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全干式光缆的应用与研究

时间:2009-05-27 09:17:57

        目前市场上的光缆按阻水形式可分为油膏填充式和半干式两种。油膏填充式是指松套管内填充纤膏,缆芯间隙填充缆膏(如图:a);半干式光缆是指松套管内填充纤膏,而缆芯间隙使用阻水粉、阻水纱和阻水带等干式阻水物来达到阻水的要求(如图:b)。

        光缆的一项重要指标就是阻水性能,究其原因是水既能引起光纤的水峰衰减,又能通过渗透腐蚀导致光纤断裂,在潮湿条件下,给通信系统带来潜在的危险甚至造成业务中断。传统光缆采用的油膏填充阻水措施是将阻水油膏填满光缆中套管内的所有空间,以达到阻水效果。油膏具有优良的触变性和阻水性,可以对光纤起到很好的缓冲作用、防震和防水效果,所以在野外光缆中油膏填充式和半干式光缆得到了大范围的应用。但是随着中国接入网建设的不断深入,特别是G/E-PON技术的成熟,大大降低了FTTH的总体成本,使得光纤到户变得越来越普遍。由于油膏填充式和半干式光缆都含有油膏,施工过程中必须对填充油膏的光缆进行清理,需要借助清洁剂对光缆芯及光纤进行清洗,这对接头繁多的配线光缆和入户光缆的施工带来诸多麻烦,如:清洁剂和清洁纸的污染问题,增加施工时间和施工费用等。

        针对油膏填充式和半干式光缆存在的一些问题,我公司开发了一种无油膏填充的全干式光缆。全干式光缆是指套管内使用阻水纱,缆芯间隙采用阻水粉、阻水纱和阻水带等干式阻水物来达到阻水的要求,通俗的说就是整个光缆没有油膏。
1. 结构设计:

        由上图示意图可知GYFZY光缆中,光纤和细阻水纱一起放置于松套管内,松套管(或部分填充绳)和若干阻水纱绕中心非金属加强件(FRP)绞合成圆整的缆芯,缆芯外纵包一层阻水带并挤上外护层,而适用于室外垂直布线的双护层光缆GYFCY需再绕包一层阻水型玻璃纤维纱,起到双层阻水防潮的效果,并挤上聚乙烯外护套。

2. 原材料特性纱特性:

      阻水带与阻水纱属干性水溶膨胀材料,它与油膏阻水方式相比,具有价廉,光缆接续方便特点,免去了接续中清洗油膏的工作,与其他材料相容性好等优点。阻水带是用粘接剂将吸水树脂粘附在两层无纺布中间,形成一定厚度的带状材料,阻水纱是将吸水树脂粘附在聚酯纱线上,形成一种遇水膨胀的纱线。其阻水机理是当水进入光缆内时,与阻水物中的吸水树脂相接触,吸水树脂迅速膨胀,把光缆内的空隙全部填满,从而阻止水在光缆内的纵向流动。而我们与光纤一起放入松套管内的细阻水纱具有更高吸水膨胀率的特点。
        阻水型玻璃纤维纱:是将吸水膨胀材料涂覆在玻璃纤维纱上,达到阻水的效果,所以在室外运用时,可以有效的防止水汽进入内护层。玻璃纤维纱具有强度高,可以作为光缆辅助增强抗拉元件使用;而极细且脆的特点,在鼠类噬咬过程中,呈粉碎状的玻璃渣将伤及老鼠的口腔,使之对光缆产生畏惧感,所以又可作为防鼠材料应用。

3. 主要生产工艺控制:

        全干式光缆生产工艺的难点是在没有油膏的情况下保证套管的直径和圆整度,以及稳定的光纤余长控制。

        因为传统松套管生产过程中,松套管内填充了纤膏,生产时纤膏起到光纤润滑剂的作用,这样光纤在纤膏的保护之下,同套管内壁在挤出机头后没有接触,因而也不会产生光纤与套管的粘结现象。另外,由于纤膏具有粘稠且不易流动的特性在松套管内起到了支持套管内径的作用,保证了松套管外表圆整。而我们干式套管由于缺少纤膏的支撑作用,松套管在挤出之后第一节水槽中冷却时马上会变成不规则形状,从而无法保证套管的外径尺寸和圆整度,更不能保证套管内稳定的余长需求。鉴于以上原因,我们通过一个气压控制装置,在挤出机头前增加一个气压针管,在松套管内注入一稳定的干燥氮气气压,给套管一定的支撑作用,保证套管外径尺寸和圆整度,并且光纤在氮气气压下产生一定的抖动,从而防止光纤与套管内壁某一点长时间接触而粘结在一起。

        传统松套管内的纤膏对光纤余长起到阻碍的作用,而我们增加氮气气压却增加了套管内光纤余长,所以为了得到相同的余长控制,我们采取了四种方式来控制套管内光纤余长:
 调节光纤放线张力;
 调节不同水槽之间的水温差;
 调节松套管在牵引轮上的圈数;
 调节收线张力。
通过以上措施,我们可以得到所需的余长。

4. 光缆阻水性能测试:

        阻水性能试验就是用一定的渗水试验方式来验证光缆是否达到所需的阻水效果。而我们全干式光缆更重要的是验证纤用高级吸水膨胀阻水纱是否能够阻止水在套管内的渗透。具体的试验方式是参照GB/T 7427.2-2002 《光缆试验基本试验方法》中F5方法,将光缆试样放置于1 m高水柱下,让水柱作用到缆芯试样上,以满足光缆阻水性能规范要求。经过试验表明,全干式光缆的阻水性能满足国家通信标准要求。

5. 光缆的燃烧性能的测试

        因全干式光缆GYFZY应用于室内布线,所以也需满足室内光缆的燃烧特性。根据GB/T18380.3《电缆在火焰条件下的燃烧试验 第3部分 成束电线或电缆的燃烧试验方法》,我们对GYFZY光缆进行相应的燃烧试验,由于未用油膏填充,并且使用了性能较好的低烟无卤外护套,其阻燃特性达到B类,而烟密度和腐蚀性也满足YDT 1258.4-2005 《室内光缆系列 第四部分 多芯光缆》要求。

6. 结束语: 

        全干式光缆不像紧套光缆那样,光纤被束缚在紧套包层内,而光纤和紧套包层这两种材料的线性膨胀系数差别很大,所以在低温或高温情况下光纤会因紧套层的伸缩变化而引起应变,进而出现衰减偏大等问题,严重的时候影响通信。全干式光缆由于光纤是松包在套管内的,所以不存在这种问题。因此,FTTH建设中,GYFZY全干式光缆可以由室外光缆分配点直接引入家庭,减少中间环境,加速网络建设周期,降低工程费用等;在3G基站信号发射塔等光缆的垂直布线中,具有双层阻水保护的GYFCY比紧套光缆具有更好的温度使用范围,又不会出现油膏填充式光缆那样因油膏纵向滴流原因油膏沉积在下面,上面因缺少油膏保护而失去阻水效果。因此,我们相信全干式光缆在未来FTTH和3G网络建设中具有非常广阔的市场前景。



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