光纜生產(chǎn)工藝中最關鍵的工序莫過于二次套塑（束管工序）。光纜的主要性能包括光纖的損耗、光纜拉伸性能和溫度特性等，在很大程度上取決于二次套塑的工藝控制，而套塑工藝中最主要的控制參數(shù)是光纖在束管中的余長。本文將討論常規(guī)光纜最重要的工藝參數(shù)——光纖余長。

一、 引言

多年以來，光纜生產(chǎn)設備、生產(chǎn)技術都在不斷提升和改進，光纜生產(chǎn)工藝也已經(jīng)十分成熟，但隨著5G網(wǎng)絡的深度覆蓋，以及F5G的推進，很多應用場景對光纜生產(chǎn)提出了更高的要求。而光纖余長是光纜生產(chǎn)過程中最關鍵的工藝參數(shù)，也是影響因素最 多的工藝參數(shù)，是確定光纜質量和性能的重要工藝指標。光纖余長可以是小余長，也可以是大余長，本文的目的在于探討大余長工藝的優(yōu)點，以便在今后的光纜生產(chǎn)中可作借鑒。

二、 余長定義及余長形成的機理

光纖余長的控制是在束管生產(chǎn)工序中，放纖裝置、冷卻系統(tǒng)、余長牽引輪、收線裝置等各環(huán)節(jié)都會影響余長控制。

光纖余長一般是指松套管中光纖余長，松套管中光纖余長是指單位松套管長度內光纖與松套管長度差的百分比。

松套管中光纖余長定義為：

在二次套塑工藝中，余長的形成主要有兩種方法：單牽引生產(chǎn)線的熱收縮法和雙牽引生產(chǎn)線的彈性拉伸法。

1.熱收縮法簡單描述如下：光纖經(jīng)過放線導輪通過擠塑機頭，置入PBT 松套管，并在松套管中填充纖膏，由盤式牽引輪進行牽引，光纖和松套管在盤式牽引輪上得到鎖定。光纖受放線張力的作用會在盤式牽引輪上向松套管內側靠近，因而光纖纏繞直徑必然小于松套管的纏繞直徑，形成一定的負余長。松套管進入冷水槽后由于冷、熱水溫差，PBT 會產(chǎn)生冷收縮，不僅補償了其在盤式牽引輪上的負余長，而且得到了所需要的正余長。松套管經(jīng)輔助牽引張力及收線張力的作用可得到所需的余長值。

2.對于雙牽引來說單牽引生產(chǎn)線產(chǎn)生光纖余長的各種因素，雙牽引生產(chǎn)線都會起作用。不過雙牽引生產(chǎn)線影響光纖余長最主要的因素是履帶牽引與盤式牽引兩部分的速度差。盤式牽引速度快于履帶牽引速度，由于履帶牽引皮帶只壓住了松套管而沒有壓住光纖，所以盤式牽引輪較快的速度產(chǎn)生較大的張力將兩牽引部分之間的松套管拉長（彈性拉伸），過盤式牽引后，松套管從盤式牽引輪上出來進入冷卻水槽中，大張力消失，松套管回縮產(chǎn)生光纖余長。其主要用來生產(chǎn)大管徑、大余長的松套管。

3.提到大余長，就得先了解以下概念：

胡克定律：應力=應變系數(shù)楊氏模量

其中光纜應變系數(shù)最重要，主要由光纜中的光纖余長與允許光纖應變組成。

以層絞式光纜為例，光纜余長由光纜拉伸窗口+松套管余長組成，假設拉伸窗口P1=0.3%，束管余長P2=0.3‰；改變P1的重要參數(shù)就是節(jié)距S，其次是束管直徑D和加強件直徑d，其算式為：

以中國移動GYTS光纜為例，它的力值主要由鋼絲加強件和鋼帶決定，假設鋼絲模量為190Gpa，鋼帶模量為60Gpa，則力值為：F=(3.0‰+0.3‰)×[（鋼絲截面積×190）+鋼帶寬度×基帶厚度×60]

