扁平带状软光缆生产工艺浅析

一、产品特点
      图1是六芯扁平带状软光缆截面图，它的外形尺寸为3.5±0.2 mm *2.5±0.2mm，壁厚0.5±0.1mm，传统六芯紧套光缆的截面积为24mm²，而该六芯扁平带状软光缆的截面积为8.75mm²，体积减小了60%，并且随着光纤芯数的增加，带状软光缆体积的优势愈加明显。不仅如此，扁平带状软光缆还有以下几方面特点：       1、抗张强度大，机械性能好
      扁平带状软光缆在光纤带周围均匀放置一层芳纶纱，加强了光缆的抗张性能，短期可承受拉力高达200N，另一方面由于该光缆结构尺寸小，重量轻，抗侧压性能好，所以该光缆可实现暗道或地毯下穿线，即使墙面布线，也美观大方。
      2、光缆密度高，应用范围广
      该光缆规格多样，单带光缆光纤数为2～12芯，多带软光缆光纤数可达72芯以上，能满足不同层次和领域的用户要求；该光缆用于跳线组件时，可使线缆纵横的配线室变得简单清晰且维护方便，节省很多空间资源；作为设备连接组件线缆，抗电磁干扰性能好，传输带宽大，传输距离长，且体积小巧，使用方便。
      3、采用阻燃护套料，阻燃性能好
      室内光缆生产厂家一般采用的护套料有两种：聚氯乙烯（PVC）和低烟无卤阻燃聚烯烃（LSZH）。PVC护套,具有不延燃和自熄性,机械性能好，然而PVC软化温度低，对光、热和水的稳定性差，易导致护套老化，影响光缆的使用寿命，燃烧时会释放HCL气体和浓烟，破坏环境，危害人体健康。而LSZH护套低烟、无卤、防水防霉，耐环境应力开裂强，并且无酸性气体释放，不腐蚀机房设备,符合ROHS指标要求，适合有环保要求的室内或局域环境使用，LSZH护套料已成为室内光缆的首选。
      此外，扁平带状软光缆不含油膏，易于布线和接续，结构紧凑，兼备环保优势，其定将成为室内光缆的一枝独秀。
 
二、生产设备与制作工艺
      对于六芯扁平带状软光缆而言，Ф50护套机能完全满足它的生产要求，生产线的结构简图如下所示：       如图2所示，扁平带状软光缆的生产线包括：放线、护套挤出、控制面板、冷却水槽和收线五部分，下面为该生产线各部分功能的简介。
      1、放线部分：分为光纤带与芳纶放线两部分，都采用机械摆臂式结构，放线轴受摆臂传感控制，放线张力的大小可人工调节，调节范围在0.5～5N之间，放线张力是带状扁平软光缆生产的主要工艺参数之一，放线张力的差异对光缆的生产与使用有很大影响。

序号	放线张力		生产控制	后期使用
	芳纶纱	光纤带
1	偏大	偏大	穿线困难，线芯与模具磨损厉害	光缆易出现衰减大的现象，线缆与器件连接困难
2	偏小	偏小	放线不稳定，光缆易出现“竹节”	光缆与器件接续困难，光缆传输性能易受影响
3	偏大	偏小	光纤带易抖动，线芯稳定性差	光缆易出现衰减大的现象，且抗扭转性能差
4	适当	适当	生产顺畅，张力稳定	光缆平整，使用方便

