室內(nèi)外蝶形引入光纜斷纖研究

姚 芳， 付 江， 張福龍， 顧 頎

（沈陽亨通光通信有限公司，沈陽 110168）

0 引 言

隨著5G 通信技術(shù)的快速發(fā)展和大量應(yīng)用，為適應(yīng)5G 通信增強(qiáng)移動寬帶、大連接、低時(shí)延三大應(yīng)用場景，各大運(yùn)營商均在大量建設(shè)光纜線路，實(shí)現(xiàn)密集組網(wǎng)。 在光纖到戶、移動室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中，蝶形引入光纜布設(shè)和使用方便，綜合成本低，被大量采用。中國移動、中國電信、中國聯(lián)通等運(yùn)營商對蝶形引入光纜需求量逐年增加，蝶形引入光纜在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷纖，造成質(zhì)量隱患和經(jīng)濟(jì)損失。 本工作對室內(nèi)外蝶形引入光纜斷纖問題進(jìn)行了研究，取得成效。

1 蝶形引入光纜產(chǎn)品介紹及工藝

1.1 產(chǎn)品介紹

蝶形引入光纜采用G.657A2 彎曲衰減不敏感光纖作為光傳輸媒介［1］，將光纖和兩根對稱的抗張?jiān)哿谆摻z或芳綸纖維增強(qiáng)光纜加強(qiáng)芯（KFRP）］集中在一個易于撕裂的低煙無鹵阻燃電纜（LSZH）或聚氯乙烯（PVC）高分子護(hù)套中，具有優(yōu)異的熔接和連接特性，并且能夠承受很小的彎曲半徑。 蝶形引入光纜護(hù)套中間設(shè)有“V”形槽［2］，在保護(hù)好光纖的前提下，施工安裝中易于從此處撕裂取出光纖，方便接續(xù)，簡化安裝和維護(hù)流程。 蝶形引入光纜適用于室內(nèi)布線中需要轉(zhuǎn)彎角度較大的場合，由于光纖到戶的特殊應(yīng)用場景，常會遇到較小彎曲曲率半徑的布設(shè)，如墻拐角等，特別適用于光纖接入網(wǎng)（FTTX）使用［3］。 蝶形引入光纜是光纖到戶的理想選擇，也是光纜布線解決方案中末端路段的主要產(chǎn)品。

1.2 蝶形引入光纜擠制工藝描述

首先將LSZH 或PVC 護(hù)套料吸入擠出機(jī)料斗內(nèi)（料斗具有持續(xù)烘干功能）。 根據(jù)工藝要求，設(shè)定好料斗烘干溫度，擠出機(jī)各段溫區(qū)、機(jī)頭、溫水槽及冷水槽冷卻的溫度，并設(shè)定抗張?jiān)啪€、光纖放線和蝶形引入光纜收線張力。 在設(shè)備各環(huán)節(jié)達(dá)到設(shè)定的參數(shù)后，將抗張?jiān)谆摻z或KFRP）和光纖從各自的線盤上引出，依次穿過并線模、擠出機(jī)機(jī)頭（模芯和模套）。 生產(chǎn)線各部分控制設(shè)定為聯(lián)動狀態(tài)，擠制好的蝶型光纜經(jīng)過溫水槽、冷水槽、吹干裝置、線徑測試儀、噴墨編碼機(jī)及導(dǎo)輪、牽引裝置后，通過收線張力控制裝置將蝶形引入光纜卷繞在收線盤上，如圖1 所示。

圖1 蝶型引入光纜生產(chǎn)線

2 蝶形引入光纜的斷纖現(xiàn)象及研究

2.1 蝶形引入光纜斷纖類型統(tǒng)計(jì)

對蝶形引入光纜200 起事故進(jìn)行分析，蝶形引入光纜斷纖分類統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 蝶形引入光纜斷纖分類統(tǒng)計(jì)

由表1 可知：對蝶形引入光纜200 起事故進(jìn)行分析，雜質(zhì)斷纖、光纖缺陷斷纖、光纖刮傷斷纖三大類型事故共占比97%，是造成蝶形引入光纜斷纖的主要原因。

2.2 雜質(zhì)斷纖

正常生產(chǎn)下，盤測試常發(fā)現(xiàn)光纖在某一長度處斷纖，查看斷纖處明顯有雜質(zhì)。 蝶形引入光纜生產(chǎn)常用的原材料有光纖、抗張?jiān)谆摻z或KFRP）、護(hù)套料（LSZH 或 PVC）等［4］，原材料在放線過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)會直接導(dǎo)致光纖在產(chǎn)品中斷纖。

