蝶形引入光缆的断纤现象及原因分析
1、在正常生产时,光纤在进模具前断裂,断点端面在显微镜下检测无明显损伤;
2、在正常生产时,光纤在进模具中断裂,断点端面在显微镜下检测有损伤;
3、成品后,检测发现光纤有断点;
4、结合蝶形引入光缆的生产工艺和断纤现象,分析造成断纤的原因有以下几个方面:
一、原材料原因
蝶形光缆的生产中通常需用到的材料有:光纤、LSZH护套料(或PVC料)、GFRP加强件(或镀锌钢丝)等,而由于光纤到户的特殊性,常会遇到需急剧转弯的场合,如墙柱拐角和室内顶棚等。故生产常多采用G.657接入网用弯曲不敏感单模光纤,使得光缆最小弯曲半径可达15 mm,甚至是10 mm。但由于光纤制造过程中会出现一些问题,影响光纤的强度,常会造成蝶形光缆的断纤事故。
a、光纤制造过程中影响光纤强度的主要因素
b、预制棒中OH含量对光纤强度的影响
MCVD法制造光纤,需要使用沉积和加套用石英管,这些石英管OH含量较高,在缩棒过程中,由于高温,OH将向预制棒中心渗透,这些OH成分与工艺中通入的Cl2(脱水用)反映,生成HCl,导致在缩棒或拉丝过程中形成气泡,预制棒制造所用热源为氢氧焰,它将在棒表面形成大量的OH,OH本身也会引起二氧化硅水解,结果引起Si-O-Si键的断裂,在石英管的表面形成微裂纹。
c、预制棒工艺不完善形成的微孔
预制棒制造工艺中,沉积层是由气体反应生成物SiO2和GeO2的微粒堆积而成的,堆积形成了若干气孔,在烧结过程中;微粒融化逐渐透明化,在此过程中,孔的内压、孔外的外部压力以及熔融SiO2的表面张力共同作用,导致孔的体积变化与温度变化存在一定复杂关系,可以证明,只有在某种条件下,ΔV/ΔT为负值,即随着温度增加,孔内体积逐渐变小,最后为零,成为理想的无气泡结构。但如工艺不完善,沉积微粒过大,堆积过程中存在直径大于500μm的气隙,则预制棒中仍然可能出现气泡。
d、加套过程中预制棒表面和加套管内壁擦伤
如预制棒存在弯曲,或预制棒预制棒送入套管过程未对中,均会造成加套过程中预制棒芯棒表面和加套管内壁擦伤,这种擦伤将会产生气泡,擦伤深度可达数微米。
在加套管和预制棒缩在一起前,如气隙中的空气为充分抽出,存在残余湿气,则烧缩后将在棒中形成气泡。预制棒表面和加套管内壁不清洁,将造成预制棒内部缺陷。
e、气体管道系统管道锈蚀形成缺陷
预制棒气体供应系统管道一般采用抗腐蚀很强的低碳不锈钢(型号为316L),但是MCVD工艺需通入氯气,潮气侵入,则在Cl2作用下,管道将局部腐蚀,产生铁或其它离子,随反应气体进入反应区,沉积于预制棒中,造成缺陷,若干断裂面观测到有金属Fe离子等,就有可能是管道存在腐蚀造成的。
f、拉丝过程中石墨炉引入的污染
现在光纤拉制一般使用石墨炉做加热源,在2000℃左右高温下,石墨炉的石墨发热体存在挥发,特别是石墨发热体使用时间过长呈现多孔状,挥发面积加大,挥发的石墨微粒与硅作用生成Si-C,附在预制棒表面形成缺陷,是光纤强度降低。
g、拉丝工艺不当引起光纤存在较大的残留应力
拉丝工艺过程中,光纤要在短短1秒时间内由2000℃降到几十度,工艺参数不当将会有较大内应力存在于光纤中。在研究光纤结构设计初期,充分考虑了掺杂物与石英线膨胀系数不一直引起的问题以及拉丝张力对光纤残余应力的影响,对光纤残余应力进行的测量表明,应力分布于光纤折射率分布是一致的,若折射率差越大,应力也越大,这是数值孔径很大的光纤预制棒容易炸裂的原因,调整拉丝参数,主要是调整拉丝张力,可以减少残余应力
