吕捷 赵双旗
摘要 首先指出了光缆选型测试中容易出现问题的两项指标，即拉伸附加衰减和渗水性能。然后分析了这两项指标出现不合格的原因，包括光纤余长不足、使用劣质原材料等，并提出了相应的解决方法。重点分析了光缆的余长控制以及原材料的选择对光缆质量的重要意义。
自2002年以来，中国的通信光缆市场一直处于低迷状态。过度的供求逆差矛盾和无序的恶性价格竞争，使光纤和光缆的价格大幅下降，国内光纤光缆厂商面临着巨大的压力，同时也造成近期产品质量的下降。2006年以来，国内各大电信运营商对光缆质量越来越重视，在采购过程中严把质量关，这点从运营商对光缆选型测试的重视程度就可见一斑。
在近两年多家运营商的数次选型测试中，我们发现出现问题最多的是拉伸附加衰减和渗水性能这两项指标。下面就其不合格原因及解决方法进行分析。
1、拉伸性能出现的问题及解决方法
光缆在使用过程中主要的受力形式是拉伸力，因此拉伸性能是光缆最重要的机械性能。而导致拉伸附加衰减不合格的主要原因是光纤余长不足。所谓光纤余长是指当光缆从正常状态拉伸到光缆中光纤刚受到拉伸应变时，光缆的相对伸长。常用中心管式光缆和层绞式光缆的光纤余长一般控制在0.2%～0.3%。如果没有足够的余长，当光缆受到一定的拉力时，本不应受力的光纤也将产生应变而影响使用性能。当然，余长过长也会导致光纤弯曲过大，引起衰减增大以及抗侧压性能下降等问题。
光纤余长主要形成于二次套塑工序，如图1所示。光纤从放线架上在一定的放线张力下放出，经挤塑机机头，挤上PBT束管，管内充以油膏，再通过温水槽冷却成型后，由轮式余长牵引轮进行牵引，光纤和束管在轮式余长牵引轮上得到锁定。由于光纤在温水槽段受力时有一定的拉伸量，另一方面光纤在轮牵时光纤靠近束管的内侧面，光纤长度小于束管长度，因此光纤为负余长。进入冷水槽后，由于束管在冷却时有很大的收缩而形成余长，不仅补偿了前面的负余长，而且形成所需的正余长。
图1 标准二次套塑生产线示意
对于层绞式光缆，成缆工序也形成部分余长。束管相对光缆长度由下面的公式计算可得：
（1）
其中L为每公里缆光缆束管的长度，单位是米；?晃?光缆成缆的绞合角。
（2）
其中φ1为加强件直径，φ2为束管直径，S为成缆节距。
从上面两式可以看出，光缆束管长度比光缆长度长一些，长的部分可以用来提供部分余长，加上二次套塑形成的余长，两者共同组成了光缆的全部余长。
影响余长的因素很多，其中适宜作为余长的调节手段的参数包括以下几个：
①光纤放线张力。张力越大，光纤在温水槽段的负余长越大，最终余长就越小，反之亦然。调节放线张力能有效地、较容易地控制余长，但调节范围不是很大。
②冷温水温差。束管在冷水槽内的收缩产生的正余长值取决于冷温水温差和PBT及光纤的热胀系数。其数学表达式为：
（3）
式中，TW为温水槽温度；TC为冷水槽温度；??T为PBT的热胀系数；??f为光纤的热胀系数。由于??T比??f大3个数量级，而TW高于TC，因此前后两段冷温水槽中的冷却水温差产生的光纤余长永远为正，而且水温差越大，产生的正余长越大。对冷温水温差的调节是余长控制的最主要因素。
③主牵引张力。主牵引张力施加在从余长牵引到主牵引之间的光纤束管上，对束管的冷收缩起抑制作用，对光纤余长起到局部的调节作用。牵引张力越大，对冷收缩的抑制越强，正余长就越小；牵引张力越小，冷收缩越自由，正余长就越大。
④成缆节距。对于层绞式光缆，由（1）、（2）两式可知，节距越小，绞合角越大，余长也就越大。
除了以上几点，影响余长的因素还包括：纤膏的温度、压力和挤出稳定性；套塑生产线速度以及收、放线方式；充膏模具的设计和选用等。虽然这些因素不适合用来调节余长，但努力使它们保持在合适的范围内，对保证余长的稳定性、可控性具有重要作用。余长控制好了，光纤有了合适的拉伸窗口，就可以避免外力和温度变化给光缆带来的损伤，从而保证光缆的拉伸性能合格。
2、渗水性能出现的问题及解决方法
