Как обеспечить качество оболочки оптоволоконного кабеля

В процессе производства волоконно-оптических кабелей качество экструзии внешнего слоя сердечника кабеля является одним из решающих факторов, определяющих общее качество оптического кабеля. Оболочка (или оболочка) служит в первую очередь для защиты сердечника кабеля, гарантируя отсутствие повреждений оптических волокон внутри него при транспортировке, монтаже и эксплуатации, тем самым обеспечивая стабильную передачу данных. Кроме того, качество оболочки напрямую влияет на механические свойства кабеля, такие как прочность на разрыв, сопротивление раздавливанию и ударопрочность. В данной статье в основном анализируются проблемы качества, которые могут возникнуть в процессе экструзии оболочки оптического кабеля, с акцентом на используемое сырье, оборудование для производства кабеля, управление персоналом и контроль технологического процесса.

I. Каковы материалы оболочки?

Оболочка (или оболочка) или внешний защитный слой — это самый внешний защитный слой в структуре волоконно-оптического кабеля, в основном состоящий из полиэтиленовой и ПВХ-оболочки.Для специальных применений используются безгалогенные огнестойкие (HFFR) и антитрекинговые составы для покрытия..

1. Полиэтиленовая оболочка

ПЭ — это аббревиатура полиэтилена, высокомолекулярного соединения, полимеризованного из этилена.. Черная полиэтиленовая оболочка изготавливается путем равномерного смешивания и гранулирования полиэтиленовой смолы со стабилизаторами, техническим углеродом, антиоксидантами и пластификаторами в определенных пропорциях.Полиэтиленовые оболочки, используемые для изготовления оболочек оптоволоконных кабелей, можно классифицировать по плотности на полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилен средней плотности (ПЭСП) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП).Из-за различий в плотности и молекулярной структуре они обладают разными свойствами..

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), также известный как полиэтилен высокого давления, полимеризуется путем реакции сополимеризации этилена под высоким давлением (выше 1500 атмосфер) при температуре 200–300 °C, причем кислород выступает в качестве катализатора.. Следовательно, молекулярные цепи ПЭНП содержат множество ветвей различной длины, что приводит к высокой степени разветвленности цепей, менее регулярной структуре, низкой кристалличности и хорошей гибкости и удлинению.Полиэтилен высокой плотности (ПНД), также известный как полиэтилен низкого давления, полимеризуется из этилена под низким давлением (1–5 атмосфер) при температуре 60–80 °C с использованием алюминиевых и титановых катализаторов.Благодаря узкому молекулярно-массовому распределению и упорядоченному расположению молекул, полиэтилен высокой плотности (HDPE) обладает лучшими механическими свойствами, хорошей химической стойкостью и более широким диапазоном рабочих температур.. Оболочка из полиэтилена средней плотности (ПЭСП) производится путем смешивания ПЭВП и ПЭНП в соответствующих пропорциях или путем полимеризации мономера этилена с пропиленом (или 1-бутеном в качестве второго мономера).Таким образом, свойства ПЭСП занимают промежуточное положение между свойствами ПЭВП и ПЭНП, сочетая гибкость ПЭНП с превосходной стойкостью к истиранию и прочностью на разрыв ПЭВП.Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) полимеризуется из этиленового мономера и 2-олефина с использованием газофазного или растворного процесса низкого давления.Степень разветвления ЛПЭНП находится между уровнями ПЭНП и ПЭВП, что обеспечивает ему отличную стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR)..

Стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR) является чрезвычайно важным показателем для оценки качества полиэтиленовых материалов.. Это явление растрескивания, которое возникает на образце материала, подвергаемом изгибающему напряжению при погружении в среду поверхностно-активного вещества.Факторы, влияющие на растрескивание материала под напряжением, включают: молекулярную массу, молекулярно-массовое распределение, кристалличность и микроскопическую структуру молекулярной цепи.Чем больше молекулярная масса и уже молекулярно-массовое распределение, тем больше связей между кристаллитами, что приводит к улучшению характеристик ESCR и увеличению срока службы материала.В то же время кристаллизация материала также влияет на этот показатель: чем ниже кристалличность, тем выше ESCR..

Прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве полиэтиленовых материалов являются ещё одним показателем, определяющим эксплуатационные характеристики материала, и могут также прогнозировать конечный срок службы материала. Содержание углерода в полиэтилене позволяет эффективно противостоять эрозии, вызванной ультрафиолетовым (УФ) излучением, а антиоксиданты могут эффективно повышать стойкость материала к окислению. Характеристики полиэтиленовых оболочек различной плотности должны соответствовать таблице 1.

