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中心束管式光纜PBT管回縮問(wèn)題的解決方法
一、問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)
中心束管式光纜由于具有結(jié)構(gòu)小、重量輕、成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，多年來(lái)廣泛受到用戶的歡迎，大量使用于管道和架空光通信線路中。但在實(shí)際線路工程施工和線路維護(hù)中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)中心束管式光纜在接頭盒內(nèi)出現(xiàn)PBT管被覆光纖（光纜纜芯）回縮，回縮長(zhǎng)度達(dá)數(shù)厘米至十幾厘米不等，回縮發(fā)生時(shí)間有時(shí)僅在光纜架設(shè)、接頭熔接完成的數(shù)天后，有時(shí)則在工程完工驗(yàn)收的數(shù)月后。回縮情況嚴(yán)重的甚至發(fā)生PBT管被覆光纖從光纖接頭固定板上滑落下來(lái)，造成PBT管口附近的裸光纖在PBT管滑落處被子嚴(yán)重彎曲，損耗劇增，甚至發(fā)生裸光纖被滑落的PBT管與光纖接頭固定板剪切而出現(xiàn)光纖斷裂，造成線路故障。
二、光纜中纜芯發(fā)生回縮問(wèn)題的原因分析
對(duì)于光纜中纜芯發(fā)生回縮現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)分析判斷結(jié)果為受環(huán)境溫度變化等因素影響，纜芯與外層護(hù)套由于各自的材料溫度膨脹收縮系數(shù)不同，或由于PBT管與護(hù)套在加工過(guò)程中材料內(nèi)部存有不同的殘余應(yīng)力，造成纜芯收縮相對(duì)過(guò)大所致。纜芯發(fā)生回縮的另一個(gè)原因是光纜纜芯與護(hù)套之間必定發(fā)生了相對(duì)滑移，纜芯與護(hù)套間的結(jié)構(gòu)不緊密，兩者之間的摩擦系數(shù)不夠大。
對(duì)于松套層絞式光纜，從結(jié)構(gòu)上看，由于其加強(qiáng)元件位于纜芯中心位置，PBT管松套被覆光纖（光纖單元）呈螺旋狀或SZ螺旋狀纏繞在中心加強(qiáng)元件的周圍，并被扎線或包帶昆昆包扎固定，于是纜世產(chǎn)各部件間相互摩擦系數(shù)大，結(jié)構(gòu)們置穩(wěn)定，其綜合機(jī)械物理性能和溫度線膨脹系數(shù)在本取決于中心加強(qiáng)元件。通常在線路架設(shè)施工時(shí)，中心加強(qiáng)元件被緊固在接頭盒的緊固螺栓上，因此光纜在使用中，無(wú)論環(huán)境間諜如何變化，纜芯對(duì)接頭盒來(lái)說(shuō)，其幾乎沒(méi)有相對(duì)伸縮變化。再看外護(hù)層，一般大都休用鋼塑復(fù)合黏結(jié)縱包護(hù)套或鋁塑黏結(jié)縱包護(hù)套，其機(jī)械物理性能和溫度線膨脹系數(shù)也基本依賴于縱包鋼帶或鋁帶金屬材料，因此，在使用環(huán)境條件下，纜芯與外護(hù)層的膨脹、收縮差異不大。另外，通常在光纜架設(shè)施工時(shí)，光纜外護(hù)套還被卡壓固定在接頭號(hào)盒的光纜密封固定口處，這樣架設(shè)在線路上的整根光纜與接頭盒可看作為一個(gè)連成線路的整體，它們之間幾乎沒(méi)有相對(duì)的伸縮變化。至于接頭盒 內(nèi)的PBT管被覆光纖，長(zhǎng)度很短，其伸縮變化量可忽略。所以我們認(rèn)為，層絞式光纜不存在接頭盒內(nèi)PBT管光纖單元回縮問(wèn)題材。并且，通過(guò)對(duì)大量實(shí)際運(yùn)行中的松套層絞式光纜線路進(jìn)行觀察，其結(jié)果也證實(shí)確認(rèn)了這一點(diǎn)。
對(duì)于中心束管式光纜，其PBT管被覆光纖即光纜纜芯，PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）被覆材料的線膨脹系數(shù)約為8×10-5/℃。而一般中凡束管式光纜的外護(hù)套層中夾有加強(qiáng)鋼絲和鋼塑黏結(jié)復(fù)合帶，護(hù)套的機(jī)械物理性能和溫度線膨脹系數(shù)很大程度上取決于加強(qiáng)鋼絲和縱包鋼帶材料，鋼材的線膨脹系數(shù)約為1×10-5/℃，因此，纜芯與外護(hù)套之間由于材料溫度線膨脹系數(shù)的差異，存在著熱脹冷縮程度不同，很明顯，PBT管的熱脹冷縮較為嚴(yán)重，通常中心束管式光纜在線路架設(shè)施工時(shí)，護(hù)套中的加強(qiáng)鋼絲被緊固在接頭盒的緊固螺栓上，因此，隨著環(huán)境溫度下降，當(dāng)PBT管被覆光纖纜芯與外護(hù)套結(jié)構(gòu)又不緊密時(shí)，PBT管被覆光纖纜芯則在接頭盒內(nèi)發(fā)生向光纜內(nèi)回縮。反之，隨著環(huán)境溫度升高，PBT管被覆光纖纜芯在接頭盒內(nèi)又發(fā)生向光纜外伸長(zhǎng)。另外，在二次被覆光纖生產(chǎn)過(guò)程中，冷卻水的溫度和PBT管的被冷卻時(shí)間、速度會(huì)影響PBT管材料的內(nèi)部是否形成結(jié)晶和結(jié)晶顆粒大小及結(jié)晶度，PBT管的被牽引拉伸速度、冷卻水溫度和撞出模具尺寸則會(huì)影響PBT管材料的拉伸取向程度，使被覆層內(nèi)存留有應(yīng)力。適當(dāng)控制這些操作工藝因素，材料的結(jié)晶情況和適當(dāng)?shù)姆肿尤∠蚰苎a(bǔ)償PBT管與外護(hù)套間的材料溫度線膨脹系數(shù)差異，減少中心束管式光纜中PBT管纜芯的回縮程度。但當(dāng)冷卻水溫度、PBT冷卻速度、PBT管牽引拉伸控制不當(dāng)時(shí)，則會(huì)發(fā)生隨溫度變化而加劇PBT管被覆光纖回縮進(jìn)光纜內(nèi)的現(xiàn)象。
