16/09/2005,
作者：孫志雄 劉愛華 羅中平
（長飛光纖光纜有限公司, 湖北武漢，400073）
摘要：全介質(zhì)松套層絞式微型光纜具有直徑小、重量輕、分歧方便等優(yōu)點(diǎn)，提高了光纖密度，加大了管道的利用率。本文闡述了層絞式微型光纜的設(shè)計(jì)思路，工藝要點(diǎn)和氣吹性能。松套層絞式微型光纜，有4單元/5單元/6單元三種結(jié)構(gòu)，最大直徑不超過6.2mm，在10/8mm微管中可以一次吹送1公里以上。在減小松套管直徑和光纜直徑的情況下，微型光纜保持良好的機(jī)械性能及高低溫性能，符合接入網(wǎng)的使用要求。
關(guān)鍵詞：微型光纜；微管道；氣吹光纜；全介質(zhì)光纜；氣吹敷設(shè)技術(shù)；氣吹試驗(yàn)；氣吹性能。

1引言
    接入網(wǎng)的建設(shè)既需要速度，還需要經(jīng)濟(jì)性和靈活性，不能照搬長途干線的模式［1］。為了降低光纜路由的基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用，最大限度的利用子管和微管系統(tǒng)的資源，需要用一種新的小直徑微型氣吹光纜。
    全介質(zhì)松套層絞式微型光纜GCYFTY-4～72Xn適用于10/8mm微管，其松套管是含有12芯光纖的微型松套管。與中心管式結(jié)構(gòu)相比，松套層絞式微型光纜的特點(diǎn)是光纖容易識別和分歧，便于接續(xù)和施工［2］。本文討論了這種微型光纜的設(shè)計(jì)思路，工藝要點(diǎn)，給出了性能測試和氣吹試驗(yàn)結(jié)果。微型光纜外徑小、成本低，可分批逐次布放在微管中，減少初期敷設(shè)的光纜芯數(shù)；也可隨時抽換光纜，便于光纖升級換代。

2微管和氣吹敷設(shè)技術(shù)簡介
2.1微型硅芯管
    高密度聚乙烯（HDPE）硅芯管是由三臺擠出機(jī)將HDPE樹脂和硅膠塑料共擠出［3］，而形成一種內(nèi)壁帶有固體潤滑層，外帶彩色識別條紋的管道。硅膠塑料是一種新型功能性專用料，摩擦系數(shù)小，耐高溫，對敷設(shè)光電纜有利。HDPE和硅膠塑料共擠出時復(fù)合成一體，不剝落，不分層。共擠出成型工藝已經(jīng)國產(chǎn)化，國內(nèi)硅芯管在光纜護(hù)套管上的應(yīng)用、制作已經(jīng)推廣。微型硅芯管是指外徑16mm以下的硅芯管。
2.2微管氣吹敷設(shè)技術(shù)
    光纜管道氣吹的施工方法已在我國多條干線光纜工程中普遍采用，但其施工方法均為在一根直徑約40mm的硅芯管中不分纜徑大小只吹送一條光纜［4］［5］，不但增加了初次投資而且不利于工程的分期建設(shè)。如果采用在一根直徑為40mm的管道中先吹送若干微管，然后根據(jù)業(yè)務(wù)需要分次在微管中吹放微纜，這樣既滿足了目前光纖需要，也節(jié)省了初次投資［6］。這種技術(shù)突破了現(xiàn)有管道纜敷設(shè)技術(shù)的局限性，提高了管道的利用效率，有利于隨時隨地進(jìn)行光纜分歧，易于平行和縱向擴(kuò)容。
    氣吹敷設(shè)技術(shù)是在機(jī)械輸送機(jī)構(gòu)的協(xié)助下，沿管道注入壓縮空氣把光纜推入管道。光纜隨高速氣流在管道內(nèi)快速穿行，如同一根木頭在湍流的河水中順流而下［7］。即使微管左右彎曲，上下起伏，由于微管內(nèi)壁摩擦系數(shù)極低，纜線前進(jìn)時的所受的摩擦力也很小。氣吹敷設(shè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)見文獻(xiàn)［8］［9］［10］。

