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2011/10/27
作者：郭静
随着光纤用户接入网的迅速发展，大芯数、小外径、高密集度、便于快速接续、便于维护的带状光缆，在接入网中被广泛应用，而且需求量会越来越多。带状光缆的核心单元就是光纤带，目前部分光器件也采用了光纤带，光纤带的质量直接影响光缆成品的传输性能。随着光纤带普及采用，对光纤带的制造工艺和质量也提出了更高的要求。
本文就从我公司实际生产光纤带的制造工艺和质量控制方面进行分析，并对一些影响光纤带质量的因素提出解决办法。
一、生产设备
我公司生产光纤带的设备是上海伟业机电设备成套有限公司生产的WY-BD600型光纤并带机，可生产4芯、6芯、8芯、12芯等多种规格的光纤带。主要特点：
1.光纤主动放线，悬轴式快速锁紧装盘。
2.摆杆式张力控制器，砝码调节张力大小，光纤始终处于恒、小张力作用的状态。
3.盘走式收排线，采用滚珠丝杆转动，收排线均用进口交流伺服电机驱动，光纤带始终处于平直收绕状态，确保光纤带排列整齐，光纤无微小弯曲。
从2009年7月份试车成功以来，生产的光纤带从外观、几何尺寸、技术性能等方面均符合行业标准要求。
二、主要原材料
生产光纤带的主要原材料有着色光纤、树脂等，光纤带对原材料有着特殊要求，原材料的质量直接影响光纤带的质量。
1、光纤
合格的原材料光纤到厂后，并不是和套管生产要求一样，所有的光纤都能用于并带，而是要进行严格的筛选，影响因素有光纤翘直度、包层直径、包层不圆度。
2、树脂
不同供应商的树脂粘度、稠度和技术指标不尽相同，还有回流树脂、生产完一批带子后从树脂桶内导出的树脂、从未用过的新树脂在恒温箱内恒温下放置的时间也大不相同，应根据各供应商的树脂性能，摸索树脂桶生产时的压力大小，以保证光纤带表面既完全固化，几何尺寸又符合要求。
三、制造工艺和质量控制
1、带中光纤的可分离性和光纤带剥离性
光纤带中光纤的可分离性和光纤带的剥离性是光纤带主要技术指标之一，要求光纤带中光纤具有可分离性，光纤带结构应允许光纤能从带中分离出来，分成单根的光纤。
（1）具体要求：
a、不使用任何工具或仪器，就能完全分离，分离光纤时所需的力应不超过4.4N；
b、光纤分离过程不应对光纤的光学及机械性能造成永久性的损害；
c、光纤分离后，对着色层无损害，保证着色层完好，在任一段2.5cm长度的光纤上应留有足够的色标，以便带中光纤能相互区别；
d、要求光纤带不能散纤，既能经受加工生产、敷设和盘带处置，又能经受相关的性能试验。试验后，用5倍放大镜进行观察，不允许任一光纤从光纤带中分离出来，确定光纤带经试验后不分层，而又保持在需要时光纤的可分离性。
e、树脂涂覆层与着色光纤着色层有较好的分离性；
f、树脂涂覆层剥离时无断纤；
g、剥离后，光纤外表面应具有良好的清洁度，残留树脂涂覆材料易用酒精棉球轻轻擦除。
（2）影响因素：
光纤带中光纤的分离性既能满足测试、接续，又能满足后道工序的加工强度、施工敷设要求，是一个很难掌握的质量控制点，我公司也是经过了大量的试验，摸索数据，解决了这一难题。主要原因是，并带用着色光纤着色层和并带树脂在生产过程中，涂层分子互相渗透，经过固化炉后，着色层与树脂层之间的粘合力较大，造成光纤剥离时，相当难，甚至将着色涂覆层剥下，露出光纤纤芯。经过实践总结，发现着色光纤的质量直接影响光纤带中光纤的可分离性和光纤带的剥离性，对所使用的涂覆材料着色油墨和并带丙烯酸树脂均有较高的要求。
（3）解决措施：
