象，收线张力的设置不宜过大。
2)光纤带二次套塑工艺
光纤成带是为了提高光缆中光纤的密集度而发展起来的产品，而光纤带的二次套塑是光纤成缆工艺技术的最关键的工序。其生产线工艺流程如图5-5-6所示。光纤带在一定张力下由放线装置放出，对于光纤带束管，光纤带有二种放线方式：叠带平行进入束管和叠带螺旋绞合进入束管。经挤塑机机头挤制PBT束管，管内充有阻水油膏，经热水槽冷却成型后，由轮式牵引轮牵引到所需的束管外径，将束管在牵引轮上緾绕几圈，然后进入冷水槽。由于光纤带本身具有一定的张力，因此，束管中的光纤带会靠向牵引轮的内侧，此时，光纤带的緾绕直径Φ1必然会少于束管中心线的緾绕直径ΦT，而形成负余长：
ε=（Φf-ΦT）/ΦTX100% （5-5-3） 式中：D2—常数，由牵引轮直径和束管外径决定；
D1-变量，主要取决于光纤带的放带张力和束管内阻水油膏的粘度。
图5-5-6光纤带二次套塑工艺流程图
光纤带的放线张力愈大，光纤带拉得愈紧，光纤带在束管内的位置靠向内侧就愈甚，形成的负余长愈大。反之？然。所以，光纤带的放线张力愈大，成品松套管的正余长愈小，放线张力愈小，正余长愈大。
松套管进入冷水槽后，由于温差的作用，会发生收缩，这不仅补偿了光纤带的负余长，并得到所需要的正余长。冷收缩得到的正余长值取决于冷热水的温差、PBT材料及光纤的线膨胀系数。
松套管离开冷水槽后，进入三轮张力控制器，三轮组张力控制器包含两个定位轮和一个张力轮，张力轮与一个张力传感器相连，张力传感器的作用是检测松套管在线张力，控制主牵引速度。主牵引的牵引张力非常低，使松套管得到充分的热松弛，松套管离开主牵引到收线盘时，基本上已没有内应力，从而得到一个稳定的具有正余长的光纤带松套管。
光纤带套塑工艺中光纤带余长控制是关键。引起光纤带余长变化的主要因素是放线张力，光纤带平行进入束管时放线张力的影响容易控制，当以螺旋方式进入束管时，由于光纤带绞体绞合旋转方式的影响，该如何保持放线张力的恒定、如何进行放线张力的测量与控制是最关键的。中国电子科技集团公司第八研究所赖继红女士提出了这样一种设计方案并在生产实际中得到验证，效果很好。其设计采用张力传感器、PLC及工业控制计算机联合技术来控制放线张力，实现张力在线调节、主屏显示的功能。
采用12只光纤张力传感器同步控制。光纤带绞体对传感器的要求很高，首先，要求光纤张力传感器抗干扰能力强，12只光纤张力传感器同步工作时，要互不干扰；其次，受力方向要单一，在生产过程中，各放线头要随着绞体转动，安装在绞体上的张力传感器的运动状况较复杂，在此过程中，为了保证光纤带能恒张力放出，传感器必须只对光纤带受力方向的张力做出反应，而对其他任何方向的干扰力应作最大限度的屏蔽；第三，传感器应有较大的过载系数，过载系数大的传感器能承受较大的载荷而不损坏，在生产过程中，可避免因瞬时过载造成传感器损坏。一般选用MCL-T3型高精度张力传感器，其量程从0—20N，标准信号输出4-20mA，过载能力达到30N。
5.5.3.2.松套工艺主要控制参数 1）光纤传输性能
光纤光缆制造中的每一道工序都应该尽量减少光纤的附加损耗，应尽量保持光纤原有的传输特性。由于套塑为中间环节，光纤在入厂时已进行了全面、系统检验，而且在出厂时还会进行全面的质量检验，所以在套塑时一般只考察衰减一项指标参数。
2）套管的几何尺寸