光缆渗水看起来是一个十分简单的问题，但在以往的测试（包括选型测试）中，不合格的情况常有发生。在光缆的最初使用中，渗水不合格光缆不会出现明显的问题。但在长期使用中，水或潮气进入光缆内部，由于水既可以增加光纤在1383 nm处的水峰衰减，又可以使光纤表面的微裂纹不断扩展直至光纤断裂，同时还会腐蚀金属加强件并与金属材料发生反应引起光纤的氢损，从而严重影响光缆的使用性能和使用寿命。因此，光缆的阻水措施是光缆设计的重要问题之一。
光缆的渗水可分为横向渗水和纵向渗水。横向渗水是指由于光缆内外的蒸汽压梯度，水或潮气沿光缆径向由外向内的渗透和迁移；而纵向渗水是指水沿光缆长度方向上的渗透。为防止横向渗水，通常采用纵包铝带或钢带结构；为防止纵向渗水，可在缆芯和护套空隙处填充阻水油膏或放置阻水带等阻水材料。下面分别从几个方面分析渗水不合格的产生原因及其相应对策。
2.1 使用了劣质的阻水材料
厂商使用劣质的阻水材料，包括湿式阻水的油膏以及干式阻水的阻水纱、阻水带和阻水涂层等。虽然降低了生产成本，但牺牲了光缆性能的长期稳定性，损害了厂商的长远利益。
湿式阻水中使用的油膏填充在加强件、松套管以及金属复合带之间的空隙中，应与其他材料有良好的相容性，还应有良好的温度稳定性。拒水型油膏采用的一般为增水性材料，加上合适的工艺控制，因而其含水量及抗水性指标均容易得到保证。吸水膨胀型油膏是一种亲水型油膏，是在拒水型油膏里掺入一些吸水膨胀微粒，这些吸水树脂微粒吸收周围的水分，体积发生巨大的膨胀，填充光缆的空隙，从而达到阻水的目的。有的厂家使用了劣质的油膏，或者油膏用量不足，甚至是隔一段距离才填充一次油膏，而不是在光缆全长度上填充，因此阻水效果不佳。
对于干式阻水，以阻水带为例，阻水带的膨胀高度和膨胀速度是两个关键指标，二者决定了光缆的短期阻水性能。为保证光缆的阻水效果和寿命，最好采用膨胀高度大于10 mm的阻水带。另外，光缆的长期阻水性能受两方面因素的影响：一是阻水凝胶的屈服强度；二是阻水凝胶与阻水带基带材料间的粘接强度。凝胶强度是膨胀材料最重要的特性，膨胀速度只是用来限制刚开始渗水的长度，而高粘度凝胶和凝胶强度可以在多年使用中保持阻水。一个好的膨胀材料应具有合适的膨胀速度和高粘度；不好的阻水材料，即使有高膨胀速度，如果其粘度很低，阻水性能也将会很差。
2.2 复合带工艺的优劣
金属塑料复合带有钢塑复合带和铝塑复合带，主要起机械保护作用，同时能防水隔潮。金属塑料复合带中钢带/铝箔与塑膜的剥离强度、复合带间的热封强度、铠装搭接缝的粘接强度、复合带与护套的粘接强度以及光缆的渗水性能有密切的关系。
钢带铠装结构光缆在钢带搭接处容易渗水，传统方式一般采用热熔胶加注，使钢带搭接处完全粘接阻止渗水。热熔胶必须具有粘接力强、粘接应力分布均匀、相容性好等特点，保证搭接缝沿长度方向有均匀、较大的剥离强度，从而保证良好的阻水效果。如果加胶量不足会引起渗水，而如果加胶量过多又会造成护套挤出时有包发生；另外也会因为钢带表面聚酯膜粘接不牢在模芯处堆积而引起护套出包，从而影响阻水效果。钢塑复合带的基带应采用镀铬钢带，镀铬钢带耐环境性能好，在一般酸性环境中很稳定，在潮湿大气中也很稳定。镀铬钢带附着力强，有资料显示，它对有机涂层的附着力比镀锡钢带强3～6倍，因此镀铬钢塑复合带的粘结性能好。有些厂家为了降低成本，采用镀锡钢带甚至是无镀层钢带（也称黑铁皮）作为基带生产钢塑复合带。镀锡钢带在潮湿大气中容易发生腐蚀，粘接性能也较镀铬钢带差；黑铁皮的耐腐蚀性能特别差，钢基带与薄膜间的附着性能差，纵包搭接处易出现缝隙，成缆后，钢基带与护套易出现分离，挡潮性能很差。
铝带应采用品质优良的电缆铝基带，纵包时务必使成型模、定径模和挤出机模芯的轴线准直，以免出现荷叶边。阻水层和铝带相结合时，金属带纵包层起到横向和纵向阻水的双重作用。
3、结语
以上仅就近年来在运营商选型测试中出现的一些问题做了粗浅的分析，各个光缆厂家应严格按照工艺要求进行生产，使用合格的原材料；各运营商应把光缆质量放在选型招标的最重要位置，避免最低价中标；第三方检测机构应严格按照相关的国家和行业标准进行检测，加强检测和监督力度。只有三方共同努力，才能打造中国健康的光缆市场，从而扩大中国光缆的国际市场份额。
