光缆余长的形成过程及影响的各种因素
2019-11-04 22:48:11
供稿：网友
一、前言
随着光缆的长期发展，光缆生产工艺已十分成熟，各种资料主要是在探讨十分前沿的光通信系统的研究，在现阶段对传统光缆生产基础工艺的文章较少。本文将讨论常规光缆最重要的工艺参数——光缆余长来。光缆余长是光缆生产过程中最要害的工艺参数，也是影响因素最多的工艺参数，是确定光缆各种性能的重要工艺指标。本文的目的在于与大家一起进一步研究光缆生产工艺，避免生产的过程中发生相同的问题，也为初学者提供学习光缆要害工艺的机会。
二、光缆余长的形成
光缆余长形成主要来源于二次被覆和成缆工序，它们一起决定了光缆余长的大小。而二次被覆工序是光缆余长和余长调节的最重要工序，它可以通过调节其他工艺参数来达到调节余长的目的。图1ROSENDAHL二次被覆机，用它来讨论二次被覆中光缆余长的形成过程。
生产设备流程图如图1所示:设备组成为1放线单元、2油膏填充系统和塑料挤出系统、3热水冷却、4轮牵、5冷水冷却、6履带牵引、7储线系统和收线系统
光纤从放线架以一定放线张力下放出，通过油枪进入主机挤出系统，再通过热水槽冷却进入轮牵，在这个过程中光纤是以直线运动。由于光纤油膏有触变性在受到剪切力的情况下化学键断裂，纤膏粘度降低，具有很好的流动性，光纤在热水槽段是被拉直，没有形成余长或是说形成了负余长。由于光纤在受力时有一定的拉伸量（一般＜1%），另一方面光纤在轮牵时光纤靠近束管的内侧面，相对束管长于光纤为负余长。在冷水槽段是形成余长的主要阶段，由于束管在冷却时有很大的收缩而形成余长，抵消前面的负余长而形成要求的余长。
层绞式光缆绞合也形成一定的余长，束管相对光缆来说长。给光纤足够拉伸窗口。其束管相对光缆长度有下面公式计算可得：
L=1000/cosα （1）
其中L为每公里缆光缆束管的长度m,α为光缆成缆的绞合角。
tgα=π（φ1+φ2）/W （2）
φ1为加强件直径，φ2为束管直径，W为成缆节距。
从上面两式可以看出，每公里光缆实际束管长度比光缆长度长一些，长的部分可以用来提供部分余长，加上二套形成的余长，两者共同组成了光缆的所有余长，为光缆提供了足够的拉伸窗口。
对于中心束管式光缆由于没有成缆部分的余长，在二次套塑时余长要大一些。为光缆提供了足够的拉伸窗口。因此对于不同用途的光缆设定相应的束管余长。
三、影响余长的因素
影响余长的因素很多，他们之间是既独立又相互联系。在二套生产中各个环节都不同程度的影响着余长的大小，具体总结起来有如下几个方面对余长有影响。
放线张力对余长影响是张力越大，其光纤被拉伸的程度越大，相对在热水槽段束管的负余长越大，最终余长就越小。因此在生产中由于放线架不稳或放线主力过大，都会时束管余长不稳，形成束管中各个光纤长度相差较大。有的设备为主动放线有的为被动放线，但张力不稳对光纤的余长都有影响，被动放线影响较大。
余长张力是我们日常生产中最常见调节余长的工艺参数之一，他的调节对余长变化比较敏感。余长张力调大时束管余长变小，相反张力调小时余长变大。调节余长张力是一种轻易控制的调节方式，也有稳定的量度，轻易调节，但他的调节范围不是很大，只能将余长在小范围的调节。
热水槽温度也是调节束管余长的主要工艺参数，在其他参数稳定不变的情况下，一般温度提高，余长变大，反之则然。一般热水的温度都高于45℃，由于PBT的结晶温度一般是高于45~50℃，假如热水温度过低，PBT结晶不好会影响其束管的性能，束管后期收缩会很大。而热水和冷水的温度差是最终决定束管的余长，一般温差越大，其束管收缩越大，余长越大，反之则然。
