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1、光纤和带纤的二次套塑及其余长控制:10061o8(1Secondarycoatingforfiberandfiberribbonanditsoverlengthcontrol CHENBingyan(CbangzbouShenyanOpticalFiberTelecommunicationCo.,Lid-, ChangzhoutJiangsu213161.China)AbstrattThekeyprocessinmanufacturingloosetubetypefiberopticcableissec ondarycoat ingforfiberorfiberribbon.Thispaper
2、inprincipleanalysesanddiscussesthepro ductionline,materia1andprocessforsecondarycoatingKeywords2loosetubefiberopticcable;secondarycoating;PBTresin;overleng th;overlengrhc0ntro】I 刚舌 柬管型光缆是通信光缆最主要的结构形 式之一 .它包括层绞式光缆和中心束管式光 缆两种形式 ,柬管式光缆工艺中最关键的工 序莫过于二次套塑 .光缆的主要性能 ,包括光 纤的损耗 ,光缆拉伸和温度特性等 ,在很大程度上取决于二次套塑的质量 .
3、而二次套塑工 艺中最主要的控制参数是光纤或光纤带在束 管中的余长 （以下简称余长 ）二次套塑工艺 与其说是一种技术 ,不如说是一门艺术 .我们 所追求的不仅是其机械的严格性 ,而且是设 备,工艺 ,材料三者统一的完美性 . 本文就二墩套塑工艺中的下列问题进行 对苯二甲酸丁二醇酯 ）,也有采用高密度 聚乙烯和改性聚丙烯作为束管材料 ,但固它 们的杨氏模量较低 ,只适用于制作大 R 寸束 管 .本文主要讨论 PBT 塑料的工艺特性 . PBT 塑料是一种可以热成型的热塑性 材料它在不同温度下的力学聚集态如图 1 所示 这里以标准的二次套塑生产线为例 （参 见图 2）.PBT 塑料的柬管成型分三个区
4、域 : 1）挤塑机内的熔融挤出区 ;2）从出模口到陈炳炎 :光纤和带纤的二次套塑及其余长控制形变破璃态高弹态粘流志./温度图 1PBT 塑料在不同温度 F 的力学聚复忠 为脆化温度 ;丁 .为玻璃化温度 ;l 为熔化温 度 ;l 为分解温度余长牵引之问束管成形区 ;3）进入冷水槽到 主牵引直到收线之间光纤或带纤的余长形成 区三个区域中 PBT 塑料处于不同的力学聚 集态 .呈现不同的物理性能状态 ,分别分析如 r2.1PBT 塑料在挤塑机内熔融挤出的性能 分析PBT塑料的熔化温度在 230.C左右，挤 塑机中PBT的熔融加工温度为250270.C 之间.聚合物处于粘流态 ,大分子链活动能 图2
5、标准二次套塑生产线示意图1 为放线槊;2 为油膏充填装置 3 为挤塑机4 为电控柜5 为热水稽|6 为余长牵弓轮;7为冷水槽 8 为主牵引 ;9为测径仪 10 为收线架力增加 ,链段同时或相继朝同一方向运动在 外力作用下 .整个大分子链闻互相滑动而产 生形变 ,外力除去后不能恢复原状 ,此谓不可 逆的塑性形变塑料在挤压性主要取决于熔体的流变性 ,亦即熔体粘度的性状 .通常 .熔 体粘度随着剪切速率的增加以及温度的增高 而降低.图3给出一个典型的 PBT 的流变曲 线对于 PBT 塑料而言 .希望熔体粘度高一 点,有利于挤出成型的稳定性 .如熔体粘度太 低 ,虽然流动性较好 .但保持形状的能力较
