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1、光缆制造培训教材第二章光纤着色工艺江苏中利电缆有限责任公司技术部光纤着色工艺学目录第一节第一节 第三节 第四节 第五节概述光纤着色设备光纤着色工艺光纤着色的质量控制光纤着色的缺陷和预防第一节概述传统的电线已采用色标来辨别它们在电缆中的位置，这样用色标区分后 就可以正确地接线，而不至于将电线的任何一端接错。光纤也需要同一的辨认方法。实用中，绝大多数光纤安装好后是没有通 向光纤两端的入口的，这就使查找辨认光纤更加困难。而且光纤又无法用电 气设备做连通试验，因此用于辨认光纤的色标比电线的色标要求还要严格。 为了便于光纤的识别和光缆敷设过程中的光纤接续，使光纤具有不同的颜色 标志。光纤着色就是利用着色
2、机将油墨均匀地涂覆在光纤的表面。早期光纤着色工作是简单地用电缆着色设备把溶液性油墨涂到光纤上，然后让光纤通过烘干箱将色墨烘干固化。由于这些材料是溶液性的，污染严重，抗磨性差，抗光缆油膏的能力也是一个难解决的问题。现在研制的UV 固化油墨就基本上解决了上述问题。现在试验的涂覆用油墨是一种光纤专用 油墨，它含有一定的紫外光交联剂，一般要求与光纤有很好的结合力，并且 与光缆中的其他材料有较好的相容性，同时它与溶液性涂料非常类似，具有 颜料的淀积性能。着色的颜色为十二种，即蓝、桔、绿、棕、灰、白、红、 黑、黄、紫、粉红、青绿。每种颜色它的光谱有所不同，因而在相同工艺条 件下其固化度也有所不同。目前，已
3、经有人将着色工序结合到了拉丝的工序 中，即将颜料涂覆在第一层与第二层包层之间，这样就可以省掉一道工序， 并且不存在固化不好而引起退色问题。当工厂不具备制棒和拉丝能力时，光纤着色一般是光缆制造厂的光缆制造 的第一道工序。因此它虽然操作比较简单，但也有一定的技术含量和操作技 巧。第二节光纤着色设备光纤着色一般是制造光缆的第一道工序，且光纤本身是一个非常脆弱的 元件。因此，着色设备的性能可为下一工序的质量提供保证，同时高生产能 力可节约公司的资源配置。如进口机产量是国产机的三倍，换句话说买三台 国产机不如买一台进口机。光纤着色的主要设备是着色机，可以进行着色和复绕两种功能。一般国产的着色机的生产速度
4、为200500m/min，进口设备的线速度可以达到 1500m/min，并能进行光纤的紧套工艺。、着色机的主要组成部分着色机主要有机架、主动放线架、收放线张力装置、涂覆系统、UV固 化炉、牵引计米装置和收排线装置组成。着色机的工作原理固化炉牵引装置1、主动放线架主动放线架是一悬臂轴式的放线装置，由一宽调速直流电机通过齿形带传 动，使光纤盘轴旋转，从而实现光纤的主动放线。有些还可以自动对中移动。2、收放线张力控制收放线张力控制采用舞蹈器结构。该结构中装有精密电位器，其作用是 控制光纤的收放线速度，并能自动跟踪，光纤上的张力大小可通过调节机构 来进行调节。3、涂覆装置涂覆装置分为压力式涂覆和开放式
5、涂覆两种。一般由涂覆模、恒温装置、 储料罐、气路、压力调节装置等组成。4、UV固化炉UV固化炉是着色机的心脏，由抽气罩、炉体、反射镜、高压汞灯、石 英玻璃管、紫外光检测器等组成。5、牵引计米装置牵引是由一宽调速电机通过一同步齿形带一一定的减速比带动牵引轮， 并且通过平形带和牵引轮之间的摩擦来达到牵引光纤的目的。计米由数字计 米器、光电码盘和光电转换器组成。6、收排线装置采用悬臂轴式结构。收线由一宽调速电机通过一同步齿形带以一定减速比 带动收线盘转动。排线由宽调速直流电机经过一同步齿形带以一定减速比带 动滚轴丝杆，使收线架往复运动，换向由光电开关执行，位置可调，或采用 线盘对中往复运动来进行排线
