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松套层绞式微型光缆的研究与开发


光纤在线编辑部  2005-09-16 16:14:50 本站消息 浏览次数:
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  16/09/2005,
作者:孙志雄 刘爱华 罗中平
(长飞光纤光缆有限公司, 湖北武汉,400073)
摘要:全介质松套层绞式微型光缆具有直径小、重量轻、分歧方便等优点,提高了光纤密度,加大了管道的利用率。本文阐述了层绞式微型光缆的设计思路,工艺要点和气吹性能。松套层绞式微型光缆,有4单元/5单元/6单元三种结构,最大直径不超过6.2mm,在10/8mm微管中可以一次吹送1公里以上。在减小松套管直径和光缆直径的情况下,微型光缆保持良好的机械性能及高低温性能,符合接入网的使用要求。
关键词:微型光缆;微管道;气吹光缆;全介质光缆;气吹敷设技术;气吹试验;气吹性能。

1引言
    接入网的建设既需要速度,还需要经济性和灵活性,不能照搬长途干线的模式[1]。为了降低光缆路由的基础设施费用,最大限度的利用子管和微管系统的资源,需要用一种新的小直径微型气吹光缆。
    全介质松套层绞式微型光缆GCYFTY-4~72Xn适用于10/8mm微管,其松套管是含有12芯光纤的微型松套管。与中心管式结构相比,松套层绞式微型光缆的特点是光纤容易识别和分歧,便于接续和施工[2]。本文讨论了这种微型光缆的设计思路,工艺要点,给出了性能测试和气吹试验结果。微型光缆外径小、成本低,可分批逐次布放在微管中,减少初期敷设的光缆芯数;也可随时抽换光缆,便于光纤升级换代。

2微管和气吹敷设技术简介
2.1微型硅芯管
    高密度聚乙烯(HDPE)硅芯管是由三台挤出机将HDPE树脂和硅胶塑料共挤出[3],而形成一种内壁带有固体润滑层,外带彩色识别条纹的管道。硅胶塑料是一种新型功能性专用料,摩擦系数小,耐高温,对敷设光电缆有利。HDPE和硅胶塑料共挤出时复合成一体,不剥落,不分层。共挤出成型工艺已经国产化,国内硅芯管在光缆护套管上的应用、制作已经推广。微型硅芯管是指外径16mm以下的硅芯管。
2.2微管气吹敷设技术
    光缆管道气吹的施工方法已在我国多条干线光缆工程中普遍采用,但其施工方法均为在一根直径约40mm的硅芯管中不分缆径大小只吹送一条光缆[4][5],不但增加了初次投资而且不利于工程的分期建设。如果采用在一根直径为40mm的管道中先吹送若干微管,然后根据业务需要分次在微管中吹放微缆,这样既满足了目前光纤需要,也节省了初次投资[6]。这种技术突破了现有管道缆敷设技术的局限性,提高了管道的利用效率,有利于随时随地进行光缆分歧,易于平行和纵向扩容。
    气吹敷设技术是在机械输送机构的协助下,沿管道注入压缩空气把光缆推入管道。光缆随高速气流在管道内快速穿行,如同一根木头在湍流的河水中顺流而下[7]。即使微管左右弯曲,上下起伏,由于微管内壁摩擦系数极低,缆线前进时的所受的摩擦力也很小。气吹敷设技术的优点见文献[8][9][10]。