包括：外径、内径、同心度、壁厚、不圆度。套管表面要求光洁、平整、无包块。2-12芯套管外径一般在1.8～3.0mm，根据不同的芯数确定外径。一定芯数情况下外径越大，套管与光纤间隙越大，无疑会有良好的物理、机械性能，但原料耗用也会相应增加，应根据光缆的结构及使用情况，在保证光缆的性能的前提下，尽量缩小外径。对外径为1.8～3.0mm的套管，其壁厚一般控制在0.3～0.5mm范围，在保证套管机械强度的情况下，应尽量减少壁厚以保证套管与光纤的间隙。套管壁厚应均匀一致。对于多芯（n﹥48）时，可采用光纤带套塑工艺。
3）光纤余长
光纤余长大小的确定是套塑工艺控制的关键。那么，在制造工艺中如何得到光纤余长的设计值那?在不同的光缆结构中，要求光纤或光纤带在束管中有不同的余长值。光纤余长在工艺上的形成一般有两种方法：热松弛法，又称温差法和弹性拉伸法。
热松弛法：其实质是利用冷却水温与材料玻璃化温度的差异，使材料产生收缩变化得到光纤余长的一种方法。
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如图5-5-9所示，光纤或光纤带从光纤放线盘上放出，经挤压机机头挤上PBT塑料束管，并在束管中充以油膏，由余长牵引轮进行牵引，光纤或带纤在轮式余长牵引轮上得到锁定。光纤或带纤在余长牵引轮上会形成一定的负余长。束管在热水槽和余长牵引轮区间，PBT束管温度在45~75℃之间，其高于PBT材料的玻璃化温度（40～45℃），基本上不会产生收缩，不产生余长。进入冷却水槽后（14～20℃），PBT会产生较大的收缩，这一收缩不仅补偿了其在余长牵引轮上的负余长，而且得到了所需的正余长。此时，要求主牵引的牵引张力很低，使束管得到充分的热松弛。松套光纤二次套塑用材料多为PBT材料，这种材料是一种半结晶高分子材料，它的熔化温度在230℃左右，玻璃化温度在40℃---45℃之间，通常在束管制成时，还不能充分结晶而达到其结晶平衡度。在二次套塑束管成形后一段时间内，束管还会继续缓慢地结晶，以其达到其结晶平衡度，从而造成束管挤塑后收缩，使束管在长度方向进一步缩短，光纤或带纤在束管中的余长增加。为减少束管挤出后的收缩，必须提高PBT塑料在束管成型过程中的结晶度。由于塑料的结晶主要发生在高于玻璃化温度区，所以采用热水（45℃—75℃）和冷水（14℃---20℃）结合式梯度冷却的方法使套朔管冷却，有利于束管材料本身的结晶，热水槽水温愈高，束管成形过程中结晶度愈高，挤塑后收缩愈小。
主牵引的线速度低于余长牵引轮的线速度，其速度差的调整和确定既决定了所的余长值，这样得到的具有光纤正余长的束管在离开主牵引到收线盘时，基本上没有内应力，从而得到一个稳定地光纤束管和设计的光纤正余长值。
图5-5-9热松弛过程 图5-5-10弹性拉伸法
弹性拉伸法：图5-5-10所示，其实质是利用外界的作用力，阻止因冷却水温与材料玻璃化温度的差异使PBT材料收缩，得到光纤的正余长的一种方法。光纤或带纤经挤塑机头，挤上PBT束管并充以油膏，束管经热水槽成型后，通过覆带式余长牵引轮进入冷水槽，在双轮式主牵引论上，光纤和束管锁定，主牵引的牵引张力足够大，使PBT束管在冷却槽中不仅不能产生冷收缩，反而受到拉伸而伸长，其为PBT材料玻璃化温度以下的弹性变形。这时，在束管中积聚更长的光纤，因为在覆带式余长牵引上，束管中的光纤未锁定，光纤可在束管中滑行（单牵引式），当PBT束管离开主牵引轮后，高张力消失，PBT束管弹性恢复，长度缩短，从而使管内的光纤或带纤得到所需的余长。此时，收线盘的张力应适当选定，并保持稳定，使束管在收线盘上不致残留较大的内应力。从而得到稳定的束管和设计光纤余长值。