6、 差，容易造成挤出的不稳定陛通常,PBT塑 料的制造商通过提高PBT树脂的本征粘度 (Intrinsicviscosity) 来提高其熔体粘度 .表 1 给出几种常用牌号的PBT塑料的流变性能. 1rJ 0 0BaverAG 根 D1800帅速率,s 图 3 典型的 PBT 流变曲线表 1 几种常用牌号的 PBT 塑料的漶变性能比较光纤与电缆其应用技术 1999年第 5 期 从表1可见,PBT塑料的本征粘度愈 大其熔体粘度(Meltviscosity)愈大.而其熔 体流动指数 (MeltflowIndex) 愈小.反之亦然用于二次套塑的 PBT 塑料 250.C 时的熔 体粘度范围在t200P
7、a?s之间为宜美国GE公司的HR326从1995年进人中国市 场以来 ,因其抗水解的优良性能 .得到了推广 应用.但其熔体粘度太低 .用普通的单螺杆挤 塑机能稳定地挤出成型 .但若采用销钉式 (PIN)螺杆因剪切速率大，造成HR326PBT 的熔体粘度太低而难以稳定地挤出成型.鉴于此种情况美国GE公司在1998年 下半年推出了改进的 HR326PBT 塑料,将 原来的熔体粘度为430Pa?s编号为C9)的PET料改进为熔体粘度为950Pa?s编号 为C1)的PBT料，型号仍为HR326不变.从 而使挤出成型稳定性得到提高它和其他型 号的 PBT 塑料一样适用于多种形式的螺杆 但作为 PBT 塑
8、料的二次套塑挤塑机 .通常应 使用高效均匀又不产生过度剪切效应的螺扦 为宜.挤塑机螺杆的长径比从 24:l 到30:1 长径比太大 . 在高温下的 PBT 料滞留时间 太长,会产生分子链断裂的降解现象 ,严重的 可能导致挤出的束管变成脆性物体2.2PBT塑料在出模口到余长牵引之间的束管成形区的性能分析 在这一区间 .PBT 塑料的温度从熔融状 态温度迅速下降 ,出模口,进入热水槽 .到达 余长牵引轮热水槽水温通常在4575.C之 间.高于PBT塑料的玻璃化温度(4045.C 之间 )此时.聚合物的大分子链已不能运动 , 但链段尚有活动能力 ,在外力作用下能产生 较大形变 ,此谓高弹形变这是 P
9、BT 束管成 形过程中的个重要区域 .这-区段决定了 束管的拉伸比(DrawDownRate);这一区域 的温度和经历时间也决定了 PBT京管的结 晶程度.PBT塑料是一种半结晶材料，通常 在柬管制或时 .还不能充分结晶而达到其结 晶平衡度 .因而在二次套塑束管制成后一段 时问内,PET束管还会继续缓慢地结晶，以 期达到其结晶平衡度，这就造成PBT束管的 挤塑后收缩(PostExtrusionShrinkage)因 此束管在长度方向进一步缩短 ,使得光纤或 带纤在束管中的余长增加为了减小PBT束 管的挤塑后收缩，必须提高PBT塑料在束管 成型过程中的结晶度由于PBT塑料的结晶 主要发生在高于玻
10、璃化温度的热水槽区城 , 因此适当提高热水槽的温度可以加速结晶或 适当增加热水槽长度 .在牵引速度不变时则 可以增长结晶时间 .两者均有利于加速结晶 减小挤塑舌收缩下面给出一组实验结果 .可 证实上述情况 .热水槽水温对 PBT 束管挤出后收缩的影响 （引自 Hoechsr 公司技术资料 ） 试样 :材料 Celanex2001PBT 束管 2.51.7.长度 L 一 30era样本数 /,15注:*试验兼件1:试样放在烘箱内，85C ,24h * 试验条件 2:试样放在烘箱内 135.c,24h 结果说明 :热水槽水温愈高 .PBT 束管成型过 程中结晶度愈高 ,挤塑后收缩愈小 PBT 束管
11、的挤塑后收缩 ,在束管挤出后 24h 内,在高于玻璃化温度的环境中 ,束管呈 自由状态时可高达0,40.5但在二次套 塑生产环境中 ,光纤或带纤束管通常存放在 室温下.温度低于玻璃化温度 ,后结晶很小 , 同时,束管是以一定收线张力绕在盘上 ,限制 了束管的进一步收缩 ,因此 .挤塑后收缩比上 列实验数据低得多当束管式光缆的挤制护 套时,将遇到 200C 以上的高温 .护套挤出 后,尽管护套经冷水槽冷却 ,但据实验资料表 明光缆内还有6070.C的温度可持续119陈炳炎 :光纤和带纤的二次套塑及其亲长控制 2 天,才能达到与环境温度平衡 ,此期间束管 会产生较大后结晶 ,由于光缆其它元件的限