三、影響余長的因素

影響余長的因素很多，他們之間是既獨立又相互聯(lián)系。在束管工序生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)都不同程度地影響著余長的大小，具體總結起來主要有如下幾個方面對余長有影響。

（一）放線張力系統(tǒng)對余長的影響

放線張力系統(tǒng)是由放線張力+過渡導輪的摩擦力+光纖過集纖模、導管、針頭的摩擦力組成。在放線張力系統(tǒng)的作用下，光纖發(fā)生拉伸應變，并在盤式牽引輪上使光纖靠向松套管的內側壁。所以在盤式牽引輪上光纖長度小于松套管長度，形成負余長。張力越大，光纖拉得越緊，則光纖在管內靠向內側越甚，束管中光纖余長負得越多（正余長越?。瑥埩υ叫?，正余長越大。在生產(chǎn)前要求生產(chǎn)人員檢查過渡導輪運轉是否靈活；導輪、集纖模、導管、針頭是否干凈；導管、針頭是否同心。這些因素都可能影響束管余長的一致性。

放線張力對余長影響是張力越大，其光纖被拉伸的程度越大，相對在熱水槽段松套管的負余長越大，最終余長就越小。因此在生產(chǎn)中由于放線架不穩(wěn)或放線主力過大，都會使松套管余長不穩(wěn)，形成松套管中各個光纖長度相差較大。有的設備為主動放線，有的為被動放線，但張力不穩(wěn)對光纖的余長都有影響，被動放線影響較大。余長張力是我們日常生產(chǎn)中最常見調節(jié)余長的工藝參數(shù)之一，他的調節(jié)對余長變化比較敏感。余長張力調大時松套管余長變小，相反張力調小時余長變大。調節(jié)余長張力是一種容易控制的調節(jié)方式，也有穩(wěn)定的量度，容易調節(jié)，但他的調節(jié)范圍不是很大，只能將余長在小范圍的調節(jié)。

（二）冷卻水溫差對余長的影響

冷卻水槽除了給擠塑成形的松套管冷卻定型之外，一個重要作用就是以盤式牽引輪為界設定一個適當?shù)乃疁夭睿员阌谡{節(jié)光纖在束管中的余長。二次套塑生產(chǎn)線的冷卻水一般分為三段控制。即靠近擠塑機機頭的水槽為第一段，水溫最 高；牽引輪前面一節(jié)水槽為第二段，也為溫水?？杀鹊谝欢嗡疁厣缘鸵恍?，但比牽引輪后的水槽，即第三段水溫高。這樣既有利于余長的控制，也有利于PBT材料的成形。水溫差越大，正余長越大，反之越小。

冷熱水溫的調節(jié)是余長控制的最主要因素。熱水槽溫度也是調節(jié)松套管余長的主要工藝參數(shù)，在其他參數(shù)穩(wěn)定不變的情況下，一般溫度提高，余長變大，由于 PBT 的結晶溫度一般是高于 45~50℃，如果熱水溫度過低，PBT 結晶不好會影響其松套管的性能，松套管后期收縮會很大。而熱水和冷水的溫度差是最終決定松套管的余長，一般溫差越大，其松套管收縮越大，余長越大，反之則小。油膏的性能也是影響余長穩(wěn)定性的重要因素。我們平時生產(chǎn)中?？磾D塑機頭和熱水槽間的纖膏液面的穩(wěn)定性來判斷束管余長的穩(wěn)定性。纖膏的黏度是決定余長大小的重要因素，纖膏的黏度和其加熱溫度成反比，當溫度提高時纖膏粘度降低，纖膏粘度對松套管余長影響的范圍很大。當纖膏粘度達到一定程度時，松套管余長就不可控，可能松套管內光纖的余長相差很大。

（三）松套管在盤式牽引輪上的圈數(shù)對余長的影響

溫水供水系統(tǒng)不僅向第二節(jié)水槽中供水也向盤式牽引輪上供水，其不僅可減小松套管在盤式牽引輪上的運行摩擦，另外還可使松套管在盤式牽引輪上進一步冷卻。松套管在盤式牽引輪上圈數(shù)越多，松套管冷卻越充分，其在牽引輪后的冷卻水槽中收縮相對減小，余長減小。反之圈數(shù)越少，余長越大。