3微型光纜的設(shè)計(jì)
    中心管式微纜的所有光纖放在一根直徑較粗的松套管里，用標(biāo)識線加以識別。與之相比，松套層絞式微型光纜的特點(diǎn)是各根松套管里12根光纖自成一束，進(jìn)接頭盒后光纖有松套管的保護(hù)，容易識別和分歧，便于接續(xù)和施工。
    為了在減小管徑的情況下能夠保持適當(dāng)?shù)目估�性能和高低溫性能，必須仔�?xì)選用松管材料和改進(jìn)擠出工藝以獲得適當(dāng)?shù)墓饫w余長［11］［12］。盡管松套管直徑減小了，層絞式光纜仍具有眾所周知的優(yōu)良性能，可以用于微型管道。文獻(xiàn)［2］使用聚碳酸酯（PC）和聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）開發(fā)出雙層材料的微型松套管，以改善松套管的外形穩(wěn)定性和后收縮性。文獻(xiàn)［12］的研究表明：尼龍12（PA12）、HDPE摩擦系數(shù)小，適合用作微型氣吹光纜的護(hù)套材料；雖然尼龍12的摩擦系數(shù)比HDPE小，但是在同等條件下，HDPE護(hù)套的微纜比尼龍12護(hù)套的微纜的氣吹效果更好，HDPE更適合用作微纜的護(hù)套材料；無鹵組燃材料（HFFR），阻燃PA12摩擦系數(shù)大，適合用作短距離氣吹敷設(shè)的室內(nèi)室外兩用微型光纜的護(hù)套材料；為了保證氣吹距離超過1000米，光纜的截面積不宜超過微管內(nèi)孔截面積的60%。文獻(xiàn)［13］［14］研究了用阻水紗填沖松套管間隙的全干式微纜，還比較了HDPE、改性MDPE、改性PA以及一種低收縮特殊材料的熱變形性和后收縮性，以選擇適用于松套管的材料。
    本文研究的微型光纜預(yù)計(jì)在10/8mm的微管中進(jìn)行氣吹敷設(shè)，并且一次氣吹長度不低于1000米，按照光纜截面積不超過管道內(nèi)孔截面積的60%的設(shè)計(jì)原則［12］，光纜的外徑為6.2mm。為了包容更多的光纖，采用6單元72芯結(jié)構(gòu)，護(hù)套厚度為0.5mm，可以推算出松套管的直徑是1.7mm。按4單元/5單元/6單元絞合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的松套層絞式微型光纜基本數(shù)據(jù)見表1。
表1：松套層絞式微型光纜設(shè)計(jì)

注：GCYFTY是松套層絞式微型光纜的光纜型號。“GCY”表示微型光纜。
根據(jù)以上分析，6單元松套層絞式微型光纜結(jié)構(gòu)如下：

圖1：6單元松套層絞式微型光纜截面圖

4生產(chǎn)工藝
    松套層絞式微型光纜的生產(chǎn)沿用生產(chǎn)普通光纜的設(shè)備，但是必須選用優(yōu)質(zhì)的原材料，精確的控制生產(chǎn)工藝。在1.7mm的松套管中放置12根光纖，光纜能夠在溫度和應(yīng)變變化中保持良好的光纖性能，其關(guān)鍵是控制光纖的余長在0.0%到0.10%范圍以內(nèi)。選用熱變形性和后收縮性均較小的PBT作為生產(chǎn)松套管的材料。改進(jìn)的擠出模具保證松套管的壁厚恰當(dāng)，外徑均勻，使光纖在微型松套管內(nèi)徑中能夠取得最大的活動空間。纖膏壓力，放線張力，收線張力，水溫等工藝參數(shù)的優(yōu)化保證松套管高速擠出，余長穩(wěn)定。
    絞合工序中按照光纖束所容許的最小彎曲半徑計(jì)算絞合節(jié)距，實(shí)際生產(chǎn)作一定的調(diào)整。最小的絞合節(jié)距能使光纜具有最大的應(yīng)變裕度，在不考慮外加的加強(qiáng)件時，能夠容許在一定的光纜應(yīng)變下光纖不受到張力。但是在這個彎曲半徑以下，光纖在-40℃的低溫下會出現(xiàn)較大的附加損耗。在此工序中，還必須控制放線張力，扎紗節(jié)距，扎紗張力等參數(shù)。扎紗過緊會使松套管表面出現(xiàn)凹陷，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致光纖彎曲，增加衰減。
在護(hù)層工序中，必須嚴(yán)格控制光纜外徑的偏差。護(hù)套太薄，會出現(xiàn)開裂；護(hù)套太厚，會導(dǎo)致吹纜失敗。HDPE護(hù)套模具沿用普通室外光纜模具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加以適當(dāng)?shù)男薷�，以保證護(hù)套壁厚均勻園整，減小護(hù)套的后收縮。要注意填充油膏的量不可過多，避免增加光纜重量和直徑。
5光纜性能
5.1機(jī)械性能
    4單元/5單元/6單元松套層絞式微型光纜都進(jìn)行了機(jī)械性能試驗(yàn)，其主要機(jī)械性能見表2和表3。
表2：微纜的主要機(jī)械性能A

