Как обеспечить качество оболочки оптоволоконного кабеля

В процессе производства волоконно-оптических кабелей качество экструзии внешнего слоя сердцевины кабеля является одним из решающих факторов, определяющих общее качество волоконно-оптического кабеля. Оболочка (или оболочка) в первую очередь служит для защиты сердцевины кабеля, обеспечивая отсутствие повреждений оптических волокон при транспортировке, установке и использовании, тем самым поддерживая стабильные характеристики передачи данных. Кроме того, качество оболочки напрямую влияет на механические свойства кабеля, такие как прочность на разрыв, сопротивление раздавливанию и ударопрочность. В этой статье в основном анализируются проблемы качества, которые могут возникнуть в процессе экструзии оболочки волоконно-оптического кабеля, с упором на используемое сырье, оборудование для производства кабеля, управление персоналом и контроль процесса.

I. Какие бывают материалы оболочки?

Оболочка (или оболочка) или внешний защитный слой является внешним защитным слоем в структуре волоконно-оптического кабеля, в основном используется полиэтиленовая оболочка и ПВХ оболочка. Для специальных применений используются безгалогенные огнезащитные составы (HFFR) для оболочки и антислеживающие составы для оболочки..

1. Состав для полиэтиленовой оболочки

PE - это аббревиатура полиэтилена, высокомолекулярного соединения, полимеризованного из этилена.. Черный полиэтиленовый компаунд для оболочки изготавливается путем равномерного смешивания и гранулирования полиэтиленовой смолы со стабилизаторами, сажей, антиоксидантами и пластификаторами в определенных пропорциях.. Полиэтиленовые оболочки, используемые для оболочек волоконно-оптических кабелей, можно разделить по плотности на полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилен средней плотности (MDPE) и полиэтилен высокой плотности (HDPE).. Из-за различий в плотности и молекулярной структуре они обладают разными свойствами.

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) также известен как полиэтилен высокого давления, полимеризуется в результате реакции совместной полимеризации этилена под высоким давлением (выше 1500 атмосфер) при температуре 200-300°C, при этом кислород выступает в качестве катализатора. Следовательно, молекулярные цепи ПЭВД содержат множество разветвлений различной длины, что приводит к высокой степени разветвленности цепей, менее регулярной структуре, низкой кристалличности, хорошей гибкости и удлинению.. Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) также известен 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, ПЭВП обладает лучшими механическими свойствами, хорошей химической стойкостью и более широким диапазоном рабочих температур.. Полиэтиленовая оболочка средней плотности (MDPE) производится путем смешивания HDPE и LDPE в соответствующих пропорциях или путем полимеризации мономера этилена с пропиленом (или 1-бутеном в качестве второго мономера).. Таким образом, свойства MDPE являются промежуточными между HDPE и LDPE, сочетая гибкость LDPE с превосходной стойкостью к истиранию и прочностью на разрыв HDPE.. Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) полимеризуется из мономера этилена и 2-олефина с помощью газофазного или растворного процесса низкого давления.. Степень разветвленности LLDPE находится между LDPE и HDPE, что обеспечивает ему превосходную устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR)..

Устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR) является чрезвычайно важным показателем для оценки качества полиэтиленовых материалов.. Он относится к явлению растрескивания, которое происходит на испытуемом материале, подвергаемом изгибающему напряжению при погружении в среду поверхностно-активных веществ.. Факторы, влияющие на растрескивание материала под напряжением, включают: молекулярную массу, распределение молекулярной массы, кристалличность и микроскопическую структуру молекулярной цепи. Чем больше молекулярная масса и чем более узкое распределение молекулярной массы, 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: меньшая кристалличность приводит к лучшему ESCR.

Прочность на разрыв и удлинение при разрыве полиэтиленовых материалов являются еще одним показателем для измерения характеристик материала и могут также предсказать конечную точку эксплуатации материала. Содержание углерода в полиэтиленовом материале может эффективно противостоять эрозии материала под воздействием ультрафиолетового излучения (УФ), а антиоксиданты могут эффективно повысить устойчивость материала к окислению. Характеристики оболочек из полиэтилена различной плотности должны соответствовать таблице 1.

