光纜生產(chǎn)工藝中最關(guān)鍵的工序莫過(guò)于二次套塑（束管工序）。光纜的主要性能包括光纖的損耗、光纜拉伸性能和溫度特性等，在很大程度上取決于二次套塑的工藝控制，而套塑工藝中最主要的控制參數(shù)是光纖在束管中的余長(zhǎng)。本文將討論常規(guī)光纜最重要的工藝參數(shù)——光纖余長(zhǎng)。

一、 引言

多年以來(lái)，光纜生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)都在不斷提升和改進(jìn)，光纜生產(chǎn)工藝也已經(jīng)十分成熟，但隨著5G網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋，以及F5G的推進(jìn)，很多應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)光纜生產(chǎn)提出了更高的要求。而光纖余長(zhǎng)是光纜生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的工藝參數(shù)，也是影響因素最 多的工藝參數(shù)，是確定光纜質(zhì)量和性能的重要工藝指標(biāo)。光纖余長(zhǎng)可以是小余長(zhǎng)，也可以是大余長(zhǎng)，本文的目的在于探討大余長(zhǎng)工藝的優(yōu)點(diǎn)，以便在今后的光纜生產(chǎn)中可作借鑒。

二、 余長(zhǎng)定義及余長(zhǎng)形成的機(jī)理

光纖余長(zhǎng)的控制是在束管生產(chǎn)工序中，放纖裝置、冷卻系統(tǒng)、余長(zhǎng)牽引輪、收線(xiàn)裝置等各環(huán)節(jié)都會(huì)影響余長(zhǎng)控制。

光纖余長(zhǎng)一般是指松套管中光纖余長(zhǎng)，松套管中光纖余長(zhǎng)是指單位松套管長(zhǎng)度內(nèi)光纖與松套管長(zhǎng)度差的百分比。

松套管中光纖余長(zhǎng)定義為：

在二次套塑工藝中，余長(zhǎng)的形成主要有兩種方法：?jiǎn)螤恳a(chǎn)線(xiàn)的熱收縮法和雙牽引生產(chǎn)線(xiàn)的彈性拉伸法。

1.熱收縮法簡(jiǎn)單描述如下：光纖經(jīng)過(guò)放線(xiàn)導(dǎo)輪通過(guò)擠塑機(jī)頭，置入PBT 松套管，并在松套管中填充纖膏，由盤(pán)式牽引輪進(jìn)行牽引，光纖和松套管在盤(pán)式牽引輪上得到鎖定。光纖受放線(xiàn)張力的作用會(huì)在盤(pán)式牽引輪上向松套管內(nèi)側(cè)靠近，因而光纖纏繞直徑必然小于松套管的纏繞直徑，形成一定的負(fù)余長(zhǎng)。松套管進(jìn)入冷水槽后由于冷、熱水溫差，PBT 會(huì)產(chǎn)生冷收縮，不僅補(bǔ)償了其在盤(pán)式牽引輪上的負(fù)余長(zhǎng)，而且得到了所需要的正余長(zhǎng)。松套管經(jīng)輔助牽引張力及收線(xiàn)張力的作用可得到所需的余長(zhǎng)值。

2.對(duì)于雙牽引來(lái)說(shuō)單牽引生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生光纖余長(zhǎng)的各種因素，雙牽引生產(chǎn)線(xiàn)都會(huì)起作用。不過(guò)雙牽引生產(chǎn)線(xiàn)影響光纖余長(zhǎng)最主要的因素是履帶牽引與盤(pán)式牽引兩部分的速度差。盤(pán)式牽引速度快于履帶牽引速度，由于履帶牽引皮帶只壓住了松套管而沒(méi)有壓住光纖，所以盤(pán)式牽引輪較快的速度產(chǎn)生較大的張力將兩牽引部分之間的松套管拉長(zhǎng)（彈性拉伸），過(guò)盤(pán)式牽引后，松套管從盤(pán)式牽引輪上出來(lái)進(jìn)入冷卻水槽中，大張力消失，松套管回縮產(chǎn)生光纖余長(zhǎng)。其主要用來(lái)生產(chǎn)大管徑、大余長(zhǎng)的松套管。