油膏的性能也是影响余长稳定性的重要因素。我们平时生产中常看挤出机头和热水槽间的油膏液面的稳定性来判定束管余长的稳定性。油膏的粘度是决定余长大小的重要因素。
纤膏的粘度和其加热温度成反比，当温度提高时纤膏粘度降低，纤膏粘度对束管余长影响的范围很大。当纤膏粘度达到一定程度时，束管余长就不可控，可能束管各根光纤的余长相差很大。在生产的过程中，纤膏在受到剪切力时化学键断裂，粘度大幅度降低，纤膏有良好的流动性，满足生产的要求。当剪切力撤消后，过一定时间，其化学键会恢复，达到纤膏不会从束管中流出的粘度，纤膏的这种性能叫触变性。这样能够满足束管生产时纤膏粘度较小，光纤能自由运动，使光纤余长轻易控制。粘度过大使光纤运动困难，光纤余长就很难控制。市场上常见的纤膏有unigel.、DAE和汉膏等,他们都有不同的粘度和不同产品型号来满足不同设备和不同类型产品的要求。有的设备生产速度达400m/min,这时就应对纤膏粘度有非凡的要求。
纤膏挤出的模具油针和导纤针对束管余长也有一定的影响。油针或导纤针的大小，直接影响到纤膏的挤出稳定性。纤膏挤出稳定性决定了光纤运动轨迹，所以一般纤膏挤出不稳定，则表现在各光纤的余长相差很大。配置适合的模具也是决定束管余长好坏的主要方面，模具配置不合理，二套时束管内就会包裹进去大量的空气，使束管表面上看有许多真空泡，束管放置一段时间气泡也不消失，说明是由于油膏液面不稳卷入了空气。
在成缆的过程中，余长的形成主要来源于束管和光缆的相对长度。由式1可以看出，光缆结构固定后，其余长大小和成缆时束管与填芯的绞合角决定。一般绞合角越大其余长越大。从式2中看出，决定绞合角的因素是成缆节距，节距越小，绞合角越大，余长就越大。绞合也是余长的重要来源。有的公司在二套生产时故意形成零余长，目的是利用成缆形成余长就足够了。
四、余长在实际应用中的意义
光缆在生产和使用过程中都需要有一定的拉伸窗口§，一般光缆§为0.5%，自承式光缆§为0.8-1.0%。拉伸窗口与余长和成缆节距有如下关系，如式（3）。
§=§0（1+4πRn2/Sn2）+2π2 (Rn2-Rmin2) /Sn2 （3）
其中§为光缆的拉伸窗口，§0束管的余长，Sn绞合节距，Rn为绞合半径（Rn= Rc+ Rt）） Rt为束管半径，Rc，为加强件外经，Rmin= Rn-Ri+Rf，其中Ri束管内径，Rf光纤束外经，Rf=1.15*n1/2*0.25,n为束管中光纤数。
光缆在生产、安装和工作运行时，受到一定的拉力，缆将被拉伸一定的长度，在光缆被拉伸时，光纤不能受力，这样就要求光缆有一定的被拉伸窗口。拉伸窗口的大小直接决定光缆的抗拉试验的好坏，所以拉伸试验是光缆试验中最重要试验之一。
在有些地区，一年四季的温度变化比较大，在光缆工作温度变化时，由于光纤和光缆的其他组成材料间热膨胀系数不同，而光纤又不能受到外界拉力，所以光缆必须有足够的拉伸窗口。我们生产光缆每年都做的型式实验高低温，其目的就是防止光缆工作温度变化的情况下对光缆有无损坏。
光缆的其他试验如压扁、弯曲和抗冲击等都要求光纤在光缆中有足够的余长。当光缆受到外界作用时，光纤能够得到足够的应变空间，以至于光纤不会受到外力的作用损坏。
五、结束语
光纤余长是光缆生产中最重要的控制参数，它的好坏直接决定光缆质量的好坏和光缆使用的性能，有其重要的意义。影响余长的因素很多，他们之间相互作用又相互关联。因此在我们生产过程中必须理解了各个影响因素是如何影响光缆的余长，才能够很好的控制生产。光缆生产虽然十分成熟，但我们实际生产中还是存在问题给光缆生产带来许多的损失。光缆生产的各个工艺参数必须严格控制才能生产出一流的产品。
