《光纤光缆制备》课件第8章

学习情境八：塑料光缆制备8.1学习目标8.2学习内容

★掌握塑料光缆的分类；

★了解塑料光缆灌注工艺；

★了解塑料光缆层绞工艺；

★了解塑料光缆护套工艺；

★了解生产设备；8.1学习目标★掌握塑料光缆的测试指标；

★掌握塑料光缆的应用；

★掌握安全操作规程。

8.2.1塑料光缆的发展史与分类

1.发展史

在市场需求以及塑料光纤的发展作用下，塑料光缆在我国也取得了突飞猛进的发展。因为通信级塑料光缆具有衰减小于0.2dB/m、柔软、便宜、安装简单、信号强等优点，所以它广泛应用于高速数据传输，光纤传感器，宽带接入，光纤到户，光纤到桌，三网合一，8.2学习内容家庭和办公室智能网络，汽车多媒体，工业控制中的现场总线、过程控制和数字控制，工厂自动化，汽车和飞机以及军事应用。通过转换器，通信级塑料光缆可以与RS232、RS485、100Mb/s以太网、令牌网等标准协议接口相连，从而在恶劣的工业制造环境中提供稳定、可靠的通信线路，高速传输工业控制信号和指令，避免了因使用金属电缆线路受电磁干扰而导致通信中断的危险。

另外，照明级塑料光缆在照明领域也异军突起。照明级塑料光缆有外套为透明的PVC材料，也有黑色PVC外套，广泛用于户外、户内的装饰照明，效果相当漂亮。通过大芯径塑料光缆把太阳光引入到室内照明，还可以省电并且无污染，堪称理想的绿色照明。

2.分类

按照用途和特性不同，塑料光缆可以分成通信级塑料光缆、端面发光照明级塑料光缆、流星塑料光缆、绞合通体发光塑料光缆、灌注通体发光塑料光缆。8.2.2通信级塑料光缆的制备

1.制备工艺流程

一般情况下，塑料光缆制备都要经过以下流程：单体精制→聚合→纺丝→包层和拉伸→光缆加工。通信级塑料光缆的制备工艺流程如图8-1所示。

图8-1通信级塑料光缆制备流程示意图具体步骤如下：

(1)制备光纤。用挤压法或界面凝胶法制成符合要求的通信级塑料光纤。

(2)选择光纤。应精细选择符合技术指标的通信级塑料光纤。光纤的选择至关重要，如果所选光纤不符要求，则结果一定不符要求。偏心度、光滑度、致密度一定要保证在要求的范围内，以免带来不必要的损耗。

(3)绝缘挤出。将绝缘物质(具有较好的黏附性)覆在塑料光纤上，并保证良好的偏心度、光滑度、致密度。

(4)二次被覆。将耐腐蚀的硬塑料物质(一般为氟树脂)涂覆在通信级塑料光纤上。

(5)成缆。根据要求将一根或者多根光纤绞合为圆形，使之具有较好的贴覆性，以免造成龟裂等有害光纤寿命的现象。成缆是为了增加塑料光缆的柔软性、可弯曲度、耐磨度等，从而提高光缆的抗拉能力，改善光缆的温度特性，同时通过对不同根数松套管的组合，以制造出不同芯数的光缆。

成缆工艺使用的设备为成缆机，成缆工艺主要控制的工艺指标有：

①成缆节距；

②放线、收线张力。

(6)外护套。将上述产品用黑色绝缘胶体覆盖并制成圆形。光缆护套作为光缆抵御外界各种特殊复杂环境的保护层，必须具有优良的机械性能、耐环境性能、耐化学腐蚀性能。护套工艺使用的设备为光缆护套挤塑机，具体由缆芯放线装置、上料烘干装置、挤塑主机、皮带牵引装置、收线装置、电器控制系统等组成。采用护套工艺时要控制好工艺指标，比如印字清晰、完整，长度标定准确，型号类型标明清楚等。

图8-2通信级塑料光缆制备相关设备一图8-3通信级塑料光缆制备相关设备二

2.性能要求

表8-1所示为通信级塑料光缆的技术参数。

表8-1通信级塑料光缆的技术参数续表3.应用

由于具有柔韧性好，芯径大，易连接及抗干扰的优点，因此通信级塑料光缆已广泛应用于光纤传感器，高速数据传输，宽带接入，家庭和办公室智能网络，汽车多媒体，工厂自动化，汽车、飞机、军事应用及工控信息传输等。目前，塑料光缆跳线(见图8-4)是通信级塑料光缆的最大用量者。

