玻纤带中心束管式光缆制备与性能研究 - 质量论坛 - 201706 - 会刊杂志

1.引言

传统的中心束管式光缆采用平行钢丝结构，或者选择芳纶或玻纤纱作为辅助加强件。平行钢丝中心束管式光缆采用金属钢丝作为抗拉元件，为了实现钢丝在护套内的稳定性，只能通过增加护套壁厚实现，造成了光缆外径增加，重量增加，简易敷设实现较难。采用芳纶作为辅助抗拉元件的中心束管式光缆虽然提高了光缆的机械性能，降低了光缆的外径和重量，但是芳纶成本较高，对现场管理较严格，使得总体竞争力不足。玻纤纱作为一种价格低廉的抗拉元件，一直作为中心束管式光缆的首选辅助抗拉元件，它既可以降低成本，又可以防鼠，同时具有防雷效果，很好的保护了光缆，但是玻纤纱在生产过程中容易单丝断裂、起毛、掉渣，同时堵塞分线孔，被迫拉断玻纤纱，造成实际力值无法满足设计力值，在后期的敷设和维护中面临较大风险。

基于上述理由，本文开发了一种基于玻纤纤维带的中心束管式光缆。玻璃纤维带采用耐高温高强型玻璃纤维，经特殊工艺加工而成。具有耐高温、保温隔热、绝缘、防火阻燃、耐腐蚀、耐老化、耐气候性、高强度、外观光滑等特点。玻璃纤维带应用于光缆能够满足防鼠和防雷性能，同时在生产过程中不会引起单丝断裂等其他附带事故。基于玻璃纤维带制备的中心束管式光缆包括圆形和“8”字型光缆。经过后期的试验和敷设应用，满足相关场景的应用。

2.玻璃纤维带的性能研究

2.1 玻璃纤维带的尺寸稳定性

玻璃纤维带的尺寸选择原则一般根据套管外径和成型工艺。玻纤带的理想宽度为全包裹、无重叠，这样光缆表面会非常光滑，尺寸稳定性很好。厚度一般选择0.4-0.45mm，主要是因为壁厚太薄，光缆的抗测压性能较差，且成型时易开裂；壁厚太厚，玻璃纤维带成型较难，成型阻力大，包裹不充分，光缆表面起劲等现象。玻纤带的长度可根据段长进行选择，段长尽量选择长段长，避免多次换盘引起的时间消耗。

选择某个月内的玻纤带（宽*厚：10.4mm*0.45mm）入场检验情况，分析玻纤带的尺寸稳定性，具体数据如下图1所示：

图1.玻璃纤维带厚度分布数据

根据方差公式：S²=, 根据数据计算得到，=0.460mm，S=0.0064，

A==0.0139=0.0139*100%=1.39%, A代表标准值的稳定性能力（校正系数）。实际要求值0.450mm厚度的玻纤带，送检测试24个样本，测试平均值为0.460mm，样本的偏阵方差达到了0.0064，校正系数值1.39%，已经超过3σ的0.27%标准，表明某个月内的波纤带厚度稳定性较差。

2.1 玻璃纤维带的拉伸性能

玻璃纤维带作为光缆的辅助加强元件，拉伸性能是其最重要的机械性能。跟踪某月抽检样品的拉伸测试数据，根据测试数据，了解玻纤带的抗张强度范围，具体测试数据如下图2：

图2.某月玻纤带的抗张强度测试数据

根据方差公式：S²=, 根据数据计算得到，=1007.57MPa，S=15.17，

A==0.015=0.015*100%=1.5%，从图2中可以看出，抗张强度基本在1000-1050MPa范围之内，符合光缆设计的参数归一性要求。根据样品的检查数据，设计了一款玻纤带中心束管式光缆，并对其进行机械性能测试。

3.玻纤带中心束管式光缆的结构与制备

3.1 玄武岩光缆结构

玻纤带中心束管式光缆一般采用圆形和“8”字型结构，芯数范围2-24芯，玻纤带的尺寸根据套管外径进行确定，基本的结构示意图如下图3所示。

图3.玻纤纱中心束管式圆形和“8”字型光缆和的结构示意图

3.2 玄武岩光缆的制备工艺

玻纤带中心束管式光缆制备的工艺路线图和常规光缆基本相同，其中最关键的工序为护套工序，在护套需要玻纤带，套管外绕包两根小线密度的高膨胀阻水纱。玻纤带的成型需要选择胶木或不锈钢预成型模，提前进行成型固定，进入机头之前，过导引模，导引模的前端为二次成型定径模，导引模周身打眼穿孔，防止短玻纤堵塞，造成事故，生产速度最高可达100m/min，处于业内领先地位。光缆壁厚可以选择0.8-1.2mm，极大的地降低了传统中心束管式光缆的外径和重量，为后期的敷设和维护提供了便利。

