ADSS光缆拉断力保证

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作    者：孙宏伟 刘本章 潘强斌

单    位：烽火通信科技股份有限公司

摘    要：ADSS光缆主要抗拉元件是中心加强件FRP与增强元件芳纶纱，抗拉元件的使用可以起到防止光缆架空时受到拉力导致内部光纤受力从而导致附加衰减的增加作用，ADSS光缆拉断力是检验光缆是否具有合格性能的指标之一，光缆的结构不同和跨距不同时保证光缆具有合格拉断力的方法也不同，那么在生产中如何保证光缆具有合格的拉断力是关键控制指标。

关键词：拉断力；芳纶纱；缠绕FRP；摩擦力；填充式光缆

1.引言

ADSS光缆在一定跨距下以一定的垂度悬挂在塔杆之间，对于光缆抗拉性能要求高，光缆拉断力是表征光缆抗拉强度的指标，可以用来检验光缆抗拉元件发挥抗拉作用的大小，拉断力越大则表征光缆轴向抗拉性能越强，可以更好的保证光缆中的光纤使用过程免受外力的作用导致光纤附加衰减的增加。为保证光缆拉断力达到最大，这就需要ADSS抗拉元件可以同时受力，不同结构的光缆由于元件间的摩擦力不同，在生产过程中保证拉断力性能时需要不同的设备、材料及工艺控制方法。

2.不同结构光缆拉断力保证

2.1光缆拉断实验后试样的主要表现 

ADSS光缆的拉断实验测试是模拟ADSS敷设受力环境，采用金具夹紧一段光缆两端，一端施加拉力，记录光缆断裂时的最大力值即为光缆的拉断力【1】；众所周知光缆是由中间加强元件、光纤、套管、外护套等众多元件组成的，其中ADSS光缆的主要受力元件为芳纶纱及FRP，那么此两种元件在光缆样品进行拉断力试验后主要产生了三种表现：

（1）表现一：芳纶纱及FRP均未断裂，导致此种现象的原因是光缆外护套未完全紧包在芳纶纱上，光缆外护层受拉变细，导致外护套和主要受力元件芳纶纱间出现滑动，芳纶纱及FRP元件未起到抗拉作用。

（2）表现二：芳纶纱断裂，FRP未断裂，造成此种表现的原因是FRP晚于芳纶纱受力，芳纶纱已经达到最大断裂伸长率断裂，随后芳纶纱与内层相邻元件间出现相对滑动导致力值未向内传递，中心加强元件FRP未断裂。有一种特殊情况是一部分芳纶纱及FRP未断裂，多数芳纶纱断裂，造成此种现象的原因是芳纶纱绕包节距异常，芳纶纱线未同时受力导致；

（3）表现三：芳纶纱及FRP全部断裂，此时可以认定芳纶纱及FRP均提供了最大抗拉力值，光缆拉断力达到最佳。

2.2光缆元件间摩擦力测定

光缆的拉断实验是模仿光缆敷设时施加力的方式，光缆两端采用金具夹持，那么实验时光缆受到一个向内的握力F1，在光缆一端施加一个轴向拉伸力值F2，检测光缆拉断瞬间的最大力值，受力分析可知光缆在轴向拉伸力F2作用下有向受力方向伸长的趋势，在金具的握力F1作用下光缆元件从外向内逐层传递受力，当光缆内某一层两个元件间出现相对滑动时力将无法再向内层传递，此时内层元件无法被拉断，无法提供拉断力值，那么保证光缆间各个元件间具有足够大的摩擦力值尤为重要。

我司有可以检测各层最大静摩擦力值的仪器，主要由拉力试验机、元件拉脱杆、元件夹持杆及夹持机构组成，可以对两个元件间由静止变为相对滑动的一瞬间的最大静摩擦力值进行检测。

图一 光缆元件间摩擦力检测仪器

2.3不同结构光缆拉断力保证

2.3.1光缆拉断试样表现异常问题

为避免表现一芳纶纱及FRP均未断裂异常情况的发生，需保证外护套具有较大的包覆力值，那么通过选择合适的模芯模盖尺寸或增大两者之间的距离来增大挤出压力及升高加工温度等方法成为保证光缆外护套具有较大的包覆力值的关键控制因素。

造成表现二芳纶纱断裂，FRP未断裂的异常情况发生，主要是FRP与套管两者间发生相对滑动导致，减小了FRP的贡献拉伸力值，此种情况最常见于油膏填充式ADSS光缆。光缆根据阻水类型可分为填充式光缆与干式光缆【2】，那么我们对填充式光缆和干式光缆在设备、材料、工艺相同仅采用的阻水材料不同（干式光缆使用阻水纱及阻水带进行阻水，填充式光缆采用填充缆膏进行阻水）的情况下进行拉断试验，试验结果如下表：

