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稀疏钢丝铠装防鼠光缆的研究

摘要
    本文主要介绍了稀疏钢丝铠装防鼠光缆的设计、生产及性能测试。与普通钢丝铠装防鼠光缆相比,稀疏钢丝铠装防鼠光缆在于其钢丝采用等间隔排列铠装,通过控制钢丝铠装工序的工艺,成功解决了钢丝等间隔排列铠装问题。
 
关键词:防鼠光缆,稀疏钢丝铠装
 
0 引言
    随着光纤通讯的不断深入发展,光缆的使用越来越普及,在不同的使用环境中,对光缆的防护要求也不同。在鼠害地区,常常会发生光缆被鼠噬咬,造成光缆通信故障、使用寿命缩短以及不可估量的经济损失。光缆通信行业中所说的鼠害,其鼠是泛指引起此类光缆损坏的啮齿类动物,尤以松鼠为甚,此类动物具有顽强的繁殖力和生命力,其门齿特别发达并且会不断生长,有噬咬物体以保持其锋利牙齿的习性,而光缆护套材料特有的气味及硬度吸引着他们时常去磨牙。
防鼠光缆是通过各种材料以及不同的光缆结构形式来保护光缆中的光纤。
目前,通信光缆采用的主要防鼠咬方法有化学防鼠法和物理防鼠法。
化学防鼠法指在光缆护套材料中按一定比例添加驱避物质以达到防鼠的目的,驱避物质包括主要的辣味素以及其它强刺激化学物质,辣味素可使鼠类的口腔黏膜和味觉神经遭受强烈的刺激而厌弃咀嚼,可有效防止鼠咬。采用化学防鼠法,光缆结构无需改变,生产成本低,光缆的敷设与普通光缆一样;但从环保和防鼠持久性来看,其一,在光缆加工过程中,会挥发出大量辛辣的气体和白烟,对加工人员和环境都有污染;另外,护套料中的辣味素存在迁移挥发以及水溶问题,不仅对环境有污染,而且也难以保证其防鼠的有效时间,目前化学防鼠法仍不成熟,市场上不推介使用此方法。
物理防鼠法是指通过改变光缆的结构,在光缆中增加可阻止鼠咬的材料,以此来达到抵抗鼠咬的目的。物理防鼠法主要有两种,一种是利用尖锐性的材料来刺扎鼠类,使其对光缆产生畏惧感,以此达到防止鼠咬的目的,常见的防鼠材料有玻璃纤维纱和玻璃纤维带,如图1(a),在鼠类噬咬的过程中,被咬成粉碎装的玻璃纤维刺扎鼠类口腔,鼠类一般不会继续噬咬光缆,此防鼠方式的光缆,具有一定的防鼠效果,但不具备重复性防鼠能力;另一种是利用光缆材料的高硬度达到阻止鼠咬的目的,钢带铠装光缆都具有较好的防鼠效果,如图1(b),但光缆外护套被鼠类噬咬后,暴露在自然环境中钢带会氧化生锈,一段时间后就失去防鼠功能,若采用不锈钢带,虽然可以解决氧化生锈问题,但光缆成本太高;钢丝铠装光缆存在和钢带铠装光缆同样的问题,如图1(c);非金属加强件铠装光缆也具有较好的防鼠效果,但光缆成本太高,并且光缆重量增加较大,同时光缆柔软度较差,盘留困难,这都不利于光缆的敷设;另有一种尼龙护套防鼠光缆,如图1(d),利用尼龙材料高的硬度和耐磨性能,使鼠类的噬咬难以继续,有待实践验证其防鼠性能。
GYXT63-12B1.3光缆:1光纤,2纤膏,3PTB松套管,4玻璃纤维纱,5外护套
(a)
GYFY53-48B1.3光缆:1光纤,2纤膏,3PTB松套管,4FRP,5阻水带,6内护套,7阻水带,8钢塑复合带,9外护套
(b)
GYFY33-48B1.3光缆:1光纤,2纤膏,3PTB松套管,4FRP,5阻水带,6内护套,7铠装钢丝,8外护套
(c)
GYFY7-48B1.31光纤,2纤膏,3PTB松套管,4FRP,5阻水带,6内护套,7尼龙护套,8外护套
(d)
 