图8-4塑料光缆跳线

4.生产厂家

(1)江西大圣塑料光纤有限公司；

(2)四川汇源塑料光纤有限公司；

(3)南京箭特科技有限公司；

(4)深圳才展光纤工业有限公司；

(5)深圳市南方信乐光纤有限公司；

(6)福州泰昌光电技术有限公司；

(7)南京展瑞光电技术有限公司；

(8)深圳艾力光电技术有限公司。8.2.3端面发光照明级塑料光缆的制备

1.制备原理

经过涂敷与套塑后的端面发光塑料光纤，虽然已经具备了一定的抗拉强度，但其抗扭折、抗压以及抗拉的性能依然很差，不能应用于各种实际光纤系统中。为了光纤能够在各种敷设条件和工程中使用，必须把端面发光照明级塑料光纤与其他材料组合起来制成光缆。

根据塑料光缆材料的要求，端面发光塑料光缆的芯材可选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，包层可选用氟树脂，或者芯材选用聚苯乙烯(PS)，包层选用PMMA，保护层都用聚乙烯(PE)。其制备一般采用挤压法和共挤法。

1)挤压法

工艺步骤大致为：首先，将单体甲基丙烯酸甲酯通过减压蒸馏提纯后，加热聚合；然后，将聚甲基丙烯酸甲酯加温至拉丝温度，用高纯氮气挤压熔融聚合物，通过模口形成塑料光纤芯，同时挤出一层低折射率的氟树脂作为被覆层，制成阶跃型塑料光纤；最后，涂覆一层聚乙烯。

2)共挤法

共挤法就是使用两台挤出机，一台用于熔融塑化芯材(如PMMA)，另一台用于熔融塑化包层材料(如氟树脂)，两台挤出机通过一共挤模头连接，熔融挤出具有芯包层结构的挤出物，然后牵引、冷却定型、涂覆、收线。

总过程如下：PMMA单体精制→聚合→共挤/挤压→拉伸→光纤→涂覆→光缆。

图8-5是塑料光缆的结构图。图8-6和图8-7为常见照明级塑料光缆实物图。

图8-5塑料光缆结构图

图8-6单芯照明级塑料光缆实物图

图8-7多芯照明级塑料光缆实物图

2.制作工艺

照明级塑料光缆与通信级塑料光缆的制备工艺流程非常相似，不同之处主要是技术指标低一些，且比石英光缆的制备过程相对简单一些，如图8-10所示。图8-8平拖式生产线布局图

3.生产流程的具体步骤

(1)放料。将阻燃护套料抽入挤塑机料斗内，把色母料加入色母料混料斗内，设定好挤塑料的烘干温度以及挤塑机、机头、温水箱的加热温度和冷水箱的温度。

(2)参数设定。根据光缆的工艺要求分别设定氟化素涂层的喷附速度、保护层与防震层的产生速度以及收线张力的值。

(3)光缆制备。达到设定的温度后，将一根端面发光塑料光纤从线盘上拉出，依次穿过各外层涂覆装置，与牵引线扎紧后，穿过模芯、模套并从机头中拉出，将缆芯同挤制外护套一起经过温水槽、冷水槽、吹干装置、线径测试仪和喷码印字机送至牵引装置上，最后经过收线张力装置把光缆卷绕在收线盘上。