3.提到大余長(zhǎng)，就得先了解以下概念：

胡克定律：應(yīng)力=應(yīng)變系數(shù)楊氏模量

其中光纜應(yīng)變系數(shù)最重要，主要由光纜中的光纖余長(zhǎng)與允許光纖應(yīng)變組成。

以層絞式光纜為例，光纜余長(zhǎng)由光纜拉伸窗口+松套管余長(zhǎng)組成，假設(shè)拉伸窗口P1=0.3%，束管余長(zhǎng)P2=0.3‰；改變P1的重要參數(shù)就是節(jié)距S，其次是束管直徑D和加強(qiáng)件直徑d，其算式為：

以中國(guó)移動(dòng)GYTS光纜為例，它的力值主要由鋼絲加強(qiáng)件和鋼帶決定，假設(shè)鋼絲模量為190Gpa，鋼帶模量為60Gpa，則力值為：F=(3.0‰+0.3‰)×[（鋼絲截面積×190）+鋼帶寬度×基帶厚度×60]

三、影響余長(zhǎng)的因素

影響余長(zhǎng)的因素很多，他們之間是既獨(dú)立又相互聯(lián)系。在束管工序生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)都不同程度地影響著余長(zhǎng)的大小，具體總結(jié)起來(lái)主要有如下幾個(gè)方面對(duì)余長(zhǎng)有影響。

（一）放線(xiàn)張力系統(tǒng)對(duì)余長(zhǎng)的影響

放線(xiàn)張力系統(tǒng)是由放線(xiàn)張力+過(guò)渡導(dǎo)輪的摩擦力+光纖過(guò)集纖模、導(dǎo)管、針頭的摩擦力組成。在放線(xiàn)張力系統(tǒng)的作用下，光纖發(fā)生拉伸應(yīng)變，并在盤(pán)式牽引輪上使光纖靠向松套管的內(nèi)側(cè)壁。所以在盤(pán)式牽引輪上光纖長(zhǎng)度小于松套管長(zhǎng)度，形成負(fù)余長(zhǎng)。張力越大，光纖拉得越緊，則光纖在管內(nèi)靠向內(nèi)側(cè)越甚，束管中光纖余長(zhǎng)負(fù)得越多（正余長(zhǎng)越?。?，張力越小，正余長(zhǎng)越大。在生產(chǎn)前要求生產(chǎn)人員檢查過(guò)渡導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)是否靈活；導(dǎo)輪、集纖模、導(dǎo)管、針頭是否干凈；導(dǎo)管、針頭是否同心。這些因素都可能影響束管余長(zhǎng)的一致性。

放線(xiàn)張力對(duì)余長(zhǎng)影響是張力越大，其光纖被拉伸的程度越大，相對(duì)在熱水槽段松套管的負(fù)余長(zhǎng)越大，最終余長(zhǎng)就越小。因此在生產(chǎn)中由于放線(xiàn)架不穩(wěn)或放線(xiàn)主力過(guò)大，都會(huì)使松套管余長(zhǎng)不穩(wěn)，形成松套管中各個(gè)光纖長(zhǎng)度相差較大。有的設(shè)備為主動(dòng)放線(xiàn)，有的為被動(dòng)放線(xiàn)，但張力不穩(wěn)對(duì)光纖的余長(zhǎng)都有影響，被動(dòng)放線(xiàn)影響較大。余長(zhǎng)張力是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)中最常見(jiàn)調(diào)節(jié)余長(zhǎng)的工藝參數(shù)之一，他的調(diào)節(jié)對(duì)余長(zhǎng)變化比較敏感。余長(zhǎng)張力調(diào)大時(shí)松套管余長(zhǎng)變小，相反張力調(diào)小時(shí)余長(zhǎng)變大。調(diào)節(jié)余長(zhǎng)張力是一種容易控制的調(diào)節(jié)方式，也有穩(wěn)定的量度，容易調(diào)節(jié)，但他的調(diào)節(jié)范圍不是很大，只能將余長(zhǎng)在小范圍的調(diào)節(jié)。