Таблица 1: Характеристики полиэтиленовых оболочек различной плотности

Элемент	Единица	ПВД	ЛПЭНП	МДПЭ	ПНД
Скорость течения расплава	г/10мин	≤ 2.0	≤ 2.0	≤ 0,7	≤ 0,5
Плотность	г/см³	0.92 ~ 0.94	0.92 ~ 0.945	0.932 ~ 0.950	0.950 ~ 0.978
Предел прочности	МПа	≥ 13,0	≥ 14,0	≥ 18,0	≥ 20,0
Удлинение при разрыве	%	≥ 500	≥ 600	≥ 650	≥ 650
Температура ударной хрупкости при низких температурах	℃	≤ -76	≤ -76	≤ -76	≤ -76
Стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды	Фо(ч)	≥ 48	≥ 48	≥ 48	≥ 48
Время индукции окисления 200℃	мин	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30
Содержание технического углерода	%	2,6 ± 0,25	2,6 ± 0,25	2,6 ± 0,25	2,6 ± 0,25
Дисперсия технического углерода	Оценка (分)	≤ 6	≤ 6	≤ 6	≤ 6
Объемное сопротивление	Ом · см	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶
Электрическая прочность диэлектрика	МВ/м	≥ 25	≥ 25	≥ 25	≥ 25

2. ПВХ-оболочка

Огнестойкий материал ПВХ содержит атомы хлора; он горит в пламени, но разлагается, выделяя большое количество едкого и токсичного газа HCl во время горения, вызывая вторичный вред.. Однако он самозатухает при удалении от пламени, таким образом, обладая свойствами нераспространения пламени.. ПВХ-оболочка также обладает хорошей гибкостью и растяжимостью, что делает ее широко используемой для внутренних волоконно-оптических кабелей..

3. Безгалогенный огнестойкий (HFFR) состав для оболочки

Поскольку поливинилхлорид (ПВХ) при горении выделяет токсичные газы, был разработан малодымный, не содержащий галогенов, нетоксичный, чистый огнестойкий состав для оболочки.Это предполагает добавление неорганических антипиренов, таких как Al(OH)₃ и Mg(OH)₂, к обычным оболочкам.При воздействии огня и горении эти соединения выделяют кристаллизационную воду, поглощая при этом большое количество тепла, тем самым предотвращая повышение температуры оболочки и останавливая горение.Добавление неорганических антипиренов в состав оболочки HFFR увеличивает проводимость полимера.. Кроме того, поскольку смола и неорганический антипирен представляют собой две совершенно разные фазы материала, необходимо соблюдать осторожность при обработке, чтобы предотвратить неравномерное локальное смешивание антипирена.Неорганический антипирен необходимо добавлять в соответствующем количестве; чрезмерно большое количество приведёт к значительному снижению механической прочности и относительного удлинения материала при разрыве..

Индексами, используемыми для оценки качества огнестойкости HFFR-материала, являются кислородный индекс (КИ) и плотность дыма.Кислородный индекс — это минимальная концентрация кислорода, необходимая для поддержания сбалансированного горения материала в газовой смеси кислорода и азота.Более высокий индекс огнестойкости указывает на лучшие огнезащитные свойства материала.Плотность дыма рассчитывается путем измерения коэффициента пропускания параллельного светового луча через дым, образующийся при сгорании материала в определенном пространстве и на определенной длине пути.. Более низкая плотность дыма указывает на меньшее дымообразование и лучшие эксплуатационные характеристики материала..

Таблица 2: Характеристики ПВХ и антипиренов без галогенов

Элемент	Единица	ПВХ (типичное значение)	Безгалогенный полиэтиленовый компаунд для оболочки (типичное значение)
Предел прочности	МПа	≥ 15	≥ 15
Удлинение при разрыве	МПа	≥ 150	≥ 150
Температура ударной хрупкости при низких температурах	℃	-20	-20
Время индукции окисления 200℃	мин	≥ 60	≥ 60
Объемное сопротивление	Ом · см	≥ 10¹³	≥ 10¹¹
Электрическая прочность диэлектрика	МВ/м	≥ 20	≥ 20
Кислородный индекс	%	—	28

4. Противоследная оболочка

В системах электросвязи все шире используются полностью диэлектрические самонесущие волоконно-оптические кабели (ADSS), устанавливаемые на тех же опорах, что и высоковольтные воздушные линии электропередачи.Для преодоления воздействия высоковольтного индуцированного электрического поля на оболочку кабеля был разработан и произведен новый антитрекинговый материал оболочки.Этот материал оболочки обеспечивает превосходные противотрекинговые характеристики благодаря строгому контролю содержания, размера частиц и распределения технического углерода, а также благодаря добавлению специальных добавок..

II. Влияние на качество, которое может возникнуть в процессе экструзии оболочки оптоволоконного кабеля из-за сырья, используемого в процессе производства

Качество сырья, используемого для оболочки оптоволоконного кабеля, является очень важным фактором, влияющим на качество конечной оболочки.Обычные полиэтиленовые оболочки часто содержат примеси, такие как частицы песка, пыль, включения материалов с более низкой температурой плавления или недостаточно просушенные.Эти проблемы могут привести к таким явлениям, как шероховатая и неровная поверхность оболочки, плохое сцепление (отслоение оболочки) или периодическое образование ребристости и вздутий.В оптоволоконных кабелях с центральной трубкой, если фосфатированные стальные провода заржавели или стальная лента или водоблокирующая лента влажные, это также может привести к проблемам с качеством, таким как отслоение оболочки и образование пустот (воздушных отверстий) в поперечном сечении..