12、制,不可能产生较大后收缩 .但能转换为较大 的 PBT 柬管的内应力 ,造成结构的不稳定 性囡此 ,要在工艺上尽量减小束管的挤塑后 收缩.以保证光缆的质量 关于拉伸比的问题说明如下，当PBT从 出模口挤出遇空气迅速冷却 ,然后进入热水 槽.PBT塑料从没有取向的熔融状态，在熔 化温度到玻璃化温度之间 .沿牵引方向拉伸 到原来长度的若干倍 .这是一种高弹形变 ,由 于分子取向以及因取向而使分子链之间的吸 力增加的结果,PBT柬管在拉伸方向的拉伸 强度冲击强度杨氏模量的恢复 .均有明显 提高在给定的拉伸速度和温度下 ,拉伸比越 大,取向程度越高通常PBT塑料的最佳拉伸比范围在911之间拉伸比的计算
13、公式为:DDR (DD;)/(, D)(1)式中 Dn 为模套内径 ;D 为柬管外径 ;D为模芯外径；D.为束管内径2.3PBT 塑料在进入冷水槽后的性能分析 通常二次套塑的冷水槽水温在 14 20.C之间,PBT束管从余长牵引进入冷水槽 后，塑料处于低于玻璃化温度T,呈玻璃态. 聚合物的大分子链和链段均被冻结 . 在外力 作用下 ,只是链段作瞬间形变 ,外力去除后 . 恢复原状,此即弹性形变 利用PBT管的弹 性变形是获得光纤或带纤在束管中余长的方 法之，PBT束管进入冷水槽后，通过冷收 缩,形成光纤或带纤在束管中的杂长也是在 这一区间发生 .当塑料在低于脆化温度 T 时,大分子链和链段完全
14、冻结 ,将出现不能拉 仲和压缩的脆性.显然，包古PBT束管的光 缆的使用温度是不能低于脆化温度的 3余长形成的机理 二次套塑工艺中的一个关键是如何做到 余长的设计值 .不同的光缆结构中 ,要求光纤 或带纤在束管中有不同的余长值余长的定 义为:一 （LLr）/L7?100（2）式中 L, 为光纤 （或带纤轴线 ）的长度 ;Lr 为 束管长度 .在二次套塑工艺中 ,余长的形成主要有两种方法：热桩驰（Thermalrelaxation）和弹 性拉伸（ControlledStretching）分别说明如 下.3.1 热松弛法如图 4 所示.光纤（或带纤）从放线盘放 出 ,通过挤塑机机头 ,挤上 PBT
15、 塑料柬管 .并 在束管中充以油膏 ,由余长牵引轮进行牵引 光纤（或带纤 ）和束管在轮式余长牵引轮上得 到锁定 .光纤（或带纤）在余长牵引轮上会形 成一定的负余长 （详见后述 ）束管在热水槽 和余长牵引轮区域,PBT束管温度在4j 75.C之问，高于其玻璃化温度（PBT塑料的 玻璃化温度丁 g在4045C之间）.进八冷 水槽后【温度通常设置在l420.C之间）, PBT产生冷收缩，不仅补偿了其在余长牵引 轮上的负余长 ,而且得到了所需的正余长此 时一主牵引的牵引张力很低 ,使束管得到充分 的热梧弛 .主牵引的线速度低于余长牵引到 线速度 ,速度差应按所得到的余长值进行调 节这样得到的具有光纤
16、（或带纤 ）正余长的 束管在离开主牵引到收线盘时基本上没有 内应力 .从而得到一个稳定的光纤 （或带纤 ） 引轮牵引至所需束管（或带纤）.因为在履带式余长牵引上 .束管中外径 ,束管在轮上绕若干圈 使光纤与束管锁的光纤 （或带纤 ）未锁定.光纤（或带纤 ）可在定.然后进人冷水槽 .由于光 纤有一定的张束管中滑行 .当 PBT 束管离开主牵引轮后 .力 ,因此在余长牵引轮上 ,束 管中的光纤会靠高张力消失 .PBT 束管弹性恢复 ,长度缩短 .向轮的内缘 .因而光纤的缠 绕直径 r 必然小从而使管内的光纤 （或带纤 ）得到所需的余 长此时 ,收线盘的张力应适当选定 .并保持 稳定.使束管在收线盘上不致残留较大的内 应力,从而得到稳定的束营成品 从上述分析可见 :当采用热松驰为主
