《光纤光缆制备》课件第5章

学习情境五：石英光缆制备5.1学习目标5.2学习内容

★掌握石英光缆基础知识；

★掌握着色工艺；

★掌握套塑(二次涂覆)工艺；

★掌握护套工艺；

★掌握层绞工艺；

★掌握光缆最终测试；5.1学习目标★了解光缆产品包装；

★了解石英光缆的命名规则；

★了解石英光缆的结构与分类；

★了解着色机、套塑机等设备的使用；

★掌握安全操作规程。

5.2.1光缆的作用

光缆具有如下作用：

(1)改善光纤的温度特性。

(2)增加光纤的机械强度。光缆的加强构件、护套、铠装层使其断点强度远大于光纤，增强了光纤的抗侧压、抗冲击和抗扭曲性能。

(3)保持优良的传输特性，改善因外力引起的光纤微弯和因环境温度变化引起的压缩应变。5.2学习内容5.2.2石英光缆的制备流程

1.室内光缆的制备过程

室内光缆的制备一般分以下几个过程：

(1)光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色、不迁移。

(2)二次挤塑：选用高弹性模量、低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子，最后存放几天(不少于两天)。

(3)松套。

2.室外光缆的制备过程

室外光缆的制备一般分以下几个过程：

(1)光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色、不迁移。

(2)二次挤塑：选用高弹性模量、低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子，将光纤纳入并填入防潮、防水的凝胶，最后存放几天(不少于两天)。

(3)光缆绞合：将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。

(4)二次被覆(包括油膏填充)：对控制光纤衰减和余长可起到有效的作用。

(5)成缆(包括油膏填充)：将绝缘线芯按一定的规则绞合起来，包括绞合时线芯间空隙的填充和在成缆上的包带过程。

(6)挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。图5-1缆芯制备工艺流程图

图5-2石英光缆制备工艺流程图5.2.3石英光缆的分类

石英光缆的分类如表5-1所示。

表5-1石英光缆的分类5.2.4石英光缆的基本结构

1.层绞式光缆

层绞式光缆是由多根二次被覆光纤松套管(或部分填充绳)绕中心金属加强构件绞合成圆整的缆芯，其结构如图5-3所示。层绞式光缆的结构特点是：容纳的光纤数量多，光缆中光纤余长易控制，光缆的机械、环境性能好。

图5-3层绞式光缆结构图

2.骨架式光缆

骨架式光缆在国内仅限于干式光纤带光缆，即将光纤带以矩阵形式置于U形螺旋骨架槽或SZ螺旋骨架槽中，阻水带以绕包方式缠绕在骨架上，使骨架与阻水带形成一个封闭的腔体，其结构如图5-4所示。骨架式光缆的优点是：结构紧凑，缆径小，光纤密度大，接续效率高。其缺点是：生产工艺复杂。

图5-4骨架式光缆结构图

3.中心管式光缆

中心管式光缆中，一根二次光纤松套管或螺旋形光纤松套管无绞合直接放在缆的中心位置，纵包阻水带和双面涂塑钢(铝)带紧贴PE外护套内层，两根平行加强圆磷化碳钢丝或玻璃钢圆棒位于聚乙烯(PE)外护套中，如图5-5所示。

图5-5中心管式光缆结构图中心管式光缆的优点是：结构简单，制造工艺简捷，截面小，重量轻。其缺点是：纤芯不宜过多，余长不易控制。5.2.5石英光缆的主要用料

石英光缆的主要用料如下：

(1)加强芯：可以增强光缆的抗张强度，从而在光缆敷设中避免光纤断离的可能性。因此，要求加强芯必须选用低线胀系数和热性能稳定的材料，并且应具有低的比重和一定的柔软性。

(2)金属导体：可避免短路事故带来的危险和减轻光缆的重量。因此，要求在光缆中装入铜等金属导体。

(3)填充物：起固定各单元位置的作用，由聚乙烯、聚丙烯等构成。

(4)缓冲层：用于保护缆芯免受径向挤压，采用塑料尼龙带沿轴向螺旋式绕包缆芯的

方式。

(5)内护套：将缆芯组合体捆扎成一个整体，起隔热与缓冲的作用。一般由聚脂薄膜

构成。

(6)防水层：避免水和潮湿对光缆的传输特性和机械特性的影响，延长使用寿命。一般使用LAP护套。

(7)铠装：确保光缆不受径向压力的损害。

(8)外护套：其材料是聚乙烯、PVC和聚氨基甲酸酯等。5.2.6石英光纤着色原理与技术

石英光纤着色工艺使用的主要原材料为光纤及着色油墨。着色油墨的颜色按行业标准分为12种。

光纤着色工艺使用的设备为光纤着色机，如图5-6所示。光纤着色机由光纤放线部分、着色模具及供墨系统、紫外线固化炉、牵引部分、光纤收线部分及电器控制部分等组成。

图5-6光纤着色机实物图光纤着色的主要原理为：紫外固化型油墨经着色模具涂覆于光纤表面，经过紫外线固化炉固化后固定于光纤表面，形成易于分色的光纤。使用的油墨为紫外固化型油墨。