综上分析，当采用以热松弛为主要机理形成光纤余长时，二次套塑生产线的最佳配置为:轮式余长牵引与覆带式主牵引的组合；而当用弹性拉伸为主要机理来形成余长，二次套塑生产线的最佳配置为：覆带式余长牵引与双轮主牵引的组合，而后者的余长值可做的比前者大。
影响光纤余长形成的主要因素及可调因素的选定
在光纤松套套塑工艺中影响光纤余长的因素有很多，其中有些因素可作为调节光纤余长的工艺手段，而有些因素虽然影响光纤余长的值，但却不宜作为光纤余长的调节手段。影响松套管中光纤余长的主要因素有七：
①放纤张力；②前后段冷却水槽水温温差；③阻水油膏充入工艺的影响；④生产线速度及速度差的影响；⑤牵引轮直径与緾绕圈数；（6）绞合节距的影响；（7）松套管材料和油膏材料的影响。
在上述各影响因素中，可作为生产时调节光纤余长的因素有只有温度差、速度差、和牵引张力大小，在实际生产中，只调节其中之一即可。 ①放纤张力影响
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光纤自放线盘上以一定的张力放出，设放线张力为FC，光纤的杨氏模量为E=7×10g/mm，光纤束或光纤带的等效半径df＝1.16n× d ，若n＝12 ，d＝252μm，那么在放线张力的作用下，光纤将产生拉伸应变： 根据虎克定律得：Fc???S?E?c?S
光纤伸长量：ΔεC=FC/ESσ （5-5-4） 光纤余长：εC={(Lf-LT)/LT}X1000%0={ΔεC/LT}X1000%0
由于光纤有一定的张应力作用，因此在牵引轮上，松套管中的光纤必须靠向轮的内侧，因此光纤的缠绕直径Φf必然小于松套管的缠绕值ΦT，二者之差即为牵引轮产生的负余长：
?T?(Lf?LT)/LT?100%?(?f??T)/?T?100%?0 （5-5-5）
分析可知，显然ΦT为常数，它等于牵引轮直径和束管外径的和，而Φf的大小，则取决于光纤放线张力以及填充在管内的光纤油膏的粘度。光纤放线张力越大，光纤被拉的越紧，光纤在松套内靠向内侧愈甚，产生的负余长愈
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大。因此，光纤放线张力愈大，松套管成型后的正余长愈小，张力愈小，正余长愈大，由此可见，通过调整光纤放线张力的大小可以调节光纤余长，这是最有效的调节工艺参数之一。
②冷却水温差对光纤余长的影响
松套管在热水槽和光纤余长牵引轮区的温度为45～75oC之间，进入冷却水槽后，水温在14～20oC之间，由于温差作用，使光纤松套塑料管遇冷收缩，从而产生正余长。设冷热水温差为ΔT。光纤的热膨胀系数为αf， PBT管材料的热膨胀系数为αT,则产生的光纤正余长为：
???????Lf??LT?LTX100% （5-5-6）
?T?f??T(Tw?Tc)?T????TC?TW?f??T/(Tw?Tc)?T?????T??f(t)0??100%?0（5-5-7）
T式中：Tw—热水槽温度； Tc—冷水槽温度。
通常情况下，光纤的热膨系数可认为是一个常数的，而PBT材料的热胀系数随温度的变而改变，如图5-5-11所示。由两种典型的PBT材料热胀系数与温度的关系曲线可知，在几十摄氏度的冷热水温差变化范围（14～75oC）中，PBT塑料的热胀系数变化是非线性的，因此，冷热水温的调节可作为正余长控制的最主要的手段。
图5-5-11两种典型PBT材料热胀系数与温度关系曲线
③双牵引生产线速度的影响
