魏成东
成都康宁光缆有限公司
摘 要
本文介绍了室内用紧套光缆（以下简称紧套光缆）的不同应用环境，根据不同应用环境进行紧套光缆的设计，以及紧套光缆的不同结构型式、材料选择、生产过程的质量控制等；紧套光缆有两个经常被制造厂家和用户忽略的重要性能：阻燃性能和老化性能，也就是紧套光缆在安全性和可靠性、寿命方面需要考虑的问题。还介绍了成都康宁光缆有限公司紧套光缆的主要特点。
关键词：紧套光缆、设计、质量控制
4 材料的选择
除了合理的光缆制造工艺和结构，材料对紧套光缆性能的影响是很关键的，特别对于紧套光缆的可靠性至关重要。例如，作为传输元件的光纤，它的性能好坏直接影响紧套光缆的传输性能；而紧套层、抗张元件以及护套的作用是在光缆的生产、安装敷设和使用过程中保护光纤，避免光纤受到外力的破坏。
4.1 光纤的选择
紧套光缆的核心单元是光纤。衡量光纤质量的好坏，需要综合考察光纤的传输性能、几何尺寸、机械性能和环境性能。目前综合上述各项性能，业界口碑最好的仍然是美国康宁的光纤。
4.2 紧套材料的选择
光纤不经进一步增强保护是不能使用的，这主要是由于大部分光纤的断裂伸长率极低，拉伸、弯曲和扭转应变会影响光纤使用寿命，也会引起损耗增加。因此光纤在实际使用前必须增加缓冲层来保护[3]。紧套层能提高光纤强度，使其在生产、安装和使用过程中承受外力作用而保持良好的传输性能。对紧套材料的要求是：柔软、有一定的强度、抗老化性能优越，符合光缆使用环境的阻燃要求，以及加工性能良好等。
4.3 抗张材料的选择
紧套光缆为便于室内布放，要求柔软性好，一般采用非金属加强件的全介质结构，能提高安全性，避免电磁辐射的影响。非金属加强件一般为芳纶纱和玻璃纤维增强棒。芳纶纱柔软、抗张模量相当于高强度钢丝的一半，而密度却只有钢丝的1/5～1/6，目前几乎所有紧套光缆都采用芳纶纱作加强件。芳纶纱的主要性能包括：抗张模量、抗张强度、断裂伸长率、含水率等。其中芳纶纱的抗张模量是设计紧套光缆使用强度的重要参数。例如：图2（b）中的双芯紧套光缆，采用不同芳纶纱结构时，在短期张力220N和长期张力55N时（GR-409规定）的光纤应变也不同。两种结构的光缆参数见表2。
由于紧套光缆中光纤面积极小，其他材料的抗张模量数量级远小于芳纶纱，因此计算光缆拉伸应变时不考虑芳纶纱以外材料的贡献。拉伸应变公式（1）用于计算紧套光缆的应变。
式中：e－紧套光缆拉伸应变
E－芳纶纱抗张模量，单位Pa
F－光缆所受拉力，单位N
S－抗张材料芳纶纱的截面积，单位m2。
由于紧套光缆中光纤与紧套层及光缆整体紧密结合，光纤与光缆无长度差，因此光缆拉伸应变即为光纤拉伸应变。根据公式（1）可计算出220N短期拉力和55N长期拉力下两种紧套光缆的光纤应变。结果见表3。
我们知道，光纤的寿命和光纤所受到的应变有一定的关系，通常光缆在安装时光纤应变不应超过光纤筛选应变（1％）的60％，即0.6%，长期使用时光纤应变不应超过光纤筛选应变的20％，即0.2%，否则会影响光纤使用寿命。因此B型紧套光纤的芳纶纱设计得太少，在安装和使用时可能出现较大光纤应变而影响其寿命。
4.4 护套材料的选择
光缆的护套直接与外界环境相接触，护套材料的选择需要考虑多方面的因素。根据紧套光缆应用与室内环境的特点，护套料的选择需要考虑以下几点：
护套料的阻燃特性：一般紧套光缆中护套料占光缆中聚合物重量的50％以上，因此它是决定紧套光缆阻燃性能的重要因素。不同应用环境对光缆阻燃性能的要求不同，因而需要选择不同的阻燃特性的护套料。
护套料的机械性能：光缆的安装敷设要求护套料具有较好的机械性能，强度高，耐磨，表面光滑，有较好的韧性等。
护套料的抗老化性能：为了保证光缆的使用寿命，必须要求护套在长期使用过程中，其性能不发生太大的改变。
护套料的加工性能：优良的加工性能是保证护套质量稳定性的重要条件。
