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神州光缆生产部开会研究光缆生产工艺

文章出处:广东神州光缆有限公司 人气:-发表时间:2017-06-15 08:51:00

我们可以通过观察出模口空气冷却处套管内纤膏液面是否稳定,来判断套管内光纤余长的稳定性。通常纤膏的油截面略垂直于光纤牵引方向为稳定填充;如果油截面在套管内前后不停的抖动且与光纤牵引方向成较大角度时为不稳定填充。

1.3 冷、热水槽的温差

PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)套管挤出后进入

缠绕的圈数越多,负余长越大(最后得到的正余长也就越小);当其它条件不变,且套管在牵引轮上缠绕的圈数相同时,则大直径套管比小直径套管所产生的光纤负余长大。如图2所示,由于光纤有一定的张力,因此套管中的光纤会靠向主牵引轮一侧,光纤缠绕直径Φf必然小于套管缠绕直径Φt。不同直径的套管(假设套管内光纤相同),外径大的套管其Φt也大,所以缠绕在主牵引轮上的套管圈数是调节光

纤余长的有效工艺参数之一。我们可以根据套管直径,调节套管在牵引轮上的缠绕圈数,达到光纤余长的微调。

水槽,为了使PBT套管的收缩满足光纤余长的设计要求,且具有良好的物理机械性能,一般要求第一节热水槽和主牵引轮区的水温控制在45~65℃之间,使PBT形成较稳定的结晶,水槽温度的波动应尽量小,控制在±2℃以内。第二节冷水槽的温度控制在13~20℃之间,套管的冷收缩使光纤产生余长。

根据图1可分析光纤余长产生的机理:在第一节热水槽区光纤尚有一定的张力,且光纤在这段几乎是直线运动的,套管在主牵引轮上绕若干圈后,套管内的光纤会靠近牵引轮的一侧,由于光纤的缠绕直径小于套管的缠绕直径,因此光纤在主牵引轮区产生了负余长;而当套管进入第二节冷水槽时,PBT

[1]

套管迅速冷却收缩,光纤就产生了正余长,,,

。水温差越大,,反之亦然。

图2,必然会加快纤膏的填充速。在其它条件不变的情况下,纤膏的填充速度越快,光纤在充纤膏后进入套管时产生的瞬间阻力越大,光纤进入套管的振幅也越大。因此,生产线的速度越快,光纤的余长也就越大。1.7 收线张力收线张力是施加在主牵引与履带牵引之间的光纤套管上,这一段的套管正处于冷水槽中受冷收缩,因而收线张力对套管的弹性拉伸可抵制套管的收缩。收线张力越大,对正在冷收缩的套管的拉伸也越大,所得到的光纤正余长就越小;反之,套管冷收缩的自由度就越大,所得到的光纤正余长也就越大。1.8 套管内的光纤数

由于光纤束在进入套管后呈螺旋绞合状,其总的绞入率大于单根光纤的螺旋绞合率,因此套管内光纤数越多,光纤余长也越大。

以上八个方面是影响光纤余长的因素,一般层绞式光缆光纤余长较小,有时甚至为零余长,而中心管式光缆光纤余长较大,但一般不超过0.16%,合理控制上述因素可以得到较稳定的光纤余长。

图1 余长产生的机理

1.4 充油针和导纤针的孔径

充油针与导纤针的配置会影响纤膏填充的稳定性,进而影响光纤运动的轨迹及其余长。充油针孔径过大,则不能保持稳定的纤膏填充,各光纤的余长相差会很大,套管的外径也不稳定;充油针孔径过小,在高速填充时产生的高压会使光纤跳跃,油截面不稳定,且会带入大量的空气,从套管表面看在套管内靠近光纤处有许多附着的真空泡,即使套管放置一段时间后也不消失。导纤针孔径过大,纤膏会从前嘴回流;导纤针孔径过小,当生产线轻微抖动时可能会导致光纤与针管内壁碰触而损伤光纤。因此,在生产时应合理选择充油针和导纤针的孔径。1.5 在牵引轮上套管缠绕的圈数

2 光缆PBT套管工艺的控制

PBT因优越的机械物理性能和良好的加工稳定

性等特点而用作光纤松套管材料。但PBT材料为半结晶性材料,结晶度对其性能影响较大。结晶度

由光纤余长产生机理可知,套管在主牵引轮上

高,则材料的尺寸稳定性好,后收缩小,机械强度、耐腐蚀性和硬度均会提高。PBT材料的结晶度取决于材料的加工条件,在光缆生产过程中,只有在合理的工艺条件下,PBT才具有良好的尺寸稳定性,才能保证光缆中的光纤具有良好的余长控制。2.1 PBT挤出温度的控制及配模

影响PBT挤出质量的因素有:材料的黏度、熔融指数、干燥性、热稳定性,以及挤出螺杆、挤出模具、挤出工艺。为充分去除PBT料中的潮气,一般情况下在PBT进入挤塑机前要在约100℃下干燥3h以上。PBT的熔点温度约为225~235℃,因此挤塑机中的加热温度一般为240~270℃,当然还要根据不同生产厂家的材料特性以及生产线速度、套管规格及模具配置进行调整。当挤塑机中的PBT料处于黏流态时,大分子链活动能力增加,链段同时或相继朝同一方向运动,在外力作用下(螺杆转动),整个大分子链间互相滑动而产生形变。塑料的挤压性主要取决于熔体的流变性,亦即熔体黏度的特性。通常,熔体黏度随着剪切速率的增加以及温度的增高而降低。对于PBT挤出而言,点,,,虽然流动性好,的不稳定。因此动性的前提下,PBT的挤出温度应控制在其熔融温度的中下限值。

