中心束管式光缆缆芯回缩问题的解决方法.docx

中心束管式光缆缆芯回缩问题的解决方法上海电缆研究所 李苏明 亨通集团公司 杜柏林摘 要：本文针对中心束管式光缆的被覆光纤 PBT套管在实际工程线路应 用过程中普遍发生回缩这一现象，进行了详细研究，并提出了光缆生产和 工程施工中解决该问题的方法关键词：中心束管式光缆制造和应用、束管缆芯回缩问题的解决方法1 .问题的提出中心束管式光缆由于具有结构小、重量轻、成本低、使用方便等优点， 多年来广泛受到用户的欢迎，大量使用于管道和架空光通信线路中在实 际线路工程施工和维护中，我们经常发现中心束管式光缆在接头盒内出现 PBT管被覆光纤（光缆缆芯）回缩，回缩长度达数厘米至十几厘米不等，回 缩发生时间有时仅在光缆架设，接头熔接完成的数天后，有时则在工程完 工验收的数月后回缩情况严重的甚至发生 PBT管被覆光纤从光纤接头固 定板上滑落下来，造成PBT管口附近的裸光纤在PBT管滑落处被严重弯曲, 损耗剧增，甚至发生裸光纤被滑落的 PBT管与光纤接头固定板剪切而出现 光纤断裂，造成线路故障2 .光缆中缆芯发生回缩问题的原因分析对于光缆中缆芯发生回缩现象，现场分析判断结果为受环境温度变化等 因素影响，缆芯与外层护套由于各自的材料温度膨胀收缩系数不同，或由 于PBT管与护套在加工过程中材料内部存有不同的残余应力，造成缆芯收 缩相对过大所致。

缆芯发生回缩的另一个原因是光缆缆芯与护套之间必定 发生了相对滑移，缆芯与护套间的结构不紧密，两者之间的摩擦系数不够 大对于松套层绞式光缆，从结构上看，由于其加强元件位于缆芯中心位置， PBT管松套被覆光纤（光纤单元）呈螺旋状或 SZ螺旋状缠绕在中心加强元 件的周围，并被扎线或包带紧紧包扎固定，于是缆芯各部件间相互摩擦系 数大，结构位置稳定，具综合机械物理性能和温度线膨胀系数基本取决于 中心加强元件通常路架设施工时，中心加强元件被紧固在接头盒的 紧固螺栓上，因此光缆在使用中，无论环境温度如何变化，缆芯对接头盒 来说，其几乎没有相对伸缩变化再看外护层，一般大都采用钢塑复合釉 结纵包护套或铝塑釉结纵包护套，具机械物理性能和温度线膨胀系数也基 本依赖于纵包钢带或铝带金属材料，因此，在使用环境条件下，缆芯与外 护层的膨胀和收缩差异不大另外，通常在光缆架设施工时，光缆外护套 还被卡压固定在接头盒的光缆密封固定口处，这样架设路上的整根光 缆与接头盒可看作为一个连成线路的整体，它们之间几乎没有相对的伸缩 变化至于接头盒内的PBTf被覆光纤，长度很短，其伸缩变化量可忽略 所以我们认为，层绞式光缆不存在接头盒内 PBT管光纤单元回缩问题。

并 且，通过对大量实际运行中的松套层绞式光缆线路进行观察，其结果也证 实了这一点对于中心束管式光缆，其 PBT管被覆光纤即为光缆缆芯，PBT （聚对苯 二甲酸丁二醇酯）被覆材料的线膨胀系数约为 8X10-7 a而一般中心束 管式光缆的外护套层中夹层中夹有加强钢丝和钢塑碱结复合带，护套的机 械物理性能和温度线膨胀系数很大程度上取决于加强钢丝和纵包钢带材 料，钢材的线膨胀系数为1X10C,因此，缆芯与外护套之间由于材料 温度线膨胀系数的差异，存在着热胀冷缩程度不同，很明显， PBT管的热胀冷缩较为严重通常中心束管式光缆路架设施工时，护套中的加强钢 丝被紧固在接头盒的紧固螺栓上因此，随着环境温度下降当 PBT管被 覆光纤光缆缆芯与外护套结构又不紧密时，PBT管被覆光纤缆芯则在接头盒 内发生向光缆内回缩反之，随着环境温度升高，PBT管被覆光纤缆芯则在 接头盒内又发生向光缆外伸长另外，在二次被覆光纤生产过程中，冷却水的温度和PBT管的被冷却时间、速度会影响 PBT管材料的内部是否形成 结晶和结晶颗粒大小及结晶度，PBT管的被牵引拉伸速度，冷却水温度和挤 出模具尺寸则会影响PBT管材料的拉伸取向程度，使被覆层内存留有应力。