4.玻纤带中心束管式光缆的性能研究

对制备的玻纤带中心束管式光缆进行了环境性能和机械性能测试，了解玻纤带光缆的机械性能，评估光缆的应用环境及敷设要求。

选择的结构型号为GYFXTF-12B（2.8mm管径），进行高低温试验，试验结果如下表1。

表1.玻纤带中心束管式光缆的高低温测试数据

套管颜色	光纤颜色	-30℃ 衰减值 db/km		60℃ 衰减值 db/km
套管颜色	光纤颜色	1310nm	1550nm	1310nm	1550nm
本	蓝	0.342	0.190	0.338	0.190
	橙	0.331	0.189	0.337	0.186
	绿	0.328	0.189	0.326	0.187
	棕	0.328	0.185	0.334	0.194
	灰	0.323	0.185	0.331	0.188
	白	0.332	0.187	0.328	0.194
	红	0.331	0.183	0.327	0.193
	黑	0.326	0.191	0.339	0.192
	黄	0.333	0.192	0.331	0.187
	紫	0.324	0.187	0.334	0.186
	粉红	0.336	0.188	0.328	0.187
	青绿	0.338	0.185	0.327	0.181

从表1得知，玻纤带中心束管式光缆的低温试验数据在1310nm窗口保持在0.323-0.342db/km之间，1550nm窗口保持在0.183-0.192db/km之间；高温试验数据在1310nm窗口维持在0.327-0.339 db/km之间,1550nm窗口保持在0.181-0.194db/km之间。高低温数据远远低于技术要求规定值，符合在零下30℃到60℃之间的环境中应用。

同时对玻纤带中心束管式光缆进行了机械性能测试，测试结果如表2和图4：

表2.GYFXTF-12B(2.8mm管径)的机械性能测试

序号	检验项目	单位	标准要求		检验结果	结论
1	套管后收缩	%	≤5		1.1	合格
2	成品后套管后收缩	%	≤5		0.5	合格
3	套管滴流	/	70℃，24h，无滴流		无滴流	合格
4	拉伸	%	长期拉力600N	光纤应变≤0.02	0.012	合格
		dB		光纤衰减变化≤0.03	0.016
		%	短期拉力1500N	光纤应变≤0.15	0.116
		dB		光纤衰减变化≤0.1	0.018
		dB		光纤残余附加衰减≤0.03	0.019
		%		光纤残余应变≤0.01	0.030
			拉伸后护套无目力可见开裂		无目力可见开裂
5	扭转	dB	张力150N，20倍缆径，±90°，循环10次时，光纤附加衰减≤0.03		0.006	合格
			扭转后护套无目力可见开裂		无目力可见开裂
6	反复弯曲	dB	张力150N，20倍缆径，±90°，循环30次时，光纤残余附加衰减≤0.03		0.003	合格
			反复弯曲后护套无目力可见开裂		无目力可见开裂
7	压扁	dB	长期压力300N，光纤附加衰减≤0.03，短期压力1000N，光纤附加衰减≤0.10，去除压力后光纤残余附加衰减≤0.03		长期：0.003 短期：0.004 残余：0.003	合格
			压扁后护套无目力可见开裂		无目力可见开裂
8	冲击	dB	4.5N.m，≥5点，每点1次，光纤残余附加衰减≤0.03		0.013	合格
			冲击后护套无目力可见开裂		无目力可见开裂

图4.玻纤带光缆拉伸试验过程中光纤衰减变化和应变的曲线图

从上述的机械性能试验得知，套管后收缩和成品后的后收缩只有1.1%和0.5%，表明套管余长及护层过程中的放线张力满足生产工艺要求。拉伸试验数据也证明套管余长的控制，及成型模具的选择始终是非常关键的质量控制点。玻纤带光缆能够承受1500N的短期拉力，基本满足了此缆在配线段及馈线段的应用。压扁与冲击性能证明玻纤带具有一定的抗测压能力，缓冲了重捶的冲击，保护了缆内套管。冲击是不可逆行为，会对套管及光纤造成永久伤害，而玻纤带光缆具有很强的抗冲击性，证明玻纤带是一种优良的光缆防护元件。

5.总结

玻璃纤维带已经广泛于层绞式和中心束管式光缆，并且获得了良好的环境性能和机械性能。玻纤带中心束管式光缆对玻纤带的尺寸温度性要求较高，选择原材料厂家也十分重要。玻纤带可作为增强材料应用于层绞式光缆，产品开发及检测标准需要更新提升。

参考文献

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