(4)控制系统工作。控制系统状态设定为联动状态，至此进入正常的生产状态。到所需长度后，计算机会给出信号，结束整个生产。

4.应用

端面发光照明级塑料光缆一般用于光纤照明，如光纤吊灯、光纤文物照明、光纤锥面镜、光纤字等。以下是端面发光照明级塑料光缆的应用实例。

(1)对于端面发光的光缆来说，一般都根据照明要求和装饰的艺术效果来选择尾灯。常见的尾灯有天花灯、庭院灯、地埋灯、吊灯等。

(2)合理利用细端光光缆，可在家里营造出浪漫温馨的气息。

(3)在KTV包房和演艺大厅里，利用端光光缆，可拼成具有艺术效果的图案，同时还可以利用端光光缆吊顶，模拟星空效果。

图8-9端面发光照明级塑料光缆应用实例一图8-10端面发光照明级塑料光缆应用实例二

5.制备设备

图8-11和图8-12所示为制备端面发光照明级塑料光缆的相关设备。

图8-11制备端面发光照明级塑料光缆的相关设备一

图8-12制备端面发光照明级塑料光缆的相关设备二

6.技术参数

下面以四川汇源生产的单芯端光光缆为实例，说明端面发光照明级塑料光缆的技术参数。

端面发光照明级塑料光缆的基本性能如表8-2所示。端面发光照明级塑料光缆型号规格如表8-3和表8-4所示。

表8-2端面发光照明级塑料光缆的基本性能表8-3端面发光照明级塑料光缆型号规格一表8-4端面发光照明级塑料光缆型号规格二7.生产厂家

(1)四川汇源塑料光纤有限公司；

(2)江西大圣塑料光纤有限公司；

(3)南京飞帝斯光纤机械电子工程制作中心；

(4)深圳市才展光纤工业有限公司；

(5)深圳市中技源专利城有限公司；

(6)南京箭特科技有限公司；

(7)上海宜盛实业有限公司；

(8)特恩驰(南京)光纤有限公司；

(9)北京星源奥特光电技术有限公司。8.2.4流星塑料光缆的制备

1.概念

在端面发光光纤表面形成有规律的亮点分布的光纤，称为流星光纤。多根流星光纤组合在一起并套上透明PVC护套，称为流星光缆。

流星塑料光缆配合流星塑料光源机可形成动感流星塑料光纤。其特点是：增加透明PVC护套，使光缆具有更好的抗压、抗拉、抗摩擦、抗老化的性能；配合流星光源机，可以形成动感流星(也叫动感流水)的效果，具有无与伦比的动态视觉冲击效果。流星光缆的应用范围有：KTV、酒吧、咖啡厅、酒店或宾馆的大厅幕墙和步道等平面布局、艺术造型吊灯、光纤屏风、流水瀑布背景。

彩色流星塑料光缆包含芯层、包覆于芯层外的包层，其上有切口，特点是装于彩色透明护套内，结构简单，变化灵活，光电亮度高，具有流星般的闪烁效果。

2.制作工艺

流星塑料光缆的制备流程分为以下两步。

(1)流星塑料光纤的制备：使用刀刻法或者激光打孔的方法对端面发光塑料光纤进行加工处理，即切口处理(打孔)，如图8-13所示。

图8-13流星光纤制备前打孔示意图图8-13中，切口部分(4)的长度一般为2m，光滑无切口部分(5)的长度一般为1m(当然长度可以根据实际需要进行更改设定)，光纤表面切口(6)的深度要大于包层(3)的厚度且小于光纤的半径，即切口要深入芯层(2)。当光线在通过以上方法制备出来的光纤中传输时，遇到切口就会漏出星星点点的光束，既有流星闪烁的效果，又因散发的光晕从而达到侧面发光的效果。

(2)流星塑料光缆的制备：将多根流星塑料光纤组合在一起进行透明PVC护套处理，即绞合、护套。图8-14所示为流星光纤绞合与护套示意图。

图8-14流星光纤绞合与护套示意图1—流星光纤(多根)；2—切口(打孔)部分；3—光滑无切口部分；4—包层；5—用塑料软管做成的外护套

3.后期处理

流星光缆照明中会涉及流星塑料光缆光源机、光纤尾件(光纤水晶球)等。图8-15所示为将流星光缆用于橱窗的装饰照明，即用流星光缆(2)发出的光晕和切口(1)漏出的光进行装饰照明，随着光源机(3)的色盘转动，色彩不断变化，当光源发出的光线在流星光缆中传输时，会出现色彩变化的流星星点，使显示效果具有动感。注意：切口段长度可以调整，且距光源部分一定不要有切口，否则光纤很容易断裂。

图8-15流星光缆照明示意图

4.应用

(1)工艺品照明装饰(如光纤花卉、塑料光纤圣诞树)；

(2)植物照明装饰(安全性很高)；

(3)建筑物照明(满天星造型、局部照明、建筑物轮廓立体照明)；

(4)其他照明装饰(水下照明、广告灯箱等)；

(5)在酒店大厅中，安装流星光缆制作的水晶吊灯，通过各种色彩和亮点的变化，更显得华丽别致，给人耳目一新的感觉；

(6)在景观道路上，装上星星点点的流星光缆，成为光纤甬道，更增加了景观的趣味性，同时可以将流星光缆平铺于地面，人们走在上面如同在光色中漫游，给游玩的人们无穷遐想。

