Cómo garantizar la calidad de la cubierta del 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 es un factor decisivo para la calidad general del cable. La cubierta (o revestimiento) protege el núcleo, garantizando que las fibras ópticas internas 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. Este artículo analiza principalmente los problemas de calidad que suelen presentarse durante el proceso de extrusión de la cubierta del cable de fibra óptica, centrándose en las materias primas utilizadas, el equipo de producción, la gestión del personal y el control del proceso.

I. ¿Cuáles son los materiales de la funda?

La vaina (o cubierta) o capa protectora exterior es la capa protectora más externa en la estructura del cable de fibra óptica, utilizando principalmente un compuesto de revestimiento de PE y un compuesto de revestimiento de PVC.Para aplicaciones especiales, se utilizan compuestos de revestimiento ignífugos libres de halógenos (HFFR) y compuestos de revestimiento anti-adherencia..

1. Compuesto de revestimiento de PE

PE es la abreviatura de Polietileno, un compuesto de alto peso molecular polimerizado a partir de 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 cables de fibra óptica se pueden clasificar según su 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 en 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 de etileno a alta presión (superior a 1500 atmósferas) y a una temperatura de 200-300 °C, con oxígeno actuando como catalizador.En consecuencia, las cadenas moleculares del LDPE contienen múltiples ramificaciones de longitudes variables, lo que da como resultado un alto grado de ramificación de la cadena, una estructura menos regular, baja cristalinidad y buena flexibilidad y elongación.El polietileno de alta densidad (HDPE), también conocido como polietileno de baja presión, se polimeriza a partir de etileno a baja presión (1–5 atmósferas) y a una temperatura de 60–80 °C, utilizando catalizadores de aluminio y titanio.Debido a su estrecha distribución de peso molecular y a la disposición ordenada de sus moléculas, el HDPE presenta mejores propiedades mecánicas, buena resistencia química y un rango de temperatura 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).Por lo tanto, las propiedades del MDPE son intermedias entre las del 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 está 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 tensión ambiental (ESCR) es un índice extremadamente 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 tensión de flexión mientras está inmersa en un medio surfactante.Entre los factores que influyen en el agrietamiento por tensión del material se incluyen: 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 la distribución del peso molecular, mayor será el número de conexiones entre los cristalitos, lo que se traduce en un mejor rendimiento de la reducción electroquímica de CO₂ (ESCR) y una mayor vida útil del material.Al mismo tiempo, la cristalización del material también afecta a este índice; una menor cristalinidad conlleva un 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 permiten predecir su vida útil. El contenido de carbono en el PE ofrece una resistencia eficaz a la erosión causada por la luz ultravioleta (UV), y los antioxidantes mejoran su resistencia a la oxidación. El rendimiento de los compuestos de revestimiento de PE de diferentes densidades debe cumplir con lo indicado en la Tabla 1.

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

Artículo	Unidad	LDPE	PEBD	MDPE	HDPE
Índice de fluidez de la masa fundida	g/10 min	≤ 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 de rotura	%	≥ 500	≥ 600	≥ 650	≥ 650
Temperatura de fragilidad por impacto a baja temperatura	°C	≤ -76	≤ -76	≤ -76	≤ -76
Resistencia al agrietamiento por tensión ambiental	Fo(h)	≥ 48	≥ 48	≥ 48	≥ 48
Tiempo de inducción a la oxidación 200 ℃	mín.	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30
Contenido de negro de carbón	%	2,6 ± 0,25	2,6 ± 0,25	2,6 ± 0,25	2,6 ± 0,25
Dispersión de negro de carbón	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; arde en una llama, pero se descompone liberando una gran cantidad de gas HCl corrosivo y tóxico durante la combustión, causando daños secundarios.Sin embargo, se autoextingue al retirarse de la llama, por lo que no posee características de propagación de la llama.El compuesto de revestimiento de PVC también tiene buena flexibilidad y elongación, lo que lo hace ampliamente utilizado para cables de fibra óptica en interiores..