在双牵引式生产方式中，由于光纤、松套管同时被覆带牵引，而主牵引轮只牵引松套管，此时影响光纤余长的最主要因素是覆带牵引和牵引轮两者间的速度差。如图5-5-12 所示。一般情况下，盘式牵引轮速度V2较覆带牵引速度V1要快，同时，由于覆带牵引皮带只能压住松管套，而没有控制住光纤，因此，当盘式牵引轮的线速度V2大于覆带牵引速度V1时，位于覆带和盘式牵引轮之间的松套管被拉长（应保持在弹性变形内），松套管经盘式牵引轮放出后，回缩原形，从而产生光纤正余长。
例5-5-1现有一PBT套塑光纤，在制造过程中，受到拉伸应力的作用使其伸长，拉力为T=1N时，松套管直径φ＝2.5mm，PBT材料的弹性模量约为2600Mpa，求在此拉伸力的作用下，光纤余长的大小。
解：松套管的截面积s＝
?4?2＝2.36mm2
F＝0.16％0 ?12.36?2600ES松套管在此力作用下的伸长量ε?当失去拉伸力时，松套管恢复原长，则光纤的余长为+0.16％0。
④单牵引生产线速度的影响
设盘式牵引轮直径为D，松套管直径为dT，松套管壁厚为δ，松套管内光纤纤数为n，光纤外径为d f，松套管在牵引轮上绕的圈数为N，盘式牵轮上产生的余长：
松套管的长度： LT?N?(D?dT) PBT管内光纤长度：Lf?N?(D?2??1.16ndf)
??(Lf?LT)/LT?100%?（2??1.16ndf?dT)/(D?dT)?100% （5-5-8）
?dT?2??1.16ndf ???0
所以在牵引轮上产生的光纤余长为负。由式（5-5-6）可知，牵引轮直径D 越大，余长的绝对值越小，松套管直径DT越大，余长的绝对值就越大。
例5-5-2若D＝800mm,dT=2.5mm,δ＝0.5mm,df=252μm=0.252mm.
则:??(2?0.5?1.16X12?0.252?2.5)/(800?2.5)?100%=-6%0
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⑤阻水油膏粘度的影响
光纤用阻水油膏都具有一定的粘度，由此产生一定的剪应力τ并作用在光纤上，在水平方向抵消部分放纤张力FC,的作用，使产生的负余长减少，即正余长的形成更加容易，所以阻水油膏的粘度越大，越容易形成正余长。而垂直分力的作用则使光纤沿径向变化。
?Cl?(FC??l)?1.16ndf?1000%0?CT??lE?S
?l?cos?? (5-5-9)
?T?sin??在实际生产中，光纤余长应直接控制在这样一个范围：层绞式松套管内光纤余长：0.3－0.75‰，不能又负余长产生；中心管式光缆大松套管中光纤余长：1.5～2.5‰。具体生产中一般采取保持各种影响因素稳定不变，仅通过调节冷却水的温差来控制得到所需光纤余长值，这样做既简单又可行。
光纤余长的测量。
因为光纤余长控制对于套塑和整个光缆的加工是非常重要，那么如何精确地测取光纤余长就成为关键所在，光纤在束管中余长的测量通常有三种方法：手工截取测量、在线测量或光缆拉伸试验法。
手工截取测量法：
将新鲜已采用松套管套塑的光纤在20℃的室温下放置1小时，使套塑管充分冷却； 在据松套管外端40m出截取4－6m长松套管；
抽出松套管中的光纤，测量其长度Lf；依据光纤余长的定义及计算公式计算出光纤余长。该方法简单，易操作，但精度较低。
在线测量：在线测量是利用一种非接触式光纤在线余长测量系统（如美国TSI公司生产的CB100系统），在光纤套塑生产时，同步在线测量得到光纤余长。其基本的测量原理是利用激光多谱勒测速原理：当某物体以一定速度通过激光光束时，光束会发生散射现象产生散射光，而散射光会产生多普勒频移，且频移的大小正比于物体通过激光束的速度。如利用两束激光的交叉区域形成测量区，通常该区域面积为1.5～20mm。从检测得到的多普勒频率数据计算光纤（或束管）的前进速度，再进一步换算成单位时间内通过的长度ΔLf和ΔLT，即可得到光纤余长。再二次套塑生产线上使用该测量系统，如图5-5-12所示，需安装二部CB100测量装置，一台安装在光纤放线架与挤塑机之间，测量光纤或带纤的长度Lf，另一台安放在主牵引后测量松套管的长度，将两测量数据处理后得到在线光纤余长：
