1、精選優質文檔-傾情為你奉上光纖二次套塑工藝探討Study for optical fiber secondary coating technology    張海軍（江蘇通鼎光電股份有限公司   吳江  ）ZHANG Hai-jun(Jiangsu Tong Ding Optic-Electronic Stock Co., Ltd.，Wujiang ，China)摘  要：本文介紹PBT束管的成型與余長形成機理，常規的光纖二次套塑工藝的情況和存在的問題，并提出一種改進的光纖二次套塑工藝

2、制作方法與裝置，它能夠使作為光纖松套管材料的PBT得到充分結晶從而避免光纖PBT束管的擠塑后收縮, 保持束管中光纖余長的穩定。并能提高生產速度，從而提升生產效率。Abstract：This paper  has introduced PBT tube shaping and EFL in theory, and the conditions about the common-used optical fiber secondary coating technology as well as its existing problems. A modified opt

3、ical fiber secondary coating technology and installation is presented, which can make PBT, the material of the loose tube, crystallize fully, so that the post extrusion shrinkage of the tube can be avoided, and the EFL of the fibers in the tube will be stable. As a result, the speed of production is

4、 raised, so does the productivity.關鍵詞：束管成型   余長   后收縮   結晶    內應力Key words：PBT tube shaping  EFL  post extrusion shrinkage  crystallization   inner- stress一 、引言隨著我國光通信和信息產業的飛速發展，光纖光纜制造技術也得到了

5、長足的發展，光纜工藝中最關鍵的控制點是在二次套塑工序，光纖的損耗、光纜的機械性能及溫度特性等的好壞很大程度上取決于二次套塑的工藝控制，目前生產工藝已十分成熟。然而 PBT束管的擠塑后收縮仍是光纜制造中一項重要課題，一直沒有得到根本的解決。本文介紹一種改進的光纜制造工藝，光纖二次套塑制作方法與裝置，它能夠使作為光纖松套管材料的PBT在工藝過程中得到充分結晶，從而避免光纖PBT束管的擠塑后收縮, 保持束管中光纖余長的穩定，并能提高生產速度，提升勞動生產率。二 、PBT塑料的束管成型與余長形成機理用于光纖松套管材料的PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）塑料是一種可以熱成型的熱塑性材料，

6、屬于半結晶性材料，具有高耐熱性、韌性、疲勞性，在低溫下可迅速結晶，結晶度可達40%。但PBT基料的平均分子量較低, 本征粘度約為0.8, 其機械性能還不能滿足光纖松套管制作的要求，通常需對PBT基料進行擴鏈、增粘改性，以提高其平均分子量，使其本征粘度在1.2以上，從而得到有良好的力學性能，適合于光纖束管制作的PBT塑料。PBT塑料在溫度的影響下具有二次收縮性，會對光纖的余長產生一定的影響，甚至造成光纖附加損耗的增加。所以PBT束管在生產過程中，如何獲得高結晶度是生產工藝過程控制的關鍵。PBT塑料在不同溫度下的力學聚集態如圖1所示：圖1：PBT塑料在不同溫度下的力學聚集態圖中

7、：Tx脆化溫度    Tg玻璃化溫度     Tm熔化溫度    Td分介溫度PBT塑料在不同溫度下的聚集態的束管成型可分為三個區域：（1）熔融擠出區，（2）束管成型區，（3）余長形成區。分別說明如下： (1) PBT塑料的熔化溫度為225左右, 擠塑機中PBT的熔融加工溫度為250270之間。因而，在擠塑機中聚合物處于粘流態，大分子鏈活動能力增加，鏈段同時或相繼朝同一方向運動，在外力（螺桿推力）作用下，整個大分子鏈間互相滑動而產生形變，外力除去

