1、中心束管式光纜纜芯回縮問題的解決方法上海電纜研究所李蘇明亨通集團公司杜柏林摘要：本文針對中心束管式光纜的被覆光纖PBT套管在實際工程線路應用過程中普遍發生回縮這一現象，進行了詳細研究，并提出了光纜生產和工程施工中解決該問題的方法。關鍵詞：中心束管式光纜制造和應用、束管纜芯回縮問題的解決方法。1問題的提出中心束管式光纜由于具有結構小、重量輕、成本低、使用方便等優點，多年來廣泛受到用戶的歡迎，大量使用于管道和架空光通信線路中。在實際線路工程施工和維護中，我們經常發現中心束管式光纜在接頭盒內出現PBT管被覆光纖（光纜纜芯）回縮，回縮長度達數厘米至十幾厘米不等，回縮發生時間有時僅在光纜架設，接頭熔接完

2、成的數天后，有時則在工程完工驗收的數月后。回縮情況嚴重的甚至發生 PBT 管被覆光纖從光纖接頭固定板上滑落下來，造成 PBT管口附近的裸光纖在 PBT管滑落處被嚴重彎曲，損耗劇增，甚至發生裸光纖被滑落的 PBT 管與光纖接頭固定板剪切而出現光纖斷裂，造成線路故障。2光纜中纜芯發生回縮問題的原因分析對于光纜中纜芯發生回縮現象，現場分析判斷結果為受環境溫度變化等因素影響，纜芯與外層護套由于各自的材料溫度膨脹收縮系數不同，或由于 PBT 管與護套在加工過程中材料內部存有不同的殘余應力，造成纜芯收縮相對過大所致。纜芯發生回縮的另一個原因是光纜纜芯與護套之間必定發生了相對滑移，纜芯與護套間的結構不緊密，

3、兩者之間的摩擦系數不夠大。對于松套層絞式光纜， 從結構上看，由于其加強元件位于纜芯中心位置，PBT管松套被覆光纖（光纖單元）呈螺旋狀或SZ 螺旋狀纏繞在中心加強元第1頁共5頁件的周圍，并被扎線或包帶緊緊包扎固定，于是纜芯各部件間相互摩擦系數大，結構位置穩定，其綜合機械物理性能和溫度線膨脹系數基本取決于中心加強元件。通常在線路架設施工時，中心加強元件被緊固在接頭盒的緊固螺栓上，因此光纜在使用中，無論環境溫度如何變化，纜芯對接頭盒來說，其幾乎沒有相對伸縮變化。再看外護層，一般大都采用鋼塑復合釉結縱包護套或鋁塑釉結縱包護套，其機械物理性能和溫度線膨脹系數也基本依賴于縱包鋼帶或鋁帶金屬材料，因此，在使

4、用環境條件下，纜芯與外護層的膨脹和收縮差異不大。另外，通常在光纜架設施工時，光纜外護套還被卡壓固定在接頭盒的光纜密封固定口處，這樣架設在線路上的整根光纜與接頭盒可看作為一個連成線路的整體，它們之間幾乎沒有相對的伸縮變化。至于接頭盒內的PBT管被覆光纖，長度很短，其伸縮變化量可忽略。所以我們認為，層絞式光纜不存在接頭盒內PBT 管光纖單元回縮問題。并且，通過對大量實際運行中的松套層絞式光纜線路進行觀察，其結果也證實了這一點。對于中心束管式光纜，其 PBT 管被覆光纖即為光纜纜芯， PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）被覆材料的線膨脹系數約為 8×10?/ °C。而一般中心束管式光纜

5、的外護套層中夾層中夾有加強鋼絲和鋼塑堿結復合帶，護套的機械物理性能和溫度線膨脹系數很大程度上取決于加強鋼絲和縱包鋼帶材料，鋼材的線膨脹系數為 1×10?/ °C，因此，纜芯與外護套之間由于材料溫度線膨脹系數的差異，存在著熱脹冷縮程度不同，很明顯， PBT管的熱脹冷縮較為嚴重。通常中心束管式光纜在線路架設施工時，護套中的加強鋼絲被緊固在接頭盒的緊固螺栓上。因此，隨著環境溫度下降。當 PBT 管被覆光纖光纜纜芯與外護套結構又不緊密時， PBT管被覆光纖纜芯則在接頭盒內發生向光纜內回縮。反之， 隨著環境溫度升高， PBT管被覆光纖纜芯則在接頭盒內又發生向光纜外伸長。另外，在二次被

6、覆光纖生產過程中，冷卻第2頁共5頁水的溫度和 PBT管的被冷卻時間、速度會影響 PBT管材料的內部是否形成結晶和結晶顆粒大小及結晶度， PBT管的被牽引拉伸速度， 冷卻水溫度和擠出模具尺寸則會影響 PBT管材料的拉伸取向程度，使被覆層內存留有應力。適當控制這些操作工藝因素，材料的結晶情況和適當的分子取向補償 PBT 管纜芯的回縮程度。但當冷卻水溫度、 PBT冷卻速度、 PBT管牽引拉伸控制不當時，則會發生隨溫度變化而加劇 PBT管被覆光纖回縮進光纜內的現象。3中心束管式光纜PBT管回縮問題的解決方法針對上述這些造成中心束管式光纜發生 PBT管被覆光纖回縮的原因，我們首先改變了以往在 PBT 管