      通过试制，不难发现，线芯的放线张力必须稳定且保持一致。而对于芳纶纱的采用，我们也有严格控制，根据Hooke定律：△F=E*S*△x，其中E是被拉伸物体的弹性模量，单位是MPa，S是被拉伸物体的截面积，单位是mm²，△x为被拉伸物体所受到的应变范围，对于芳纶纱而言，弹性模量（E）为105MPa，芳纶纱的线性应变范围：0～1%，能完全满足光缆0.4%的应变要求。我们采用了6根1670dtex芳纶纱，设置放线张力在1.0N～2.0N之间，这样既能保证光缆的传输性能，又可满足其机械性能。
      2、护套挤出部分：采用Ф50护套挤出机，该设备的两个关键部分为螺杆与模具。由于低烟无卤阻燃电缆料中含有高填充的氢氧化镁或氢氧化铝，导致胶料的粘度较大，挤塑时生热大，护套挤制较难，我们采用的是等距不等深、全螺纹型式的螺杆，其压缩比为：1.8：1，长径比为24：1，护套的挤出温度一般在130℃～175℃之间，螺杆转速控制在5～18转/分，线速度为10～45米/分，这样既能保证低烟无卤料的塑化效果，又可满足生产的需要。模具对护套的拉伸与成型起到了很重要的作用，它决定了线缆护套的几何尺寸与机械性能。模具一般分为挤压、挤管和半挤压式三类，对于扁平带状软光缆而言，属于松包结构，所以我们选择采用异型挤管式模具。对于该模具，我们设计的原则是：流道通畅、无突起、表面光洁，挤出压力适中。若按常规模具的设计方式，挤出腔与模口出会有突起，使胶料有回流，模口处易产生焦粒，且容易使矩形模口相邻截面的拉伸情况不同，挤出护套厚度不均，还可能使护套内部存在应力，影响护套的使用寿命。由于模具的挤出口为矩形，所以我们采用逐步过渡的型式，使整个挤出腔体分三段过渡：圆形 椭圆 矩形，这样就避免了挤出腔内的突起，使整个挤出腔更加顺畅，矩形模口相邻两截面的压力稳定且一致，保证了线缆外型的规整和表面的光滑。我们模具的拉伸平衡系数在1.0左右，拉伸比也完全符合LSZH护套的挤出性能，使用该模具生产的光缆外形尺寸为2.5±0.1mm*3.5±0.2mm，厚度为0.5±0.1mm。模具结构如图3所示。       3、控制面板：作为设备的神经中枢，控制部分汇总了生产线的大量信息，依据反馈，在人工操作下，控制好各个生产参数：挤出温度、螺杆转速、线速度、水温和牵引张力等，使所有的加工参数保持在相对平衡的范围内，才能生产出质量与结构俱佳的光缆，各个参数的范围，在本文其他部分都有相应的介绍。
      4、冷却水槽部分：由于该光缆为松包结构，直接低温冷却的话，护套收缩不充分，护套内应力大，若后续收缩严重，会严重影响光缆的使用性能和寿命，因此，我们采用分段冷却的方式，前后两段冷却水槽的温度差大概在20℃左右，逐步使光缆充分冷却，有效地保证了光缆的外形结构及后期的使用性能。
      5、收线部分：牵引装置采用单轮皮带压紧式结构，由Φ800mm的牵引轮、皮带压紧装置、计米装置以及动力装置组成，对于牵引轮与皮带间压力的控制，最好稳定在2.5MPa左右，光缆绕在牵引轮上3～5圈，防止光缆打滑，同时杜绝光缆出现翻边现象，否则光缆会受到不可逆转的损害。设备的收线张力为3.0±0.5N，这样既能使线缆拉直，易于排线，又能防止线缆被过度拉伸，而出现衰减过大的情况。
      试制结束后，我们对样品进行了检测，表2是我们对扁平带状软光缆做的几个关键试验项目及检测结果：

序号	检测项目	性能指标				测试结果
1	光纤带  最大衰减	常温下（20℃）		850nm	1300nm	850nm	1300nm
				≤3.5dB/km	≤1.5dB/km	2.7dB/km	0.6dB/km
2	拉伸试验	短期	200N	光纤应变不大于0.4%，应无明显残余附加衰减，护套应无目视可见的开裂。		光纤应变：0.29%，无残余附加衰减，护套无目视可见的开裂。
		长期	80N	光纤应变不大于0.2%，光纤应无明显附加衰减。		光纤应变：0.12%，光纤无明显附加衰减。
3	压扁试验	短期	500N	光纤应不断裂，护套应无目视可见的开裂。		光纤无断裂，护套无目视可见的开裂。
		长期	200N	光纤应无明显附加衰减。		光纤无明显附加衰减。
4	反复弯曲试验	弯曲半径：100mm；循环次数：300次， 负载：20N。应无光纤断裂。				无光纤断裂。
5	扭转	长度：1m；扭转次数：20次；扭转角度：±180℃；张力负载：20N。应无光纤断裂。				无光纤断裂。
6	温度循环试验	长度：≥ 2km；温度范围：-20℃～+60℃；保温时间：宜不小于8h；循环次数：2次。附加衰减：应不大于0.4dB/km。				附加衰减：0.18dB/km。
7	燃烧试验	单根垂直燃烧试验；烟密度：光缆燃烧时释放的烟雾应使透光率不小于50%；腐蚀性：光缆燃烧时产生气体的PH值应不小于4.0，电导率应不大于10us/mm。				透光率：73%； PH值：4.8； 电导率：1.4us/mm；

      对于扁平带状软光缆的设计与生产而言，整体较为复杂，一些参数的微小改变，就有可能使线缆出现一系列问题，因此，只有在人（工艺控制）、机、料的紧密配合，协作统一下，才能生产出精致的产品，做出过硬的质量。
 
三、结束语
      作为室内光缆的一族，扁平带状软光缆的成员还有很多，像多带扁平带状软光缆、蝶形带状软光缆以及分支带状扁平软光缆等，都会登上市场的舞台，最终进入千家万户，为我们光通信事业的发展注入新的活力。此外，扁平带状软光缆的应用已开始触及车载、舰载以及机载线缆领域，航空航天领域也将出现它们的身影，相信不久，扁平带状软光缆将会一飞冲天。