Überlänge in Pufferrohren ist ein kritischer Parameter bei der Herstellung von LitzenGlasfaserkabel, was sich direkt auf die mechanische Leistung, die langfristige-Zuverlässigkeit und die Integrität des optischen Signals auswirkt.
Die Funktion vonGlasfaser-Pufferröhren
Die Aderhülle besteht typischerweise aus Polybutylenterephthalat (PBT) und dient als Hauptschutzhülle für die Lichtwellenleiter im Kabelkern. PBT ist ein teil-kristalliner Thermoplast mit hoher Hitzebeständigkeit, mechanischer Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Die Eigenschaften von PBT ermöglichen eine schnelle Kristallisation und erreichen eine Kristallinität von bis zu 40 % bei relativ niedrigen Temperaturen, was es ideal für Hochgeschwindigkeits-Extrusionsprozesse bei der Kabelherstellung macht.
Während des Herstellungsprozesses umfasst der Pufferprozess die Beschichtung der farbigen optischen Fasern mit geschmolzenem PBT, um eine Röhre zu bilden. Der kritischste Parameter, der die Qualität dieser verseilten Kabeleinheit beeinflusst, ist die „Überlänge“ der Aderhülle. Unter Überlänge versteht man die Tatsache, dass die ummantelte optische Faser etwas länger ist als das Rohr selbst. Dieser Längenunterschied stellt sicher, dass die Glasfaser unter Belastungen wie Verdrehen, Dehnen, Biegen und Komprimieren des Kabels spannungsfrei bleibt und bei Temperaturwechseltests eine stabile Leistung beibehält. Letztendlich wird eine übermäßige optische Dämpfung während der gesamten Lebensdauer des Kabels verhindert.
Glasfaser-Pufferröhren ProzessübersichtUndGrundprinzip
Im Extruder wird das PBT-Granulat zu einer viskosen Schmelze aufgeschmolzen, die durch eine Kalibrierdüse extrudiert wird und gleichzeitig die mit einer Füllmasse gefüllte optische Faser umhüllt, wodurch eine PBT-Bündelader entsteht.
Eine typische Produktionslinie besteht aus: Abwickelständer → Statikbeseitiger → Extrusion und Dimensionierung → Warmwassertank → Hauptwinde → Primärkühlung → Sekundärkühlung → Durchmessermessgerät → Drucker → Aufwickelspule.
Der kritische Abschnitt, der die Stabilität der Überlänge (EL) bestimmt, befindet sich zwischen dem Auslass des Warmwasserspeichers und der Hauptwinde. In diesem Abschnitt wird geregelt, ob die Kristallisation ausreichend entwickelt ist, ob die innere Spannung ausreichend abgebaut wird und ob Probleme nach dem Schrumpfen auftreten.
Glasfaser-Pufferröhren Grundprinzip
(Im Warmwasserspeicher) Ausbildung von Orientierung und Eigenspannung beim Warmstrecken
Im Warmwasserspeicher befindet sich das Rohr in einem hochtemperaturgestreckten und amorph orientierten Zustand. Die Molekülketten des Polymers richten sich aus und erzeugen dadurch eine erhebliche innere Retraktionsspannung (Schrumpfung).
(Warm-zu-Kaltübergang um die Hauptwinde herum) Kristallisationsschrumpfung löst Spannungen und erzeugt EL
Wenn das Rohr in den Hauptwindenbereich eintritt, erfährt es einen Temperaturabfall, bleibt aber immer noch über der Glasübergangstemperatur (Tg). Unter dieser Bedingung kann es zu Keimbildung und Kristallwachstum kommen und PBT beginnt zu kristallisieren. Durch den Kristallisationsprozess werden Eigenspannungen abgebaut und eine Kristallisationsschrumpfung induziert, wodurch der relative Längenunterschied zwischen dem Rohr und der Faser entsteht, der zur endgültigen Überlänge (EL) wird. Wenn die Temperatur zu schnell sinkt, kann die Kristallisation unterbrochen werden und die Struktur wird „eingefroren“, bevor die Kristallisation fortschreiten kann, wodurch Restspannungen im Rohr zurückbleiben.