（1）雜質(zhì)斷纖種類。 對雜質(zhì)斷纖事故進(jìn)行分析，主要有三類原因［5］，分別是：①原材料存在雜質(zhì)導(dǎo)致斷纖；②料袋灰塵落入混入導(dǎo)致斷纖；③抗張?jiān)樾茧s質(zhì)導(dǎo)致斷纖。

（2）雜質(zhì)的產(chǎn)生。 在蝶形引入光纜的生產(chǎn)過程中，雜質(zhì)產(chǎn)生的原因有以下幾點(diǎn)：①阻燃料內(nèi)存在雜質(zhì)；②料袋表面灰塵進(jìn)入料中；③抗張?jiān)谆摻z或KFRP）掉屑導(dǎo)致雜質(zhì)。

因雜質(zhì)的原因造成光纜斷纖的放大圖見圖2，抗張?jiān)粜挤糯髨D見圖3。

圖2 雜質(zhì)斷纖點(diǎn)放大圖

圖3 抗張?jiān)粜挤糯髨D

（3）雜質(zhì)斷纖控制。 要控制好材料中雜質(zhì)，選材時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：①所選擇的材料性能必須是滿足相關(guān)國際、國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求；②符合工藝要求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；③符合加工性能的原材料要求。

除嚴(yán)格按規(guī)定技術(shù)要求采購?fù)?，公司也要做好物料進(jìn)廠檢驗(yàn)，要把好材料的質(zhì)量關(guān)。 企業(yè)須配置完善的檢測設(shè)備，建立完善的原材料控制體系，對材料的關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，通過觀察和判斷，適當(dāng)結(jié)合測量、試驗(yàn)進(jìn)行符合性評價(jià)。 在選材、采購及檢驗(yàn)等3 個方面做到層層把關(guān)、確保流入生產(chǎn)的材料是符合工藝要求的。

抗張?jiān)谆摻z或KFRP）掉屑的原因是抗張?jiān)?jīng)過導(dǎo)輪、分線板或?？跁r(shí)角度過大，接觸摩擦后表面的磷層或鍍層被破壞導(dǎo)致掉屑，掉屑有如下表現(xiàn)：①抗張?jiān)?jīng)過導(dǎo)輪時(shí)發(fā)生掉屑；②過分線板時(shí)存在輕微的掉屑，經(jīng)過風(fēng)槍基本能夠清除；③抗張?jiān)幉淠？跁r(shí)產(chǎn)生摩擦（有摩擦產(chǎn)生的火星），產(chǎn)生大量的碎屑，且在模具穿線孔進(jìn)口處有部分返料殘膠，會將碎屑帶入模具，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)僅生產(chǎn)3 000 m 即出現(xiàn)淤堵卡頓現(xiàn)象。

2.3 光纖存在缺陷或刮傷斷纖

生產(chǎn)過程中，光纖本身存在缺陷，或者排線不良也能導(dǎo)致斷纖。 此種情況在生產(chǎn)及檢驗(yàn)過程中可以避免，屬于外部影響因素，在此不過多贅述［6］。

生產(chǎn)過程中，光纖斷纖因素還有兩種：一種是光纖路徑存在磨損剮蹭，導(dǎo)致光纖受損造成斷纖。 另一種是因光纖或抗張?jiān)啪€張力不穩(wěn)造成斷纖。主要是員工培訓(xùn)不到位、同一臺機(jī)器生產(chǎn)型號更換頻繁、光纖張力鎖緊裝置和抗張?jiān)埩︽i緊裝置長期使用導(dǎo)致的嚴(yán)重磨損等，導(dǎo)致光纖或抗張?jiān)埩Σ▌虞^大造成斷纖。

分線板與機(jī)頭中模口未對準(zhǔn)，引起剮蹭和摩擦。通常在機(jī)頭前50 cm 處安裝分線板，分線板為具有多孔的過線通道，孔中裝有瓷眼，便于將兩根抗張?jiān)凸饫w在其進(jìn)入模具前集中。 通常通過調(diào)整分線板的上下左右位置避免光纖與抗張?jiān)c模具摩擦。 因此，分線板與機(jī)頭調(diào)整失準(zhǔn)會導(dǎo)致斷纖發(fā)生。