光纤着色后应满足以下要求：

(1)着色光纤颜色不迁移，不退色(用丁酮或酒精擦拭也如此)。

(2)光纤排线整齐、平整，不乱线，不压线。

(3)光纤衰减指标达到要求，OTDR测试曲线无台阶等现象。

着色工艺生产中的主要控制参数有以下几个：

(1)放线、收线张力和排线质量；

(2)着色速度；

(3)模座温度和着色模尺寸；

(4)着色油墨(着色剂)；

(5)烘干速度；

(6)环境条件。5.2.7石英光纤套塑(二次涂覆)原理与技术

为了增大光纤直径和机械强度，还要在拉丝机拉制出的已经具有预涂层和缓冲层的光纤上套一层塑料层，这项工艺称为套塑，也称二次涂覆。

1．套塑方式

(1)松套：在一次涂覆层的外面包上塑料套管，光纤可在套管中自由活动。

(2)紧套：在一次涂覆层的光纤上紧紧套上一层尼龙或聚乙烯塑料，套层与一次涂覆层紧贴在一起，光纤不能自由活动。

2．套塑工艺原理

图5-7所示为套塑工艺原理图。在套塑时，将一次涂覆光纤从安装在模具内部并与模具同心的导向管中穿过去，在模具出口处涂覆上经250℃加热熔化了的尼龙，然后经过冷却水槽，使尼龙冷却固化，即获得套塑光纤，最后用收丝轮接收光纤。套塑的厚度由模具出口处的尺寸决定，一般套塑之后的光纤外径为0.4～1.5mm。

图5-7套塑工艺原理图

3．套塑工艺使用的设备

套塑工艺使用的设备为光纤套塑机，该设备由光纤放线架、油膏填充装置、上料烘干装置、塑料挤出主机、温水冷却水槽、轮式牵引装置、冷水冷却水槽、吹干装置、在线测径仪、皮带牵引装置、储线装置、双盘收线装置及电器控制系统等组成。图5-8所示为二次套塑设备图。

图5-8二次套塑设备图

4．主要的控制指标

(1)光纤余长。

(2)松套管的外径。

(3)松套管的壁厚。

(4)管内油膏的充满度。

(5)对于分色束管，颜色应鲜明、一致，易于分色。5.2.8石英光缆成缆原理与技术

成缆工艺又称绞缆工艺，是光缆制造过程中的一道重要工序。成缆的目的是增加光缆的柔软性及可弯曲度，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来制造出不同芯数的光缆。

成缆工艺根据缆芯结构不同可分为中心管式缆芯成缆工艺、层绞式缆芯成缆工艺和骨架槽式缆芯成缆工艺。

成缆工艺使用的设备为光缆成缆机，该设备由加强件放线装置、束管放线装置、SZ绞合台、正反扎纱装置、双轮牵引装置、引线装置及电器控制系统等组成。图5-9所示为光缆成缆机实物图。

图5-9光缆成缆机实物图成缆工艺指标包含成缆节距、扎纱节距、扎纱张力、放线和收线张力。

成缆工序的要求为：①成缆后光缆的缆芯必须具有优良的机械性能，满足在各种运输、储存、敷设条件和方式及不同环境条件下的使用要求；②成缆后必须保持原有光纤的传输特性，并对温度特性有很大改善。5.2.9石英光缆护套原理与技术

根据光缆的使用、敷设条件不同，在缆芯外加上不同的护套，可以满足不同条件下对光纤的机械保护。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。