7、纜芯與外護層之間充填油膏達到光纜縱向防水密封的做法，改用縱包阻水帶的干式阻水結構，并采用緊縱包模具和壓力式擠出工藝來控制光纜截面結構緊密，這樣有效增大了纜內PBT 管纜芯與外護層內壁之間的摩擦系數，避免了阻水密封油膏的洞滑作用，使PBT 管與外護層內壁間具有足夠大的摩擦力，從而有效阻礙了 PBT 管被覆光纖纜芯的單獨膨脹和收縮。其次，在 PBT管二次被覆光纖擠出生產過程中，我們對冷卻水溫度、水槽長度、牽引速度和擠出模具的模口尺寸等工藝參數進行了理論研究。分析并調整了實際操作工藝條件。根據高聚物材料的結晶特性分析和實驗測試數據結果，我們確認，即使是同種高聚物，當在不同溫度下形成結晶時，結晶材料所

8、表現出來的特性是不同的。在較高的溫度下形成結晶時，材料內所有結晶的形態比較相近（熔點溫度范圍窄） ，結晶也比較充分（結晶度高），并且材料在玻璃化溫度（ Tg/ 至熔點溫度 Tm）間所表現出來的機械強度、模量、溫度穩定性均比在較低溫度結晶時有較大的提高。 PBT材料因分子鏈段中帶有苯側基因，分子鏈的內旋轉比較困難，分子鏈的柔性稍差，它只能在熔體較緩慢地冷卻時才能結晶，冷卻過快時則不能形成結晶。因此如果希望得到結晶度較高。結晶顆粒大小較為一致，即力學特性優良、第3頁共5頁溫度穩定性能好的被覆光纖 PBT管，冷卻水溫一定不能過低。 PBT材料與分子間的相互作用較強，一旦形成結晶，則結晶結構比較穩定，

9、關于這一點我們通過材料力學性能和線膨脹系數的Tg 至 Tm范圍溫度穩定性測試得到了證實。材料結晶度可通過冷卻水溫和冷卻時間（水槽長度）來控制。另外，結晶結構對材料力學性能也起著重要作用，理論分析和實驗測試結果一致認為材料內部結晶顆粒小的時候，其抗張強度、模量、斷裂伸長和韌性等都較材料內部結晶顆粒小的時候來得高，材料結晶顆粒大小可通過冷卻速度來控制。因此，我們按上述原理，通過反復仔細調整 PBT 管二次被覆光纖擠出生產工藝條件，自主開發了一套 PBT 管被覆光纖的制造工藝參數。必須指出的是，在進行 PBT 管二次被覆光纖擠出生產的同時，高聚物在熔融擠出狀態下的出模口擠壓和被牽引拉伸而出現分子取向

10、過程也是一個重要的問題。 PBT 管被覆材料的力學性能在分子單軸取向后變為各向異性，在分子鏈取向方向上的抗拉強度、模量等特性得到了顯著提高，但就材料熱性能來說，材料在取向方向上的熱收縮率卻也明顯增大。在實際二次被覆光纖制造中， PBT被覆管材料中若殘存較大的分子取向力， 則不僅會導致被覆光纖 PBT 管的受熱嚴重收縮，還會嚴重影響被覆光纖的溫度損耗特性。材料取向程度取決于冷卻水溫度、牽引速度和模口尺寸等。在PBT管被覆光纖擠出加工過程中， PBT材料不可避免地受到模口擠壓和被牽引拉伸，工藝條件稍有不當就會造成材料取向過度。我們通過精心調整二段冷卻水溫度。擠出模芯 / 模套尺寸、牽引速度、熔融

11、PBT管進入冷卻水位置和加長水槽長度等措施，綜合兼顧了制品結晶度高、結晶顆粒小且均勻、分子取向程度小這幾項材料特性，成功制成了抗拉、抗壓強度大和溫度線膨脹系數小的被覆光纖 PBT管。通過對約 1000km的 PBT管被覆光纖的被覆管測試結果表明，平均抗拉強度為 80Mpa以上，溫度線膨脹系數為 3.7 ×10 ?/ 。對于采用該類 PBT管被覆光纖制成的中心束管式干式阻水光纜， 在國第4頁共5頁內 7 個省的電信線路上運行了一年后，我們對光纜接頭盒內的PBT管被覆光纖回縮問題進行了調查，結果發現接頭盒內的PBT 管被覆光纖回縮量全部不超過 3cm，有的甚至不回縮，取得了良好的效果。另

12、外，在中心束管式光纜線路架設施工中，我們在安裝接頭盒進行光纜接續時，還特別對接頭盒內的被覆光纖的 PBT 管切割長度作了處理。根據接頭盒的長度尺寸，我們把 PBT管切割位置控制在 PBT管被光纖超過接頭盒中心位置約 5cm處，使 PBT管在光纖接頭固定板上的長度充足 （約 10cm）。這樣，即使 PBT 管被覆光纖在以后的運行過程中稍有回縮，也不至于一定從光纖接頭固定板上滑落下來，加大了線路系統運行的安全系數。在上述中心管式光纜PBT管回縮問題的解決方法中，采用阻水帶縱包干式阻水緊結構光纜和在光纖線路接續施工中采取簡易切割位置選擇處理措施雖是簡單有效的方法，但改變PBT 材料溫度線膨脹系數等特性的方法卻是最根本有效的方法，然而通過冷卻水溫度、水