???(Lf?LT)/LT?1000%。
可在主控制屏上显示光纤余长在线过程中变化情况并实时调整。 4）阻水油膏的填充
在光纤套塑生产中，松套管与光纤间的间隙采用一种轻而较软的触变性化合物来充填保护，这种化合物在光纤的工作温度范围内不产生滴流、蒸发、不凝固，称此种化合物为光纤防水石油膏或光纤阻水油膏，简称为纤膏。光纤阻水油膏在二次套塑中的形状以及其成缆后在松套管中对光纤或带纤的机械保护在很大程度上与油膏的触变性有关，参阅第6章相关内容。光纤油膏的粘度随着温度的增加而下降，因此可以在二次套塑工艺中对光纤油膏加热降低其粘度。这样更有利于油膏的填充。同时，在二次套塑中，光纤油膏在出模口充入松套管，到主牵引这一阶段，是松套管中光纤余长形成过程，无论采用哪种余长形成方式，都要求光纤或光纤带在松套管内必须产生相对滑动，因此，在这一过程中，光纤油膏必须具有足够的流动性，亦具有较低的粘度，从而不会因为粘度过大限制光纤或带纤的滑动。因此，要求光纤油膏的稠粘性恢复时间，即工艺窗口，必须大于二次塑套中光纤余长最终形成的时间。工艺窗口的控制可以通过光纤油膏和操作工艺实现。挤塑机机头内填充油膏模具的设计和选用，必须保证油膏通路顺畅，充膏均匀平稳，充满无气泡。充膏力不能过大，如果充膏压力过大，而油膏粘度又较大时，在出模口处，油膏会对进入松套管的光纤产生剪切牵引作用，使光纤余长不可控的增大，这是必须要严格避免的问题。
5）颜色套管的生产
在层绞式光缆结构中，由于围绕在中心加强件周围的松套光纤数量及层数随着光纤芯数的增加也越来越多，为
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了便于识别和维护，生产中经常使用各种颜色的松套管进行识别，那么如何得到具有色彩的松套管呢？方法非常简单，联在PBT母料中添加不影响松套管性能的颜料，共同挤成松套管。对于颜色套管的质量要求是其色泽鲜明，在整个制造长度上颜色均匀，颜料必须与PBT材料、油膏有很好的相容性。
6）松套光纤芯数的要求
在普通的光纤套塑工艺中，松套管内光纤芯数一般为2－12行，若要生产24、36、48等芯数的松套光纤，可以利用光纤束纤机实现：以12芯光纤为一个单元包括色别标识带2、3或4个单元经绞合机绞合后送入松套管中，这时松套管的外径将增大很多，如48芯，其外径达到φ6.0mm。当芯数大于48芯时，应采用带纤套塑工艺实现。
5.5.4二次套塑生产线与设备
二次套塑生产线，图5-5-15，的作用是将PBT挤制成管状，并将光纤、纤膏放入其中，其目的是保护光纤或带纤免受外界因素的影响，保证光纤传输性能。该设备是整个光缆生产过程中最重要的设备之一，直接关系到光纤光缆产品质量。光纤二次套塑生产线可以分为12芯光纤松套套塑机，48或48芯以上光纤束套塑机、带状光纤松套套塑机以及紧套套塑机。其中以12芯光纤套塑机应用最广。一条完整的二次套塑生产线通常由以下各部分组成：带有张力控制设备的12芯光纤主动放线架；保证光纤余长均匀的SZ绞合装置；阻水油膏自动连续供给、除气泡、填充装置；塑料挤塑机（一般为φ45mm型）和配有油膏填充模具的自定中心的十字机头；移动式热水槽；轮式主牵引机，低温水槽；履带式辅助牵引机；双盘自动收线。