光纤余长的形成和意义

一、前言
随着光缆的长期发展，光缆生产工艺已十分成熟，各种资料主要是在探讨十分前沿的光
通信系统的研究，在现阶段对传统光缆生产基础工艺的文章较少。本文将讨论常规光缆最重
要的工艺参数——光缆余长来。光缆余长是光缆生产过程中最关键的工艺参数，也是影响因
素最多的工艺参数，是确定光缆各种性能的重要工艺指标。本文的目的在于与大家一起进一
步研究光缆生产工艺，避免生产的过程中发生相同的问题，也为初学者提供学习光缆关键工
艺的机会。
二、光缆余长的形成
光缆余长形成主要来源于二次被覆和成缆工序，它们一起决定了光缆余长的大小。而二
次被覆工序是光缆余长和余长调节的最重要工序，它可以通过调节其他工艺参数来达到调节
余长的目的。图1ROSENDAHL二次被覆机，用它来讨论二次被覆中光缆余长的形成过程。
生产设备流程图如图1所示:设备组成为1放线单元、2油膏填充系统和塑料挤出系统、
3热水冷却、4轮牵、5冷水冷却、6履带牵引、7储线系统和收线系统
光纤从放线架以一定放线张力下放出，通过油枪进入主机挤出系统，再通过热水槽冷却
进入轮牵，在这个过程中光纤是以直线运动。由于光纤油膏有触变性在受到剪切力的情况下
化学键断裂，纤膏粘度降低，具有很好的流动性，光纤在热水槽段是被拉直，没有形成余长
或是说形成了负余长。由于光纤在受力时有一定的拉伸量（一般＜1%），另一方面光纤在轮
牵时光纤靠近束管的内侧面，相对束管长于光纤为负余长。在冷水槽段是形成余长的主要阶
段，由于束管在冷却时有很大的收缩而形成余长，抵消前面的负余长而形成要求的余长。
层绞式光缆绞合也形成一定的余长，束管相对光缆来说长。给光纤足够拉伸窗口。其束
管相对光缆长度有下面公式计算可得：
L=1000/cosα （1）
其中L为每公里缆光缆束管的长度m,α为光缆成缆的绞合角。
tgα=π（φ1+φ2）/W （2）
φ1为加强件直径，φ2为束管直径，W为成缆节距。
从上面两式可以看出，每公里光缆实际束管长度比光缆长度长一些，长的部分可以用来
提供部分余长，加上二套形成的余长，两者共同组成了光缆的所有余长，为光缆提供了足够
的拉伸窗口。
对于中心束管式光缆由于没有成缆部分的余长，在二次套塑时余长要大一些。为光缆提
供了足够的拉伸窗口。因此对于不同用途的光缆设定相应的束管余长。
三、影响余长的因素
影响余长的因素很多，他们之间是既独立又相互联系。在二套生产中各个环节都不同程
度的影响着余长的大小，具体总结起来有如下几个方面对余长有影响。
放线张力对余长影响是张力越大，其光纤被拉伸的程度越大，相对在热水槽段束管的负
余长越大，最终余长就越小。因此在生产中由于放线架不稳或放线主力过大，都会时束管余
长不稳，形成束管中各个光纤长度相差较大。有的设备为主动放线有的为被动放线，但张力
不稳对光纤的余长都有影响，被动放线影响较大。
余长张力是我们日常生产中最常见调节余长的工艺参数之一，他的调节对余长变化比较
敏感。余长张力调大时束管余长变小，相反张力调小时余长变大。调节余长张力是一种容易
控制的调节方式，也有稳定的量度，容易调节，但他的调节范围不是很大，只能将余长在小
范围的调节。
热水槽温度也是调节束管余长的主要工艺参数，在其他参数稳定不变的情况下，一般温
度提高，余长变大，反之则然。一般热水的温度都高于45℃，由于PBT的结晶温度一般是
高于45~50℃，如果热水温度过低，PBT结晶不好会影响其束管的性能，束管后期收缩会很
大。而热水和冷水的温度差是最终决定束管的余长，一般温差越大，其束管收缩越大，余长
越大，反之则然。
油膏的性能也是影响余长稳定性的重要因素。我们平时生产中常看挤出机头和热水槽间