a、着色油墨的色质粒子要非常小，在油墨中分布均匀、细腻，粘度、稠度适中，不含杂质，使得着色层表面清洁、光滑。
b、固化后的着色光纤有足够的强度和韧性，油墨与光纤一次涂覆层粘接良好。
c、着色层要固化良好，固化度在85%以上。为保证光纤着色层固化度，着色工序在生产着色纤时，和生产普通光缆用光纤，着色工艺大不相同：从着色机风机的转速、固化炉的功率、着色的速度等方面都要重新调整，设置并带纤专用参数。如着色层固化不好，光纤带的树脂层分子渗入光纤着色层内部，制成光纤带后，由于光纤着色层和光纤带涂层结合的太密切，会造成光纤带中各光纤不易剥离，光纤带的剥离性差。
d、并带树脂选择时注意一定要和着色油墨相匹配适应。生产时，树脂桶的压力大小直接决定光纤带树脂层厚度，厚度小，则容易散纤裂带；厚度大，则固化不良，影响几何尺寸。所以控制树脂的出胶量的多少，对光纤带的质量非常关键，树脂桶压力的大小，直接控制生产过程中树脂的量。树脂桶的压力大小，要根据各个厂家树脂的粘稠度、树脂桶的实际构造，来不断摸索出的数值。
2、光学性能：光纤类型中G652、G655、G657等型号的光纤均可以用于并带，下面以G652纤为例，说明光纤的光学性能要求：
（1）G652光纤的光学传输性能：
本文就从我公司实际生产光纤带的制造工艺和质量控制方面进行分析，并对一些影响光纤带质量的因素提出解决办法。
一、生产设备
我公司生产光纤带的设备是上海伟业机电设备成套有限公司生产的WY-BD600型光纤并带机，可生产4芯、6芯、8芯、12芯等多种规格的光纤带。主要特点：
1.光纤主动放线，悬轴式快速锁紧装盘。
2.摆杆式张力控制器，砝码调节张力大小，光纤始终处于恒、小张力作用的状态。
3.盘走式收排线，采用滚珠丝杆转动，收排线均用进口交流伺服电机驱动，光纤带始终处于平直收绕状态，确保光纤带排列整齐，光纤无微小弯曲。
从2009年7月份试车成功以来，生产的光纤带从外观、几何尺寸、技术性能等方面均符合行业标准要求。
二、主要原材料
生产光纤带的主要原材料有着色光纤、树脂等，光纤带对原材料有着特殊要求，原材料的质量直接影响光纤带的质量。
1、光纤
合格的原材料光纤到厂后，并不是和套管生产要求一样，所有的光纤都能用于并带，而是要进行严格的筛选，影响因素有光纤翘直度、包层直径、包层不圆度。
2、树脂
不同供应商的树脂粘度、稠度和技术指标不尽相同，还有回流树脂、生产完一批带子后从树脂桶内导出的树脂、从未用过的新树脂在恒温箱内恒温下放置的时间也大不相同，应根据各供应商的树脂性能，摸索树脂桶生产时的压力大小，以保证光纤带表面既完全固化，几何尺寸又符合要求。
三、制造工艺和质量控制
1、带中光纤的可分离性和光纤带剥离性
光纤带中光纤的可分离性和光纤带的剥离性是光纤带主要技术指标之一，要求光纤带中光纤具有可分离性，光纤带结构应允许光纤能从带中分离出来，分成单根的光纤。
（1）具体要求：
a、不使用任何工具或仪器，就能完全分离，分离光纤时所需的力应不超过4.4N；
b、光纤分离过程不应对光纤的光学及机械性能造成永久性的损害；
c、光纤分离后，对着色层无损害，保证着色层完好，在任一段2.5cm长度的光纤上应留有足够的色标，以便带中光纤能相互区别；
d、要求光纤带不能散纤，既能经受加工生产、敷设和盘带处置，又能经受相关的性能试验。试验后，用5倍放大镜进行观察，不允许任一光纤从光纤带中分离出来，确定光纤带经试验后不分层，而又保持在需要时光纤的可分离性。
e、树脂涂覆层与着色光纤着色层有较好的分离性；
f、树脂涂覆层剥离时无断纤；
