通信網(wǎng)banner.jpg)
摘要：本文介紹了我國(guó)光纜生產(chǎn)制造30年來(lái)，在技術(shù)工藝路線上發(fā)生的改進(jìn)和提高，并對(duì)現(xiàn)有的工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行了分析，希望能對(duì)光纜技術(shù)工藝發(fā)展方向提供有益的基礎(chǔ)依據(jù)。
關(guān)鍵詞 光纜 工藝 設(shè)計(jì)
1、引 言
自1982年第一根實(shí)用化多模光纜在中國(guó)的應(yīng)用開(kāi)始，我國(guó)的光纜制造和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已歷經(jīng)30個(gè)念頭，經(jīng)歷了9年一次的三起三落，發(fā)展到今天，形成了世界上最大的光纜產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)群，年產(chǎn)能達(dá)到近1億芯公里，年實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到8千萬(wàn)芯公里。作為世界上最大的光纜制造國(guó)，我們光纜企業(yè)回首看產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與這三十年來(lái)光纜制造工藝的技術(shù)創(chuàng)新是分不開(kāi)的，中國(guó)企業(yè)在骨架、中心管、層絞三種結(jié)構(gòu)的選擇上、在光纜機(jī)械性能的研究上、在工程應(yīng)用以及在理論推算和總結(jié)上都已處于世界先進(jìn)水平。武漢郵電科學(xué)研究院作為最早從事光纖光纜研究和產(chǎn)業(yè)化的基地，經(jīng)歷了中國(guó)全部的光纖光纜的技術(shù)變革，并對(duì)許多重要的技術(shù)擁有自己的專(zhuān)利，因此，對(duì)這三十年來(lái)光纜技術(shù)路線的總結(jié)具有重大的意義。
2、1982-1990年中國(guó)光纜制造的探索階段
中國(guó)的光纜制造可以說(shuō)與國(guó)際同步開(kāi)始，但在基礎(chǔ)工業(yè)和工藝落后的九十年代，我國(guó)的光纜工藝以引進(jìn)技術(shù)為主，其中侯馬電纜廠為主的骨架式單螺旋絞光纜出現(xiàn)的最早，之后出現(xiàn)了中心管式的結(jié)構(gòu)，武漢郵電科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的中心束管光纜（農(nóng)話纜）至今仍是一個(gè)重要的光纜品種。
2.1 骨架槽光纜
早期的光纖技術(shù)還不完善，在光纖表面的涂層還是采用的熱固化的硅樹(shù)脂，光纖的脆弱使得光纜的保護(hù)更為重要，在成纜中的控制也要求更高，當(dāng)時(shí)的光纖對(duì)側(cè)壓、-OH、彎曲更敏感，因此，開(kāi)發(fā)出了復(fù)雜工藝的骨架式單螺旋絞光纜，把裸纖放在S絞的U型骨架槽內(nèi)，從單纖骨架開(kāi)發(fā)到多纖骨架，采用色譜區(qū)分技術(shù)來(lái)區(qū)分同一骨架槽內(nèi)的光纖。光纜的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖一 骨架槽光纜
骨架槽設(shè)計(jì)思想來(lái)自電纜，對(duì)光纖側(cè)壓有很好的保護(hù)作用，靠光纖在槽中的位移來(lái)抵抗拉伸和溫度變化光纜的形變。但其缺點(diǎn)是明顯的，首先骨架槽的制作工藝要求高，效率低；其次，成纜的設(shè)備復(fù)雜、收放線同步要求高、退扭復(fù)雜、速度很慢，對(duì)大芯數(shù)光纜無(wú)法實(shí)現(xiàn)；最后，在工程應(yīng)用上發(fā)現(xiàn)，油膏的質(zhì)量和填充對(duì)光纜壽命的影響很大。鑒于這些問(wèn)題，這種結(jié)構(gòu)在九十年代初期就陸續(xù)被淘汰了，但其某些特性和思路還將被現(xiàn)在使用，這在后面將介紹。
2.2 中心管式光纜
以美國(guó)AT&T公司為代表的中心管松套結(jié)構(gòu)，因其光纖位于光纜的中心，具有良好的彎曲特性、結(jié)構(gòu)緊湊，引進(jìn)后成為一個(gè)主要品種，武漢郵電科學(xué)研究院結(jié)合我國(guó)幅員遼闊、當(dāng)時(shí)光纖通信容量不大的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出第一個(gè)有中國(guó)特色的光纜專(zhuān)利產(chǎn)品，中心束管式光纜。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖二：
圖二 中心管式典型結(jié)構(gòu)