光纤强度海域炉温(是决定拉丝张力的主要因素)有关,炉温较高,光纤强度也较高,但光纤损耗加大,所以要折中考虑。
因此光纤在进模具前就出现断裂的现象跟光纤本身的质量有较大的关系,光纤的质量情况尤为重要。
二、人为原因
(1)光纤或加强件放线张力不正确
由于生产员工本身培训不到位、同一台机器依据不同订单加强件(钢丝或FRP)的频繁更换、光纤张力锁紧装置由于长期使用的磨损等等因素通常会导致光纤或加强件张力出现波动较大的情况。这样若缺乏及时的检修,就会给生产带来较大的隐患:导致光纤可能因放线张力过大而拉断、钢丝因张力过小跳出导轮槽导致钢丝断掉进而引起断纤等。
因此,应及时检查并校正光纤及加强件的放线张力,通常张力如下表所示:
种类具体张力情况(N)非金属加强件2.0±0.5光纤0.65±0.05收线张力5.5±0.5
(2)分线板与机头中模口不水平
因蝶形光缆外径较小,因此对生产过程要求精细。通常在机头前大概50公分的距离会安装一个具有三个孔的过线通道(分线板),三个孔位于同一个铁架上,孔中装有瓷眼。方面有利于将两根加强件和光纤在其进入模具前集中,另一方面可以通过调整分线板的上下左右位置保障光纤与加强件不与模具摩擦从而避免事故的发生。因分线板与机头不水平导致的断纤事故也时有发生。
(3)未及时加装或打开除静电装置
在蝶形光缆的生产最快速度为100m/min,当加强件为钢丝时,通常会产生较强的静电;静电会吸附光纤致使光纤与钢丝靠的很近。在进入模具的瞬间靠的很近的加强件与光纤再度被分开,这样极容易导致断纤事故的发生。因此必须加装除静电装置并及时打开,防止光纤因静电作用而在正常生产中断掉。
三、工装模具
模具的结构对生产速度、缆的外圆圆整度、表面光洁度和缆芯是否偏心,都有很大的影响。为避免出现圆锥撕裂、针孔、裂缝和松包等缺陷,配模系数的选择在模具的设计中占有很重要的地位。首先应保证配模系数符合要求,在实际生产中,护套料我们选用阻燃聚氯乙烯,配模系数一般在1.0~1.1之间。其次,要考虑拉伸比的选取,我们常在2~3之间选取。
同时由于蝶形光缆结构特殊性,一种方式是将光纤导入模芯的方式可为针管,然后将针管镶入模具中;另一种方式是在模芯中间打一光纤孔,光纤直接穿入模芯孔中;我们通过反复试验,通过采用镶嵌针管的方式可有效的将光纤和加强件的灰尘进行分离,降低断纤事故发生的机率;
下面为接入网用蝶形引入光缆模芯结构示意图,如图
四、设备的及时检修与保养
蝶形光缆的生产,多是针对运营商的订单;保证成品的标准段长显得颇为重要。而光缆的生产也以大长度、不间断、连续性为前提,因此对设备的稳定性要求较高。“材料是基础,设备是关键,工艺是保证”,没有好的设备,一切都是空谈。因此必须按时对生产设备进行检修,对易磨损的部件进行更换,保证其时刻处于最佳状态。
五、环境的影响
任何一个成功的企业都离不开严格的环境要求,光纤要求干燥、清洁的现场环境;在正常的生产之前,对过线导轮、分线板、水槽、水箱等都必须进行彻底的清理,防止出现因灰尘粘在光纤上导致断纤事故的发生;加强件、护套料容易受潮,故应该放置于干燥、封闭的仓库进行保存。
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