g、剥离后，光纤外表面应具有良好的清洁度，残留树脂涂覆材料易用酒精棉球轻轻擦除。
（2）影响因素：
光纤带中光纤的分离性既能满足测试、接续，又能满足后道工序的加工强度、施工敷设要求，是一个很难掌握的质量控制点，我公司也是经过了大量的试验，摸索数据，解决了这一难题。主要原因是，并带用着色光纤着色层和并带树脂在生产过程中，涂层分子互相渗透，经过固化炉后，着色层与树脂层之间的粘合力较大，造成光纤剥离时，相当难，甚至将着色涂覆层剥下，露出光纤纤芯。经过实践总结，发现着色光纤的质量直接影响光纤带中光纤的可分离性和光纤带的剥离性，对所使用的涂覆材料着色油墨和并带丙烯酸树脂均有较高的要求。
（3）解决措施：
a、着色油墨的色质粒子要非常小，在油墨中分布均匀、细腻，粘度、稠度适中，不含杂质，使得着色层表面清洁、光滑。
b、固化后的着色光纤有足够的强度和韧性，油墨与光纤一次涂覆层粘接良好。
c、着色层要固化良好，固化度在85%以上。为保证光纤着色层固化度，着色工序在生产着色纤时，和生产普通光缆用光纤，着色工艺大不相同：从着色机风机的转速、固化炉的功率、着色的速度等方面都要重新调整，设置并带纤专用参数。如着色层固化不好，光纤带的树脂层分子渗入光纤着色层内部，制成光纤带后，由于光纤着色层和光纤带涂层结合的太密切，会造成光纤带中各光纤不易剥离，光纤带的剥离性差。
d、并带树脂选择时注意一定要和着色油墨相匹配适应。生产时，树脂桶的压力大小直接决定光纤带树脂层厚度，厚度小，则容易散纤裂带；厚度大，则固化不良，影响几何尺寸。所以控制树脂的出胶量的多少，对光纤带的质量非常关键，树脂桶压力的大小，直接控制生产过程中树脂的量。树脂桶的压力大小，要根据各个厂家树脂的粘稠度、树脂桶的实际构造，来不断摸索出的数值。
2、光学性能：光纤类型中G652、G655、G657等型号的光纤均可以用于并带，下面以G652纤为例，说明光纤的光学性能要求：
（1）G652光纤的光学传输性能：
| 项目 | 标准值 | |
| 1310nm衰减系数最大值（dB/km） | 0.36 | |
| 1550nm衰减系数最大值（dB/km） | 0.22 | |
| 色散特性 | 零色散波长范围（nm） | 1300~1324 |
| 零色散斜率最大值，ps/（nm²·km） | 0.093 | |
| 1288~1339nm最大色散系数绝对值（ps/（nm·km）） | 3.5 | |
| 1550nm最大色散系数（ps/（nm·km）） | 18 | |
| 截止波长 | 涂覆光纤截止波长λc（nm） | 1100~1330 |
| 成缆光纤截止波长λcc（nm） | <1260 | |
（2）影响因素：在并带过程中，光学性能参数最敏感的是1310nm和1550nm两个窗口的衰减系数。影响光纤传输性能的主要因素是光纤受到的微弯。在普通的松套管中，如果余长控制适中的话，光纤完全呈自由状态，从而能保证光纤最佳的传输性能。如光纤在松套管中余长过大使光纤贴壁或光纤着色层不均匀，都会引起光纤微弯，导致在1550波长上的损耗增加。在光纤带结构中，单根光纤不在处于自由状态，而是通过紫外光固化的丙烯酸树脂彼此粘接在一起，每根光纤互相制约。如果光纤在成带过程中，受到扭曲、过大的拉力、测压等因素均为产生微弯，从而导致传输损耗的增加。
（3）解决措施：在光纤带制造过程中，应选择正确的工艺参数，以保证成形带纤的质量，光纤带成形后，光纤在1310nm和1550nm双波长上均不应有附加损耗产生。
