Избыточная длина буферных трубок является критическим параметром при производстве многожильных проводов.оптоволоконные кабели, что напрямую влияет на механические характеристики,-долговременную надежность и целостность оптического сигнала.
Функцияоптоволоконные буферные трубки
Буферная трубка обычно изготавливается из полибутилентерефталата (ПБТ) и служит основной защитной оболочкой для оптических волокон в сердцевине кабеля. ПБТ — это полу-кристаллический термопласт с высокой термостойкостью, механической прочностью и усталостной прочностью. Свойства ПБТ обеспечивают быструю кристаллизацию, достигая степени кристалличности до 40 % при относительно низких температурах, что делает его идеальным для процессов высокоскоростной-экструзии при производстве кабелей.
В процессе производства процесс буферизации включает покрытие цветных оптических волокон расплавленным ПБТ для формирования трубки. Наиболее критичным параметром, влияющим на качество этого многожильного кабельного узла, является «избыточная длина» буферной трубки. Избыточная длина означает, что оптическое волокно с покрытием немного длиннее самой трубки. Такая разница в длине гарантирует, что оптическое волокно не подвергается-напряжению при таких нагрузках, как скручивание, растяжение, изгиб и сжатие кабеля, а также сохраняет стабильные характеристики во время испытаний на циклическое изменение температуры. В конечном итоге это предотвращает чрезмерное оптическое затухание на протяжении всего срока службы кабеля.
оптоволоконные буферные трубки Обзор процессаиОсновной принцип
Гранулы ПБТ плавятся в экструдере с образованием вязкого расплава, который экструдируется через калибровочную головку, одновременно покрывая оптическое волокно, заполненное наполнителем, образуя тем самым свободную трубку ПБТ.
Типичная производственная линия состоит из: стенда оплаты-отделителя статического электричества → экструзии и калибровки → резервуара для горячей воды → главного ведущего вала → первичного охлаждения → вторичного охлаждения → датчика диаметра → принтера → приемной- бобины.
Критическая секция, определяющая стабильность избыточной длины (EL), расположена между выпуском бака горячей воды и основным кабестаном. В этом разделе определяется, достаточно ли развита кристаллизация, достаточно ли снято внутреннее напряжение и возникнут ли проблемы после-усадки.
оптоволоконные буферные трубки Основной принцип
(В баке горячей воды) Формирование ориентации и остаточных внутренних напряжений при горячей вытяжке
В резервуаре для горячей воды трубка находится в-высокотемпературном, растянутом и аморфно-ориентированном состоянии. Молекулярные цепи полимера выравниваются, создавая значительное внутреннее напряжение сокращения (усадки).
(Переход от горячего-к-холодному вокруг главного шпиля) Кристаллизационная усадка снимает напряжение и устанавливает ЭЛ.
Когда трубка входит в основную область шпиля, ее температура падает, но температура стеклования все еще остается выше температуры стеклования (Tg). При этом условии могут происходить зародышеобразование и рост кристаллов, и ПБТ начинает кристаллизоваться. Процесс кристаллизации снимает остаточное напряжение и вызывает кристаллизационную усадку, тем самым создавая относительную разницу длин между трубкой и волокном, которая становится конечной избыточной длиной (EL). Если температура падает слишком быстро, кристаллизация может быть прервана, и структура «замерзнет» до того, как кристаллизация сможет продолжиться, в результате чего в трубке останется остаточное напряжение.
Неполная кристаллизация → остаточное напряжение, замороженное при охлаждении → пост-усадка.
Если интенсивность охлаждения или время пребывания в переходной зоне шпиля недостаточны, кристаллизация остается неполной и остаточные напряжения не снимаются полностью. После попадания в резервуар с холодной водой (T намного ниже Tg, обычно 14–20 градусов) подвижность сегментов сильно ограничивается и кристаллизация в значительной степени прекращается; однако остаточное напряжение «зафиксировано». После намотки-это остаточное напряжение со временем продолжает релаксировать, вызывая дальнейшую усадку трубки, что проявляется в постепенном увеличении EL с течением времени.
Дополнительный эффект: временное отрицательное значение EL, вызванное смещением-центральной прокладки волокна на направляющих колесах.
Когда буферизованное волокно проходит через направляющие колеса, натяжение может привести к смещению волокна от-центра внутри трубки, создавая кратковременное-геометрическое состояние отрицательной ЭЛ. Последующая кристаллизационная усадка сначала устранит эту отрицательную EL, а затем установит стабильную положительную EL.