8、后不能恢復原狀，此謂不可逆形變。（2）PBT塑料從出模口到進入冷水槽前, 即在經熱水槽和余長牽引輪區間為束管成形區。在這一區間, PBT塑料從熔融狀態溫度迅速下降, 進入熱水槽, 到達余長牽引輪, 該區水溫在4055之間, 加上PBT塑料自身余熱, PBT塑料處于高于玻璃化溫度(4045之間)的高彈態。此時，聚合物的大分子鏈已不能運動，但鏈段尚有活動能力，在外力（牽引力）作用下能產生較大形變，此謂高彈形變，這是PBT束管成形中一個重要區域。這一區域形成了束管的拉伸比（Draw Down Rate），確定了PBT束管的外徑和壁厚。這一區域的溫度和

9、PBT束管的經歷時間也決定了PBT束管的結晶程度。（3）二次套塑的冷水槽溫度通常設定在1420之間, PBT束管進入冷水槽后, 塑料處于低于玻璃化溫度, 呈玻璃態。聚合物的大分子鏈和鏈段均被凍結，在外力作用下，只是鏈段做瞬間形變，外力去除后，恢復原狀，此即彈性形變。利用PBT束管的彈性形變是獲得光纖在束管中余長的方法之一，PBT束管進入冷水槽后, 通過冷收縮, 形成光纖在束管中的余長也是在這一區間發生的。光纖在PBT束管中的余長形成是通過熱松弛原理來實現的，其原來如圖2所示：圖2：常規的光纖二次套塑生產線示意圖圖中：1為擠塑機機頭；2為余長牽引輪；3為主

10、牽引(履帶牽引輪)；4為主牽引張力控制器； 5為收線盤；6為PBT束管；7為從光纖放線架上放出的多根光纖；8為熱水槽； 9為余長牽引輪熱水箱,它有與熱水槽8連通的熱水循環系統；10為冷水槽。當PBT料從機頭擠出后進入熱水槽時, 其熔融時的粘流態轉變為高彈態, 經余長牽引輪2牽引拉伸達到所需的PBT束管的外徑和壁厚。PBT束管的拉伸比可達812。PBT束管在熱水槽區段被拉伸的過程中，其內部分子間形成晶格趨向，從而產生收縮內應力。在余長牽引輪水箱9中，繞在余長牽引輪2上的PBT束管在高于PBT的玻璃化溫度(4045) 的環境中,結晶收縮,內部分子間

11、在拉伸過程中形成的晶格趨向得到補償，從而消除收縮內應力。光纖從放線盤以一定張力放出，通過擠塑機機頭，擠上PBT塑料束管,并在束管中充以油膏, 經熱水槽成型后, 由輪式余長牽引輪牽引, 束管在輪上繞若干圈, 使光纖與束管鎖定，然后進入冷水槽。由于光纖有一定張力，因此在余長牽引輪上，束管中的光纖會靠向輪的內緣，因而光纖的纏繞直徑必然小于束管的纏繞直徑，所以在余長牽引輪上，光纖長度小于PBT管長度，光纖束管為負余長。光纖束管在熱水槽和余長牽引輪（浸在熱水箱內）區域，PBT束管的溫度在3555之間。進入冷水槽后（溫度通常設置在1420之間）, PBT管產生冷收縮

12、, 不僅補償了其在余長牽引輪上的負余長, 而且產生了正余長。三、常規光纖二次套塑生產線存在的問題    常規光纖二次套塑工藝中，當PBT料從機頭擠出后進入熱水槽時, 其熔融時的粘流態轉變為高彈態, 經余長牽引輪2牽引拉伸達到所需的PBT束管的外徑和壁厚。PBT束管在熱水槽區段被拉伸的過程中，其內部分子間形成晶格趨向，從而產生收縮內應力。在余長牽引輪水箱9中，如果繞在余長牽引輪2上的PBT束管如果能在高于PBT的玻璃化溫度(4045) 的環境中,有足夠的結晶過程的話, 那么內部分子間在拉伸過程中形