3微型光缆的设计
    中心管式微缆的所有光纤放在一根直径较粗的松套管里,用标识线加以识别。与之相比,松套层绞式微型光缆的特点是各根松套管里12根光纤自成一束,进接头盒后光纤有松套管的保护,容易识别和分歧,便于接续和施工。
    为了在减小管径的情况下能够保持适当的抗拉性能和高低温性能,必须仔细选用松管材料和改进挤出工艺以获得适当的光纤余长[11][12]。尽管松套管直径减小了,层绞式光缆仍具有众所周知的优良性能,可以用于微型管道。文献[2]使用聚碳酸酯(PC)和聚对苯二甲酸二丁酯(PBT)开发出双层材料的微型松套管,以改善松套管的外形稳定性和后收缩性。文献[12]的研究表明:尼龙12(PA12)、HDPE摩擦系数小,适合用作微型气吹光缆的护套材料;虽然尼龙12的摩擦系数比HDPE小,但是在同等条件下,HDPE护套的微缆比尼龙12护套的微缆的气吹效果更好,HDPE更适合用作微缆的护套材料;无卤组燃材料(HFFR),阻燃PA12摩擦系数大,适合用作短距离气吹敷设的室内室外两用微型光缆的护套材料;为了保证气吹距离超过1000米,光缆的截面积不宜超过微管内孔截面积的60%。文献[13][14]研究了用阻水纱填冲松套管间隙的全干式微缆,还比较了HDPE、改性MDPE、改性PA以及一种低收缩特殊材料的热变形性和后收缩性,以选择适用于松套管的材料。
    本文研究的微型光缆预计在10/8mm的微管中进行气吹敷设,并且一次气吹长度不低于1000米,按照光缆截面积不超过管道内孔截面积的60%的设计原则[12],光缆的外径为6.2mm。为了包容更多的光纤,采用6单元72芯结构,护套厚度为0.5mm,可以推算出松套管的直径是1.7mm。按4单元/5单元/6单元绞合结构设计的松套层绞式微型光缆基本数据见表1。
表1:松套层绞式微型光缆设计

注:GCYFTY是松套层绞式微型光缆的光缆型号。“GCY”表示微型光缆。
根据以上分析,6单元松套层绞式微型光缆结构如下:

图1:6单元松套层绞式微型光缆截面图

4生产工艺
    松套层绞式微型光缆的生产沿用生产普通光缆的设备,但是必须选用优质的原材料,精确的控制生产工艺。在1.7mm的松套管中放置12根光纤,光缆能够在温度和应变变化中保持良好的光纤性能,其关键是控制光纤的余长在0.0%到0.10%范围以内。选用热变形性和后收缩性均较小的PBT作为生产松套管的材料。改进的挤出模具保证松套管的壁厚恰当,外径均匀,使光纤在微型松套管内径中能够取得最大的活动空间。纤膏压力,放线张力,收线张力,水温等工艺参数的优化保证松套管高速挤出,余长稳定。
    绞合工序中按照光纤束所容许的最小弯曲半径计算绞合节距,实际生产作一定的调整。最小的绞合节距能使光缆具有最大的应变裕度,在不考虑外加的加强件时,能够容许在一定的光缆应变下光纤不受到张力。但是在这个弯曲半径以下,光纤在-40℃的低温下会出现较大的附加损耗。在此工序中,还必须控制放线张力,扎纱节距,扎纱张力等参数。扎纱过紧会使松套管表面出现凹陷,严重的还会导致光纤弯曲,增加衰减。
在护层工序中,必须严格控制光缆外径的偏差。护套太薄,会出现开裂;护套太厚,会导致吹缆失败。HDPE护套模具沿用普通室外光缆模具的设计经验,加以适当的修改,以保证护套壁厚均匀园整,减小护套的后收缩。要注意填充油膏的量不可过多,避免增加光缆重量和直径。
5光缆性能
5.1机械性能
    4单元/5单元/6单元松套层绞式微型光缆都进行了机械性能试验,其主要机械性能见表2和表3。
表2:微缆的主要机械性能A

注:G表示1km光缆的重量,单位为牛顿(N)
表3:微缆的主要机械性能B

注:D表示光缆直径。
5.2渗水性能
    把1m水头加在1m微缆的一端全部截面上,保持1小时,另一端无水渗出。试验表明4单元/5单元/6单元松套层绞式微型光缆都达到了全截面阻水的要求。
5.3环境性能