中心管結(jié)構(gòu)也有幾種形式，最早的沒(méi)有鋼帶鎧裝，采用平行鍍鋅鋼絲加強(qiáng)，存在滲水和低溫特性不夠好的問(wèn)題；后來(lái)增加了鋼帶鎧裝，是我國(guó)第一個(gè)光纜鋼帶縱包成型工藝，采用了分級(jí)成型，鋼帶平帶對(duì)接、熱熔膠粘接工藝，解決了滲水和高低溫的問(wèn)題，并確定了鋼帶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)雛形，但光纜十分難開(kāi)剝；最后發(fā)展到了用阻水帶或油膏填充工藝，進(jìn)一步合理化了該結(jié)構(gòu)。但從結(jié)構(gòu)特性上來(lái)看，出現(xiàn)大于12芯時(shí)，需要采用復(fù)雜的扎束技術(shù)來(lái)區(qū)分光纖，后來(lái)開(kāi)發(fā)出了噴環(huán)工藝，用于OPGW。當(dāng)多組光纖放在一個(gè)套管中時(shí)，需要多個(gè)放纖架，設(shè)備的利用率受到限制，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)，同時(shí)在工程上也不便于分歧。
中心管光纜制造中的關(guān)鍵技術(shù)是光纖在套管中的余長(zhǎng)控制技術(shù)，在這一時(shí)期先出現(xiàn)的是速差法余長(zhǎng)控制技術(shù)，通過(guò)牽引輪和履帶牽引間的1-8‰速度差來(lái)控制，該方法具有直觀可控性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但也具有設(shè)備復(fù)雜易磨損后不準(zhǔn)確的問(wèn)題；后出現(xiàn)的是水溫控制余長(zhǎng)的方法，這是一個(gè)重大的進(jìn)步，通過(guò)兩級(jí)水槽和中間牽引輪來(lái)控制余長(zhǎng)，缺點(diǎn)是不同規(guī)格間需要通過(guò)工藝摸索來(lái)穩(wěn)定工藝參數(shù)。目前水溫控制法廣泛用于層絞套管的生產(chǎn)，但對(duì)于大余長(zhǎng)的穩(wěn)定生產(chǎn)，該方法還是有困難。
雖然中心管光纜出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間，但真正能做好這個(gè)產(chǎn)品卻不容易，其縱包成型工藝會(huì)減小余長(zhǎng)，包覆太松，將導(dǎo)致高低溫時(shí)套管收縮或伸長(zhǎng)，工程上會(huì)出現(xiàn)在接頭盒處斷纖或損耗增加，為此IEC增加了一個(gè)試驗(yàn)，但未被國(guó)內(nèi)采用；包覆的緊，吃掉過(guò)多余長(zhǎng)，導(dǎo)致抗拉伸能力的下降。因此，有一段時(shí)間對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論很多，其實(shí)，產(chǎn)品的好壞和生產(chǎn)企業(yè)的制造穩(wěn)定和可控性在這個(gè)產(chǎn)品上反映的很明顯。
2.3 其它結(jié)構(gòu)和情況
在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)了一些結(jié)構(gòu)上的探索，如緊套結(jié)構(gòu)的室外光纜，緊套結(jié)構(gòu)比裸纖具有更好的保護(hù)性，但損耗大，與同樣結(jié)構(gòu)的松套光纜比機(jī)械性能差，生產(chǎn)效率低，沒(méi)有被選作長(zhǎng)途光纜。
中心管結(jié)構(gòu)的一個(gè)變形就是鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)，至今仍有采用，采用0.6-1mm的單細(xì)低碳鋼絲絞繞在套管外，加上鋼帶縱包護(hù)套，這個(gè)產(chǎn)品在廣電系統(tǒng)應(yīng)用的多些。
在這個(gè)十年中，中國(guó)的光纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展是離不開(kāi)原材料廠家的創(chuàng)業(yè)開(kāi)端的，最開(kāi)始的原材料都是進(jìn)口產(chǎn)品，如纖膏、纜膏是進(jìn)口UNIGEL、ASTOR等的，阻水帶是蓋克的，PBT是德國(guó)赫茲等的，只有鋁帶是用電纜鋁帶代替的。到了80年代末，相繼出現(xiàn)了一些研究原材料的研究所和企業(yè)，在纖膏、纜膏、阻水帶、復(fù)合金屬帶等方面開(kāi)始研究和試驗(yàn)。
3、1991-2000年中國(guó)光纜制造的發(fā)展階段
在90年代，受中國(guó)通信建設(shè)特別是光纖通信建設(shè)持續(xù)增加的影響，中國(guó)的光纜產(chǎn)業(yè)在這一時(shí)期得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在品種、工藝裝備、原材料、理論基礎(chǔ)、檢測(cè)技術(shù)等多個(gè)方面都得到顯著的增強(qiáng)，這一時(shí)國(guó)家的光纜需求主要是干線，因此在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)趨同化的進(jìn)程，在光纜結(jié)構(gòu)和制造工藝上有以下幾個(gè)大的類(lèi)型。