13、成的晶格趨向就能得到補償，從而消除收縮內應力。遺憾的是, 在通常的二次套塑工藝中, 在余長牽引輪2上的PBT束管所處的溫度和通過時間均不足以保證充分的結晶過程。而當PBT束管進入冷水槽后，因溫度遠低于PBT的玻璃化溫度，因而結晶過程幾乎停止。因而在二次套塑束管制成后一段時間內，PBT束管還會繼續緩慢地結晶, 以期最終達到其結晶平衡度，這就造成PBT束管的擠塑后收縮(Post Extrusion Shrinkage), 從而使束管在長度方向進一步縮短, 光纖在束管中的余長增加。通常的二次套塑生產線的結構速度可達到400500m/min, 

14、;但當工作速度超過180200m/min時, PBT管的結晶度過低, PBT管變得透明, 甚至無法成型。這也就是常規二次套塑生產線生產速度受到限制的根本原因。PBT束管的擠塑后收縮，在束管擠出后24小時以內，在高于玻璃化溫度的環境中，束管呈自由狀態時可高達0.4%0.5%，但通常在二次套塑生產環境中，光纖束管存放在室溫下，低于玻璃化溫度，后結晶很小。同時，束管是以一定的收線張力繞在盤上，限制了束管進一步收縮，因此，擠塑后收縮比上列實驗數據低得多。但當束管式光纜在擠制護套時，將遇到200以上的高溫, 在護套擠出后, 盡管護套經冷卻水冷卻. 但實驗數據表明,

15、 光纜內還有6070的溫度可持續24小時以上，才能達到與環境溫度平衡。此期間光纖束管會產生較大后收縮，直至達到PBT管的結晶平衡度. 但由于光纜中其他元件的牽制, PBT束管不可能產生較大收縮, 這種收縮趨向就轉化為較大的PBT束管的內應力，從而造成PBT束管的微觀應變, 進而會使束管內的光纖受到附加應力。在成品光纜的拉伸試驗中，除了檢驗光纜和光纖在拉伸力下的應變外，還需檢驗光纜中光纖在拉伸力下的附加損耗。行業標準規定：光纜在長期拉力下，光纖附加損耗應小于0.03dB, 在短期拉力下，光纖附加損耗應小于0.1dB。那么光纜拉伸試驗中，光纖附加損

16、耗是怎樣形成的呢，不同拉顯然它并不是光纖平均損耗（dB/Km）在力下的變化, 它是反映了被試光纜段中光纖在PBT束管中的所處狀態的變化。光纖在PBT束管中的所處狀態與光纖在束管中的余長、 以及sz絞合的拉伸窗口設計有關，也與PBT束管的幾何規整度有關。因此，上述由PBT管后收縮應力引起的PBT束管的微觀應變，在光纜受拉伸時的隨機變化也是造成光纖附加損耗的主要原因之一。所以，改善光纖二次套塑工藝，避免PBT束管的擠出后收縮是光纜制造中一項重要課題。四、介紹一種改進的光纖二次套塑生產線   我們總是希望PBT管在二次套塑工藝中盡量結晶得充分些,&#

17、160;以減小擠塑后收縮， 這可通過適當提高熱水區溫度及增長束管通過熱水區的時間來實現。下面就介紹一種改進的光纖二次套塑制作方法與裝置，如圖3所示，它能夠使作為光纖松套管材料的PBT在加工過程中得到充分結晶從而避免光纖PBT束管的擠塑后收縮, 保持束管中光纖余長的穩定，又能大大提高光纖二次套塑的加工速度。圖3：新型的高速光纖二次套塑生產線示意圖圖中1為擠塑機機頭；2為f600mm雙盤式余長牽引輪，其中一為驅動主余長牽引輪，另一個為被動分線輪；3為f600mm壓帶式輪式主牽引；4為主牽引張力控制器；5為f800mm雙盤自動切換收線盤；6為PBT束管；7為從光纖放線架上放出的多根光纖；8