5 生产过程的质量控制
5.1 紧套光缆的生产流程
以单芯紧套光缆为例：一般生产流程见图4。光纤通过紧套、护套工序到成品检验。
成都康宁光缆有限公司的单芯紧套光缆生产流程见图5，在光纤和紧套层之间增加了一层TBIIâ特殊涂层，它的特点是：
TBIIâ特殊涂层是美国康宁为紧套光缆设计开发的一项专有技术，包括特殊涂层材料、加工设备、加工工艺等；
TBIIâ特殊涂层是一种具有高温稳定性的材料，它的表面非常光滑，在紧套层挤出时紧套层不会和光纤涂层发生粘连，既不影响紧套层对光纤的保护，又有效降低了紧套层剥离力，提高了紧套光纤的接入速度；
可以一次性剥出较长光纤；
由于紧套层易剥离，操作时不易损伤光纤，不仅提高了光纤连接器质量和生产效率，同时减少了因断纤造成的浪费。
图6为普通紧套光纤与TBIIâ特殊涂层紧套光纤紧套层剥离力的对比，可以看出，增加了一层TBIIâ特殊涂层后，紧套层剥离力明显降低。
5.2 工序质量控制
工序的质量控制是保证紧套光缆质量的重要手段，在这里，介绍成都康宁光缆有限公司紧套光缆各个工序的质量控制及方法。
5.2.1 TBIIâ特殊涂层工序
要求有精密的涂覆模具，涂层外径在线监测，收放线张力精确稳定，TBIIâ特殊涂层材料粘度能稳定控制等。该工序控制精度高，涂层厚度极薄，既不影响紧套层对光纤保护，同时能降低紧套层的剥离力。
5.2.2 紧套工序
要求挤塑模具精密，收放线张力稳定，紧套层外径在线监测，包块在线检测。紧套光纤下线后还需测试光纤的衰减指标、OTDR曲线是否有台阶，紧套层的同心度等指标。
紧套层是光纤直接而重要的保护层，外径均匀性和同心度是衡量紧套层质量的重要指标。紧套层是热塑性聚合物材料，其线膨胀系数一般比光纤的线膨胀系数大两个数量级。因此在低温时，紧套层对光纤产生收缩作用，在高温时对光纤产生拉伸作用，特别是在低温时，如果紧套层同心度高外径均匀，则紧套层在圆周上和长度上对光纤的作用力是均匀的。见图7（a）；一旦紧套层偏心严重或外径不均匀，紧套层在圆周上和长度上对光纤的作用力不均匀，严重时会使光纤发生弯折，影响光纤的传输性能。见图7（b）。
紧套光纤标称外径一般为0.9mm或以下，为了保证测试准确性，测试紧套层同心度需采用特殊的检测仪器。成都康宁光缆有限公司配备了先进的紧套层光学测试仪，见图8，能快速而准确地检测紧套层同心度及截面尺寸。
5.2.3 护套工序
护套工序的质量控制手段，也要求精密的挤塑模具，精确的收放线张力，稳定可调的芳纶纱张力，外径在线监测，精确的色母料配比系统，先进的喷码机系统。这些控制手段是为了保证紧套光缆护套外径稳定，厚度精确恒定，芳纶纱布放、受力均匀，护套颜色鲜明一致，印字清晰。
对紧套光缆需要测试光纤的传输性能，光缆的机械性能、环境性能、阻燃性能等。只有在紧套光缆的每个工序中采用先进的生产控制设备、完善的控制手段，才能生产出优良的产品。光纤衰减常数是反映紧套光缆的制造水平和质量控制水平的重要指标。图9和图10为成都康宁光缆有限公司紧套光缆G652光纤衰减直方图，从中可看出，光纤衰减典型值很接近光纤进厂数据，表明紧套光缆的加工工艺稳定，大多数光纤无附加衰减。
6 结论
本文讨论了紧套光缆的标准、应用环境、分类方式、不同型式及设计、材料选择和生产质量控制，得出以下结论：
紧套光缆在发达国家的应用比较成熟，GR-409是室内光缆的通用标准；
紧套光缆的阻燃性能应根据不同应用环境进行设计和检验；
紧套光缆老化试验是验证光缆长期可靠性的重要手段；
只有合理的选材及先进完善的生产质量控制，才能制造出高品质的紧套光缆；
成都康宁光缆有限公司的TBIIâ特殊涂层技术能有效减小紧套层剥离力，提高光纤连接器质量和生产效率。
摘自 光纤新闻网
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