光缆二次被覆Word下载.docx
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5、当架空敷设时，光纤的伸缩应变远远小于缆的应变，从而使光缆具有良好的抗张能力。
松套二次被覆的生产工艺与其他电线电缆的的绝缘或护套挤出工艺十分类似，只不过所用的材料不同。
由于二次被覆的控制参数对松套管本身和光缆的质量影响十分显著，因此对其控制十分苛刻。
二次被覆的基本工艺流程如下：
放纤挤热水牵冷水吹测牵收
充油塑冷却引冷却干径引线
第二节松套二次被覆的设备
生产工艺与生产设备是密切相关的，生产工艺是在一定的生产设备上形成，生产设备又必须满足工艺要求。
二次被覆生产设备是生产光缆松套管的专用设备，它们与二次被覆工艺的关系十分密切。
因此，要研究二次被覆的工艺，首先要熟悉二次被覆设备及其组成。
在光纤外形成塑料松套管，并充以填充膏和使光纤形成所需余长的生产设备，简称为二次被覆生产线。
一、二次被覆生产线的组成：
附图：
1、光纤张力控制放线架
2、光纤SZ绞合装置
3、油膏填充机组
4、塑料挤出机
5、热水冷却系统
6、单轮牵引机
7、冷水恒温冷却系统
8、吹干装置
9、动态线径测量仪
10、履带牵引机
11、卧式储线系统
12、双盘收排线系统
下面就其构成部件逐一对部件的工作原理和操作作介绍。
光纤张力控制放线架采用了线盘放线张力与光纤线张力隔离式结构，克服了因光纤盘上光纤粘纤或卷绕不佳引起的张力波动，使张力控制精度包括小张力下都得到很大提高。
光纤从施加磁滞阻尼的线盘轴上放出，再经柔性带履压的牵引轮牵引，由舞蹈轮系统控制其恒张力及跟踪线速度。
牵引驱动采用直流伺服电机，放线速度随生产线速度变化，同时保证放线张力恒定。
光纤盘上光纤被动放出，该张力由调定的磁滞阻尼产生。
大小可打开机架背后柜门，调节铝质套与活动的小铝盘间的间隙，间隙小则张力大，间隙大则张力小。
光纤由牵引轮带动，经舞蹈轮和固定轮组，光纤的张力由砝码平衡，舞蹈轮同时检测位置，反馈调节牵引轮转速以维持与生产线的同步。
为保证松套管内光纤的余长一致性，将光纤进行SZ绞合。
SZ绞合采用简洁传动和高性能交流伺服驱动系统及数字控制装置，运行可靠。
设备绞合速度及绞合角度随时可调，绞合速度可与生产线速度同步。
3、油膏填充机组
油膏填充机主要有料桶抽吸装置、加压储料罐、油膏输出装置以及回流装置等组成。
设备共有两根软管，一根从料桶抽吸泵连接到储料罐，另一根从输出计量泵连接到机头。
料桶抽吸装置油电机减速机驱动往复式活塞抽吸杆。
从油膏桶底部抽取油膏。
在安装抽吸装置时，先将密封盖压在油膏桶上，油膏量可以由指示杆显示。
塑料挤出机采用一体化设计，主要挤压系统、传动系统、加热和冷却系统、控制系统等组成。
（1）挤压系统：
包括螺杆、机筒、料斗、机头和模具等组成，是挤出机的关键部分。
（2）传动系统：
传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程所需的力矩和转速。
有电机、减速箱等组成。
要求螺杆转速稳定，不随负荷而变化，以保证制品的均匀一致。
（3）加热和冷却系统：
加热和冷却是塑料挤出过程能够顺利进行的必要条件。
加热系统由电加热器在外部加热物料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。
冷却系统是用于排除由于螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，但在加料口的冷却是为了加强对固体物料的输送作用。