适当控制这些操作工艺因素，材料的结晶情况和适当的分子取向补偿 PBT管缆芯的回缩程度但当冷却水温度、PBT冷却速度、PBT管牵引拉伸控制 不当时，则会发生随温度变化而加剧 PBT管被覆光纤回缩进光缆内的现象3 .中心束管式光缆PBT管回缩问题的解决方法针对上述这些造成中心束管式光缆发生 PBT管被覆光纤回缩的原因，我 们首先改变了以往在 PBT管缆芯与外护层之间充填油膏达到光缆纵向防水 密封的做法，改用纵包阻水带的干式阻水结构，并采用紧纵包模具和压力 式挤出工艺来控制光缆截面结构紧密，这样有效增大了缆内 PBT管缆芯与外护层内壁之间的摩擦系数，避免了阻水密封油膏的洞滑作用，使 PBT管与外护层内壁间具有足够大的摩擦力，从而有效阻碍了 PBT管被覆光纤缆芯的单独膨胀和收缩其次，在PBT管二次被覆光纤挤出生产过程中，我们对冷却水温度、水 梢长度、牵引速度和挤出模具的模口尺寸等工艺参数进行了理论研究分 析并调整了实际操作工艺条件根据高聚物材料的结晶特性分析和实验测 试数据结果，我们确认，即使是同种高聚物，当在不同温度下形成结晶时， 结晶材料所表现出来的特性是不同的在较高的温度下形成结晶时，材料 内所有结晶的形态比较相近（熔点温度范围窄），结晶也比较充分（结晶度 高），并且材料在玻璃化温度（Tg/至熔点温度Tm间所表现出来的机械强 度、模量、温度稳定性均比在较低温度结晶时有较大的提高。

PBT材料因分子链段中带有苯侧基因，分子链的内旋转比较困难，分子链的柔性稍差， 它只能在熔体较缓慢地冷却时才能结晶，冷却过快时则不能形成结晶因 此如果希望得到结晶度较高结晶颗粒大小较为一致，即力学特性优良、温度稳定性能好的被覆光纤PBT管，冷却水温一定不能过低PBT材料与分 子间的相互作用较强，一旦形成结晶，则结晶结构比较稳定，关于这一点 我们通过材料力学性能和线膨胀系数的 Tg至Tm范围温度稳定性测试得到 了证实材料结晶度可通过冷却水温和冷却时间（水梢长度）来控制另 外，结晶结构对材料力学性能也起着重要作用，理论分析和实验测试结果 一致认为材料内部结晶颗粒小的时候，其抗张强度、模量、断裂伸长和韧 性等都较材料内部结晶颗粒小的时候来得高，材料结晶颗粒大小可通过冷 却速度来控制因此，我们按上述原理，通过反复仔细调整 PBT管二次被覆光纤挤出生产工艺条件，自主开发了一套 PBT管被覆光纤的制造工艺参数必须指出的是，在进行 PBT管二次被覆光纤挤出生产的同时，高聚物 在熔融挤出状态下的出模口挤压和被牵引拉伸而出现分子取向过程也是一 个重要的问题PBT管被覆材料的力学性能在分子单轴取向后变为各向异 性，在分子链取向方向上的抗拉强度、模量等特性得到了显著提高，但就 材料热性能来说，材料在取向方向上的热收缩率却也明显增大。

在实际二 次被覆光纤制造中，PB嵌覆管材料中若残存较大的分子取向力， 则不仅会 导致被覆光纤PBT管的受热严重收缩，还会严重影响被覆光纤的温度损耗 特性材料取向程度取决于冷却水温度、牵引速度和模口尺寸等在 PBT 管被覆光纤挤出加工过程中，PBT材料不可避免地受到模口挤压和被牵引拉 伸，工艺条件稍有不当就会造成材料取向过度我们通过精心调整二段冷 却水温度挤出模芯/模套尺寸、牵引速度、熔融PBT管进入冷却水位置和 加长水梢长度等措施，综合兼顾了制品结晶度高、结晶颗粒小且均匀、分 子取向程度小这几项材料特性，成功制成了抗拉、抗压强度大和温度线膨 胀系数小的被覆光纤PBT管通过对约1000km的PBT管被覆光纤的被覆管 测试结果表明，平均抗拉强度为 80Mpa以上，温度线膨胀系数为3.7X10 - 2C对于采用该类PBTt被覆光纤制成的中心束管式干式阻水光缆， 在国 内7个省的电信线路上运行了一年后，我们对光缆接头盒内的 PBT管被覆 光纤回缩问题进行了调查，结果发现接头盒内的 PBT管被覆光纤回缩量全 部不超过3cni有的甚至不回缩，取得了良好的效果另外，在中心束管式光缆线路架设施工中，我们在安装接头盒进行光缆 接续时，还特别对接头盒内的被覆光纤的 PBT管切割长度作了处理。

根据接头盒的长度尺寸，我们把PBT管切割位置控制在PBT管被光纤超过接头 盒中心位置约5cm处，使PBT管在光纤接头固定板上的长度充足（约10cmj） 这样，即使PBT管被覆光纤在以后的运行过程中稍有回缩，也不至于一定 从光纤接头固定板上滑落下来，加大了线路系统运行的安全系数在上述中心管式光缆PBT管回缩问题的解决方法中，采用阻水带纵包干 式阻水紧结构光缆和在光纤线路接续施工中采取简易切割位置选择处理措 施虽是简单有效的方法，但改变 PBT材料温度线膨胀系数等特性的方法却 是最根本有效的方法，然而通过冷却水温度、水梢长度、牵引速度、挤出 模具模口尺寸配合、熔体 PBT进入冷却水位置等因素来精确控制 PBT材料 内部同时兼备适当结晶度和结晶颗粒大小、均匀性及分子取向程度却又显 得较复杂困难据新近的有关资料报道，在 PBT熔体中添加某些低分子试剂作晶种，即可在宽阔的温度范围得到高结晶度的小颗粒结晶这样，有 望大大简便PBT材料改造的操作过程和条件，这将成为我们进一步研究的 方向。