18、為獨立溫控的熱水槽；9為獨立溫控的余長牽引輪熱水水浴箱；10為恒溫冷水槽。工藝過程如下: 光纖從放線盤以一定張力放出，通過擠塑機機頭，擠上PBT塑料束管, 并在束管中充以油膏,經溫度為3035獨立溫控的熱水槽成型后, 由雙輪式輪式余長牽引輪牽引, 束管在雙輪余長牽引輪上繞10圈左右, 使光纖束管在雙輪牽引輪上的纏繞長度為3040m, 獨立溫控的余長牽引輪（如圖4所示）水浴溫度為5060。 如前所述，在余長牽引輪上，光纖長度小于PBT管長度，光纖束管為負余長。進入冷水槽后（溫度通常設置為1420oC之間）, PBT管產生冷收縮,

19、0;不僅補償了其在余長牽引輪上的負余長而且產生了正余長。光纖在束管中的余長大小則可通過調節光纖放線張力、冷熱水槽的水溫差以及主牽引的牽引張力等工藝參數來調節。在光纖二次套塑的上述系統中，PBT束管可以得到充分結晶,從而大大減小或避免了擠塑后收縮現象； 生產速度可提高到280300m/min, 從而達到二次套塑高速生產的效果。其理由解釋如下: 1， 在本裝置中,將熱水槽溫度設置較低(3035), 水槽長度較長，是為了在高速擠出時, 能使PBT束管在通過熱水槽的短時間內就能定型, 2， 采用雙輪余長牽引并多圈纏繞, 設置溫度為5060。使PBT束管在獨立溫控

20、的余長牽引輪熱水水浴箱內、在高于PBT的玻璃化溫度(4045)下、并有較長停留時間，從而能加速結晶速度，提高結晶度。3，由于余長牽引輪水浴與冷水槽的溫差較大，PBT束管進入冷水槽后的冷收縮較大, 可能會造成光纖束管余長太大, 這時需通過增大主牽引的張力來制約PBT的冷收縮量, 以調節光纖在束管中的余長。由此可見，采用改進的二次套塑的方法和裝置后，可大大加速光纖二次套塑的加工速度，并能得到結晶好、擠塑后收縮小的光纖束管。圖4：雙輪余長牽引的實例照片五、試驗數據分析針對PBT束管的擠出后收縮，我們做了相關的試驗，收集了數據，如下表所示：試驗條件一試驗結果：（擠塑后收縮

21、量數值為 % ）生產速度120m/min150m/min180m/min200m/min220m/min250m/min生產設備常規線后收縮0.2590.3020.3530.396改進線后收縮0.0720.1120.1550.1920.2430.286試驗條件二試驗結果：（擠塑后收縮量數值為 % ）生產速度120m/min150m/min180m/min200m/min220m/min250m/min生產設備常規線后收縮0.3620.4120.4640.508改進線后收縮0.1280.1710.2190.2610.3130.359 從上表可以看

22、出：1、生產速度對束管后收縮是有直接影響的，速度越快，在高于PBT的玻璃化溫度(4045)下水溫里停留的時間越短，結晶越不充分，擠塑后收縮也越大；2、改進后的二次套塑線束管在獨立溫控的余長牽引輪熱水水浴箱內，在高于PBT的玻璃化溫度(4045)下、有較長停留時間，能加速結晶速度，從而提高結晶度，擠塑后收縮也就越小；3、PBT束管在高于PBT的玻璃化溫度(4045) ，60試驗環境下比25環境下后收縮比例要大。試驗條件：水溫一（常規線）：熱水槽水溫度48，冷水槽水溫度20；水溫二（改進線）：熱水槽1區水溫度35，2區水溫度55，冷水槽水溫度20；收縮試驗條件一：10米樣品，25環境下放置24小時，各取5個樣品求平均；收縮試