（4）挤出机的控制系统主要由电器、仪表和执行机构组成。
其主要作用是控制和调节挤出机的转速、温度、压力、流量等实现对整个生产线的调节和控制或自动控制。
5、热水冷却系统
主要由水箱、固定水槽、移动水槽、加热系统、水泵系统等组成。
热水冷却分两段进行，以便适应不同塑料的阶梯冷却和余长控制要求。
5、单轮牵引装置
其驱动系统采用膏精度直流伺服驱动装置及进口伺服电机，电机直接与减速器相连，速度平稳。
6、冷水恒温冷却系统
其主要由水箱、水槽、冷冻机组、水泵等组成。
主要作用是进一步冷却和固化松套管，并且具有控制余长的作用。
7、履带牵引机
该装置主要由上下履带、履带牵引系统、张力轮同步控制系统、长度检测系统组成。
上下履带在气压的作用下夹持松套管运行，通过调节气压即可调节夹紧力。
上下履带均是主动驱动。
驱动系统采用高精度直流伺服驱动装置，速度平稳，可靠。
张力轮同步控制系统，主要是调节和控制松套管在冷水槽中的收缩量，同时同步跟踪单轮牵引的速度以调节履带牵引的速度，并始终与生产速度同步。
计米系统是通过用光电码盘和光电转换装置检测履带运行速度，并在仪表上显示。
同时可以设定所需要的生产长度，以准时停机或换盘。
8、储线架
储线架主要有滑动轮组、固定轮组、导向轮组、驱动装置、及导轨等组成。
生产过程中松套管储绕在滑动导轮和固定导轮之间。
正常状态下，滑轮组处于位置控制装置之间，由位置控制器调节收线机的收卷速度，并保证同步。
换盘过程中滑动导轮组受驱动装置控制，在保证同张力的情况下进行储线。
9、双盘收线
可以承受两个800型的线盘，收线速度由控制面板上的调节电位器调节，同时受储线架上的储线位置控制器的控制。
二、设备安全操作规程
二次被覆其实是一种挤压成型工艺，用挤出机在光纤外挤套一塑料管。
挤出成型在塑料制品加工种占重要地位。
目前电线电缆的加工均采用连续挤出工艺。
挤出成型具有如下主要特点：
（1）连续化生产，可根据需要生产任意长度。
（2）有很高的生产率。
据有关资料统计，日本一台挤出机平均年生产能力为85.8吨，注射机为27.6吨，由此可见挤出成型生产能力大于注射机。
（3）应用范围广，能加工绝大多数热塑性塑料。
（4）投资少，见效快。
简单地说，塑料挤出理论是指塑料在螺杆挤出机中的运动、变化过程的一种理论。
而我们研究挤出理论的目的就是要揭示、掌握和促进这一运动、变化过程，从而使挤出成型加工达到优质、高产、低消耗的效能。
一、热塑料性塑料的三态变化
在讨论挤出理论前，让我们先了解一下热塑性塑料在不同温度下的三态变化。
我们知道，物质的性质由物质及分子结构所决定的。
塑料是高分子聚合物，它由柔韧的大分子链的结构所组成，分子间的相互作用和分子量决定其所有综合物理性能和主要因素。
根据高分子物理学的概念，热塑性塑料在受热时存在三种物理状态，即玻璃态——温度低于玻璃化温度Tg、高弹态——温度高于玻璃化温度Tg而低于粘流态温度Tf、粘流态——温度高于粘流态温度Tf而低于聚合物分解温度Td，而当温度高于Td时，聚合物便开始降解或分解。
变形
TgTfTd
玻璃态高弹态粘流态温度
（红色：
结晶性塑料；
绿色：
非结晶性塑料）
例如：
下表列举一些塑料的三态温度：
塑料
脆化温度T
玻璃化温度Tg
熔点温度Tm
热变形温度
分解温度Td
HDPE
-50
15~35
105~137
43~52
PP
-20
15~40
160~176
60~70
硬PVC
-30
20~50
160~212
54~74
240
PBT
50
255~260
85
对于非结晶的塑料而言，一般在常温时具有一定的刚性和硬度（但不脆）称为玻璃态。