III. Влияние на качество, которое может возникнуть в процессе экструзии оболочки оптоволоконного кабеля из-за контроля процесса

Для предотвращения проблем с качеством во время экструзии оболочки производственный процесс должен строго контролироваться, чтобы избежать проблем с качеством, вызванных эксплуатационными ошибками или халатностью, тем самым достигая целей снижения расхода материала и стоимости, а также повышения качества продукции.Таким образом, для предотвращения проблем с качеством при экструзии оболочки оптоволоконного кабеля операторы производства должны строго выполнять следующие задачи посредством контроля процесса:

1. Исходя из производственной задачи: (общее количество, количество катушек, длина на катушку), строго выполнять все подготовительные работы согласно требованиям технологической документации по экструзии оболочки оптоволоконного кабеля.
2. Соберите пресс-форму, калибровочную матрицу и матрицу для нанесения оболочки, как указано в технологической документации, и тщательно отрегулируйте концентричность защитного слоя. Неправильное соответствие матриц может привести к таким явлениям, как «бамбуковое сращивание» (неравномерная толщина) или отслоение оболочки во время экструзии.
3. Обратите особое внимание на следующее:
   • При загрузке сердечника кабеля на раздаточный стенд тщательно проверьте его надежность и правильность затяжки натяжного вала. Проверьте правильность и плавность раздаточного устройства, а также правильность регулировки натяжения раздаточного устройства. Нестабильное натяжение раздаточного устройства может привести к тому, что оболочка будет то утолщаться, то истончаться.
   • Катушка с алюминиевой или стальной лентой должна быть установлена устойчиво и надежно, а зажимные винты должны быть надежно затянуты, чтобы предотвратить падение катушки во время работы, что может привести к обрыву ленты.
   • Водоблокирующий состав (или заполняющая смазка) должен быть залит в достаточном количестве, но не избыточным. Излишки состава следует удалить на выходе из заправочного устройства двумя тонкими резиновыми полосками (или одной толстой резиновой полоской). Перед запуском машины проверьте давление сжатого воздуха; запускайте машину только при его нормальном давлении.
   • При производстве волоконно-оптических кабелей с центральной трубкой и параллельными стальными проволоками необходимо отрегулировать натяжение разматываемой проволоки для обеспечения равномерной натяжки и стабильной работы.

IV. Распространенные проблемы с качеством оболочек и пути их решения на производственной линии

Нет.	Распространенные проблемы	Анализ причин	Решение
1	Неравномерный внешний диаметр, бамбуковое соединение	1. Внешняя матрица слишком мала, давление экструзии слишком высокое.	1. Выберите соответствующие штампы
		2. Неравномерная скорость отдающего/приемного устройства или кабестана	2. Проверьте винт, ведущую тягу и отдающее/приемное устройство.
		3. Большой разброс внешнего диаметра сердечника кабеля	3. Управление винтом и шпилем
		4. Ремень основной машины слишком ослаблен или проскальзывает.	4. Проверьте рабочее состояние оборудования и электрических компонентов.
2	Композитная лента имеет зубчатый край/фланец	1. Формовочный штамп, калибровочный штамп и сердечник штампа не точно выровнены по одной оси.	1. Обеспечить коллимацию/прямолинейность всей формовочной оси.
3	Отслоение или разрушение адгезии	1. В сердечнике кабеля есть вода или масло.	1. Повторите запуск, убедившись, что качество сердечника кабеля обработано правильно.
		2. Локальная температура матрицы слишком низкая.	2. Соответствующим образом увеличьте контролируемую температуру головки экструдера.
		3. Стальная (алюминиевая) композитная лента ослаблена, соединение ненадежное или слишком большое.	3. Выберите подходящие более крупные штампы для оболочек.
4	Плохой сварной шов/линия сплавления	1. Слишком низкая температура управления, плохая пластификация.	1. Строго контролируйте температуру, чтобы обеспечить хорошую пластификацию.
		2. Штампы сильно изношены.	2. Заменить штампы
		3. Слишком низкая температура головки экструдера, плохое сплавление.	3. Соответствующим образом увеличьте контролируемую температуру головки экструдера.
		4. Температура головки экструдера слишком высокая, вязкость материала низкая.	4. Уменьшите скорость вращения шнека и вала соответствующим образом, чтобы продлить время пластификации.
		5. Недостаточное давление экструзии, пластик неплотно запечатан внутри головки.	5. Увеличьте размер фильтрующей сетки, удлините длину формовочной головки и увеличьте давление экструзии.

V. Заключение

На протяжении долгого времени двумя важнейшими факторами развития отрасли оптических сетей были спрос на полосу пропускания и её стоимость. То есть, по мере роста пропускной способности возникает необходимость в постоянном снижении стоимости передачи бита. Поэтому производители оптоволоконных кабелей, такие как SoctFiber, должны постоянно совершенствовать свои технологические процессы, модернизировать или заменить оборудование, сокращать материальные и управленческие расходы для достижения действительно высокопроизводительной и экономичной технологии производства оптоволоконных кабелей.