Unvollständige Kristallisation → durch Abkühlung eingefrorene Restspannung → Nachschrumpfung
Wenn die Kühlintensität oder die Verweilzeit in der Übergangszone der Winde nicht ausreichen, bleibt die Kristallisation unvollständig und die Restspannung wird nicht vollständig abgebaut. Nach dem Eintritt in den Kaltwassertank (T viel niedriger als Tg, typischerweise 14–20 Grad) ist die Beweglichkeit der Segmente stark eingeschränkt und die Kristallisation kommt weitgehend zum Stillstand; die Eigenspannung ist jedoch „festgeschrieben“. Nach der Aufnahme entspannt sich diese Restspannung mit der Zeit weiter, was zu einer weiteren Schrumpfung des Schlauchs führt, die sich mit der Zeit in einem allmählichen Anstieg der EL äußert.
Zusätzlicher Effekt: vorübergehender negativer EL durch außermittige Faserführung an den Führungsrädern
Wenn die gepufferte Faser über Führungsräder läuft, kann die Spannung dazu führen, dass die Faser aus-der Mitte innerhalb der Röhre läuft, wodurch kurzfristig ein geometrischer Zustand mit negativem EL entsteht. Durch die anschließende Kristallisationsschrumpfung wird zunächst dieser negative EL eliminiert und dann der stabile positive EL hergestellt.
Das Kernprozess-Know-how besteht darin, während der Herstellung einen höheren Kristallinitätsgrad zu erreichen, wodurch die Heißdehnungseigenspannung online abgebaut und die Nachschrumpfung minimiert werden kann. Dies führt zu einem kleineren, stabileren und vorhersehbareren EL. Mit anderen Worten: Der Kaltwassertank „friert das Ergebnis ein“, während der Übergang von heiß-zu-kalt um die Hauptwinde herum die „Qualität des Ergebnisses“ bestimmt.
Glasfaser-Pufferröhren Wichtige Einflussfaktoren
Wir glauben, dass die wichtigsten Faktoren, die die Überlänge von Glasfaserkabeln beeinflussen, im Wesentlichen auf zwei Dinge zurückzuführen sind:
① Der Grad der Inline-Kristallisation und Schrumpfung des PBT-Schlauchs, der bestimmt, um wie viel sich der Schlauch verkürzt.
② Die Spannung oder Wegdifferenz zwischen der optischen Faser und dem Schlauch während des Herstellungsprozesses, die bestimmt, wie stark die Faser gedehnt wird und wie lang ihr Weg ist.
Dies erfordert die Konzentration auf vier Schlüsselfaktoren.
Zahlen Sie-die Spannung ab
Wenn die Abzugsspannung höher ist, bleibt die Faser tendenziell gerader und mechanisch stärker mit dem Rohr verbunden, wodurch es schwieriger wird, eine große Überlänge zu erzeugen. Dadurch wird die endgültige Überlänge in der Regel kleiner.
Take-Up / Capstan-Spannung
Die vom Hauptwinden- und Aufwickelsystem ausgeübte Spannung beeinflusst die Gesamtspannung der Leitung und die mechanische Wechselwirkung zwischen der Faser und dem Rohr. Eine höhere Aufwickelspannung neigt dazu, das relative Gleiten zwischen Faser und Schlauch zu unterdrücken, was normalerweise die erreichbare Überlänge verringert und es dem Schlauch erschwert, überschüssige Länge beim Schrumpfen „freizugeben“.
Wärmeprofil des Übergangs von heiß-zu-kalt
Die thermische Vorgeschichte des Rohrs, insbesondere das Abkühlverhalten und die Verweilzeit, während das Polymer über seiner Glasübergangstemperatur bleibt, bestimmen die Kristallisationsentwicklung und das Ausmaß der Restspannungsrelaxation. Wenn die Kristallisation während der Herstellung vollständiger ist, wird die Restschrumpfungsspannung minimiert und die resultierende Überlänge wird stabiler und vorhersehbarer, mit weniger Anstieg nach der Produktion.
Viskosität der Füllmasse
Wenn die Viskosität der Mischung niedrig ist, kann sich die Faser freier bewegen, wodurch Überlänge leichter hergestellt und angepasst werden kann. Wenn die Viskosität hoch ist, wird die Faserbewegung eingeschränkt, es wird schwieriger, Überlängen zu bilden, und der Prozess reagiert empfindlicher auf Spannungsschwankungen. Die Aufrechterhaltung einer stabilen und konsistenten Viskosität während der gesamten Extrusion ist daher von entscheidender Bedeutung, um Schwankungen zu minimieren und eine wiederholbare Kontrolle der Überlänge zu erreichen.