Таблица 1: Характеристики полиэтиленовых оболочек различной плотности

Артикул	Единица	LDPE	LLDPE	MDPE	ПНД
Скорость потока 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
Прочность на разрыв	МПа	≥ 13.0	≥ 14.0	≥ 18.0	≥ 20.0
Удлинение при разрыве	%	≥ 500	≥ 600	≥ 650	≥ 650
Хрупкость при низкотемпературном воздействии Температура	℃	≤ -76	≤ -76	≤ -76	≤ -76
Устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды	Fo(h)	≥ 48	≥ 48	≥ 48	≥ 48
Время индукции окисления 200℃	мин	≥ 30	≥ 30	≥ 30	≥ 30
Содержание сажи	%	2.6 ± 0.25	2.6 ± 0.25	2.6 ± 0.25	2.6 ± 0.25
Рассеивание сажи	Оценка (分)	≤ 6	≤ 6	≤ 6	≤ 6
Объемное сопротивление	Ω - см	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶	≥ 10¹⁶
Диэлектрическая прочность	МВ/м	≥ 25	≥ 25	≥ 25	≥ 25

2. Состав для обшивки из ПВХ

Огнезащитный материал ПВХ содержит атомы хлора; он сгорает в пламени, но при сгорании разлагается, выделяя большое количество коррозионного и токсичного газа HCl, что наносит вторичный вред здоровью.. Однако он самозатухает при удалении из пламени, таким образом, обладая свойствами нераспространения пламени. ПВХ компаунд для оболочки также обладает хорошей гибкостью и удлинением, что позволяет широко использовать его для оптоволоконных кабелей внутри помещений.

3. Безгалогенный огнезащитный состав (HFFR) для оболочки

Поскольку поливинилхлорид (ПВХ) при горении выделяет токсичные газы, был разработан малодымный, не содержащий галогенов, нетоксичный, чистый огнезащитный состав для оболочки. Это предполагает добавление неорганических антипиренов, таких как Al(OH)₃ и Mg(OH)₂, к обычным оболочечным соединениям.. При воздействии огня и горения эти соединения выделяют кристаллизационную воду, поглощая при этом большое количество тепла, тем самым предотвращая повышение температуры оболочечного соединения 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, в процессе обработки необходимо следить за тем, чтобы предотвратить неравномерное локальное смешивание антипирена.. Неорганический антипирен должен быть добавлен в соответствующем количестве; слишком большая доля приведет к значительному снижению механической прочности и удлинения при разрыве материала..

Для оценки качества огнезащитных свойств материала HFFR используются такие показатели, как кислородный индекс (OI) и плотность дыма.. Кислородный индекс - это минимальная концентрация кислорода, необходимая материалу для поддержания сбалансированного горения в атмосфере смешанного кислородно-азотного газа.. Более высокий показатель OI указывает на лучшие огнезащитные характеристики материала. Плотность дыма рассчитывается путем измерения пропускания параллельного пучка света через дым, образующийся при сгорании материала в определенном пространстве и при определенной длине пути.. Более низкая плотность дыма указывает на меньшее образование дыма и лучшие характеристики материала.

Таблица 2: Характеристики ПВХ и безгалогенных огнезащитных составов

Артикул	Единица	ПВХ (типичное значение)	Безгалогенный полиэтиленовый компаунд для оболочки (типовое значение)
Прочность на разрыв	МПа	≥ 15	≥ 15
Удлинение при разрыве	МПа	≥ 150	≥ 150
Хрупкость при низкотемпературном воздействии Температура	℃	-20	-20
Время индукции окисления 200℃	мин	≥ 60	≥ 60
Объемное сопротивление	Ω - см	≥ 10¹³	≥ 10¹¹
Диэлектрическая прочность	МВ/м	≥ 20	≥ 20
Кислородный индекс	%	—	28

4. Состав для защиты обшивки от растрескивания

В системах электросвязи все чаще используются полностью диэлектрические самонесущие (ADSS) волоконно-оптические кабели, устанавливаемые на тех же вышках, что и высоковольтные воздушные линии.. Для преодоления влияния высоковольтного индуцированного электрического поля на оболочку кабеля был разработан и произведен новый антитрекинговый материал оболочки. Этот оболочечный материал достигает превосходных антислеживающих характеристик благодаря строгому контролю содержания, размера частиц и распределения сажи, а также добавлению специальных добавок..

II.Воздействие на качество, которое может произойти во время экструзии оболочки волоконно-оптического кабеля из-за сырья, используемого в процессе производства

Качество сырья, используемого для изготовления оболочки волоконно-оптического кабеля, является очень важным фактором, влияющим на конечное качество оболочки. Обычные полиэтиленовые оболочки часто имеют примеси, такие как частицы песка, пыль, включение материала с более низкой температурой плавления или недостаточная сушка.. Эти проблемы могут привести к таким явлениям, как шероховатая и неровная поверхность оболочки, плохая адгезия (отслоение оболочки), периодические ребристости и волдыри. В центральных волоконно-оптических кабелях со свободной трубкой, если фосфатированные стальные проволоки заржавели, или если стальная лента или водоблокирующая лента отсырели, это также может вызвать проблемы с качеством, такие как отслоение оболочки и пустоты (воздушные отверстия) в поперечном сечении..