(1)机械性能：指光缆在铺设、使用过程中，必然受到各种机械外力的拉伸、侧压、冲击、扭转、反复弯曲和弯折作用，光缆护套必须能经受住这些外力的作用。

(2)耐环境性能：指光缆在使用寿命中，要能经受住外界正常的紫外线辐射、温度变化和潮气侵蚀。

(3)耐化学腐蚀性能：指光缆护套能耐受特殊环境中酸、碱、油污等的腐蚀。对于阻燃等特殊性能，则必须采用特殊的塑料护套来保证性能。

护套工艺使用的设备为光缆护套挤塑机，该设备由缆芯放线装置、钢丝放线装置、钢(铝)带轧纹装置、油膏填充装置、上料烘干装置、90号挤塑主机、冷却水槽、皮带牵引装置、龙门收线装置及电器控制系统等组成。图5-10和图5-11所示为光缆外护套生产设备。

图5-10光缆外护套生产设备图一

图5-11光缆外护套生产设备图二5.2.10绞合节距的设计与控制

在光缆成缆过程中，光纤绞合节距是至关重要的，它对二次余长ε的形成、光缆的温度特性和柔软特性都有着非常重要的影响。绞合节距过大，拉伸或收缩余长达不到设计要求；综合节距过小，则不能满足光纤的弯曲性能要求。

考虑到SZ绞合(左右绞合)是一个往复绞合过程，存在换向的问题，因此，在选择绞合节距时应比计算值略小一些。5.2.11扎纱节距的设计与控制

包扎带起固定缆芯的作用(如果使用阻水带作包扎带，则其还具有吸水作用)。一般包扎带的扎纱节距必须保证缆芯不松散。

扎纱张力是一个非常重要的参数，它与光纤的衰减紧密相关，不宜过大或过小。若张力过小，则容易造成扎纱松散，缆芯固定松弛，并且容易在挤制护套时造成断缆事故；若张力过大，则会出现包扎带扎扁光纤套管的现象，使套管内的一次着色光纤受到应力的作用，产生弯曲衰减增大现象，造成质量事故。5.2.12光缆参数与性能

衰减指标是光缆的重要指标，在生产过程中对衰减指标进行检测，可以发现生产及工艺中存在的问题。

光缆性能包括：

(1)光缆机械性能：包括拉伸、压扁、反复弯曲、扭转、冲击等。

(2)光缆环境性能：包括光缆高低温性能(-40～+60℃)、渗水性能和滴流性能。5.2.13石英光缆的命名

1．光缆型号

光缆型号由七部分组成，如图5-12所示。

图5-12光缆型号的组成

(1)

Ⅰ表示光缆类别。GY表示通信用室(野)外光缆；GM表示通信用移动式光缆；GJ表示通信用室(局)内光缆；GS表示通信用设备内光缆；GH表示通信用海底光缆；GT表示通信用特殊光缆；MG表示煤矿用光缆。

(2)

Ⅱ表示加强构件类型。无型号表示金属加强构件；F表示非金属加强构件；G表示金属重型加强构件。

(3)

Ⅲ

表示结构特征。无符号表示松套层绞式结构；D表示光纤带结构；J表示光纤紧套被覆结构；S表示光纤松套被覆结构；X表示中心管式(被覆)结构；G表示骨架式结构；T表示填充式结构；Z表示阻燃结构；B表示扁平结构。

(4)

Ⅳ

表示内护层(或护套)。Y表示聚乙烯护层；W表示夹带平行钢丝的钢-聚乙烯黏结护套(简称W护套)；S表示钢带-聚乙烯黏结护层；A表示铝带-聚乙烯黏结护层；V表示聚氯乙烯护套；F表示氟塑料；U表示聚氨酯；E表示聚酯弹性体；L表示铝；G表示钢；Q表示铅。

(5)

Ⅴ表示外护层或护套，包含铠装层与外护套，由2位阿拉伯数字组成。铠装层：0表示无铠装；2表示双钢带；3表示细圆钢丝；4表示粗圆钢丝；5表示皱纹钢带；6表示双层圆钢丝。

外被层或外护套：1表示纤维外护套；2表示聚氯乙烯护套；3表示聚乙烯护套；4表示聚乙烯护套加敷尼龙护套；5表示聚乙烯管。

(6)

Ⅵ

表示光纤芯数。直接由阿拉伯数字写出。

(7)