6、。第三节光纤着色工艺着色其实是一项颜料涂覆加工过程，与电缆行业中生产漆包线有些类似。着色的过程是将着色油墨经过涂覆、紫外光照射形成固体薄膜，从理论上来 讲溶液状态的油墨变成高聚物本体，这是一个复杂的物理和化学过程。液体 油墨其所以能涂覆在光纤上而形成均匀光滑的涂层薄膜，这个问题涉及到液 体表面张力、湿润角等特征参数、油墨溶剂蒸发特性以及油墨交联特性等。、粘性液体流动理论1、表面张力落在荷叶上的雨滴与野草上的露珠，都形成球形，这说明液体表面是“张有收缩趋势的张紧的薄膜”这种现象可用液体分子间的相互引力来解释。在液体内部的每个分子的周围都存在着其他分子，这些分子之间产生的引力 能达到暂时的平衡；而
7、在液体表面的情况就不同了，处于液体表面层的分子 一方面受到液相方面分子的引力，其作用力垂直于液面而指向液体深处；在 液体表面的另一相则是气体，其分子与液体分子相比，数量既少，距离也较 远，因此液体的分子受到液相内部的吸引力就大，而受到气相方面的吸引力 较小，所以不能产生与之相平衡的引力，因而液体表面有一个收缩的趋势。这就是液体具有表面引力的原因。表面张力的表现就是液体力求表面积收缩到最小为止。因为相同体积的 几何形状中，球的表面积最小，所以液体不受任何其他力的作用，在表面张 力的作用下它将变成球形。表面张力的方向与液面边界垂直。表面张力f大小与液面边界的长度成 正比式中。为液体表面边界单位长度
8、上的表面张力系数，单位dyn/cm 表面张力系数。与下列因素有关：（1）不同的液体，表面张力系数不同；（2）同一种液体随温度的升高，表面张力系数而减小；（3）与液体纯度有关。液体中含有杂质，尤其表面上的杂质使表面张力系 数发生变化。（4）与液体表面相接触的气体种类有关。通常表面张力系数是在液体的饱 和蒸汽压力与空气相接触的情况而测得的。利用表面张力规律可以解释着色时的一些现象。油墨中包含的气泡（存 在时将造成着色层表面不光滑或脱节）是由于油墨在搅拌加料过程中夹杂 了空气，空气的浮力使其上升到表面。但由于油墨的表面张力，使空气不 能冲破油墨表面而留在油墨中，形成气泡。这种现象可以在涂覆杯中可以
9、看到，有大量的气泡在翻滚，如果气泡小于光纤与模具的间隙，气泡就被 光纤带走。如下图，气泡A的浮力等于B处的油墨表面张力，所涂的油墨层容 易起粒，表面不光洁，因此尽量避免油墨中有气泡。由于表面张力的作用，液面在凸起时，其下层液体将产生一个附加压强P，其值为：P=2。/R式中：。为表面张力系数R：该点的曲率半径当液面凹下时，也将产生数值相同的附加压强，但值为负值。当光纤从模具出来后，油墨在较厚处的曲率半径最小，产生了一个很大 的附加压强，促使油墨向薄的地方流去，直至相等，起到使油墨层拉圆的作 用。如果光纤本身成椭圆形，着色时在附加压强作用下，油墨则在椭圆长轴 的两端变薄，而在短轴的两端偏厚，形成显
10、著的不均匀现象，所以，光纤的 椭圆度应符合要求，当然，椭圆度主要的影响是光纤的传输性能和熔接性。2、湿润现象当液体和固体接触时，通常用湿润程度来表示它们之间的关系。表面清洁的光纤通过涂覆模后，光纤上就会覆盖上一层油墨。如果光表面沾有油污 或水份，就不能涂上油墨，这是因为油墨能湿润光纤而不能湿润油类物质。湿润现象也是分子力作用的一种表现，如果液体表面张力大于固体与液 体间的附着力，则液体就缩成球形，在这种情况下油墨就涂不到光纤上。如 果固体与液体的附着力大于液体的表面张力，液体就能在固体表面展开成为 一个薄层。这种情况就能使油墨很好地涂覆在光纤上。液体与固体接触所够成的角度叫做接触角。当处在湿润