图1 各种防鼠光缆结构图
 
    本文提出一种稀疏钢丝铠装防鼠光缆,其钢丝铠装采用等间隔排列、螺旋绞合方式进行铠装,光缆的其它结构与普通钢丝铠装光缆相同;与普通钢丝铠装光缆相比,缆重轻,光缆易弯曲,易于光缆敷设,且成本相对较低。
 
1 光缆结构设计
稀疏钢丝铠装防鼠光缆的结构设计如图2所示,与普通钢丝铠装光缆相比,唯一不同的就是钢丝铠装方式,其它如缆芯以及护套等与普通钢丝铠装光缆完全一致。
稀疏钢丝铠装防鼠光缆,其钢丝铠装采用等间隔排列、螺旋绞合方式铠装,两层护套之间的铠装钢丝,考虑到钢丝防鼠强度问题,其直径为0.8mm以上。
 
图2 稀疏钢丝铠装防鼠光缆的结构设计图
 
2 生产工艺控制
以图3所示稀疏钢丝铠装光缆为例,其生产通过光纤着色、二次套塑、成缆、内护套、钢丝铠装、外护套6个工序来完成,光纤着色、套塑、成缆、内护套以及外护套与常规光缆生产工艺相同,其中外护套挤塑模具需为挤压式模具,挤塑时,钢丝之间的间隙完全挤满护套料,以完全防止钢丝与护套之间渗水,与常规钢丝铠装光缆的生产工艺相比,稀疏钢丝铠装光缆的主要工艺不同处,在于钢丝铠装工艺,为了确保稀疏钢丝铠装的等间隔排列,钢丝铠装工艺主要控制的因素如下:
(1)钢丝的放线张力
    为了保证铠装后的钢丝很难相对位移,以确保整个生产过程中铠装钢丝的排列一直保持等间隔距离,钢丝的放线张力应尽可能大,同时又考虑到铠装钢丝的强度等问题,钢丝的放线张力不能太大,经过多次实验,钢丝的放线张力应控制在8-10kgf范围内。
(2)钢丝的螺旋绞合节距
    考虑到钢丝的绞合节距对铠装后钢丝的移动有很大的影响,钢丝的绞合节距应尽可能小,考虑到实际绞合的限制,经过实验验证,钢丝的螺旋绞合节距控制在600-700mm范围内。
(3)钢丝绞合模具的配比
    为了保证铠装后的钢丝不会发生互压错位问题,同时考虑到钢丝绞合时卡模问题,钢丝铠装定径模的直径比钢丝铠装缆径大0.8-1.2mm范围内为佳。
(4)生产速度
    钢丝铠装的生产速度保持在15m/min左右,可以有效保证钢丝铠装后的等间隔排列问题。
(5)钢丝绞合后扎纱的节距
    钢丝绞合扎纱的节距可以有效保障铠装后钢丝的不移动,经过实验验证,扎纱节距控制在20-25mm范围内。
 
1G.652D着色光纤,2纤膏,3PBT松套管,4FRP,5阻水带,6HDPE内护套,7钢丝,8HDPE外护套
图3 稀疏钢丝铠装防鼠光缆的光缆结构图
 
3 光缆实例
    如图4所示为实例光缆结构图,此光缆为自承式稀疏钢丝铠装防鼠光缆,整个缆为全干式结构,其铠装形式为钢带铠装和钢丝铠装的复合方式,钢丝铠装采用14根直径为0.43mm钢丝在钢带外等间隔排列铠装,所使用光纤为G.652D光纤,其光缆的结构尺寸如表1所述。
1G.652D着色光纤,2阻水纱,3LSZH微簇管,4子单元PE护套,5阻水带,6钢塑复合带,7稀疏钢丝,
8HDPE内护套,9HDPE外护套,10镀锌钢绞线,11HDPE吊线护套,12HDPE链接部分
图4 自承式钢丝铠装防鼠光缆
 
表1 订单光缆结构尺寸
项目
参数
光纤
芯数/芯
24
微簇管
厚度/mm
0.15
外径/mm
1.2
数量/根
4
子单元PE护套
厚度/mm
0.8
外径/mm
6.0
扎纹钢带
纵包外径/mm
8.0
钢丝
直径/mm
0.43
数量/根
14
内护套
厚度/mm
1.75
外径/mm
11.5
吊线钢绞线
根数/直径
7/1.8
外护套
内护缆芯
厚度/mm
1.2
外径/mm
14.5
吊线
厚度/mm
1.0
外径/mm
7.6
链接部分/mm*mm
2*2
 