在PBT套管挤出时,还应关注挤出模具的配置。一般采用挤管式模具挤出PBT,其配模的工艺参数有两个,即拉伸比(DrawDownRatio,DDR)和拉伸平衡比(DrawRatioBalance,DRB)。根据我们多年的实践经验,中心束管式光缆用套管拉伸比控制在9~12,层绞式光缆用套管的拉伸比控制在12~15为宜;拉伸平衡比可控制在1.0~1.2。拉伸比和拉伸平衡比的计算方法如下:

222

(d2(1)RDDR=(D大-D小)Π大-d小)

RDRB=

D大

d大

D小d小

熔融状态转变为高弹态,并沿牵引方向被拉伸后进入冷却水槽,当温度低于PBT玻璃化温度Tg(一般)时,PBT结晶几乎停止。冷却的速度为40~60℃

和冷却时间影响聚合物的结晶度,进而影响材料的后收缩性能。通常冷却速度较慢、冷却时间较长的PBT套管的后收缩较小;反之,PBT套管的后收缩较

大。如果PBT结晶时间较短,会有较多分子链来不及排列形成规则稳定的结晶,此时温度降低,分子链

[2]

活动减弱,结晶度就较低,后收缩则相对较大。空气冷却距离(从挤塑出模口到冷却水槽的空气冷却的长度)较长,则结晶度较高,后收缩较小;空气冷却距离较短(即在挤出拉伸时很快进行水冷),则PBT分子链排列杂乱,结晶度较低,使产品残留加工应力;但空气冷却距离太长,由于重力的作用又会使产品变形。因此,要根据不同的产品规格和模具尺寸选择合适的空气冷却距离。

3 套管后收缩的控制

,松套,有的甚至高BT套管回缩会引起光纤损耗的剧增。这主要是由于PBT属半结晶性材料,具有二次收缩性。虽然在二次套塑时,尽量让PBT收缩至最大,但事实上,不可能收缩到位,以后还会继续收缩。套管成型时使用牵引上盘,对PBT有一个拉伸力(取向),而PBT大分子本身又具有卷曲、收缩的内应力(解取向),两者最终会达到平衡,如环境温度合适,PBT套管在不受外力情况下最终还可收缩1.0%~1.5%。

由于受扎纱约束,层绞式光缆的PBT套管在挤制护套后不会有较大变化,

因此层绞式光缆的光纤余长在二次套塑时可按设计值来确定。而中心束管式光缆则有可能出现光纤余长过大,当光缆拉伸超出设计值很大时,光纤仍没有明显应变,但光纤损耗增大。在挤制护套时,中心管式光缆的套管张力松弛,在经过高温模具和挤制熔融PE料包覆时,PBT因遇热分子进行再结晶,产生二次收缩,增加了光纤余长,有可能因光纤的弯曲损耗增加而导致产品不合格。实验证实:套管储存温度越高,后收缩量越大;放置时间越长,后收缩量越大;挤出机和单轮牵引的距离较长,后收缩量较大。

合理控制PBT套管的加工工艺及冷却温度,可以很大程度控制套管的后收缩。由于层绞式光缆PBT套管内光纤的余长较小,常把第一节冷却槽内水温值设定得很低(在玻璃化温度以下),下机后,把

[3]

(2)

式中D大为模套内径,D小为模芯外径,d大为套管外径,d小为套管内径。

通过长期的工艺实践,我们发现:模套过大,不能保持稳定的挤出压力;模套过小,套管外径不均匀,会出现竹节形;而模芯过大,套管不能保持良好的圆整度;模芯过小,则充油压力不稳定,套管外径不均匀。

2.2 PBT套管的冷却速度和冷却时间

PBT套管从挤塑机出模口挤出后温度降低,由

其充分收缩,使所有的套管收缩率趋于一致及光纤

余长保持一致。中心管式光缆的PBT套管管径较大,不能采用一次性收缩法,否则套管内应力增大,在挤护套后会产生很大的后收缩,其在二次被覆时应进行分段冷却,减小PBT套管内应力,使套管尽量收缩,以获得合适的光纤余长,避免光纤余长过大。另外,还要合理设计钢带成型模具,并控制轧纹深度,使套管与阻水带和外层钢带紧贴在一起,或者在套管和阻水带间以一定的间隔喷滴热熔胶,减少钢带与缆芯之间的相对滑动。尽管这样,PBT套管的后收缩仍然存在,这是PBT材料固有的特性,我们可以采取合理的工艺控制,尽量减小这种不利因素给产品带来的负面影响。(上接第18页)

对于因后收缩造成光纤衰减增大的光缆,我们可采用金属线缆产品退火的原理,加大收放线张力,用过热水方法使聚合物中分子链在较高的温度下重排和二次结晶,从而有效地缓解套管回缩问题。但这种方法只能减缓收缩的程度,且可改善的最大收缩范围不大于1.0%。

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