的油膏液面的稳定性来判断束管余长的稳定性。油膏的粘度是决定余长大小的重要因素。
纤膏的粘度和其加热温度成反比，当温度提高时纤膏粘度降低，纤膏粘度对束管余长影
响的范围很大。当纤膏粘度达到一定程度时，束管余长就不可控，可能束管各根光纤的余长
相差很大。在生产的过程中，纤膏在受到剪切力时化学键断裂，粘度大幅度降低，纤膏有良
好的流动性，满足生产的要求。当剪切力撤消后，过一定时间，其化学键会恢复，达到纤膏
不会从束管中流出的粘度，纤膏的这种性能叫触变性。这样能够满足束管生产时纤膏粘度较
小，光纤能自由运动，使光纤余长容易控制。粘度过大使光纤运动困难，光纤余长就很难控
制。市场上常见的纤膏有unigel.、DAE和汉膏等,他们都有不同的粘度和不同产品型号来满
足不同设备和不同类型产品的要求。有的设备生产速度达400m/min,这时就应对纤膏粘度有
特殊的要求。
纤膏挤出的模具油针和导纤针对束管余长也有一定的影响。油针或导纤针的大小，直接
影响到纤膏的挤出稳定性。纤膏挤出稳定性决定了光纤运动轨迹，所以一般纤膏挤出不稳定，
则表现在各光纤的余长相差很大。配置适合的模具也是决定束管余长好坏的主要方面，模具
配置不合理，二套时束管内就会包裹进去大量的空气，使束管表面上看有许多真空泡，束管
放置一段时间气泡也不消失，说明是由于油膏液面不稳卷入了空气。
在成缆的过程中，余长的形成主要来源于束管和光缆的相对长度。由式1可以看出，光
缆结构固定后，其余长大小和成缆时束管与填芯的绞合角决定。一般绞合角越大其余长越大。
从式2中看出，决定绞合角的因素是成缆节距，节距越小，绞合角越大，余长就越大。绞合
也是余长的重要来源。有的公司在二套生产时故意形成零余长，目的是利用成缆形成余长就
足够了。
四、余长在实际应用中的意义
光缆在生产和使用过程中都需要有一定的拉伸窗口§，一般光缆§为0.5%，自承式光
缆§为0.8-1.0%。拉伸窗口与余长和成缆节距有如下关系，如式（3）。
§=§0（1+4πRn2/Sn2）+2π2 (Rn2-Rmin2) /Sn2 （3）
其中§为光缆的拉伸窗口，§0束管的余长，Sn绞合节距，Rn为绞合半径（Rn= Rc+ Rt））
Rt为束管半径，Rc，为加强件外经，Rmin= Rn-Ri+Rf，其中Ri束管内径，Rf光纤束外经，
Rf=1.15*n1/2*0.25,n为束管中光纤数。
光缆在生产、安装和工作运行时，受到一定的拉力，缆将被拉伸一定的长度，在光缆被
拉伸时，光纤不能受力，这样就要求光缆有一定的被拉伸窗口。拉伸窗口的大小直接决定光
缆的抗拉试验的好坏，所以拉伸试验是光缆试验中最重要试验之一。
在有些地区，一年四季的温度变化比较大，在光缆工作温度变化时，由于光纤和光缆的
其他组成材料间热膨胀系数不同，而光纤又不能受到外界拉力，所以光缆必须有足够的拉伸
窗口。我们生产光缆每年都做的型式实验高低温，其目的就是防止光缆工作温度变化的情况
下对光缆有无损坏。
光缆的其他试验如压扁、弯曲和抗冲击等都要求光纤在光缆中有足够的余长。当光缆受
到外界作用时，光纤能够得到足够的应变空间，以至于光纤不会受到外力的作用损坏。
五、结束语
光纤余长是光缆生产中最重要的控制参数，它的好坏直接决定光缆质量的好坏和光缆使
用的性能，有其重要的意义。影响余长的因素很多，他们之间相互作用又相互关联。因此在
我们生产过程中必须理解了各个影响因素是如何影响光缆的余长，才能够很好的控制生产。
光缆生产虽然十分成熟，但我们实际生产中还是存在问题给光缆生产带来许多的损失。光缆
生产的各个工艺参数必须严格控制才能生产出一流的产品。