图2:6根G.652光纤在1550nm的附加衰减

    温度循环试验在-40~+70℃范围内进行,每个温度点保持8小时,在1310nm 和1550nm两波长上进行了衰减监测。以+20℃测试的衰减为基准,其它各温度点的衰减与之的差值就是附加衰减。试验中所有光纤全部经过测试,结果表明单模光纤的附加衰减均不超过0.05dB/km,微型光缆可以在-40~+ 60℃温度下使用。以6单元松套层绞式微型光缆的温度循环试验为例,图2为在结果中随机抽取的6根G.652光纤在1550nm的附加衰减。
6气吹试验
    3根光缆在波立门特工程设备(上海)有限公司试验场进行了吹缆试验。试吹的条件和结果见表4。
表4:微缆气吹效果测试报告

    微管在场地上绕8圈,见图3。3根光缆吹缆的速度变化见图4,气吹长度均超过1000米,达到测试盘长的要求。用OTDR测试光纤的衰减,全部合格。测试完毕后,继续用吹缆机把微缆从微管中吹出来。用费加侬(Figarino)倒盘器收集吹出的微缆时,微缆平整无扭曲,效果良好。
图3:微管场地布置


图4:气吹速度与长度分析


7结论
    本文开发的是适用于10/8mm微管的松套层绞式微型光缆,有4单元/5单元/6单元三种结构,其松套管是含有12芯光纤的微型松套管。在减小松套管直径和光缆直径的情况下,微型光缆保持最佳的机械性能,高低温性能,符合接入网使用要求。
    今后的工作是研究新的松套管材料,阻水材料和护层材料的应用,进一步减小的松套管的直径[15]和微缆的重量。还要研究以小直径松套管为基础的GYTA,GYTS和ADSS光缆,满足不同敷设条件的需要。

参考文献
[1] 徐乃英,国际光缆电缆技术的发展,现代有线传输,2004 No.4 P.39-37。
[2] W. Stöcklein, H. Knoch, A. Stingl, “Development of Micro Cable with Multiple Tube Structure for Blown Cable Applications”, 53rd IWCS (2004), pp.237-241.
[3] 宗大全,硅芯管生产与应用技术,工程塑料应用,2001 Vol.29 No.04。
[4] 何拥军,铁路管道光缆的吹放,中国铁道科学,2001 Vol.22 No.3 P.121-125。
[5] 王晓红、管培,浅谈高速公路通信管道的建设,公路交通科技,2001 Vol.18 No.z1。
[6] 崔士诚,气吹光缆施工技术动向,电信建设,2001 No.1 P.75-76。
[7] 徐乃英,气送用松管光缆结构的改进,邮电设计技术,2002 No.3 P.10-14。
[8] 周长沛,微管微缆技术的发展及应用,山东通信技术,2003 Vol.23 No.4。
[9] 李奎文,微缆、微管和气吹网络的发展与应用,邮电设计技术,2004年第5期,P.37-43。
[10] 吴滨,敷缆艺术之微管和微缆的气吹系统,波立门特工程设备(上海)有限公司资料。
[11] 徐乃英,细松管层绞式光缆和气送技术的进展,光纤与电缆及其应用技术,2003 No.2 P.3-9。
[12] P. Lausch, K. Nothofer, A. Weiss, “Optimized 72 Fiber Cable for Blown Installation in 10/8mm Microducts ”, 52nd IWCS (2003), pp.38-42.
[13] G. E. Falk, “A New Design Family of Optical Fiber Cables Designed to Cover a Wide Range of Emerging Applications”, 52nd IWCS (2003), pp.43-47.
[14] A. Ginocchio, M. Pizzorno, “A New Optical Cable Family for Installation in Micro-ducts Ranging from 3 to 8 mm ID”, 53rd IWCS (2004), pp.242-245.
[15] K. Nothofer, A. Weiss, “Enhanced Microduct Cable Designs”, 53rd IWCS (2004), pp.233-236.

作者简介:孙志雄,男,1970年8月生,1995年毕业于湖北工业大学化学工程系高分子材料成型加工专业,获工学硕士学位。现任长飞光纤光缆有限公司光缆部研发工程师,从事特种光缆研发工作。


编辑:carol        

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