三、中心束管式光纜PBT管回縮問(wèn)題的解決方法
針對(duì)上述這些造成中心束管式光纜發(fā)生PBT管被覆光纖回縮的原因，我們首先改變了以往在PBT管纜芯與外護(hù)層之間充填油膏達(dá)到光纜縱向防水密封的做法，改用縱包阻水帶的干式阻水結(jié)構(gòu)，并采用緊縱包模具和壓力式撞出工藝來(lái)控制光纜截面結(jié)構(gòu)緊密，這樣有效增大了纜內(nèi)PBT管纜芯與外護(hù)套內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù)，避免了阻水密封油膏的潤(rùn)滑作用，使PBT管與外護(hù)層內(nèi)壁間具有足夠大的摩擦力，從而有效阻礙了PBT管被覆光纖纜芯的單獨(dú)膨脹和收縮。
其次，在PBT管二次被覆光纖擠出生產(chǎn)過(guò)程中，我們對(duì)冷卻水溫度、水槽長(zhǎng)度、牽引速度和擠出模具的�？诔叽绲裙に噮�(shù)進(jìn)行了理論研究、分析和實(shí)際操作工藝條件調(diào)整。根據(jù)高聚物材料的結(jié)晶特性分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果，我們確認(rèn)，即使是同種高聚物，當(dāng)在不同溫度下形成結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶材料所表現(xiàn)出來(lái)的特性是不同的。在較高的溫度下形成結(jié)晶時(shí)，材料內(nèi)所有結(jié)晶的形態(tài)比較相近（熔點(diǎn)溫度范圍窄），結(jié)晶也比較充分（結(jié)晶度高），并且材料在玻璃化溫度至熔點(diǎn)溫度間所表現(xiàn)出來(lái)的機(jī)械強(qiáng)度、模量、溫度穩(wěn)定性均比在較低溫度結(jié)晶時(shí)有較大的提高。PBT材料因分子鏈段中帶有苯側(cè)基團(tuán)，分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)比較困難，分子鏈的柔性稍差，它只能在熔體較緩慢地冷卻時(shí)才能結(jié)晶，冷卻過(guò)快時(shí)則不能形成結(jié)晶。因此如果希望得到結(jié)晶度較高、結(jié)晶顆粒大小較為一致，即力學(xué)特性優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性能好的被覆光纖PBT管，冷卻水溫一定不能過(guò)低。PBT材料它分子間的相互作用較強(qiáng)，一旦形成結(jié)晶，則結(jié)晶結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，關(guān)于這一點(diǎn)我們通過(guò)材料力學(xué)性能和線膨脹系數(shù)的玻璃化溫度至熔點(diǎn)溫度范圍溫度定性能測(cè)試得到了證實(shí)，材料結(jié)晶度可通過(guò)冷卻水溫和冷卻時(shí)間（水槽長(zhǎng)度）來(lái)控制。另外，結(jié)晶結(jié)構(gòu)對(duì)材料力學(xué)性能也起著重要作用，理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果一致認(rèn)為材料棒內(nèi)部結(jié)晶顆粒小的時(shí)候，其抗張強(qiáng)度、模量、斷裂伸長(zhǎng)和韌性等都較材料內(nèi)部結(jié)晶顆粒大的時(shí)候來(lái)得高，材料結(jié)晶顆 粒大小可通過(guò) 冷卻速度 來(lái)控制。因此，我們按上述原理，通過(guò)反復(fù)仔細(xì)調(diào)整PBT管二次被覆光纖擠出生產(chǎn)工藝條件，自主開(kāi)發(fā)了一套PBT管被覆光纖的制造工藝參數(shù)。必須指出的是，在進(jìn)行PBT管二次被覆光纖擠出生產(chǎn)的同時(shí)，高聚物在熔融擠出狀態(tài)下的出�？跀D壓和被牽引拉伸而出現(xiàn)分子取向過(guò)程也是一個(gè)重要的問(wèn)題。PBT管被覆材料的力學(xué)性能在分子單軸取向后變?yōu)楦飨虍愋�，在分子鏈取向方向上的抗拉�?qiáng)度、模量等特性得到了顯著提高，但就材料熱性能來(lái)說(shuō)，材料在取向方向上的熱收縮率卻也明顯增大。在實(shí)際二次被覆光纖制造中，PBT被覆管材料中若殘存較大的分子取向力，則不僅會(huì)導(dǎo)致被覆光纖PBT管的受熱嚴(yán)重收縮，還會(huì)嚴(yán)重影響被覆光纖的溫度--損耗特性。