Ⅶ

表示光纤类别。A表示多模光纤，B表示单模光纤。

2．光缆规格的表示法

光缆的规格按光缆中所含的光纤数及光纤的类别来表示。

例如，4根G

.652单模光纤的光缆规格表示为4B1.1或4B1，若同一根光缆中含有不同种类的光纤，则在规格中间用“+”号相连。

若含有4根多模50/125的光纤，则表示为4A1a或4A1。

3．常用型号举例

GYXTW：金属加强构件、中心管填充式、夹带钢丝的钢-聚乙烯黏结护套通信用室外光缆，适用于管道及架空敷设。

GYTA：金属加强构件、松套层绞填充式、铝-聚乙烯黏结护套通信用室外光缆，适用于管道及架空敷设。

GYTS：金属加强构件、松套层绞填充式、钢-聚乙烯黏结护套通信用室外光缆，适用于管道及架空敷设。

GYTY53：金属加强构件、松套层绞填充式、聚乙烯内护套、纵包皱纹钢带铠装、聚乙烯外护套通信用室外光缆，适用于直埋敷设。

GYXTC8S：金属加强构件、中心管填充式、8字型自承式、钢-聚乙烯黏结护套通信用室外光缆，适用于自承式架空敷设。5.2.14石英光缆生产设备的原理与使用

1．光纤着色机

光纤着色机主要由五部分组成：光纤放线装置、颜料涂覆系统、牵引装置、收排线装置、主控设备。图5-13所示为光纤着色复绕机的实物图。

(1)光纤放线装置：主要包括光纤放线盘、放线排线架、放线张力测量轮、放线张力调节轮等元件。其作用是按照合理的放线张力将光纤自放线盘中放出，保证光纤不受张力的作用且不松弛、扭曲，松紧适度，使被光纤盘缠绕有一定弯曲曲率的光纤平直，并不受任何的机械损伤。

(2)颜料涂覆系统：主要包括去静电装置、涂覆模具、颜料供应容器、冷却风机、固化炉、光纤外径测量仪等设备。该系统是着色机的核心部分，着色工艺的质量与着色层的厚度、不圆度、同心度均由其决定，是着色机最关键的部位。

(3)牵引装置：采用轮式牵引机牵引光纤在设备上移动，通常牵引速度即为生产线的线速度。

(4)收排线装置：主要由收线和排线传感器、光纤收线盘、收线张力测量仪、牵引张力测量轮、收线张力调节轮等设备组成。其基本功能是对已经着色的光纤收卷成盘，为下一道工序做准备。该装置要求收线张力和排线节距合理、科学，排线节距为(0.29

±

0.02)mm。

(5)主控设备：主要是软件控制。

图5-13光纤着色复绕机的实物图

2．光纤套塑机

光纤二次套塑生产线可以分为12芯光纤松套套塑机、48芯或48芯以上光纤束套塑机、带状光纤松套套塑机以及紧套套塑机。其中，12芯光纤松套套塑机的应用最广。

光纤套塑机一般由光纤带放线架、挤塑机、油膏填充装置、冷却水槽、轮式牵引装置、履带牵引装置等组成。图5-14所示为二次套塑设备的实物图。

图5-14二次套塑设备的实物图

3．光缆成缆机

1)

SZ绞合成缆机

SZ绞合成缆机又称左右绞合成缆机。

其特点是：芯线自固定的多头放线盘放出，经SZ绞合摇摆头实现SZ绞合，成缆后又收线到固定的收线盘上；成缆时芯线首先沿一个方向绞合，当达到预定的圈数时，开始换向，进行反方向的绞合，SZ方向的绞合圈数相同。

SZ成缆技术的关键是在绞合时，要求设备既能快速改变旋转方向，又能确保绞合后的缆芯保持要求的形状和尺寸，不致松散。

SZ绞合成缆机主要由中心加强件放线架和中心加强件张力控制装置组成，具体包括：

(1)多头固定加强件放线盘、放线张力测量轮、放线张力调节轮及张力传感器，其作用是以恒定的张力自放线盘上放出加强件并进行实时控制，调节加强件的放线张力。

(2)多头光纤/填充绳放线架，其作用是放出多根松套光纤(或带纤)/填充绳。

(3)

SZ绞合摇摆头(简称绞合头)，其作用是实现光纤的SZ绞合。

(4)双向扎纱装置，其作用是利用聚酯绳包扎绞合后换向点处的缆芯，避免缆芯松散。

(5)阻扭装置，其作用是防止缆芯绞合后产生扭曲故障。

(6)光缆缆芯牵引装置，其作用是为绞合后的成缆缆芯提供牵引张力，引导缆芯收线。

(7)缆芯收线架，其作用是将绞合后的缆芯按照一定的排线节距排线并收到收线盘上，同时控制收线张力的大小。

(8)阻水油膏填充设备，其作用是填充吸水缆膏，以防止缆芯渗水。