11、的情况下，其接触角是锐角，否则是钝角。如下图:液体与固体的接触角接触角和表面张力的关系如下图，由图表明，接触角大（cos。），则表现张力小，油墨的拉圆作用差。因此，接触角应取一定的范围。上述油墨特性参数之间存在内在联系，粘度、表面张力和接触角的值都 要具有针对性都要调整。在着色过程中，油墨的粘度、固化能量、表面张力 和接触角都是内因，温度、速度、固化灯功率等因素是外因。内因是外因的 根据，外因则是变化的条件，外因通过内因起作用，相互之间是有影响的， 整个光纤着色过程要调整好其相互的关系。二、着色过程的成膜光纤经涂覆模后，进入固化炉，主要经历了油墨的涂覆拉圆和紫外固化过 程，这个过程对光纤的着色
12、质量十分重要。为了便宜理解，分两个方面来讲。1、着色油墨的涂覆过程前面已经讲到，着色是利用油墨的表面张力来进行成膜的，而表面张力 取决于着色油墨的质量情况。不同颜色、不同的产地其油墨的粘度也不同， 因此其表面张力也不同。如下表是DMS的着色油墨，颜色不同，其粘度也 不同，绿色油墨粘度为，而棕色则要。粘度越小，其表面张力也越小，流动 性也好，可以提高涂覆速度。颜色配方编号粘度30C，密度g/cm3红色369-16-11705黄色369-17-11640绿色369-14-11010兰色349-303-11030白色369-15-11350黑色369-10-12150粉红369-59-11285紫色
13、369-18-11980橙色369-13-11770棕色369-11-12630灰色369-12-11350青绿349-304-21812涂覆模具一般都比光纤外径大。如光纤的直径为，而涂覆模具的孔径取,涂覆后的光纤直径只能达到。这是为什么呢？其实这个问题前面已经讲到, 光纤在涂覆过程中有一个拉伸的过程（对涂覆层而言），在拉伸的过程中使涂 层变薄而外径变小。光纤在通过涂覆模时，其涂层外形不一定是正规的圆形, 可能出现下图形状，通过拉伸和表面张力是作用使其变圆，并促使厚薄均匀。当油墨的粘度较小时，所需的拉圆时间就越少。在粘度很大时，有时表面张力不能克服油墨的内摩擦力的作用，贝I将造成涂层的不均匀。
14、也就是利用油墨的表面弓油墨涂层拉圆证涂覆厚度的一致；当带着油墨的光纤出模具后，在涂层的拉圆过程中还有一个重力作用的 问题。若拉圆的作用时间很短，则重力对其影响很小，涂层均匀。若拉圆的 时间很长，这时由于重力作用涂层就会向下流淌，使局部涂层增厚。当然重 力问题跟油墨的粘度也有直接关系，粘度很高时，油墨内摩擦力很高，流动 性差，也就是说重力对其影响较小，反之则反之。2、油墨的固化经过涂覆模的油墨仍然是液体状态，要取得着色层很好的使用特性，必须 使其变成固体并能与光纤本身有良好的结合，同时要有一定的寿命。光纤着 色油墨是一种含有紫外光交联剂的颜料、树脂混合体，当有涂层的光纤通过 固化炉后，一方面油墨
15、受紫外光照射，交联剂与油墨中高分子材料反应，促 使其生成网状固相结构，另一方面，油墨涂层在固化炉内受热，将油墨中的 挥发物蒸发。固化的质量与油墨本身的固化能量、粘度和线速度以及固化灯功率有密 切的关系。下面分别对其相互关系进彳丁探讨。如果油墨本身需要的固化能量很小，那么当固化灯功率和线速度一定 时，其固化质量越好，甚至可以进一步提高生产线速度。但是如果固化过头, 也可能使油墨裂解，影响使用性能。当油墨的粘度很高时，则其表面张力很大，也就是说在涂覆模与固化炉距离一定时，粘度高的油墨其涂层厚度要比粘度小的要厚一些（在同等速度 下），所以其固化的时间要相对长一点。当固化灯功率很小时，而带有油墨涂层的光纤在固化炉内停留的时间又 一定，所以会带来固化不完全，造成退色或涂层脱落。当固化灯的功率很高, 光纤在炉内接受紫外线照射的时间较长，可能使丙烯酸树脂产生裂解，使油 墨性能严重恶化。在固化灯功率、油墨固化能量及粘度一定时，线速度高于固化时间时， 就会出现固化质量下降，造成涂层退色或脱落。但当线速度下降时，光纤在 固