a、选择光纤，并带光纤和普通生产光缆的光纤不同，光纤翘曲度R>4m，且光纤在1310nm和1550nm双波长上的包层直径的差值大小在30µm之内。
b、光纤的放线张力，要求放线平稳，且张力适中。当然，张力的大小，设备的不同，力值的大小也不相同。张力过大，会造成光纤带成型后光纤的衰减系数偏大，甚至不合格。张力小，则放线不稳，影响光纤的平整度。
c、光纤的质量，要求排线整齐，表面着色层平滑，衰减系数要满足1310nm≤0.34 dB/km，1310nm≤0.20 dB/km。
d、光纤的行走路径要保证畅通，使光纤在成带过程中，不受到外力。从光纤放线架到光纤带涂覆模具之间，光纤导引系统有一个足够的长度空间，使光纤释放在着色过程中的应力，保证一束光纤进模具时更整齐、均匀。导轮、分纤轮、压纤轮、牵引轮、牵引皮带等随时的清洁，静电消除器的正常运行，均会直接影响光纤的衰减系数。
e、光纤带的外观表面质量状况，要求表面光洁，无气泡、颗粒等，光纤带结构紧密有不易散纤。影响光纤带外观质量的主要是树脂的温度、在恒温箱中恒定温度下的放置时间、加入树脂桶中产生的气泡消失与否，固化炉的固化情况等均会影响光纤带的表面产生气泡、细小颗粒，从而影响光纤的衰减系数。光纤带的牵引皮带质量也是不可忽视的，要求皮带清洁干净，表面无生产时的暗纹，以免让刚刚经过固化炉的光纤带表面受到暗纹影响，光纤受到微弯，影响1310nm的衰减系数。轻则到光纤带做到松套管中，光纤带的此项微弯损耗消失，重则光纤带无法使用。
3、几何尺寸
（1）光纤带的几何尺寸也是评价其质量的重要指标之一，主要有光纤带厚度、宽度和平整度，其中光纤带的平整度尤为重要。光纤带光缆有一个显著特点是接续方便、快捷，对带中所有的光纤端面同时处理，同时接续，这就要求光纤带有很好的平整度。随着光纤带用途的广泛，同时也对光纤的宽度和厚度提出更高的要求。以下是我公司生产的光纤带的几何参数：
（2）影响因素：主要是光纤外径、排线、放线张力、涂覆树脂、涂覆模具以及生产穿纤技巧等均直接影响光纤带的几何尺寸。
（3）解决措施：
a、光纤带中所有光纤外径均匀一致是保证光纤带几何尺寸的必要条件，应全部采用着色光纤，光纤着色时使用同种型号的设备、模具及工艺参数，我公司统一使用昱品的高速着色机，0.270µm/0.255µm的模具进行生产。
b、着色光纤应该消除静电，避免在并带工序中光纤相互排斥和吸引，影响相邻光纤的水平间距和平整度。
c、着色光纤着色层完整、光滑，防止灰尘吸附到光纤上，堵塞模具。
d、并带工序应为无尘机房，温度在18~28℃、湿度在40%~70%之间为宜，以利于光纤的静电消除，保持环境清洁。并带成型过程中，数根光纤一起进入并带模具，如果光纤没有做到静电完全消除，空气中的微尘就会急速吸附到光纤上，进入并带模具，并在模具中沉积，影响光纤平整度、衰减系数甚至断纤。
e、光纤带涂覆系统，指的是供树脂装置、成型模具及模台。一套完善的涂覆系统是保证光纤带几何尺寸的关键因素。模具要随时清洗，安装时，两半模具要完全吻合，以定位销子轻轻一碰即可掉下为宜。穿纤生产时，要求各个光纤经过汇纤轮一次按色谱顺序排列，其形成的平面应与模具口形成的平面一致，否则光纤会与模具摩擦受力，使各个光纤不平稳涂覆，造成带中光纤重叠，直接影响带中光纤间水平间距、带子的平整度、厚度和宽度，严重时影响光纤的光学特性。同时供树脂装置，既要保证带中树脂的饱满均匀，又要保证光纤带的几何尺寸符合要求。模具的运行温度和树脂温度要求恒温，使树脂处于最佳工艺粘度状态。我公司的设备模具采用电热恒温，树脂则采用恒温水循环加热器进行恒温，以保证树脂桶内树脂温度的均匀性。