Gekoppelte Auswirkungen von Extrusions- und Düsenparametern auf EL
Schmelztemperatur
Die Schmelzetemperatur beeinflusst EL durch drei Hauptmechanismen.
Viskosität und Orientierungsspannungsniveau
Bei niedrigeren Schmelzetemperaturen steigt die Viskosität und die Scherspannung in der Matrize und der Kalibrierzone wird höher. Dies fördert eine stärkere molekulare Ausrichtung und behält mehr Eigenspannung bei. Eine höhere Restspannung lässt mehr Raum für Offline-Schrumpfung, wodurch EL anfälliger für zeitabhängige Drift wird.
Wärmeverlauf am Verriegelungspunkt
Die Schmelzetemperatur bestimmt die anfängliche Wärmeenergie des Rohrs beim Austritt aus der Düse und prägt dadurch das Temperaturprofil vor und nach dem Abzugsabschnitt. Der Verriegelungspunkt entsteht, wenn die Rohr-Faser-Kopplung stark genug wird, um ein relatives Gleiten zu unterdrücken. Die Temperatur und die Lage dieses Fixierungspunkts bestimmen, wie viel Kristallisation und Schrumpfung nach dem Fixieren noch auftreten können. Bei höheren Schmelzetemperaturen tritt der Verriegelungspunkt tendenziell später und bei einer höheren Rohrtemperatur auf. Nach dem Verriegeln kann es dann zu einer stärkeren Kristallisationsschrumpfung kommen, wodurch der EL-Mittelwert ansteigt und die Empfindlichkeit gegenüber nachgeschalteten Kühlbedingungen zunimmt.
Extrusionsdruck und Schwankungsquellen
Bei niedrigeren Schmelzetemperaturen steigt der Extrusionsdruck und reagiert empfindlicher auf Störungen durch Schnecke und Düsenkopf, die zu Ausstoß- und Dimensionsschwankungen führen können. Dimensionsvariationen verändern die Reibungswechselwirkung zwischen der Faser und dem Rohr und äußern sich häufig in Form höherer kurzzeitiger EL-Fluktuationen. Bei einem stabilen Schmelztemperaturfenster ist die EL-Variabilität typischerweise leichter zu unterdrücken.
Glasfaser-PufferröhrenvonDrawdown-Verhältnis
Das Abzugsverhältnis bestimmt die axiale Streckung, die während der Rohrbildung ausgeübt wird, und ist einer der einflussreichsten Empfindlichkeitsverstärker für die EL-Stabilität.
Ausrichtung und Post-{0}}Schrumpfung
Ein höheres Reckverhältnis bedeutet, dass das Rohr stärker auf axiales Strecken angewiesen ist, um die Zielabmessungen zu erreichen, was zu einer stärkeren axialen Ausrichtung und einer höheren Restspannung führt. Bei teilkristallinen Polymeren haben Orientierung und Spannungszustand einen starken Einfluss auf die Kristallisationskinetik und das anschließende Relaxationsverhalten. Infolgedessen können die treibenden Kräfte des Schrumpfens auch nach der Aufnahme bestehen bleiben, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass der EL mit der Zeit zunimmt (Post{3}}Drift nach dem Schrumpfen).
Änderung der effektiven Kristallisationszeit
Eine höhere Liniengeschwindigkeit verkürzt die Verweilzeit im Heißwassertank und in der Übergangszone und verringert so die Wahrscheinlichkeit einer ausreichenden Inline-Kristallisation. Eine unvollständige Kristallisation bedeutet, dass die Spannungsrelaxation noch nicht abgeschlossen ist und beim Abkühlen schnell „eingefroren“ wird. Anschließend kommt es während der Lagerung oder beim Testen zu Entspannung und Schrumpfung, was die Zeitstabilität von EL verschlechtert.
Änderung des Zustands der Rohr-Faser-Kopplung
Änderungen im Abzugsverhältnis verändern auch die gesamte Leitungsspannungsverteilung und die Stärke der Reibungskopplung zwischen Faser und Rohr. Eine stärkere Kopplung reduziert das relative Gleiten, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass die Faser vom Rohr getragen wird. Dies erschwert die Ermittlung einer effektiven Überlänge, was zu einem niedrigeren EL-Mittelwert und einer höheren Empfindlichkeit gegenüber Spannungsstörungen führt. Eine schwächere Kopplung ermöglicht ein stärkeres Gleiten, was die Bildung von EL erleichtert, erhöht aber auch die Abhängigkeit von der Viskositätsstabilität der Füllmasse und von Störungen des Faserwegs.