3.1 層絞式光纜
1991年武漢郵科院引進(jìn)了NOKIA松套生產(chǎn)線，并從法國(guó)引進(jìn)了S絞成纜線，層絞式光纜開(kāi)始廣為應(yīng)用，對(duì)于S絞結(jié)構(gòu)，采用了收放線同步退扭技術(shù)，光纜節(jié)距穩(wěn)定，油膏填充繞包聚酯帶，優(yōu)點(diǎn)是光纜性能穩(wěn)定，并且奠定了今天光纜余長(zhǎng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，效率低，能耗大。到了1995年開(kāi)發(fā)出了SZ絞成纜設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了成纜設(shè)備，提高了生產(chǎn)效率，采用雙偏芯扎紗、SZ往復(fù)絞合工藝，油膏填充，縱包或繞包包帶，最大生產(chǎn)12單元管，開(kāi)發(fā)了填充繩作為填充單元，設(shè)計(jì)了領(lǐng)示色和全色譜兩種區(qū)分方法，光纜的典型結(jié)構(gòu)如下：
圖三 層絞式光纜典型結(jié)構(gòu)
層絞式光纜按使用可分為直埋型，如GYTA53、GYTY53、GYTA53+33等，管道和架空的主要是GYTA和GYTS。護(hù)層結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致工藝上的區(qū)別，出現(xiàn)了扎紋縱包工藝和鋁帶平帶工藝，出現(xiàn)了熱熔膠粘邊工藝。
SZ絞工藝在中國(guó)光纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要的地位，所有光纜廠都有SZ成纜線，并在S絞設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)SZ絞形成了完整的拉伸、溫度形變的理論，并用于指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)。
3.2 帶狀光纖結(jié)構(gòu)光纜
與套管技術(shù)不同的是把多根光纖并排成帶技術(shù)，這一技術(shù)最早還是日本，用于骨架式帶纜，而引入中國(guó)最早的是中心管式帶纜。光纖帶的關(guān)鍵技術(shù)是并帶，主要指標(biāo)是平整度的控制，并帶用的著色光纖也與普通著色纖的著色工藝控制不同，并帶另一個(gè)關(guān)鍵就是收排線的整齊度和張力要與套管工藝匹配。下面依次是層絞式帶纜、中心管式帶纜、骨架式帶纜的結(jié)構(gòu)圖。
圖四 三種典型帶裝光纖光纜結(jié)構(gòu)
帶纖套管工藝中的帶纖都是采用S或Z絞進(jìn)管的，因此其余長(zhǎng)的概念與普通套管是不同的，由于套管粗，一般都沒(méi)有采用輪式牽引，采用多是履帶牽引，控制余長(zhǎng)的關(guān)鍵參數(shù)是：放帶張力、入管節(jié)距、模具（多個(gè)）、水溫和收線張力，其理論計(jì)算要特別計(jì)算每個(gè)邊帶邊纖的應(yīng)變，并且與實(shí)際測(cè)試結(jié)果結(jié)合應(yīng)證，在開(kāi)始階段各廠設(shè)計(jì)的占空比和節(jié)距都比較大，伴隨成本壓力的增加，工藝技術(shù)開(kāi)始向小結(jié)構(gòu)方向努力，在帶纜結(jié)構(gòu)上最能體現(xiàn)各廠的工藝控制能力。
骨架帶纜因其無(wú)油膏，在應(yīng)用上有其特色，在這一時(shí)期只有長(zhǎng)飛公司引進(jìn)了這個(gè)技術(shù)，但用途不廣，問(wèn)題主要有：不能做12芯帶，降低了一次熔接的芯數(shù)，采用S絞，不便于任意分支，設(shè)備復(fù)雜、成本高、效率低。
3.3 OPGW光纜
在這一時(shí)期，中國(guó)電力網(wǎng)建設(shè)迅猛，推動(dòng)了電力系統(tǒng)通信的需求，先后產(chǎn)生了ADSS和OPGW，對(duì)于ADSS在工藝上主要是增加了芳綸絞工藝，在控制上，主要是設(shè)計(jì)了大余長(zhǎng)光纜，而OPGW應(yīng)該說(shuō)是一種全新的大量應(yīng)用的品種，其結(jié)構(gòu)如下：
圖五 OPGW代表結(jié)構(gòu)
OPGW（復(fù)合光纖架空地線）采用了不銹鋼焊接技術(shù)，包括不銹鋼帶表面處理、切邊、成型、無(wú)縫氬弧焊、充油、拉拔、探傷等多個(gè)復(fù)雜技術(shù)，把多根光纖放在不銹鋼保護(hù)管中，外單向絞鋁包鋼絞線，即使是雷擊等大電流通過(guò)光纜時(shí)也不會(huì)損傷光纖。由于其優(yōu)良的應(yīng)用特性，廣泛被新建電力系統(tǒng)采用，形成了一個(gè)近30億規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，而其不銹鋼管套管技術(shù)為海纜的實(shí)現(xiàn)打下了伏筆。
