Cómo garantizar la calidad de la cubierta de un cable de fibra óptica

En el proceso de fabricación de cables de fibra óptica, la calidad de la extrusión de la capa exterior del núcleo del cable es uno de los factores decisivos para la calidad global del cable de fibra óptica. El revestimiento (o cubierta) sirve principalmente para proteger el núcleo del cable, garantizando que las fibras ópticas del interior no sufran daños durante el transporte, la instalación y el uso, manteniendo así un rendimiento de transmisión estable. Además, la calidad de la cubierta influye directamente en las propiedades mecánicas del cable, como la resistencia a la tracción, la resistencia al aplastamiento y la resistencia al impacto. En este artículo se analizan principalmente los problemas de calidad que pueden surgir durante el proceso de extrusión de las cubiertas de los cables de fibra óptica, centrándose en las materias primas utilizadas, los equipos de producción de cables, la gestión del personal y el control del proceso.

I. ¿Cuáles son los materiales de las vainas?

El revestimiento (o cubierta) o capa protectora exterior es la capa protectora más externa de la estructura del cable de fibra óptica, y utiliza principalmente compuesto de revestimiento de PE y compuesto de revestimiento de PVC.. Para aplicaciones especiales, se utiliza un compuesto de revestimiento ignífugo sin halógenos (HFFR) y un compuesto de revestimiento anti-huellas..

1. Compuesto de revestimiento de PE

PE es la abreviatura de polietileno, un compuesto de alto peso molecular polimerizado a partir del etileno.. El compuesto de revestimiento de polietileno negro se fabrica mezclando y granulando uniformemente resina de polietileno con estabilizadores, negro de humo, antioxidantes y plastificantes en determinadas proporciones.. Los compuestos de revestimiento de polietileno utilizados para las cubiertas de cables de fibra óptica pueden clasificarse por densidad en polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietileno de densidad media (MDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE).. Debido a las diferencias de densidad y estructura molecular, poseen propiedades diferentes.

El polietileno de baja densidad (LDPE), también conocido como polietileno de alta presión, se polimeriza mediante una reacción de copolimerización del etileno a alta presión (más de 1.500 atmósferas) y a una temperatura de 200-300°C, con oxígeno como catalizador.. En consecuencia, las cadenas moleculares del PEBD contienen múltiples ramificaciones de longitudes variables, lo que da lugar a un alto grado de ramificación de la cadena, una estructura menos regular, una baja cristalinidad y una buena flexibilidad y elongación.. El polietileno de alta densidad (HDPE) también se conoce como polietileno de baja presión, polimerizado a partir de etileno a baja presión (1-5 atmósferas) a una temperatura de 60-80°C, utilizando catalizadores de aluminio y titanio.. Debido a la estrecha distribución del peso molecular y a la disposición ordenada de las moléculas, el HDPE presenta mejores propiedades mecánicas, buena resistencia química y un rango de temperaturas de funcionamiento más amplio.. El compuesto de revestimiento de polietileno de densidad media (MDPE) se produce mezclando HDPE y LDPE en proporciones adecuadas, o polimerizando monómero de etileno con propileno (o 1-buteno como segundo monómero).. Así, las propiedades del MDPE son intermedias entre el HDPE y el LDPE, combinando la flexibilidad del LDPE con la excelente resistencia a la abrasión y a la tracción del HDPE.. El polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) se polimeriza a partir de monómero de etileno y 2-olefina mediante un proceso en fase gaseosa o en solución a baja presión.. El grado de ramificación del LLDPE se sitúa entre el del LDPE y el del HDPE, lo que le confiere una excelente resistencia al agrietamiento por tensión ambiental (ESCR)..

La resistencia al agrietamiento por estrés ambiental (ESCR) es un índice muy importante para evaluar la calidad de los materiales de PE.. Se refiere al fenómeno de agrietamiento que se produce en una probeta de material sometida a un esfuerzo de flexión mientras está sumergida en un medio tensioactivo. Los factores que influyen en el agrietamiento por tensión del material son: el peso molecular, la distribución del peso molecular, la cristalinidad y la estructura microscópica de la cadena molecular.. Cuanto mayor sea el peso molecular y más estrecha sea la distribución del peso molecular, más conexiones habrá entre los cristalitos, lo que se traducirá en un mejor rendimiento de la ESCR y una mayor vida útil del material.. Al mismo tiempo, la cristalización del material también afecta a este índice; una menor cristalinidad conduce a una mejor ESCR.

La resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura de los materiales de PE son otro índice para medir el rendimiento del material y también pueden predecir el punto final de servicio del material. El contenido de carbono en el material de PE puede resistir eficazmente la erosión de la luz ultravioleta (UV) sobre el material, y los antioxidantes pueden mejorar eficazmente la resistencia a la oxidación del material. El rendimiento de los compuestos de revestimiento de PE de diferentes densidades debe ajustarse a la Tabla 1.

Tabla 1: Rendimiento de los compuestos de revestimiento de PE de diferentes densidades

Artículo	Unidad	LDPE	LLDPE	MDPE	HDPE
Caudal de fusión	g/10min	≤ 2.0	≤ 2.0	≤ 0.7	≤ 0.5
Densidad	g/cm³	0.92 ~ 0.94	0.92 ~ 0.945	0.932 ~ 0.950	0.950 ~ 0.978
Resistencia a la tracción	MPa	≥ 13.0	≥ 14.0	≥ 18.0	≥ 20.0
Alargamiento a la rotura	%	≥ 500	≥ 600	≥ 650	≥ 650
Impacto a baja temperatura Fragilidad Temp	℃	≤ -76	≤ -76	≤ -76	≤ -76
Resistencia al agrietamiento por tensión ambiental	Fo(h)	≥ 48	≥ 48	≥ 48	≥ 48
Tiempo de inducción a la oxidación 200℃	min	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30
Contenido de negro de humo	%	2.6 ± 0.25	2.6 ± 0.25	2.6 ± 0.25	2.6 ± 0.25
Dispersión de negro de humo	Puntuación (分)	≤ 6	≤ 6	≤ 6	≤ 6
Resistividad volumétrica	Ω - cm	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶
Rigidez dieléctrica	MV/m	≥ 25	≥ 25	≥ 25	≥ 25

2. Compuesto de revestimiento de PVC

El material ignífugo de PVC contiene átomos de cloro; arderá en una llama pero se descompone para liberar una gran cantidad de gas HCl corrosivo y tóxico durante la combustión, causando daños secundarios.. Sin embargo, se autoextingue al retirarlo de la llama, por lo que posee características de no propagación de la llama.. El compuesto de revestimiento de PVC también tiene buena flexibilidad y elongación, por lo que se utiliza ampliamente para cables de fibra óptica de interior..

3. Compuesto de revestimiento ignífugo sin halógenos (HFFR)

Dado que el cloruro de polivinilo (PVC) produce gases tóxicos cuando se quema, se desarrolló un compuesto ignífugo de baja emisión de humos, sin halógenos, no tóxico y limpio.. Se trata de añadir retardadores de llama inorgánicos, como Al(OH)₃ y Mg(OH)₂, a los compuestos de revestimiento ordinarios.. Cuando se exponen al fuego y arden, estos compuestos liberan agua de cristalización a la vez que absorben una gran cantidad de calor, impidiendo así el aumento de la temperatura del compuesto de revestimiento y deteniendo la combustión.. La adición de retardantes de llama inorgánicos al compuesto de revestimiento HFFR aumenta la conductividad del polímero. Además, dado que la resina y el retardante de llama inorgánico son dos fases completamente diferentes del material, debe tenerse cuidado durante el procesado para evitar una mezcla local no uniforme del retardante de llama.. El retardante de llama inorgánico debe añadirse en una cantidad adecuada; una proporción excesiva provocará una disminución significativa de la resistencia mecánica y el alargamiento a la rotura del material..