在玻璃态，塑料受一定的冲击、压缩等负荷作用下，变形很小，并随温度的增加使变形直线上升，但在外力消失后。
变形也随之消失，并恢复原状。
这种力学性质称为普弹性（虎克型弹性）。
这是因为在常温时，塑料的大分子不能移动，链段也处于冻结状态，只有大分子上较小的运动单元，如侧基、支链和链节能运动。
我们常用的塑料日用品也是利用塑料常温下的玻璃态性质。
当温度再低时，高聚物处于脆性，在很小的外力作用下，分子链发生断裂，此时材料失去使用价值，该温度即为脆化温度Tx。
当温度上升到玻璃态温度以上时，塑料呈现似橡胶一样的高弹性，称为高弹态。
在高弹态时，塑料在较小的外力作用下可产生很大的变形，且初始时，变形随温度的升高而增大，到一定限度后变为恒定，而外力解除后能够恢复原来状态。
这是因为温度升高后，大分子的振动和转动加速，这时大分子链仍不能移动，但链段已能运动。
这时高分子材料如果受力，卷曲状态的大分子链会沿着受力方向拉长，大分子链由卷曲而拉直，变形可达100%~1000%（普弹性时变形为0.04%~0.1%），处于高弹性的塑料一般不能作结构材料使用。
当温度继续上升至粘流态温度后，不仅大分子链段能运动，大分子之间也可相互滑移。
这时大分子受外力时，产生粘性流动，即处于粘流态。
此时即使外力消失，变形仍然存在。
当高分子的热运动的能量超过化学键能（即化学键形成时放出的能量或化学键断裂时吸收的能量），就会引起化学键的破坏，结果主链断裂或侧基脱离，导致高分子材料性能劣化。
而结晶性塑料的高弹态却不明显，当温度高于熔化温度时，便很快地熔融而处于粘流态。
热塑性塑料随温度变化而发生上述三态变化是可逆的，当温度低于粘流态温度时，塑料从粘流态转变为高弹态，当温度低于高弹态温度时，塑料转变为玻璃态。
严格地说，高聚物的三态转变的温度范围不是完全固定的，塑料的三态转变除与温度有关外，还和应力作用的时间和作用力施加速度有关。
塑料的挤出工艺就是利用塑料的三态变化来实现的。
二、塑料在挤出机中的运动过程
塑料在、挤出机中的运动过程为：
装入料斗中的塑料借助重力或加料器进入机筒中，由旋转的螺杆的推力作用不断向前推进，同时塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与机筒之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，螺槽中形成均匀连续的料流，到达机头的料流经模芯和模套间的环型间隙，形成连续的塑料管挤包于线芯或缆芯外。
整个过程可以简单地理解为三个阶段：
填料过程、混合熔化和均化过程、挤压成型过程。
1、挤出机螺杆的分段及各区段的基本职能
根据塑料在挤出机中三种状态的变化过程，以及螺杆各部位的工作要求，通常将螺杆分成加料段，又称为固体输送段；
熔融段，又称为压缩段；
计量段，又称为均化段。
下面就各区段讨论一下其基本职能。
螺杆分段图
（1）加料段
加料段是有加料区（又称为冷却料斗区）、固体输送区以及一个过渡的迟滞区组成。
一般该段长度为螺杆的有效长度的15~25%。
其主要职能是对塑料进行压实和输送，此段的工作过程为：
塑料自加入料斗进入螺杆以后，在旋转的螺杆作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实，一般塑料在加料段呈固体向前输送。
根据实验观察，通常在接近加料段的末端，由于强烈的摩擦热作用，与机筒内壁向接触的塑料已经达到粘流态的温度，开始熔融，而呈现一个过渡区。
严格地说，一般所谓的迟滞区是指以固体输送区结束到熔池最初出现的这一区域。
（2）熔融段