（二）冷卻水溫差對(duì)余長(zhǎng)的影響

冷卻水槽除了給擠塑成形的松套管冷卻定型之外，一個(gè)重要作用就是以盤(pán)式牽引輪為界設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)乃疁夭?，以便于調(diào)節(jié)光纖在束管中的余長(zhǎng)。二次套塑生產(chǎn)線(xiàn)的冷卻水一般分為三段控制。即靠近擠塑機(jī)機(jī)頭的水槽為第一段，水溫最 高；牽引輪前面一節(jié)水槽為第二段，也為溫水?？杀鹊谝欢嗡疁厣缘鸵恍?，但比牽引輪后的水槽，即第三段水溫高。這樣既有利于余長(zhǎng)的控制，也有利于PBT材料的成形。水溫差越大，正余長(zhǎng)越大，反之越小。

冷熱水溫的調(diào)節(jié)是余長(zhǎng)控制的最主要因素。熱水槽溫度也是調(diào)節(jié)松套管余長(zhǎng)的主要工藝參數(shù)，在其他參數(shù)穩(wěn)定不變的情況下，一般溫度提高，余長(zhǎng)變大，由于 PBT 的結(jié)晶溫度一般是高于 45~50℃，如果熱水溫度過(guò)低，PBT 結(jié)晶不好會(huì)影響其松套管的性能，松套管后期收縮會(huì)很大。而熱水和冷水的溫度差是最終決定松套管的余長(zhǎng)，一般溫差越大，其松套管收縮越大，余長(zhǎng)越大，反之則小。油膏的性能也是影響余長(zhǎng)穩(wěn)定性的重要因素。我們平時(shí)生產(chǎn)中?？磾D塑機(jī)頭和熱水槽間的纖膏液面的穩(wěn)定性來(lái)判斷束管余長(zhǎng)的穩(wěn)定性。纖膏的黏度是決定余長(zhǎng)大小的重要因素，纖膏的黏度和其加熱溫度成反比，當(dāng)溫度提高時(shí)纖膏粘度降低，纖膏粘度對(duì)松套管余長(zhǎng)影響的范圍很大。當(dāng)纖膏粘度達(dá)到一定程度時(shí)，松套管余長(zhǎng)就不可控，可能松套管內(nèi)光纖的余長(zhǎng)相差很大。

（三）松套管在盤(pán)式牽引輪上的圈數(shù)對(duì)余長(zhǎng)的影響

溫水供水系統(tǒng)不僅向第二節(jié)水槽中供水也向盤(pán)式牽引輪上供水，其不僅可減小松套管在盤(pán)式牽引輪上的運(yùn)行摩擦，另外還可使松套管在盤(pán)式牽引輪上進(jìn)一步冷卻。松套管在盤(pán)式牽引輪上圈數(shù)越多，松套管冷卻越充分，其在牽引輪后的冷卻水槽中收縮相對(duì)減小，余長(zhǎng)減小。反之圈數(shù)越少，余長(zhǎng)越大。

（四）環(huán)境溫度對(duì)余長(zhǎng)的影響

在松套管的生產(chǎn)和存放過(guò)程中，環(huán)境溫度對(duì)松套管余長(zhǎng)的產(chǎn)生和穩(wěn)定性都有較大的影響，因此二次套塑工序的環(huán)境溫度一般與二套生產(chǎn)松套管時(shí)的冷卻水溫度接近并保持穩(wěn)定，這樣才能盡量減小環(huán)境溫度變化對(duì)松套管余長(zhǎng)的影響。

（五）光纜結(jié)構(gòu)固定后的余長(zhǎng)

光纜結(jié)構(gòu)固定后，其余長(zhǎng)大小由成纜時(shí)松套管與填芯的絞合角決定。一般絞合角越大其余長(zhǎng)越大。決定絞合角的因素是成纜節(jié)距，節(jié)距越小，絞合角越大，余長(zhǎng)就越大。絞合也是余長(zhǎng)的重要來(lái)源，目的是利用成纜形成余長(zhǎng)就足夠了。成纜過(guò)程中可能“吃掉”松套管中光纖余長(zhǎng)，對(duì)于導(dǎo)管式絞合臺(tái)，在 SZ 絞時(shí)，由于松套管要通過(guò)較長(zhǎng)的絞合管，松套管和絞合管之間存在一定摩擦，松套管有可能在絞合點(diǎn)處被拉長(zhǎng)，致使松套管中光纖余長(zhǎng)被吃掉些，甚至可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)余長(zhǎng)，因此建議采用絞盤(pán)式絞合臺(tái)。