Основная задача-технологического процесса заключается в достижении более высокой степени кристалличности во время производства, что позволяет снять остаточное напряжение при горячем-растяжении в режиме онлайн и свести к минимуму пост-усадку. Это приводит к меньшему, более стабильному и предсказуемому EL. Другими словами, резервуар с холодной водой «замораживает результат», а переход от горячей-к-холодной воды вокруг главного шпиля определяет «качество результата».
оптоволоконные буферные трубки Ключевые факторы влияния
Мы считаем, что наиболее значимые факторы, влияющие на избыточную длину оптоволоконного кабеля, по существу связаны с двумя вещами:
① Степень встроенной кристаллизации и усадки трубки из ПБТ, которая определяет, насколько укорачивается трубка.
② Натяжение или разность путей между оптическим волокном и трубкой во время производственного процесса, которая определяет, насколько растягивается волокно и какова длина его пути.
Для этого необходимо сосредоточить внимание на четырех ключевых факторах.
Снять-напряжение
Когда компенсационное натяжение-выше, волокно имеет тенденцию оставаться более прямым и механически связанным с трубкой, что затрудняет создание большой избыточной длины. В результате конечная избыточная длина обычно становится меньше.
Прием-Вверх/Натяжение шпиля
Натяжение, создаваемое основным кабестаном и-намоточной системой, влияет на общее натяжение лески и механическое взаимодействие между волокном и трубкой. Более высокое натяжение- имеет тенденцию подавлять относительное скольжение между волокном и трубкой, что обычно уменьшает достижимую избыточную длину и делает трубку менее способной «высвободить» лишнюю длину во время усадки.
Термический профиль перехода от горячего-к-холодному
Термическая история трубки, особенно поведение при охлаждении и время пребывания, пока полимер остается выше температуры стеклования, определяет развитие кристаллизации и степень релаксации остаточных напряжений. Когда кристаллизация является более полной во время производства, остаточное напряжение усадки сводится к минимуму, а результирующая избыточная длина становится более стабильной и предсказуемой с меньшим увеличением пост-производства.
Вязкость заливочного состава
Если вязкость смеси низкая, волокно может двигаться более свободно, что облегчает установку и регулировку избыточной длины. Если вязкость высока, движение волокон становится ограниченным, избыточную длину становится труднее формировать, и процесс становится более чувствительным к колебаниям натяжения. Поэтому поддержание стабильной и постоянной вязкости на протяжении всей экструзии имеет важное значение для минимизации изменчивости и достижения повторяемого контроля избыточной длины.
Совместное влияние параметров экструзии и матрицы на EL
Температура плавления
Температура расплава влияет на EL посредством трех основных механизмов.
Вязкость и уровень ориентационного напряжения
При более низких температурах расплава вязкость увеличивается, а напряжение сдвига в матрице и зоне калибровки становится выше. Это способствует более сильной ориентации молекул и сохраняет больше остаточного напряжения. Более высокое остаточное напряжение оставляет больше места для-усадки в автономном режиме, что делает EL более склонным к-зависимому от времени дрейфу.
Термическая история в точке блокировки
Температура расплава определяет начальную тепловую энергию трубы на выходе из головки, тем самым формируя профиль температуры до и после участка-отвода. Точка блокировки возникает, когда соединение трубка-волокно становится достаточно прочным, чтобы подавить относительное скольжение. Температура и расположение этой точки фиксации определяют, насколько кристаллизация и усадка могут произойти после фиксации. При более высоких температурах плавления точка запирания имеет тенденцию наступать позже и при более высокой температуре трубы. После фиксации может развиться еще большая кристаллизационная усадка, что приведет к увеличению среднего значения EL и повышению чувствительности к условиям последующего охлаждения.
Давление экструзии и источники колебаний
При более низких температурах расплава давление экструзии увеличивается и становится более чувствительным к возмущениям со стороны шнека и фильерной головки, что может привести к колебаниям производительности и размеров. Изменение размеров изменяет фрикционное взаимодействие между волокном и трубкой, что часто проявляется в виде более высоких кратковременных-колебаний ЭЛ. При наличии стабильного температурного окна-плавления изменчивость электролюминесценции обычно легче подавить.
оптоволоконные буферные трубкиизКоэффициент просадки
Коэффициент просадки определяет осевое растяжение, возникающее во время формирования трубки, и является одним из наиболее влиятельных усилителей чувствительности для стабильности ЭЛ.