4、长度控制：在光缆的制造程度上，光纤是不能有接头的，所以控制光纤带的制造程度也是至关重要的一项，长度比交货长度长，因带缆芯数比较大，浪费也较大，如果剪下一两百米，也不好销售，如果控制的长度余量小，最后差计米不到段长，又交不了货。我公司的并带生产长度是靠牵引皮带来控制的，皮带的新旧程度、长短等均要靠牵引皮带气压来控制，气压偏小，造成皮带打滑，计米较短；气压偏大，则会压伤光纤带，从而影响光纤的衰减系数。当然，牵引皮带的压力设备不同，大小也略有差异，各厂家应根据实际摸索数值。
5、识别：带缆结构中，光纤带多以叠层的形式出现，光纤带中有包含了多根光纤，因此，光纤及光纤带的识别就特别重要。我公司光纤均采用国标全色谱：蓝、桔、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉、青。并带时光纤的顺序位置不可替换。光纤带则采用喷码机喷印带号来识别，带号间距小于等于20cm。
四、结语
在带状光缆制造过程中，并带是技术含量较高的工序。我公司经过两年多的实践，已成功摸索出使用国产并带机生产并带的经验，保证了本工序生产产品质量的稳定、可靠。生产出的光纤带完全满足YD/T979-2009光纤带技术要求和检验方法，生产的带缆满足YD/T981-2009的中心束管式、松套层绞式带状光缆标准要求。我们将继续努力，在好的基础上追求更好，以此来满足不同用户、不同场合的市场需求。
（3）解决措施：在光纤带制造过程中，应选择正确的工艺参数，以保证成形带纤的质量，光纤带成形后，光纤在1310nm和1550nm双波长上均不应有附加损耗产生。
a、选择光纤，并带光纤和普通生产光缆的光纤不同，光纤翘曲度R>4m，且光纤在1310nm和1550nm双波长上的包层直径的差值大小在30µm之内。
b、光纤的放线张力，要求放线平稳，且张力适中。当然，张力的大小，设备的不同，力值的大小也不相同。张力过大，会造成光纤带成型后光纤的衰减系数偏大，甚至不合格。张力小，则放线不稳，影响光纤的平整度。
c、光纤的质量，要求排线整齐，表面着色层平滑，衰减系数要满足1310nm≤0.34 dB/km，1310nm≤0.20 dB/km。
d、光纤的行走路径要保证畅通，使光纤在成带过程中，不受到外力。从光纤放线架到光纤带涂覆模具之间，光纤导引系统有一个足够的长度空间，使光纤释放在着色过程中的应力，保证一束光纤进模具时更整齐、均匀。导轮、分纤轮、压纤轮、牵引轮、牵引皮带等随时的清洁，静电消除器的正常运行，均会直接影响光纤的衰减系数。
e、光纤带的外观表面质量状况，要求表面光洁，无气泡、颗粒等，光纤带结构紧密有不易散纤。影响光纤带外观质量的主要是树脂的温度、在恒温箱中恒定温度下的放置时间、加入树脂桶中产生的气泡消失与否，固化炉的固化情况等均会影响光纤带的表面产生气泡、细小颗粒，从而影响光纤的衰减系数。光纤带的牵引皮带质量也是不可忽视的，要求皮带清洁干净，表面无生产时的暗纹，以免让刚刚经过固化炉的光纤带表面受到暗纹影响，光纤受到微弯，影响1310nm的衰减系数。轻则到光纤带做到松套管中，光纤带的此项微弯损耗消失，重则光纤带无法使用。
3、几何尺寸
（1）光纤带的几何尺寸也是评价其质量的重要指标之一，主要有光纤带厚度、宽度和平整度，其中光纤带的平整度尤为重要。光纤带光缆有一个显著特点是接续方便、快捷，对带中所有的光纤端面同时处理，同时接续，这就要求光纤带有很好的平整度。随着光纤带用途的广泛，同时也对光纤的宽度和厚度提出更高的要求。以下是我公司生产的光纤带的几何参数：