该段的长度一般为螺杆的有效长度的50%~60%。
此段的作用是使塑料进一步压实和塑化，使包围在塑料内的空气回流到加料口排出，并改善塑料的热传导性能。
其工作过程为：
当塑料从加料口进入熔融段后，随着塑料的继续向前输送，并由于螺杆螺槽的逐渐便浅，以及过滤网、分流板和机头的阻碍作用，塑料逐渐形成高压，并进一步被压实。
与此同时，物料受到来自机筒的外部加热和螺杆与机筒的强烈搅拌、混合和剪切作用，塑料温度不断升高，熔融塑料（称为液相或熔池）量不断增加，而未融化的固态塑料（称为固相或固体床）则不断减少，至熔融段末段塑料全部或大部分熔融而转变为粘流态。
（3）计量段
也称为熔体输送段，一般为螺杆的有效长度的20~25%。
塑料进入计量段后进一步塑化和均匀化，并使之定量、定压、定温地从机头挤出。
三、塑料挤出理论的研究
塑料挤出理论的研究就是根据塑料在挤出机中的三个历程——即从加料区的固态到过渡区（熔融区）的固态——粘流态、直到均化区的粘流态这三种物理过程进行研究。
也就是把挤出机的挤出理论主要分成三个职能流体输送理论。
这些理论不同程度上揭示了物质性质、机器结构参数和工艺条件对熔融过程、输送流率的影响，这就为改进挤出机结构设计、制定合理的工艺条件、选择材料等提供了理论依据。
由于这次培训的类型及培训时间关系，这里仅对挤出理论的三个理论进行简单的介绍。
（1）固体输送理论
在挤出过程中，加入螺杆中的固体塑料，由旋转螺杆的推力作用，向前推进，在机头阻力作用下，物料不断被压实。
开始塑化和尚未塑化物料连续整齐排列，形成充塞于整个送料段螺槽的由弹性的“固体塞”。
根据这一现象，利用固体对固体摩擦的静力平衡方程为基础，建立了固体输送理论。
（2）熔融理论
熔融理论是建立在热力学、流变学基础上的一种理论。
在加料段末段与加热机筒接触的物料开始熔化，在筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下，聚集在螺纹的前面，形成熔池。
由于随着温度的不断提高及螺杆的剪切作用，熔池不断扩大。
影响熔融段长度的因素主要是物料特性、流率、螺杆转速、机筒温度和物料初温。
（3）熔体输送理论
熔台输送理论又称为流体动力学理论，它是研究螺杆均化段如何保证塑料彻底塑化，并使之定压、定量、定温挤出，以获得稳定的质量和产量。
松套管的生产质量除了与设备和材料有关外，很大程度上还取决与工装模具的设计。
对于二次被覆工艺来说，其所用模具主要有挤塑模具、油膏填充模具。
因此下面将简单介绍有关模具、工装的设计和使用问题。
一、挤塑模具设计和选配
松套管本身质量的好坏与塑料本身的质量、挤出机性能、挤出温度、速度、挤出的冷却有关外，还与机头模具设计等多种因素有关。
模具的几何形状、结构尺寸、流道设计等直接决定松套管的挤出质量。
在电线电缆生产中使用的模具（包括模芯和模套）主要有三种形式，即挤压式、挤管式和半挤压式三种。
模具的结构基本一样，仅仅在于模芯前端有无管状承径部分和承径与模套的相对位置不同。
如图：
在松套管生产中主要使用挤管式模具，其在挤出时模芯有管状承径部分，模芯口端面伸出模套口端面或与模套口端面持平的挤出方式，称为挤管式。
工作过程是塑料沿着模芯管状承径部分向前移动，形成管状，然后经拉伸再在光纤周围形成一个合适的空心管。
挤管式模具具有以下优点：
（1）挤出速度快。
挤管式模具充分利用塑料可拉伸的特性，出胶量有模芯和模套之间的环形截面积来确定，它远远大于松套管的厚度，所以线速度可根据拉伸比不同而有所提高。
（2）生产时操作简单，偏芯调节容易。
其径向厚度的均匀性只由模套的同心度来决定。
（3）配模方便。