Ориентация и пост-усадка
Более высокий коэффициент вытяжки означает, что труба в большей степени зависит от осевого растяжения для достижения целевых размеров, что обеспечивает более сильную осевую ориентацию и более высокое остаточное напряжение. Для полукристаллических полимеров ориентация и напряженное состояние сильно влияют на кинетику кристаллизации и последующее релаксационное поведение. В результате движущие силы усадки могут сохраняться после-расхвата, что повышает вероятность увеличения EL с течением времени (после-дрейфа усадки).
Изменение эффективного времени кристаллизации
Более высокая скорость линии сокращает время пребывания в резервуаре с горячей-водой и переходной зоне, снижая вероятность достижения достаточной-кристаллизации в линии. Неполная кристаллизация означает, что релаксация напряжений не завершилась и быстро «замораживается» при охлаждении. Последующая релаксация и усадка происходят во время хранения или тестирования, ухудшая временную стабильность EL.
Изменение состояния соединения трубка-волокно
Изменения коэффициента просадки также изменяют общее распределение натяжения лески и силу фрикционной связи между волокном и трубкой. Более сильное соединение уменьшает относительное скольжение, повышая вероятность уноса волокна по трубке. Это затрудняет установление эффективной избыточной длины, что приводит к более низкому среднему значению EL и более высокой чувствительности к возмущениям натяжения. Более слабое соединение обеспечивает большее скольжение, что упрощает формирование EL, но также увеличивает зависимость от стабильности вязкости наполняющего состава и нарушений пути прохождения волокна.
оптоволоконные буферные трубкиизМетод определения размера
Ключевое влияние метода определения размера на EL заключается не просто в возможности контроля диаметра, но в режиме инициирования охлаждения и величине сопротивления трения. Эти факторы определяют, будет ли трубка испытывать дополнительное осевое напряжение при высокой температуре и будет ли быстрое образование оболочки преждевременно блокировать остаточное напряжение.
Контактный размер
Выбор контактного размера обеспечивает строгое ограничение размеров, но прямое трение между трубкой и металлическим калибратором создает дополнительное осевое сопротивление, увеличивая ориентацию в горячем-состоянии и остаточное напряжение. Кроме того, высокая эффективность-передачи тепла ускоряет образование корки, повышая вероятность фиксации остаточного напряжения. Типичным результатом является лучшая стабильность размеров, но увеличение колебаний EL и более высокий риск дрейфа после-усадки.
Бесконтактное определение размера-
Бесконтактное определение размеров снижает сопротивление трения, что помогает снизить остаточное напряжение и улучшить долгосрочную-стабильность электролюминесценции. Однако он более чувствителен к непрерывности водной-пленки, колебаниям вакуума и однородности охлаждения. Небольшие нарушения водяной пленки или отрицательное давление могут привести к изменениям размеров и скорости охлаждения, которые еще больше изменяют условия трения между трубкой и волокном. Это часто проявляется в более высоком кратковременном-электромагнитном шуме и более частом переходном «отрицательном» EL-поведении.
Гибридный размер
Гибридный размер призван обеспечить как строгий контроль размеров, так и низкое сопротивление трения, что делает его подходящим для условий высоких-скоростей, где требуются как стабильность, так и подавление колебаний. Его производительность зависит от конструкции размеров и эффективности контроля вакуума и/или водяной-пленки.
оптоволоконные буферные трубкиизУровень вакуума
Влияние уровня вакуума на ЭЛ в основном отражает два граничных условия: сопротивление трения от трубки-к-контакту калибратора и интенсивность переноса тепла-, которая управляет образованием пленки и замораживанием напряжения.
Типичные характеристики в более высоком вакууме
Трубка более плотно прилегает к калибровочному устройству, улучшая стабильность размеров. Однако более высокое контактное давление увеличивает сопротивление трения и усиливает осевое напряжение в горячем состоянии, что приводит к более высокому остаточному напряжению. Более сильная теплопередача также ускоряет образование кожицы, в результате чего процессы кристаллизации и релаксации замораживаются раньше. Это увеличивает вероятность того, что остаточное напряжение будет снято в автономном режиме-. Результатом обычно является более «жесткое» среднее значение EL, но более высокий риск-зависимого от времени дрейфа.
Типичные характеристики при более низком вакууме
Уменьшенное сопротивление трения помогает снизить остаточное напряжение и уменьшить снос после-усадки. Однако стабильность размеров становится все более зависимой от самонесущей способности трубки и стабильности водяной пленки или распылительного охлаждения. Овальность и вариация-толщины стенки, скорее всего, увеличатся, что приведет к более высокому уровню ЭЛ-шума. В целом дрейф меньше, но краткосрочная-изменчивость больше.