| 带中光纤数（n） | 宽度W(µm) | 厚度T（µm） | 平整度P（µm） |
| 4 | 1000±100 | 300±25 | 10~20 |
| 6 | 1700±100 | 300±25 | 10~20 |
| 8 | 2100±100 | 300±25 | 10~20 |
| 12 | 3000±100 | 300±25 | 10~20 |
（3）解决措施：
a、光纤带中所有光纤外径均匀一致是保证光纤带几何尺寸的必要条件，应全部采用着色光纤，光纤着色时使用同种型号的设备、模具及工艺参数，我公司统一使用昱品的高速着色机，0.270µm/0.255µm的模具进行生产。
b、着色光纤应该消除静电，避免在并带工序中光纤相互排斥和吸引，影响相邻光纤的水平间距和平整度。
c、着色光纤着色层完整、光滑，防止灰尘吸附到光纤上，堵塞模具。
d、并带工序应为无尘机房，温度在18~28℃、湿度在40%~70%之间为宜，以利于光纤的静电消除，保持环境清洁。并带成型过程中，数根光纤一起进入并带模具，如果光纤没有做到静电完全消除，空气中的微尘就会急速吸附到光纤上，进入并带模具，并在模具中沉积，影响光纤平整度、衰减系数甚至断纤。
e、光纤带涂覆系统，指的是供树脂装置、成型模具及模台。一套完善的涂覆系统是保证光纤带几何尺寸的关键因素。模具要随时清洗，安装时，两半模具要完全吻合，以定位销子轻轻一碰即可掉下为宜。穿纤生产时，要求各个光纤经过汇纤轮一次按色谱顺序排列，其形成的平面应与模具口形成的平面一致，否则光纤会与模具摩擦受力，使各个光纤不平稳涂覆，造成带中光纤重叠，直接影响带中光纤间水平间距、带子的平整度、厚度和宽度，严重时影响光纤的光学特性。同时供树脂装置，既要保证带中树脂的饱满均匀，又要保证光纤带的几何尺寸符合要求。模具的运行温度和树脂温度要求恒温，使树脂处于最佳工艺粘度状态。我公司的设备模具采用电热恒温，树脂则采用恒温水循环加热器进行恒温，以保证树脂桶内树脂温度的均匀性。
4、长度控制：在光缆的制造程度上，光纤是不能有接头的，所以控制光纤带的制造程度也是至关重要的一项，长度比交货长度长，因带缆芯数比较大，浪费也较大，如果剪下一两百米，也不好销售，如果控制的长度余量小，最后差计米不到段长，又交不了货。我公司的并带生产长度是靠牵引皮带来控制的，皮带的新旧程度、长短等均要靠牵引皮带气压来控制，气压偏小，造成皮带打滑，计米较短；气压偏大，则会压伤光纤带，从而影响光纤的衰减系数。当然，牵引皮带的压力设备不同，大小也略有差异，各厂家应根据实际摸索数值。
5、识别：带缆结构中，光纤带多以叠层的形式出现，光纤带中有包含了多根光纤，因此，光纤及光纤带的识别就特别重要。我公司光纤均采用国标全色谱：蓝、桔、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉、青。并带时光纤的顺序位置不可替换。光纤带则采用喷码机喷印带号来识别，带号间距小于等于20cm。
四、结语
在带状光缆制造过程中，并带是技术含量较高的工序。我公司经过两年多的实践，已成功摸索出使用国产并带机生产并带的经验，保证了本工序生产产品质量的稳定、可靠。生产出的光纤带完全满足YD/T979-2009光纤带技术要求和检验方法，生产的带缆满足YD/T981-2009的中心束管式、松套层绞式带状光缆标准要求。我们将继续努力，在好的基础上追求更好，以此来满足不同用户、不同场合的市场需求。