（1）光纖因素?cái)嗬w種類：①強(qiáng)度不足；②排線不良；③導(dǎo)輪臟、損壞導(dǎo)致光纖受損斷纖；④光纖分線板、瓷孔磨損導(dǎo)致刮傷斷纖。

（2）放線斷纖產(chǎn)生的原因：①導(dǎo)輪及過纖路徑異常導(dǎo)致斷纖；②模具入纖孔磨損。

（3）斷纖點(diǎn)分布：①在正常生產(chǎn)時(shí)，光纖在進(jìn)模具前斷裂，斷點(diǎn)端面在顯微鏡下檢測無明顯損傷，如圖4 所示；②在正常生產(chǎn)時(shí)，光纖在進(jìn)模具中斷裂，斷點(diǎn)端面在顯微鏡下檢測有損傷，如圖5 所示；③成品后，檢測發(fā)現(xiàn)光纖有斷點(diǎn)。

圖4 進(jìn)模具前斷纖點(diǎn)細(xì)部放大圖

圖5 模具中斷纖點(diǎn)細(xì)部放大圖

3 改善措施及效果

3.1 規(guī)范光纖導(dǎo)輪行走路徑避免卡斷

生產(chǎn)時(shí)要按照SOP 操作規(guī)范將光纖繞過導(dǎo)輪，先通過放線導(dǎo)輪再經(jīng)過跳舞輪及定位導(dǎo)輪，如圖6、圖7 所示。 同時(shí)，做好仔細(xì)自檢、互檢工作，巡檢時(shí)關(guān)注光纖行走路徑規(guī)范性。

圖6 規(guī)范光纖行走導(dǎo)輪路徑

圖7 光纖在生產(chǎn)線行走路徑

3.2 規(guī)范上料濾除雜質(zhì)

改善后機(jī)頭和螺膛連接處安裝過濾網(wǎng)，避免阻燃料中的灰塵雜質(zhì)通過擠塑機(jī)進(jìn)入蝶形引入光纜護(hù)套中，避免斷纖事故。 在法蘭處增加0.178 mm（80 目）過濾網(wǎng)，每生產(chǎn)1 000 km 光纖須清理過濾網(wǎng)，檢查并清理吸塵料袋雜質(zhì)，防止將料袋吸附的灰塵雜質(zhì)帶入料斗。 通過增加過濾網(wǎng)改善效果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 增加濾網(wǎng)改善效果統(tǒng)計(jì)

由表2 可以看出，改善前平均每生產(chǎn)371 km 斷纖1 次，加裝濾網(wǎng)后每生產(chǎn)3 041 km 斷纖1 次，因此，增加濾網(wǎng)后蝶形引入光纜斷纖問題得到明顯改善。

3.3 工裝模具改進(jìn)

模具的結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)速率、光纜表面的圓整度都有很大的影響。 為避免出現(xiàn)斷纖及光纜表面雜質(zhì)等缺陷。 針對LSZH 料設(shè)計(jì)選用免調(diào)偏芯一體式模具，過纖孔鑲嵌鎢鋼，從而減少光纖與模具的接觸面積和增加過纖孔的耐磨程度，以及減少機(jī)頭內(nèi)LSZH 料對光纖產(chǎn)生的壓力，進(jìn)而降低光纖在機(jī)頭內(nèi)產(chǎn)生斷纖的概率［7］。

根據(jù)蝶形引入光纜結(jié)構(gòu)特殊性，在模芯中間設(shè)有過纖孔，光纖直接穿越模芯過纖孔；改善前模具為零倒角，見圖8（a）。 為避免刮傷光纖，將模具入口進(jìn)行倒角處理，由零倒角改為0.2 倒角，見圖8（b）。通過對抗張?jiān)M(jìn)入模具入口的角度進(jìn)行調(diào)整、模具口倒角處理等方式，大大降低斷纖事故發(fā)生的機(jī)率。

圖8 改善前和改善后模具入口放大圖

3.4 其他影響因素

（1）放線張力不穩(wěn)。 蝶形引入光纜生產(chǎn)中，生產(chǎn)線的速率通常有低速率和正常生產(chǎn)速率。 操作人員經(jīng)常需要通過升速、降速實(shí)現(xiàn)速率變換。 生產(chǎn)中相關(guān)控制參數(shù)波動會對在制產(chǎn)品性能造成影響。 經(jīng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行追蹤，發(fā)現(xiàn)升速階段光纖放線張力存在波動，出現(xiàn)光纖放線舞蹈輪擺動較大導(dǎo)致的斷纖事故。 根據(jù)事故記錄分析，進(jìn)行工藝優(yōu)化，新增張力聯(lián)動功能，完善工藝。 工藝優(yōu)化升級后，光纖放線張力穩(wěn)定。 通過收集改善后的數(shù)據(jù)，并加以分析可知，新增張力聯(lián)動功能后，生產(chǎn)線升速、降速引起光纖張力波動導(dǎo)致斷纖的事故的頻次明顯降低。

