海底光缆的光纤/钢套管绝缘挤出质量的讨论

顾东平
　　摘要：本文以阿尔卡特海底光缆的典型结构为例，分析讨论了在绝缘挤塑工艺中影响光纤/钢套管伸长率的主要因素，以及验证这些因素对光纤/钢套管伸长率影响程度的方法和步骤，并要求在得到合格的验证结构后才能正式生产。

　　关键词：海底光缆；光纤/钢套管；绝缘层挤出；质量控制；光纤/钢套管伸长率；光纤衰减变化值

　　1　引言

　　阿尔卡特海底光缆因其技术先进、结构合理而在国际市场上享有很高的声誉，国际市场占有率名列第一。阿尔卡特海底光缆种类齐全，其中，无中继大长度（几十公里以上）海底光缆就有六大类型之多。因其光纤单元为中心钢管式而显示出成品海底光缆的结构非常紧凑、外径小且光纤容量大，这既降低了材料成本，又极大地方便了海上作业（诸如敷设、打捞、接头，等等）。这一结构上的先进性，更要求制造商在其制造过程中，具有完善的工艺和严格的管理，其中若出现任何故障，将直接导致大长度海底光缆制造的失败。

　　本文针对典型的双层铠装DA₂型海底光缆，论述如何在绝缘护套挤出工艺中对该光缆提供可靠性保证。

　　2　双层铠装DA₂型海底光缆结构

　　双层铠装DA₂型海底光缆结构和主要技术参数。该型号海底光缆采用高强度钢丝进行铠装，主要应用于那些环境条件比较恶劣的区域，诸如靠近海岸的区域，浅水路由以及粗糙度较大的海床等，且水深在500m左右。

　　这种紧凑结构具有高容量光纤和优异的抗拉强度和耐磨强度，并且因其体积小（目标小）而强度高的特征，故可非常有效地防御船锚的冲击和钩住受损。

　　这种紧凑型海底光缆对制造技术提出了很高的要求，特别是绝缘护套工艺。光缆截面图显示，绝缘护套工序的对象是光纤/钢套管。大家知道，除了光纤本征性能，在实际应用过程中，由于海底的环境因素（水流速度、海床平整程度及其岩石分布情况等）错综复杂，具有不确定性。所以，海底光缆在运行过程中受到考验的关键技术性能之一是光纤余长，而这一技术性能又是考证该海底光缆是否先进的重要依据。因此，在整个绝缘护套的制造过程中，已设定的组合参数必须确保钢管内的光纤余长不发生变化。要达到这一目标，就必须在每一次正式生产之前，对制造光纤钢管的绝缘护套的工艺过程进行验证。只有在验证结果合格的情况下，才能正式投入生产。

　　3　绝缘挤出工艺中影响光纤/钢套管伸长率的相关因素

　　要制造出一根合格的海底光缆绝缘缆芯，所涉及到的因素很多，包括放线张力、挤塑温度、冷却温度、线速度、线张力以及收线速度和张力等。如果其中任何一个因素设置不当，就达不到预期目标。通常，对一般光缆来讲，挤塑工序完成后，只要结构参数符合要求，光纤衰减值是主要的考核指标。但海底光缆不同，由于其使用条件要比一般的光缆苛刻的多，其在静止状态下或工厂内的光纤衰减值合格，并不能充分说明其完全胜任应用场合的环境条件。因此，必须针对这一个关键的、会影响到海底光缆基本性能的结构要素进行验证并合格（例行检验照常），才能保证交付使用的海底光缆是合格的。这一要素就是光纤/钢套管的伸长率。

　　光纤/钢套管在绝缘挤塑后出现不正常伸长，将会使原来光纤在钢管中的余长值发生变化，进而影响到成品海底光缆的技术性能。所谓光纤/钢套管伸长率就是以绝缘挤塑后的光纤/钢套管长度与绝缘前比较，如果其变化微小（在一定的百分比内），不会影响光纤的余长值。基于这种观点，寻找各种可能会对光纤/钢套管伸长率产生影响的因素进行试验并采集、汇总试验数据，进而确定一组有效的工艺参数。经过多次试验和测试，发现下列几个因素对光纤/钢套管伸长率起着主要作用。