同一套模具可以利用调整拉伸比的办法，挤制不同尺寸的松套管。
（4）塑料经拉伸后发生“定向”作用，特别对结晶性高聚物，结果使塑料机械性强度提高。
1、模具尺寸的设计
模具的几何尺寸由很多，模具的装配尺寸和外形尺寸以及模具的外锥角、内锥角属于设计问题，不属于本次培训的内容。
因此这里仅讨论影响松套管尺寸的模具尺寸进行讨论。
（1）挤管式模芯内径
模芯内径的选择，主要视油针的外形尺寸而定，一般比油针外径大1~2mm，当要求拉伸比大时，可取2~4mm。
（2）模芯外径
模芯外径尺寸决定于内径和模芯壁厚的尺寸。
这个壁厚的设计既要考虑模具的寿命，又要考虑塑料的拉伸特性，壁厚太薄，模具容易损坏，壁厚太厚，使拉伸比增大，塑料表面光洁度差，甚至容易拉断料流。
一般壁厚取0.3~1mm，具体根据松套管尺寸而定，大时取上限，小时取下限。
（3）模芯外承径
模芯外承径应与模套定径长度相适应，一般比模套定径长度长3~8mm。
（4）模套定径长度
一般模套定径长度为模套定径区内径的0.5~1倍，但此值必须小于模芯外承径长度。
（5）模套内径
模套内径的确定，应根据塑料的拉伸特性以及配模系数来计算确定。
在下一节讲解。
（6）模芯伸出模套的距离
一般取0~2mm。
当模芯向前伸时，则护套管内径变大，管壁厚度变薄。
（7）模芯承径后部与模套定径后部之间的距离
在挤管式挤出中，要求模芯承径后部退后于模套定径后部有一定距离。
如果此段距离过太短，轻则使挤出的松套管壁后套薄，重则引起料流的阻力或反压力太大，造成设备负荷增大。
一般该段距离取：
当小松套管时取1~3mm，大套管时取2~6mm。
三、模具配模系数和拉伸比
挤管式挤出可以看作在模芯模套出口处有一环状塑料层，经一定拉伸形成一个合适的空心塑料管套在光纤上，因牵引速度大于料流挤出速度形成拉伸，料流出模口后形成一个圆锥。
假定出胶量不变，根据线速度的不同圆锥锥度也不同，线速度慢，拉伸小，圆锥远离模口；
线速度快，拉伸大，圆锥尖端就移向模口，在这个圆锥里，环状截面（即料流的内外径之比）是保持一定比例缩小的，由此可得出一个拉伸比的概念。
拉伸比的定义：
塑料离开挤出模口时圆环状截面积与冷却后所要求的松套管的圆环截面积之比，称为拉伸比。
对结晶性聚合物，拉伸比大，则分子定向完善，结晶度高，成型后收缩小。
因此对于PBT材料来说。
其拉伸比一般取：
松套管直径小于3mm时，取6~10：
1；
松套管直径大于3mm时，其拉伸比取3~6：
1。
例：
外径3.0mm，内径2.0mm的松套管，其配模是模芯4.0/5.0mm，模套是7.5mm。
则其拉伸比为：
S=S1/S2S1=0.7854*（3.02-2.02）=3.927
S2=0.7854*（7.52-5.02）=24.54
S=24.54/3.927=6.25
则拉伸比为1：
6.25
配模的另一个计算是配模系数K，其体理论推导这里忽略，只告诉大家一个简单的计算公式，即：
模套内径模芯外径
K=/
松套管外径松套管内径
按上例：
K=（7.5/3.0）/（5.0/2.0）=1.0
根据模具选择而计算，可以得出三种情况：
K>
1称为紧包
K=1称为平衡拉伸
K〈1称为松包
松套管挤出，一般采用松包或平衡拉伸，一般K=0.95~1.02。
有配模计算公式及松套管配模系数要求，就很方便地得出模套内径尺寸：
模芯外径*松套管外径
模套内径=
松套管内径
接上例：
D=（5*3）/2=7.5mm
二、充油模具
充油模具主要有导纤针、油针、充油头组成。
其作用是将填充油膏与光纤导入松套管。
油针一般采用不锈钢管制作，其厚度一般为0.2~0.5mm。