表一 填充式光缆和干式光缆拉断力对比

通过表一可知填充式光缆实验拉断力低于干式光缆的拉断力，拉断试样的表现为FRP未断裂，那么使用我司光缆元件间摩擦力检测仪器可检测FRP和套管之间的摩擦力仪器，在相同的制造条件下对所测干式光缆和填充式光缆套管和FRP间的最大摩擦力检测结果如下：

表二 全干式及填充式光缆套管与FRP间的摩擦力

通过表二实验对比可知填充式光缆套管与FRP间的摩擦力＜干式光缆套管与FRP间的摩擦力，这是由于填充的缆膏具有润滑作用，减小了两者间的摩擦力，当进行拉断力试验时由于套管和FRP间摩擦力过小导致两者间发生相对滑动，FRP未起到抗拉作用或提供抗拉力较弱。

2.3.2填充式光缆套管与FRP间摩擦力小问题

为了防止套管与加强元件间发生相对滑动，增大两元件间的摩擦力，主要可以从工艺及材料上进行改进：

（一）从工艺角度出发，仅通过缩小芳纶纱绕包节距所得如下拉断力：

表三 不同芳纶纱绕包节距下光缆拉断力及试样表现

通过实验结果可知缩小芳纶纱绕包节距可以增大拉断力值，这是因为绕包节距缩小后，相对在金具握力作用下轴向运动长度变长，芳纶纱的受力后延，可以将金具握力F1更好的向内传递，达到FRP与芳纶纱同时受力的目的。但考虑光缆生产过程中绞笼设备的稳定性，纱线绕包节距设定不能过小，同时当芳纶纱绕包节距缩小后，光缆缆应变也随之增大，光缆架空时弧垂变大，光缆负荷变重。

（二）从材料上使套管与加强元件相接触的表面变粗糙可以增大套管与加强元件间的摩擦力，通过探究主要以下有两种方法增大两个元件间的表面摩擦力：

（1）使用缠绕FRP增大两者间的摩擦力，缠绕FRP是在FRP加工过程中同时在其表面缠绕绕包两根玻璃纱，突出于表面的玻璃纱使缠绕FRP相比于常规FRP变得不再光滑。

（2）在FRP表面加护粗糙的PE垫层，FRP表面较光滑，在其表面加护粗糙PE起到了增大了套管与加强元件的表面摩擦力作用。

表四   使用表面粗糙程度的不同加强元件   

从实验结果可知使用绕纱FRP后套管与加强元件的摩擦力显著增大，拉断试样表现为所有元件全部断裂，此时认为芳纶纱及FRP均提供了最大抗拉力值，拉断力达到最佳。通过实验说明采用绕纱FRP可以防止套管与FRP间“打滑”导致FRP未断现象，保证填充式光缆具有较大的拉断力。

3.ADSS光缆所用绞笼节距设定探究

3.1绞笼设备的使用方法

芳纶纱作为ADSS中最主要的抗拉元件，在光缆生产中芳纶纱以固定的节距绕包在缆芯上来弱化不同根纱线的长度差异，防止纱线长短不一导致光缆抗拉强度(RTS)的下降，芳纶纱放线是采用绞笼设备以在一定的张力下放出，那么绞笼设备的稳定性是非常重要的，我司现今采用的是电磁线圈阻尼电控式绞笼，通过电磁感应使芳纶纱以恒定张力、固定绕包节距均匀放出，我们在安装芳纶纱筒时，纱筒在绞笼内必须均匀分布以保证包覆的圆整度，当填充纱与芳纶纱一同使用时，靠近外护套层必须添加尽可能多抗拉力值相对大很多的芳纶纱，粗纱和细纱在安装纱筒时必须在绞笼内交替分布，以保证光缆的力学性能；

3.2内外层芳纶纱节距差设定探究

当芳纶纱根数较多时，需同时采用多个绞笼生产ADSS光缆，在拉断试验后试样表现出部分纱线未断裂情况主要属于内外层绞笼节距设定不佳导致，那么对于内外层绞笼芳纶纱节距差设定进行试验如下探究：

通过实验可知，当设定外层纱线节距＜内层纱线节距时，所有元件全断且拉断力最大，这是因为在金具握力作用F1下，力逐渐向内传递过程中外层纱线先于内层纱线受力，当外层纱线节距≥内层纱线节距时，外层纱线会因在拉断试验过程中先受力及绕包节距相对较大的原因更快的到达断裂伸长率提前断裂，抗拉元件受力不均导致光缆拉断力值较小。 

4.小结

通过适宜的模具选配及挤塑温度设定保证外护套包覆力，通过设定适宜的芳纶纱节距、正确的内外层节距差及采用新型加强元件材料，保证FRP贡献足够大的拉伸力值，从而保证光缆具有合格的拉断力。

参考文献

[1]潘强斌, 陈浩, 相正键. ADSS力学性能与护套生产工艺关系的探究[C]// 光缆电缆学术年会. 2014.

[2]YD/T908-2011光缆型号命名方法[S].2011.

END