（四）環(huán)境溫度對余長的影響

在松套管的生產(chǎn)和存放過程中，環(huán)境溫度對松套管余長的產(chǎn)生和穩(wěn)定性都有較大的影響，因此二次套塑工序的環(huán)境溫度一般與二套生產(chǎn)松套管時的冷卻水溫度接近并保持穩(wěn)定，這樣才能盡量減小環(huán)境溫度變化對松套管余長的影響。

（五）光纜結構固定后的余長

光纜結構固定后，其余長大小由成纜時松套管與填芯的絞合角決定。一般絞合角越大其余長越大。決定絞合角的因素是成纜節(jié)距，節(jié)距越小，絞合角越大，余長就越大。絞合也是余長的重要來源，目的是利用成纜形成余長就足夠了。成纜過程中可能“吃掉”松套管中光纖余長，對于導管式絞合臺，在 SZ 絞時，由于松套管要通過較長的絞合管，松套管和絞合管之間存在一定摩擦，松套管有可能在絞合點處被拉長，致使松套管中光纖余長被吃掉些，甚至可能會導致負余長，因此建議采用絞盤式絞合臺。

四、大余長工藝控制實際生產(chǎn)比較

大余長工藝主要改變P1和P2，以下是實際生產(chǎn)中大余長控制數(shù)據(jù)比較：

P1=2.0‰，P2=1.3‰，當節(jié)距放大后，P1由3.0‰變成2.0‰，松套管余長加大后，P2由0.3‰變成1.3‰，但是理論上余長數(shù)值相加相同。

故F小=（2.84‰+0.3‰+1.0‰）×(2.2×2.2/4×3.14×190+50×0.1×50)=4098N

F大=（2.16‰+1.3‰+1.0‰）×(1.8×1.8/4×3.14×190+50×0.1×50)=3492N

根據(jù)層絞式光纜行業(yè)標準要求，當G(1km光纜的重量）＞3000N時，F(xiàn)ST力值最小為3000N，兩者均滿足，小余長工藝光纜纜重317kg/km，大余長工藝光纜纜重293kg/km。

束管工序：束管工序大余長工藝主要調整熱水槽和溫水槽的水溫，溫度越高，余長越大，但每個機臺增加的溫度需要根據(jù)實測余長來確定，不統(tǒng)一。其次是放纖張力和收線張力，放纖和收線張力越小，余長越大。

成纜工序：成纜工序主要調整節(jié)距，大余長工藝節(jié)距放大后，絞合系數(shù)變小，光纖更加節(jié)約，鋼絲越細成本相對降低。

在理論上，光纜中光纖的最 佳狀態(tài)是光纖與相應的松套管長度相等。但實際生產(chǎn)中是很難達到這種理想狀態(tài)的，只能是將光纖與松套管之間的相互長度設定在一定范圍之內進行控制。在二次套塑工藝中影響余長的因素很多，其中有些因素可用作調節(jié)余長的工藝手段，有的因素雖能影響余長值，但不宜作為余長的調節(jié)手段。

五、結語

光纖余長是光纜生產(chǎn)中最重要的控制參數(shù)，它的好壞直接決定光纜質量的好壞和光纜使用的性能，有其重要的意義。影響余長的因素很多，他們之間相互作用又相互關聯(lián)。因此在我們生產(chǎn)過程中必須理解了各個影響因素是如何影響光纜的余長，才能夠很好的控制生產(chǎn)，各個工藝參數(shù)得到嚴格控制才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品。

大余長具有的優(yōu)點是：當光纜受到拉伸應變時，大余長工藝可以延緩光纖受力，保護光纖不拉斷；滿足抗側壓的前提下，松套管壁厚減小，增加松套管內徑（空間），可以增加余長，節(jié)約PBT用量，更好地控制材料成本；絞合節(jié)距放大后，絞合系數(shù)可減小，從而節(jié)約光纖成本。因此，大余長是光纜生產(chǎn)值得推廣應用的。