导纤针一般比光纤束外径大0.5~1mm，过小可能擦伤光纤或引起光纤进入松套管阻力增大；
过大可能引起漏胶而填充不足。
为便于出油膏油针一般选得比较大。
但也不能过分大，原因是当松套管内径比较小时，用大直径油针，可能导致油针内油膏填不满而带入空气。
同时受到挤出模芯的限制。
一般略大于导纤针孔径。
三、盘具使用
收线盘从一定程度上讲也影响了松套管质量。
如当松套管外径较大时，选用小筒径的收线盘，可能出现光纤的微弯损耗（特别是光纤带）。
另外如果生产大长度时，选用小规格线盘，会出现收线过满或收卷不下，被迫剪断松套管。
一般要求收线盘筒径不小于松套管外径的30倍。
收线盘的尺寸要满足生产长度和设备允许的要求。
对于收线盘来说，有几个尺寸参数需要大家了解的如图所示：
L2是线盘的内宽，其尺寸影响松套管每层卷绕圈数。
d2是线盘的筒径，其应与松套管的允许弯曲半径相匹配，一般不小于缆芯外径地30倍。
d1是线盘的直径，其大小影响了收线的卷绕层数。
对收线盘的要求表面无毛刺，焊接缝铲平磨光，棱边倒钝。
线盘的动静平衡特性要好。
收线盘的装盘容量可以通过计算得出：
L=π*P*N*（d2+PD）/1000
其中P=（d1-d2-2t）/2D
N=（0.96*L2）/D
式中：
P——卷绕层数
N——每层卷绕圈数
D——缆芯外径
d1——收线盘外径
d2——收线盘内径
L2——收线盘内宽
t——盘边余量
光纤余长是光纤光缆生产的一个重要控制指标，它影响了光缆的传输性能和使用寿命。
从光纤光缆要承受较大的拉力合高温考虑，光纤的余长为正值较佳，为防止光缆在低温时产生微弯，光纤余长为负值较佳。
但是光缆不可能应用在一个恒定的环境中，故要根据光缆不同的结构形式、不同的应用环境，对光纤余长进行合理设计，并在生产中严格控制，尤其是二次被覆生产工艺中。
这里讨论的余长控制仅对二次被覆而言。
一、余长形成的机理
二次被覆工艺中一个关键是如何做到余长的设定值，不同的光缆结构中，要求不同的光纤或带纤在松套管中的余长值。
光纤的余长的定义为光纤相对松套管的长度差与松套管长度的百分比。
在二次被覆工艺中，余长的形成有两种方法：
热松弛法和弹性拉伸法。
分别说明如下：
1、热松弛法
光纤或带纤从放线盘放出，通过挤塑机的机头，挤上PBT塑料套管，并在管中填充油膏，由余长牵引进行牵引，光纤和松套管在轮式牵引轮上得到锁定。
光纤在牵引轮上形成负余长（详见后述）。
松套管在热水槽和余长牵引轮区域，PBT松套管的温度在45~75℃之间，高于其玻璃化温度（PBT的玻璃化温度Tg在40~45℃之间）。
进入冷水槽后（一般为18~25℃），PBT产生收缩，不仅补偿了其在牵引轮上的负余长，而且得到了所需要的正余长。
此时，主牵引轮的张力很低，使得松套管充分松弛。
主牵引的线速度低于余长牵引轮的线速度，速度差应按余长要求进行调整。
这样得到的具有正余长的松套管在离开主牵引到收线盘时，基本没有内应力，从而得到一个稳定的光纤余长。
2、弹性拉伸法
光纤经挤塑机头，挤上PBT松套管并充以油膏。
松套管经热水槽成型后，通过履带牵引进入冷水槽，在轮式主牵引上，光纤和松套管在主牵引轮上得到锁定，主牵引的牵引力足够大，松套管在冷水槽中，不仅产生不了冷收缩，反而受到拉伸（在PBT的玻璃化温度以下的弹性变形）而伸长。
因光纤在履带牵引上，管中的光纤未锁定，光纤或带纤可在管中滑行。
这时在松套管中积聚更长的光纤。
当松套管离开主牵引轮后，高张力消失，PBT弹性恢复，长度缩短，从而使管内的光纤得到所需
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