　　（1）光纤/钢套管放线。其放线张力的合理选定非常重要，张力过大会使光纤钢管受力后伸长变形；过小会使光纤钢管走线不直，容易在模口出故障或发生绝缘层不均匀。因此，选定的张力参数并使舞蹈轮在整个制造过程中保持其相对稳定。

　　（2）粘结胶的挤出温度和速度。这除了影响到粘结胶涂层的厚度的均匀度外，还会直接影响到绝缘护套的技术质量，因此，在温度设定的情况下，其挤出量既不能太多（这会使得模口在生产过程中发生意外），也不能太少（使得绝缘层没有足够的粘结力）。

　　（3）绝缘护套的挤出温度和速度。在这道工序，要考核的主要指标就是该绝缘护套技术质量（包括对光纤/钢套管的影响程度）。因此，既要保证绝缘护套本身的结构参数符合要求（诸如厚均匀性如何，有否气泡、杂质，是否开裂，等等），又要确保光纤/钢套管不受力伸长。

　　（4）冷却系统。是由若干段冷却区域组成，分别设定不同的温度。由于挤塑温度接近30℃，如果冷却区域温度设置不恰当，使得绝缘护套收缩过度，一则会影响绝缘在海底光缆缆芯中的质量，再则会影响光纤/钢套管的伸长率并对检测光纤/钢套管的伸长率结构带来不确定性。

　　（5）收线系统。其速度和张力设定须顾及上述几个主要因素，保持相对平衡，否则会影响光纤/钢套管的伸长率。

　　4　海底光缆光纤/钢套管伸长率的验证

　　根据上述各相关因素，以线速度为主线，设置各组工艺参数。先将试样光纤/钢套管进行试车，协调整条流水线各个部位的运转状况。在取得一组相对合适的工艺参数后，选取三根100m长度的光纤/钢套管试样，根据试验要求作好记号（25000mm），并将其绕在放线盘上。在施加放线张力的条件下进行绝缘护套的挤塑，并在其过程中根据要求标定记号。挤塑结束后，剥去绝缘护套，测量原有标记的光纤钢管长度，测试结果为：

　　试样1：24999mm

　　试样2：25001mm

　　试样3：24998mm

　　上述三个试样结果是在挤塑结束后测得的。为了避免可能由于收线速度与冷却温度的设置不相匹配导致绝缘护套收缩不完善，而造成测试结构的不准确，另外三根样口在被放置30h后再进行测量，结果如下：

　　试样4：34998mm

　　试样5：34999mm

　　试样6：25001mm

　　上述三个试样结果表明，在30h前后所测得的结果几乎没有变化，满足技术规范，绝缘护套的收缩程度符合要求。

　　以上检测结果证明这组绝缘工艺参数是有效的，不会产生光纤/钢套管的伸长率。

　　5　42公里DA2-48芯海底光缆绝缘后光纤/钢套管的相关性能检测结果

　　对生产前的工艺验证并验证合格后，进入正式制造42km大长度海底光缆的光纤/钢套管的绝缘护套挤出阶段。按照已经验证合格的工艺参数，以严格的工艺规范，制造42km大长度光纤/钢套管绝缘缆芯，并在制造过程中的收尾阶段，对光纤钢管做好标志。并在该工序完成后将缆芯放置30h，对其性能按要求进行检测，有关结构如下：

　　（1）光纤/钢套管的伸长实测值为：24998mm；　

　　（2）光纤衰减变化值△α(1550nm)。

　　6　结论

　　中心钢管式海底光缆的光纤/钢套管伸长率必须在绝缘挤出工艺中加以严格控制，控制的主要对象有放线张力、粘结胶挤逆温度和速度、绝缘层挤塑温度和速度、冷却温度的分布以及收线速度和张力等。任何光纤/钢套管的不良伸长将导致海底光缆中光纤余长的损害，大大增加海底光缆在应用中的风险。

摘自《电线电缆》2001.8