III.Воздействие на качество, которое может произойти во время экструзии оболочки волоконно-оптического кабеля из-за управления процессом

Для предотвращения проблем с качеством при экструзии оболочки необходимо строго контролировать производственный процесс, чтобы избежать проблем с качеством, вызванных ошибками или небрежностью в работе, и тем самым достичь целей снижения расхода и стоимости материалов и улучшения качества продукции.. Поэтому для предотвращения проблем с качеством при экструзии оболочки оптоволоконного кабеля операторы производства должны строго выполнять следующие задачи, контролируя процесс:

1. Исходя из производственного задания: (общее количество, количество бобин, длина одной бобины), строго выполняйте все подготовительные работы в соответствии с требованиями технологических документов по экструзии оболочки волоконно-оптического кабеля.
2. Соберите пресс-форму, матрицу для определения размеров и матрицу для оболочек, указанные в технологическом документе, и тщательно отрегулируйте концентричность защитного слоя. Произвольная подгонка фильеры может привести к таким явлениям, как бамбуковый шов (неравномерная толщина) или отслоение оболочки во время экструзии.
3. Обратите особое внимание на следующее:
   • При загрузке кабельного сердечника на подставку тщательно проверьте, надежно ли она закреплена и правильно ли затянут затяжной вал. Проверьте правильность и плавность расплаты, а также регулировку натяжения расплаты. Нестабильное натяжение планки может привести к тому, что оболочка будет периодически становиться то толстой, то тонкой.
   • Катушка с алюминиевой или стальной лентой должна быть установлена прочно и надежно, а затяжные винты должны быть плотно затянуты, чтобы предотвратить падение катушки во время работы, что может привести к поломке ленты.
   • Водоблокирующая смесь (или заправочная смазка) должна быть заполнена в достаточном количестве, но не чрезмерно. Излишки компаунда должны быть удалены на выходе из заправочного устройства с помощью двух тонких резиновых полосок (или одной толстой резиновой полоски). Перед запуском машины проверьте давление сжатого воздуха; запускайте только в том случае, если оно в норме.
   • При производстве волоконно-оптических кабелей с центральной свободной трубкой и параллельными стальными проволоками необходимо регулировать натяжение обеих стальных проволок для обеспечения постоянной герметичности и стабильного хода.

IV. Общие проблемы качества оболочки и их решение на производственной линии

Нет.	Общие вопросы	Анализ причин	Решение
1	Неравномерный внешний диаметр, бамбуковое соединение	1. Внешняя матрица слишком мала, давление экструзии слишком велико	1. Выберите подходящие штампы
		2. Неравномерная скорость подачи/приема или накидного механизма	2. Проверьте шнек, накидную головку, а также отдачу/забор
		3. Большой разброс внешнего диаметра кабельных жил	3. Управление винтом и капстаном
		4. Ремень главной машины слишком ослаблен или проскальзывает	4. Проверьте состояние работы механизмов и электрических компонентов
2	Композитная лента имеет гребенчатый край/фланец	1. Формовочная матрица, матрица для определения размеров и сердечник матрицы неточно выровнены по одной оси	1. Обеспечьте коллимацию/прямолинейность всей образующей оси
3	Отсоединение или нарушение адгезии	1. В жилу кабеля попала вода или масло	1. Повторный запуск после обеспечения надлежащего качества жилы кабеля
		2. Локальная температура матрицы слишком низкая	2. Соответствующим образом увеличьте контролируемую температуру головки экструдера
		3. Стальная (алюминиевая) композитная лента ослаблена, соединение не надежно или слишком велико	3. Выберите плашки для обшивки соответствующего размера
4	Некачественный сварной шов/линия сплавления	1. Слишком низкая температура контроля, плохая пластификация	1. Строгий контроль температуры для обеспечения хорошей пластификации
		2. Штампы сильно изношены	2. Замените плашки
		3. Слишком низкий контроль температуры головки экструдера, плохое сплавление	3. Соответствующим образом увеличьте контролируемую температуру головки экструдера
		4. Слишком высокая температура головки экструдера, низкая вязкость материала	4. Соответствующим образом уменьшите скорость вращения шнека и качалки, чтобы продлить время пластификации
		5. Недостаточное давление экструзии, пластик не плотно закрыт внутри головки	5. Увеличить фильтровальную сетку, удлинить длину фильеры и увеличить давление экструзии

V. Заключение

В течение долгого времени двумя основными факторами развития индустрии оптических сетей были спрос на пропускную способность и стоимость. То есть по мере увеличения пропускной способности постоянно требуется снижение стоимости одного бита. Поэтому производители оптоволоконных кабелей, такие как SoctFiber, должны постоянно совершенствовать технологию производства, усиливать техническое преобразование или замену оборудования, снижать затраты на материалы и затраты на управление, чтобы действительно достичь высокопроизводительной и недорогой технологии производства оптоволоконных кабелей.