Glasfaser-PufferröhrenvonGrößenbestimmungsmethode
Der entscheidende Einfluss der Dimensionierungsmethode auf EL ist nicht nur die Fähigkeit zur Durchmesserkontrolle, sondern auch die Art der Kühlungsinitiierung und die Größe des Reibungswiderstands. Diese Faktoren bestimmen, ob das Rohr bei hoher Temperatur einer zusätzlichen axialen Belastung ausgesetzt ist und ob eine schnelle Hautbildung die Eigenspannung vorzeitig einschließt.
Kontaktgröße
Die Kontaktdimensionierung sorgt für eine starke Dimensionsbeschränkung, aber die direkte Reibung zwischen dem Rohr und dem metallischen Kalibrator führt zu einem zusätzlichen axialen Widerstand, der die Ausrichtung im heißen Zustand und die Restspannung erhöht. Darüber hinaus beschleunigt eine hohe Wärmeübertragungseffizienz die Hautbildung, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass Restspannungen eingeschlossen werden. Das typische Ergebnis ist eine bessere Dimensionsstabilität, aber eine erhöhte EL-Schwankung und ein höheres Driftrisiko nach dem Schrumpfen.
Kontaktfreie-Größenbestimmung
Die berührungslose Dimensionierung reduziert den Reibungswiderstand, was dazu beiträgt, die Restspannung zu verringern und die langfristige EL-Stabilität zu verbessern. Es reagiert jedoch empfindlicher auf die Kontinuität des Wasserfilms, Vakuumschwankungen und die Gleichmäßigkeit der Kühlung. Kleine Störungen im Wasserfilm oder Unterdruck können zu Dimensions- und Abkühlungsschwankungen führen, die die Reibungsbedingungen zwischen Rohr und Faser weiter verändern. Dies äußert sich oft in einem höheren kurzzeitigen EL-Rauschen und einem häufigeren vorübergehenden „negativen EL“-Verhalten.
Hybrid-Größe
Die hybride Dimensionierung zielt darauf ab, sowohl eine starke Dimensionskontrolle als auch einen geringen Reibungswiderstand zu erreichen, wodurch sie für Hochgeschwindigkeitsbedingungen geeignet ist, bei denen sowohl Stabilität als auch Unterdrückung von Schwankungen erforderlich sind. Seine Leistung hängt vom Schlichtedesign und der Wirksamkeit der Vakuum- und/oder Wasserfilmkontrolle ab.
Glasfaser-PufferröhrenvonVakuumniveau
Der Einfluss des Vakuumniveaus auf EL spiegelt hauptsächlich zwei Randbedingungen wider: Reibungswiderstand vom Rohr-zu-Kalibratorkontakt und Wärmeübertragungsintensität-, die die Hautbildung und das Spannungsgefrieren bestimmt.
Typische Eigenschaften unter höherem Vakuum
Der Schlauch haftet fester am Kalibriergerät und verbessert so die Dimensionsstabilität. Ein höherer Kontaktdruck erhöht jedoch den Reibungswiderstand und erhöht die axiale Belastung im heißen Zustand, was zu einer höheren Restspannung führt. Eine stärkere Wärmeübertragung beschleunigt zudem die Hautbildung, wodurch Kristallisations- und Entspannungsprozesse früher eingefroren werden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Restspannung offline abgebaut wird. Das Ergebnis ist typischerweise ein „starrerer“ EL-Mittelwert, aber ein höheres Risiko einer zeitabhängigen Drift.
Typische Eigenschaften bei niedrigerem Vakuum
Reduzierter Reibungswiderstand trägt dazu bei, die Eigenspannung zu verringern und die Drift nach dem Schrumpfen zu mildern. Die Dimensionsstabilität hängt jedoch stärker von der Selbsttragfähigkeit des Rohrs und der Stabilität des Wasserfilms oder der Sprühkühlung ab. Es ist wahrscheinlicher, dass Ovalität und Wanddickenschwankungen zunehmen, was zu einem höheren EL-Rauschen führt. Insgesamt ist die Drift geringer, aber die kurzfristige Variabilität ist größer.