四、大余長(zhǎng)工藝控制實(shí)際生產(chǎn)比較

大余長(zhǎng)工藝主要改變P1和P2，以下是實(shí)際生產(chǎn)中大余長(zhǎng)控制數(shù)據(jù)比較：

P1=2.0‰，P2=1.3‰，當(dāng)節(jié)距放大后，P1由3.0‰變成2.0‰，松套管余長(zhǎng)加大后，P2由0.3‰變成1.3‰，但是理論上余長(zhǎng)數(shù)值相加相同。

故F小=（2.84‰+0.3‰+1.0‰）×(2.2×2.2/4×3.14×190+50×0.1×50)=4098N

F大=（2.16‰+1.3‰+1.0‰）×(1.8×1.8/4×3.14×190+50×0.1×50)=3492N

根據(jù)層絞式光纜行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)G(1km光纜的重量）＞3000N時(shí)，F(xiàn)ST力值最小為3000N，兩者均滿(mǎn)足，小余長(zhǎng)工藝光纜纜重317kg/km，大余長(zhǎng)工藝光纜纜重293kg/km。

束管工序：束管工序大余長(zhǎng)工藝主要調(diào)整熱水槽和溫水槽的水溫，溫度越高，余長(zhǎng)越大，但每個(gè)機(jī)臺(tái)增加的溫度需要根據(jù)實(shí)測(cè)余長(zhǎng)來(lái)確定，不統(tǒng)一。其次是放纖張力和收線(xiàn)張力，放纖和收線(xiàn)張力越小，余長(zhǎng)越大。

成纜工序：成纜工序主要調(diào)整節(jié)距，大余長(zhǎng)工藝節(jié)距放大后，絞合系數(shù)變小，光纖更加節(jié)約，鋼絲越細(xì)成本相對(duì)降低。

在理論上，光纜中光纖的最 佳狀態(tài)是光纖與相應(yīng)的松套管長(zhǎng)度相等。但實(shí)際生產(chǎn)中是很難達(dá)到這種理想狀態(tài)的，只能是將光纖與松套管之間的相互長(zhǎng)度設(shè)定在一定范圍之內(nèi)進(jìn)行控制。在二次套塑工藝中影響余長(zhǎng)的因素很多，其中有些因素可用作調(diào)節(jié)余長(zhǎng)的工藝手段，有的因素雖能影響余長(zhǎng)值，但不宜作為余長(zhǎng)的調(diào)節(jié)手段。

五、結(jié)語(yǔ)

光纖余長(zhǎng)是光纜生產(chǎn)中最重要的控制參數(shù)，它的好壞直接決定光纜質(zhì)量的好壞和光纜使用的性能，有其重要的意義。影響余長(zhǎng)的因素很多，他們之間相互作用又相互關(guān)聯(lián)。因此在我們生產(chǎn)過(guò)程中必須理解了各個(gè)影響因素是如何影響光纜的余長(zhǎng)，才能夠很好的控制生產(chǎn)，各個(gè)工藝參數(shù)得到嚴(yán)格控制才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品。

大余長(zhǎng)具有的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)光纜受到拉伸應(yīng)變時(shí)，大余長(zhǎng)工藝可以延緩光纖受力，保護(hù)光纖不拉斷；滿(mǎn)足抗側(cè)壓的前提下，松套管壁厚減小，增加松套管內(nèi)徑（空間），可以增加余長(zhǎng)，節(jié)約PBT用量，更好地控制材料成本；絞合節(jié)距放大后，絞合系數(shù)可減小，從而節(jié)約光纖成本。因此，大余長(zhǎng)是光纜生產(chǎn)值得推廣應(yīng)用的。