3. Compuesto de revestimiento ignífugo libre de halógenos (HFFR)

Debido a que el cloruro de polivinilo (PVC) produce gases tóxicos cuando se quema, se desarrolló un compuesto de revestimiento ignífugo, limpio, no tóxico y sin halógenos, con baja emisión de humo.Esto implica añadir retardantes de llama inorgánicos, como Al(OH)₃ y Mg(OH)₂, a los compuestos de revestimiento ordinarios.Al exponerse al fuego y arder, estos compuestos liberan agua de cristalización a la vez que absorben una gran cantidad de calor, impidiendo así que la temperatura del compuesto de revestimiento aumente 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 de material completamente diferentes, se debe tener cuidado durante el procesamiento para evitar la mezcla local no uniforme del retardante de llama.El retardante de llama inorgánico debe añadirse en la 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 comportamiento 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 requerida para que el material mantenga una combustión equilibrada en una atmósfera de gas mixto 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 de humo indica una menor generación de humo y un mejor rendimiento del material..

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

Artículo	Unidad	PVC (valor típico)	Compuesto de revestimiento de PE sin halógenos (valor típico)
Resistencia a la tracción	MPa	≥ 15	≥ 15
Alargamiento de rotura	MPa	≥ 150	≥ 150
Temperatura de fragilidad por impacto a baja temperatura	°C	-20	-20
Tiempo de inducción a la oxidación 200 ℃	mín.	≥ 60	≥ 60
Resistividad volumétrica	Ω·cm	≥ 10¹³	≥ 10¹¹
Rigidez dieléctrica	MV/m	≥ 20	≥ 20
Índice de oxígeno	%	—	28

4. Compuesto de revestimiento anti-seguimiento

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 alto voltaje.Para superar el efecto del campo eléctrico inducido de alto voltaje en la cubierta del cable, se ha desarrollado y producido un nuevo material de revestimiento anti-tracking.Este material de revestimiento logra un excelente rendimiento anti-seguimiento mediante un control estricto del contenido, el tamaño de partícula y la distribución del negro de humo, y mediante la adición de aditivos especiales..

II. Impactos en la calidad que pueden ocurrir durante la extrusión de la cubierta del cable 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 comunes de polietileno suelen tener impurezas como partículas de arena, polvo, inclusión de material con un punto de fusión más bajo o un secado insuficiente.Estos problemas pueden provocar fenómenos como una superficie de la funda rugosa e irregular, mala adhesión (desprendimiento de la funda) o formación de nervaduras y ampollas intermitentes.En cables de fibra óptica de tubo holgado central, si los cables de acero fosfatado están oxidados, o si la cinta de acero o la cinta impermeabilizante está húmeda, también pueden producirse problemas de calidad, como el desprendimiento de la funda y la formación de huecos (agujeros de aire) en la sección transversal..

III. Impactos en la calidad que pueden ocurrir durante la extrusión de la cubierta del cable de fibra óptica debido al control del proceso

Para evitar problemas de calidad durante la extrusión de la funda, el proceso de producción debe controlarse estrictamente para evitar problemas de calidad causados por errores operativos o negligencia, logrando así los objetivos de reducir el consumo y el costo del material y mejorar la calidad del producto.Por lo tanto, para evitar problemas de calidad durante la extrusión de la cubierta del cable de fibra óptica, los operadores de producción deben estar obligados estrictamente a realizar las siguientes tareas mediante el control del proceso:

1. En función de la tarea de producción: (cantidad total, número de carretes, longitud por carrete), realice estrictamente todo el trabajo preparatorio de acuerdo con los requisitos de los documentos del proceso de extrusión de la funda del cable de fibra óptica.
2. Ensamble el molde de presión, la matriz de dimensionamiento y la matriz de revestimiento según lo prescrito en el documento del proceso y ajuste cuidadosamente la concentricidad de la capa protectora. Una alineación arbitraria de las matrices puede causar fenómenos como la formación de juntas de bambú (grosor desigual) o el desprendimiento de la capa protectora durante la extrusión.
3. Preste especial atención a lo siguiente:
   • Al colocar el núcleo del cable en el soporte de desenrollado, verifique cuidadosamente su seguridad y que el eje de tensado esté bien apretado. Compruebe que el desenrollado sea correcto y suave, y que la tensión del desenrollado esté ajustada correctamente. Una tensión inestable del desenrollado puede provocar que la funda se vuelva intermitentemente gruesa y delgada.
   • El carrete de cinta de aluminio o de cinta de acero debe instalarse de forma estable y segura, y los tornillos de ajuste deben estar firmemente apretados para evitar que el carrete se caiga durante el funcionamiento, lo que podría provocar la rotura de la cinta.
   • El compuesto bloqueador de agua (o grasa de relleno) debe llenarse adecuadamente, pero sin excederse. El exceso de compuesto debe eliminarse en la salida del dispositivo de llenado con dos tiras de goma finas (o una tira de goma gruesa). Antes de arrancar la máquina, compruebe la presión del aire comprimido; póngala en marcha solo si es normal.
   • Al producir cables de fibra óptica de tubo holgado central con alambres de acero paralelos, la tensión de desenrollado de ambos alambres de acero debe ajustarse para garantizar una tensión uniforme y un funcionamiento estable.

IV. Problemas comunes de calidad de la funda y soluciones en la línea de producción

No.	Problemas comunes	Análisis de causa	Solución
1	Diámetro exterior desigual, unión de bambú	1. La boquilla exterior es demasiado pequeña, la presión de extrusión es demasiado alta.	1. Seleccionar los troqueles adecuados
		2. Velocidad desigual de desenrollado/recogida o cabrestante	2. Verifique el tornillo, el cabrestante y el desenrollador/recogedor.
		3. Gran variación en el diámetro exterior del núcleo del cable	3. Controle el tornillo y el cabrestante
		4. La correa principal de la máquina está demasiado floja o patina.	4. Compruebe el estado de funcionamiento de la maquinaria y los componentes eléctricos.
2	La cinta compuesta tiene un borde/brida festoneado.	1. El troquel de conformado, el troquel de dimensionamiento y el núcleo del troquel no están alineados con precisión en el mismo eje.	1. Asegurar la colimación/rectitud de todo el eje de formación
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 correctamente.
		2. La temperatura local del chip es demasiado baja.	2. Aumente adecuadamente la temperatura controlada del cabezal de la extrusora.
		3. La cinta compuesta de acero (aluminio) está suelta, la unión no es segura o es demasiado grande.	3. Seleccione matrices de revestimiento de tamaño adecuado.
4	Línea de fusión/costura de soldadura deficiente	1. La temperatura de control es demasiado baja, mala plastificación.	1. Controlar estrictamente la temperatura para garantizar una buena plastificación.
		2. Las matrices están muy desgastadas.	2. Reemplace los troqueles
		3. El control de temperatura del cabezal del extrusor es demasiado bajo, mala fusión.	3. Aumente adecuadamente la temperatura controlada del cabezal de la extrusora.
		4. El control de temperatura del cabezal del extrusor es demasiado alto y la viscosidad del material es baja.	4. Reduzca adecuadamente la velocidad del tornillo y del cabrestante para prolongar el tiempo de plastificación.
		5. Presión de extrusión insuficiente, plástico no sellado herméticamente dentro del cabezal.	5. Aumentar el tamaño de la malla del filtro, alargar la longitud de conformado de la boquilla e incrementar la presión de extrusión.

V. Conclusión

Durante mucho tiempo, los dos principales impulsores del desarrollo en la industria de las redes ópticas han sido la demanda y el costo del ancho de banda. Es decir, a medida que aumenta el ancho de banda, se requiere continuamente una disminución del costo por bit. Por lo tanto, los fabricantes de cables de fibra óptica como SoctFiber deben mejorar continuamente su tecnología de procesos, fortalecer la transformación o el reemplazo técnico de equipos, reducir los costos de materiales y de gestión para lograr una tecnología de producción de cables de fibra óptica de alto rendimiento y bajo costo.