图8-16流星光缆照明应用实例一

图8-17流星光缆照明应用实例二

5.型号规格与相关参数

表8-5所示为流星塑料光缆的型号规格。表8-6所示为流星塑料光缆的相关参数。

表8-5流星塑料光缆的型号规格表8-6流星塑料光缆的相关参数6.生产厂家

(1)四川汇源塑料光纤有限公司；

(2)南京春辉科技实业有限公司；

(3)南京展瑞光电技术有限公司；

(4)江西大圣塑料光纤有限公司；

(5)上海汇海数码科技有限公司；

(6)上海致锦光纤科技集团；

(7)汕头科荣达光电科技有限公司；

(8)航天朗赛科技(北京)有限责任公司。8.2.5绞合通体发光塑料光缆的制备

1.概念

绞合通体发光塑料光缆就是将多根光纤进行绞合，再进行透明PVC护套形成通体发光的光缆。这种光缆利用光纤绞合时光纤弯曲所导致的侧光泄露可形成通体发光的效果。图8-18为其实物图。

图8-18绞合通体发光塑料光缆的实物图(a)(b)

2.特点

(1)通过增加光纤芯数，从而增加光缆的侧光亮度。

(2)比细直径通体发光光缆的亮度好，传光远。

(3)比灌注通体发光塑料光缆柔软，易弯曲，易施工。

(4)耐冷热变化，使用寿命优于灌注通体发光塑料光缆。

(5)配合专用光源，可以呈现出其所特有的即时多彩追逐效果。

3.制作工艺

工艺过程为：单体精制→聚合→纺丝→包体和拉伸→光缆加工。

绞合通体发光塑料光缆在制备工艺上与端面发光光缆相同，主要区别就是绞合通体发光塑料光缆有绞合过程。其制作过程具体如下：

(1)制备塑料光纤。

(2)光缆绞合，即将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。

(3)挤光缆外护套，即在绞合的光缆外加一层PVC护套。

(4)对制备的光缆进行性能测试，合乎要求的产品才能出厂。

图8-19制作绞合通体发光塑料光缆的设备图

4.性能指标

表8-7所示为绞合通体发光塑料光缆的相关参数。表8-8所示为绞合通体发光塑料光缆的规格型号。

表8-7绞合通体发光塑料光缆的相关参数

表8-8绞合通体发光塑料光缆的规格型号5.应用

(1)

KTV、酒吧、咖啡厅、酒店宾馆内部的轮廓装饰；

(2)平面、立体图形的艺术造型；

(3)游泳场、水下装饰照明；

(4)大型流水瀑布背景。

图8-20绞合通体发光塑料光缆的应用实例

6.生产厂家

(1)四川汇源塑料光纤有限公司；

(2)江西大圣塑料光纤有限公司；

(3)北京贝奇睿科技有限公司；

(4)杭州乔氏光电科技有限公司；

(5)南京箭特科技有限公司；

(6)南京展瑞光电技术有限公司；

(7)上海致锦光纤科技集团。8.2.6灌注通体发光塑料光缆的制备

1.概念

灌注通体发光塑料光缆是当今光纤光缆技术领域一种最新型的光纤光缆，且其技术相对比较成熟。这种光缆首先在氟树脂管内灌注高柔性的丙烯酸酯类预聚物，然后将其固化并形成实心光纤，之后在光纤的外表面护上一层黑色PE形成的塑料光纤缆或者再护套一层黑色PVC多层缆。其实物图如图8-21所示。

图8-21灌注通体发光塑料光缆

2.结构

3.制备原理和工艺流程

1)制备原理

通体发光塑料光缆的制备方法主要有绞合法和灌注法。一般通体发光光纤采用连续灌注法制造。其纤芯为丙烯酸类聚合物，皮层材料选择弯曲性、造型性和耐扭曲性好的氟树脂管，护套材料最好是热塑性弹性体。其发光原理是：利用皮层和芯层的界面缺陷及皮层中的结晶区进行光散射，从而导致侧面发光。

图8-22灌注通体发光塑料光缆的结构示意图

2)工艺流程

(1)在氟树脂管内灌注高柔性的丙烯酸酯类预聚物。

(2)将预聚物固化形成光纤。

(3)在光纤外面加透明PVC护套，从而形成通体发光光缆。

(4)通过材料改性或加工工艺形成光纤界面缺陷，增加光纤的散射损耗，从而形成通体发光效果。

(5)用成缆机将光缆成缆。

3)相关设备

生产灌注通体发光塑料光缆的相关设备如图8-23～图8-25所示。

图8-23生产灌注通体发光塑料光缆的灌胶机

图8-24生产灌注通体发光塑料光缆的固化炉

图8-25生产灌注通体发光塑料光缆的成缆机

4.优点

(1)耐高温，耐寒性。与其他塑料光纤光缆相比，灌注通体发光塑料光缆有较高的耐温变性能，无紫外线伤害，可在-45～100℃间使用。

(