注：G表示1km光纜的重量，單位為牛頓（N）
表3：微纜的主要機(jī)械性能B

注：D表示光纜直徑。
5.2滲水性能
    把1m水頭加在1m微纜的一端全部截面上，保持1小時，另一端無水滲出。試驗(yàn)表明4單元/5單元/6單元松套層絞式微型光纜都達(dá)到了全截面阻水的要求。
5.3環(huán)境性能

圖2：6根G.652光纖在1550nm的附加衰減

    溫度循環(huán)試驗(yàn)在-40～+70℃范圍內(nèi)進(jìn)行，每個溫度點(diǎn)保持8小時，在1310nm 和1550nm兩波長上進(jìn)行了衰減監(jiān)測。以+20℃測試的衰減為基準(zhǔn)，其它各溫度點(diǎn)的衰減與之的差值就是附加衰減。試驗(yàn)中所有光纖全部經(jīng)過測試，結(jié)果表明單模光纖的附加衰減均不超過0.05dB/km，微型光纜可以在-40～+ 60℃溫度下使用。以6單元松套層絞式微型光纜的溫度循環(huán)試驗(yàn)為例，圖2為在結(jié)果中隨機(jī)抽取的6根G.652光纖在1550nm的附加衰減。
6氣吹試驗(yàn)
    3根光纜在波立門特工程設(shè)備（上海）有限公司試驗(yàn)場進(jìn)行了吹纜試驗(yàn)。試吹的條件和結(jié)果見表4。
表4：微纜氣吹效果測試報(bào)告

    微管在場地上繞8圈，見圖3。3根光纜吹纜的速度變化見圖4，氣吹長度均超過1000米，達(dá)到測試盤長的要求。用OTDR測試光纖的衰減，全部合格。測試完畢后，繼續(xù)用吹纜機(jī)把微纜從微管中吹出來。用費(fèi)加儂（Figarino）倒盤器收集吹出的微纜時，微纜平整無扭曲，效果良好。
圖3：微管場地布置


圖4：氣吹速度與長度分析


7結(jié)論
    本文開發(fā)的是適用于10/8mm微管的松套層絞式微型光纜，有4單元/5單元/6單元三種結(jié)構(gòu)，其松套管是含有12芯光纖的微型松套管。在減小松套管直徑和光纜直徑的情況下，微型光纜保持最佳的機(jī)械性能，高低溫性能，符合接入網(wǎng)使用要求。
    今后的工作是研究新的松套管材料，阻水材料和護(hù)層材料的應(yīng)用，進(jìn)一步減小的松套管的直徑［15］和微纜的重量。還要研究以小直徑松套管為基礎(chǔ)的GYTA，GYTS和ADSS光纜，滿足不同敷設(shè)條件的需要。

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作者簡介：孫志雄，男，1970年8月生，1995年畢業(yè)于湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程系高分子材料成型加工專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位�，F(xiàn)任長飛光纖光纜有限公司光纜部研發(fā)工程師，從事特種光纜研發(fā)工作。