（2）光纖高速下盤光纖受損。 蝶形引入光纜生產(chǎn)中，根據(jù)客戶不同要求需要對光纖進(jìn)行著色、打色環(huán)等。 光纖著色機(jī)的運(yùn)行速率非常快，可以達(dá)到2 000 m·min-1。 若著色過程發(fā)生意外斷纖，高速旋轉(zhuǎn)的斷纖頭可能會損傷光纖盤上的光纖。 光纖的主要組成部分是二氧化硅材料，標(biāo)稱外徑僅為0.245 mm，高速下盤光纖斷頭會導(dǎo)致光纖受損，給后續(xù)加工生產(chǎn)造成斷纖隱患。 因此，行業(yè)內(nèi)普遍采用對斷纖后的兩頭各繞掉600 ～1 000 m，避免受傷光纖流入下道工序［8?9］。

生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置錯誤等問題也會導(dǎo)致光纖高速下盤，本工作首先用著色機(jī)模擬試驗(yàn)30 盤光纖以600 m·min-1速率高速下盤，驗(yàn)證高速下盤抽打光纖是否對蝶形引入光纜斷纖有影響；試驗(yàn)后蝶形引入光纜斷纖4 盤，不合格率為13.33%，經(jīng)驗(yàn)證表明光纖高速下盤會導(dǎo)致斷纖。

其次對正常光纖與高速下盤受損光纖強(qiáng)度驗(yàn)證。 結(jié)合質(zhì)量良好的光纖拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行涂層、著色層受損光纖的強(qiáng)度試驗(yàn)。 正常光纖拉斷力試驗(yàn)，光纖拉斷力在48 ～55 N 之間，如圖9 中曲線1所示。 受損光纖拉斷力試驗(yàn)，受損拉斷力在2～28 N之間，如圖9 中曲線2 所示。

圖9 光纖拉斷力對比圖

由圖9 可以看出：受損光纖拉斷力與正常光纖拉斷力差異較大，需改善高速下盤光纖受損現(xiàn)象。

為避免高速下盤光纖受損現(xiàn)象的發(fā)生，對光纖收線區(qū)優(yōu)化改造，增加光纖防護(hù)罩，減少光纖受損，如圖10 所示。

圖10 光纖生產(chǎn)防護(hù)罩

生產(chǎn)時(shí)增加光纖防罩后，與無光纖防護(hù)罩時(shí)進(jìn)行了比對，結(jié)果見表3。

表3 增加光纖防護(hù)罩改善效果統(tǒng)計(jì)

由表3 可以看出：改善前平均每生產(chǎn)795 km 斷纖1 次，增加光纖防護(hù)罩后每生產(chǎn)3 293 km 斷纖1 次，因此，增加光纖防護(hù)罩對蝶形引入光纜斷纖有改善。

4 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

本工作通過規(guī)范光纖導(dǎo)輪行走路徑、規(guī)范上料、濾除雜志、工裝模具改進(jìn)等措施，平均斷纖皮長公里由改善前899 km 增至1 864 km。 說明改善后斷纖皮長公里均值和標(biāo)準(zhǔn)差有較大提升，見圖11。

圖11 斷纖率改善前后對比圖

5 結(jié)束語

本工作介紹了蝶形引入光纜斷纖的原因及改善措施，因不同設(shè)備、不同工藝也會存在較多其他方面因素影響蝶形引入光纜斷纖，但通過對人員、設(shè)備、材料、工藝、環(huán)境等因素的控制，可有效對蝶形引入光纜斷纖事故進(jìn)行控制。 通過生產(chǎn)前對光纖排線、光纖表面固化質(zhì)量等確認(rèn)良好，規(guī)范光纖導(dǎo)輪行走路徑，使用免調(diào)偏芯一體式模具，處理好濾網(wǎng)更換，在生產(chǎn)過程中避免光纖在生產(chǎn)路徑中的摩擦和刮傷，消除光纖防線張力的異常波動、增加光纖防護(hù)罩等，可有效降低蝶形引入光纜斷纖事故的發(fā)生頻次。