如果要作48芯束纤套管，可以把光纤放线架数量增加到48个，处于成本考虑，一般采用带有放线张力调节的被动放线,48芯光纤被分成12芯为一组的4个单元，分别用带有不同色标的包扎带缠绕后送入真空管中。如需做紧套光纤，则要增加专用模具，低输出量的挤塑螺杆及相应的温控系统，另外还要在机头上装有抽空气装置。如果在放线处增加一套带状光纤放线绞笼，此时可以进行带状套塑。这里以芬兰NOKIA公司生产的OFC40-63型二次套塑生产线为例作一介绍。
图5-5-15二次套塑生产线
该机的组成除上述所包括的主要部分外，还有PBT料送料装置、色母料送料装置、激光测径仪、测包仪、吹干机等辅助设备。PBT料送料装置容量为90Kg，自动执行PBT料的装载、干燥及干燥剂再生。如需生产颜色套管时，色母料送料装置将填入的色母粒料按比例与PBT料混合。测径仪和测包仪监测、控制并记录光纤光缆产品的外形尺寸和表面存在的缺陷。在套塑工艺过程中，决定产品质量的三个主要因素是：生产速度、温度、张力。在模具确定的前提下，生产线运行状态主要完成三个控制：速度控制、温度控制、张力控制。轮式牵引轮的速度是整机速度的基准，挤塑机、油膏填充、收线都要按一定的比例跟随牵引速度，并与牵引速度保持同步升降。温度控制主要是指挤塑机本身四段温度和冷却水槽三段温度控制，冷却水槽的三段温度包括：移动热水槽、轮式牵引、冷水槽。张力控制包括放线张力、主、副两个牵引间的张力、收线张力控制。整机的控制系统采用西门子的S5型PLC，人机界面直接与PLC相联，系统运行可靠，内置故障诊断程序，操作人员可根据报警提示，准确快速地排除故障。
光纤由放线架引出后进入SZ绞装置，左右绞动后出绞头，光纤同油膏一起进入机头内的针管中，在机头模具的出口处，内装光纤、油膏的PBT管进入移动式温水槽冷却，冷却后套管基本成形，在经过第二节水槽，牵引轮进行冷却，一般在牵引轮上要缠绕若干圈以达到充分冷却，牵引轮出口是低温冷却水槽，可用循环恒温装置使冷却水保持恒温，以稳定光纤套塑的质量。套管从冷却水槽末端出来后已充分冷却，吹干后经过履带牵引，最终收线在收线盘具上。
操作人员可以在屏幕上监视的参数有：放线张力、挤出速度、牵引速度、套管外径等。可调整的参数有：放线张力、挤出机各段温度、冷却水温、挤出机转速、油膏填充转速、牵引速度、SZ绞头转速、牵引张力、收线张力、自动换盘盘长等。该生产线所有设备中，双盘收线装置最为复杂，其自动化程度较高，单独采用一套西门子PLC控制它的工作，操作人员只需预先输入自动切换两个盘具的尺寸和所需每盘套管长即可。
这条生产线的设计结构速度为300m/min，正常生产工艺速度在120-150m/min，可以生产Ф2.0-Ф6.0的各种不同尺寸松套管。
奥地利ROSENDAHL公司光纤带套塑机
光纤带挤塑机属于二次套塑生产线的一种，其组成构造基本上与常规的12芯单纤松套制造设备相同。生产线一般有以下几部分组成，光纤带放线架，挤塑机，油膏填充装置，冷却水槽，轮式牵引，履带牵引等等。但目前光纤光缆厂所使用的光纤带套塑机大多为多用途套塑机，可以兼容带状套管和常规松套管制造。设备的配置与标准光纤带套塑机有所不同，主要区别表现在以下几个地方，除带纤放线架外，另增加12芯单纤放线架，或把带纤放线架做成既能放带纤，又能放出单纤；增加单纤松套管所需要的SZ绞头；为了增加挤出量，提高生产速度，而采用
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