 次被覆光纖制造中，PB嵌覆管材料中若殘存較大的分子取向力， 則不僅會 導(dǎo)致被覆光纖PBT管的受熱嚴(yán)重收縮，還會嚴(yán)重影響被覆光纖的溫度損耗 特性。材料取向程度取決于冷卻水溫度、牽引速度和模口尺寸等。在 PBT 管被覆光纖擠出加工過程中，PBT材料不可避免地受到?？跀D壓和被牽引拉 伸，工藝條件稍有不當(dāng)就會造成材料取向過度。我們通過精心調(diào)整二段冷 卻水溫度。擠出模芯/模套尺寸、牽引速度、熔融PBT管進(jìn)入冷卻水位置和

11、加長水梢長度等措施，綜合兼顧了制品結(jié)晶度高、結(jié)晶顆粒小且均勻、分 子取向程度小這幾項(xiàng)材料特性，成功制成了抗拉、抗壓強(qiáng)度大和溫度線膨 脹系數(shù)小的被覆光纖PBT管。通過對約1000km的PBT管被覆光纖的被覆管 測試結(jié)果表明，平均抗拉強(qiáng)度為 80Mpa以上，溫度線膨脹系數(shù)為3.7X10 - 2C。對于采用該類PBTt被覆光纖制成的中心束管式干式阻水光纜，在國 內(nèi)7個(gè)省的電信線路上運(yùn)行了一年后，我們對光纜接頭盒內(nèi)的 PBT管被覆 光纖回縮問題進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接頭盒內(nèi)的 PBT管被覆光纖回縮量全 部不超過3cni有的甚至不回縮，取得了良好的效果。另外，在中心束管式光纜線路架設(shè)施工中，我們在安裝接頭盒進(jìn)行光纜 接續(xù)時(shí)，還特別對接頭盒內(nèi)的被覆光纖的PBT管切割長度作了處理。根據(jù)接頭盒的長度尺寸，我們把PBT管切割位置控制在PBT管被光纖超過接頭 盒中心位置約5cm處，使PBT管在光纖接頭固定板上的長度充足（約10cmj）。 這樣，即使PBT管被覆光纖在以后的運(yùn)行過程中稍有回縮，也不至于一定 從光纖接頭固定板上滑落下來，加大了線路系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù)。在上述中心管式光纜PBT管回縮問題的解決方法中，采用阻水帶縱包干 式阻水緊結(jié)構(gòu)光纜和在光纖線路接續(xù)施工中采取簡易切割位置選擇處理措 施雖是簡單有效的方法，但改變 PBT材料溫度線膨脹系數(shù)等特性的方法卻 是最根本有效的方法，然而通過冷卻水