4 结果与讨论
4.1 光缆光传输性能
光缆样品的光传输性能测试结果如表2所述。
 
表2光缆样品的光传输性能
测试项目
测试要求
测试结果
测试结论
尺寸参数
模场直径/μm
8.6-9.5
9.2455
合格
包层直径/μm
125.0±1.0
125.1
合格
芯-包层同心度误差/μm
≤0.6
0.17
合格
包层不圆度/%
≤1.0
0.13
合格
截至波长/nm
≤1260
1149
合格
衰减系数
/dB/km@1310
≤0.4
0.316
合格
/dB/km@1383
≤0.4
0.319
合格
/dB/km@1550
≤0.4
0.215
合格
/dB/km@1625
≤0.3
0.221
合格
衰减不连续性
/dB@1550
≤0.1
0.034
合格
零色散波长/nm
1312±12
1314.395
合格
最大零色散斜率/ps/nm2km
≤0.092
0.0871
合格
         波长色散系数     
/ps/nmkm@1550
≤18
16.313
合格
/ps/nmkm@1625
≤22
20.013
合格
极化模色散PMD
/ps/km1/2
≤0.2
0.043
合格
 
   根据表2的测试结果可知,光缆样品的光传输性能全部合格。
 
4.2 光缆机械性能
光缆的机械性能测试是在去除镀锌钢绞线的情况下进行,其测试结果如表3所述。
 
表3 光缆样品的机械性能
测试项目
测试条件
测试要求
测试结果
测试结论
拉伸
负载2700N
最大负载持续时间10min
最大附加衰减<0.1dB
0.021dB
合格
护套无目力可见开裂
无开裂
压扁
负载4500N/100mm
最大负载持续时间10min
最大附加衰减<0.1dB
0.045dB
合格
护套无目力可见开裂
无开裂
反复弯曲
负载250N
弯曲半径30倍缆外径
弯曲次数30次
最大残余附加衰减<0.03dB
0.022dB
合格
护套无目力可见开裂
无开裂
冲击
负载0.45J
冲击高度1m
冲击次数5次/点
最大残余附加衰减<0.03dB
0.018dB
合格
护套无目力可见开裂
无开裂
扭转
负载250N
扭转角度±180°
扭转次数10次
最大残余附加衰减<0.03dB
0.015dB
合格
护套无目力开裂
无开裂
 
根据表3测试结果可知,光缆样品的机械性能全部合格。
 
4.3 光缆环境性能
光缆样品的环境性能如表4所述。
 
表4 光缆样品的环境性能
测试项目
测试条件
测试要求
测试结果
测试结论
温度循环
常温升温至+70℃,降温-30℃,再升温至+70℃,降温至-30℃,再升温至常温
各温度点恒温8h
最大附加衰减0.05dB/km
0.018dB/km
合格
渗水
水柱1m高,样品3m长,时间24h
测试过程另一端无水渗出
无渗水
合格
 
根据表4测试结果可知,光缆的温度循环和渗水性能合格。
 
5 结论
本文提出一种稀疏钢丝铠装结构的防鼠光缆,其钢丝铠装采用等间隔、螺旋绞合方式,光缆的其它结构与普通钢丝铠装光缆相同;与普通钢丝铠装光缆相比,缆重较轻,光缆易弯曲,易于光缆敷设,且成本相对较低,具有防鼠效果。通过对钢丝铠装工序的工艺控制,成功解决了稀疏钢丝铠装的等间隔排列问题;光缆实例自承式稀疏钢丝铠装光缆的性能满足需求。
以上是我们对稀疏钢丝铠装光缆的初步研究,其使用性能有待进一步的实践检验。
 
参考文献
[1]IEC 60794-3-20 2009 Optical fibre cables-Part 3-20: Outdoor cables-Family specification for self-supporting aerial telecommunication cables.
[2]IEC 60794-1-20 2014 Optical fibre cables-Part 1-20: Generic specification-Basic optical cable test procedures-General and definitions.
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