Los índices utilizados para evaluar la calidad del rendimiento ignífugo del material HFFR son el índice de oxígeno (OI) y la densidad del humo. El índice de oxígeno es la concentración mínima de oxígeno necesaria para que el material mantenga una combustión equilibrada en una atmósfera gaseosa mixta de oxígeno y nitrógeno.. Un OI más alto indica un mejor rendimiento ignífugo del material. La densidad del humo se calcula midiendo la transmitancia de un haz de luz paralelo a través del humo generado por la combustión del material en un espacio y una longitud de trayectoria específicos.. Una menor densidad del humo indica una menor generación de humo y un mejor rendimiento del material.

Tabla 2: Rendimiento del PVC y de los compuestos ignífugos sin halógenos

Artículo	Unidad	PVC (valor típico)	Compuesto de revestimiento de PE sin halógenos (valor típico)
Resistencia a la tracción	MPa	≥ 15	≥ 15
Alargamiento a la rotura	MPa	≥ 150	≥ 150
Impacto a baja temperatura Fragilidad Temp	℃	-20	-20
Tiempo de inducción a la oxidación 200℃	min	≥ 60	≥ 60
Resistividad volumétrica	Ω - cm	≥ 10¹³	≥ 10¹¹
Rigidez dieléctrica	MV/m	≥ 20	≥ 20
Índice de oxígeno	%	—	28

4. Compuesto de revestimiento antidesgarro

En los sistemas de comunicación de energía eléctrica, está aumentando el uso de cables de fibra óptica totalmente dieléctricos autoportantes (ADSS) instalados en las mismas torres que las líneas aéreas de alta tensión.. Para superar el efecto del campo eléctrico inducido por la alta tensión en la cubierta del cable, se ha desarrollado y producido un nuevo material de cubierta antideslizante.. Este material de revestimiento consigue un excelente rendimiento antideslizamiento controlando estrictamente el contenido, el tamaño de las partículas y la distribución del negro de humo, y añadiendo aditivos especiales..

II.Impactos en la calidad que pueden producirse durante la extrusión de cubiertas de cables de fibra óptica debido a las materias primas utilizadas en el proceso de producción

La calidad de las materias primas utilizadas para la cubierta del cable de fibra óptica es un factor muy importante que influye en la calidad final de la cubierta.. Las fundas de polietileno comunes suelen tener impurezas como partículas de arena, polvo, inclusión de material de punto de fusión más bajo o secado insuficiente.. Estos problemas pueden dar lugar a fenómenos como una superficie de la vaina rugosa y desigual, una adherencia deficiente (desprendimiento de la vaina), o nervaduras y ampollas intermitentes.. En los cables de fibra óptica de tubo central suelto, si los alambres de acero fosfatado están oxidados, o si la cinta de acero o la cinta de bloqueo de agua está húmeda, también puede causar problemas de calidad, como el desprendimiento de la cubierta y huecos (agujeros de aire) en la sección transversal..

III.Impactos en la calidad que pueden producirse durante la extrusión de cubiertas de cables de fibra óptica debido al control del proceso

Para prevenir los problemas de calidad durante la extrusión de la funda, el proceso de producción debe controlarse estrictamente para evitar los problemas de calidad causados por errores operativos o negligencias, logrando así los objetivos de reducir el consumo y el coste de material y mejorar la calidad del producto.. Por lo tanto, para evitar problemas de calidad durante la extrusión de cubiertas de cables de fibra óptica, se debe exigir estrictamente a los operarios de producción que realicen las siguientes tareas mediante el control del proceso:

1. En función de la tarea de producción: (Cantidad total, número de bobinas, longitud por bobina), llevar a cabo estrictamente todos los trabajos preparatorios de acuerdo con los requisitos de los documentos del proceso de extrusión de la funda del cable de fibra óptica.
2. Montar el molde de presión, la matriz de calibrado y la matriz de enfundado prescritos en el documento de proceso y ajustar cuidadosamente la concentricidad de la capa protectora. Un ajuste arbitrario de las matrices puede provocar fenómenos como la unión en bambú (grosor desigual) o el desprendimiento de la vaina durante la extrusión.
3. Presta especial atención a lo siguiente:
   • Al cargar el núcleo del cable en el soporte de desembrague, compruebe cuidadosamente si está bien sujeto y si el eje de apriete está bien apretado. Compruebe si el desbobinado es correcto y suave, y si el ajuste de la tensión de desbobinado es normal. Una tensión inestable puede hacer que la funda se vuelva intermitentemente gruesa y fina.
   • El carrete de cinta de aluminio o de acero debe instalarse de forma estable y segura, y los tornillos de apriete deben estar bien apretados para evitar que el carrete se caiga durante el funcionamiento, lo que podría provocar la rotura de la cinta.
   • El compuesto de bloqueo de agua (o grasa de relleno) debe llenarse adecuadamente pero no en exceso. El exceso de compuesto debe eliminarse a la salida del dispositivo de llenado utilizando dos tiras de goma finas (o una tira de goma gruesa). Antes de arrancar la máquina, compruebe la presión del aire comprimido; arranque sólo si es normal.
   • Cuando se fabrican cables de fibra óptica de tubo holgado central con alambres de acero paralelos, la tensión de compensación de ambos alambres de acero debe ajustarse para garantizar una estanqueidad constante y un funcionamiento estable.

IV. Problemas habituales con la calidad de las fundas y soluciones en la línea de producción

No.	Problemas comunes	Análisis de causas	Solución
1	Diámetro exterior irregular, juntas de bambú	1. La matriz exterior es demasiado pequeña, la presión de extrusión es demasiado alta	1. Seleccionar las matrices adecuadas
		2. Velocidad desigual de descarga/recogida o cabrestante	2. Comprobar el tornillo, el cabrestante y el desembrague/recogida.
		3. Gran variación del diámetro exterior del núcleo del cable	3. Controlar el tornillo y el cabrestante
		4. La correa de la máquina principal está demasiado floja o patina	4. Comprobar el estado de funcionamiento de la maquinaria y los componentes eléctricos.
2	La cinta compuesta tiene un reborde festoneado	1. La matriz de conformado, la matriz de calibrado y el núcleo de la matriz no están alineados con precisión en el mismo eje.	1. Garantizar la colimación/rectitud de todo el eje de conformación.
3	Desprendimiento o fallo adhesivo	1. El núcleo del cable tiene agua o aceite	1. Vuelva a ejecutar después de asegurarse de que la calidad del núcleo del cable se maneja adecuadamente.
		2. La temperatura local de la matriz es demasiado baja	2. Aumentar adecuadamente la temperatura controlada del cabezal extrusor.
		3. La cinta compuesta de acero (aluminio) está suelta, la junta no es segura o es demasiado grande	3. Seleccione troqueles de revestimiento de tamaño adecuado
4	Costura de soldadura/línea de fusión deficiente	1. La temperatura de control es demasiado baja, plastificación deficiente.	1. Controlar estrictamente la temperatura para garantizar una buena plastificación.
		2. Las matrices están muy desgastadas	2. Sustituir las matrices
		3. El control de la temperatura del cabezal extrusor es demasiado bajo, mala fusión.	3. Aumentar adecuadamente la temperatura controlada del cabezal extrusor.
		4. El control de temperatura del cabezal extrusor es demasiado alto, la viscosidad del material es baja.	4. Reducir adecuadamente la velocidad del tornillo y del cabrestante para prolongar el tiempo de plastificación.
		5. Presión de extrusión insuficiente, plástico no bien sellado dentro del cabezal.	5. Aumentar la malla filtrante, alargar la longitud de conformado de la matriz y aumentar la presión de extrusión.

V. Conclusión

Durante mucho tiempo, los dos principales motores del desarrollo del sector de las redes ópticas han sido la demanda de ancho de banda y el coste. Es decir, a medida que aumenta el ancho de banda, existe una necesidad continua de que disminuya el coste por bit. Por lo tanto, los fabricantes de cables de fibra óptica como SoctFiber están obligados a mejorar continuamente su tecnología de procesos, reforzar la transformación o sustitución técnica de los equipos, reducir los costes de material y disminuir los costes de gestión para conseguir realmente una tecnología de producción de cables de fibra óptica de alto rendimiento y bajo coste.