光缆产品质量控制.ppt

质量控制 一 公司质量管理现状1 核心价值观 安全 确保违反安全生产法律法规事故为零 确保员工人身安全 保质 生产出满足顾客预期期望的产品 增加顾客满意度和忠诚度 务实 高效 节约 提高员工工作效率 节约成本 降低产品单位成本 创新 不断创新 持续改进 2 公司主要业绩成长历程2006年9月 通过ISO9001 2000认证2007年7月 通过泰尔认证中心通信光缆的产品认证 获得产品认证证书2010年10月 获得吉林省质量诚信企业2010年12月 获得 高新技术企业证书 2010年12月 获得吉林省政府颁发的 吉林省质量管理先进企业 2011年12月 长春烽火生产通信光缆产品荣获名牌产品2012年准备申报吉林省质量管理奖工作 2012年准备申请吉林省标准化试点工作 3 体系管理质量方针 质量第一 信息可靠 用户满意特殊过程 对形成产品的符合性不能或不能经济地进行验证的过程通常称为特殊过程 本公司二次套塑和护套挤塑过程 控制关键过程 二次套塑 着色 绞合等过程 二 产品设计原则光缆的基本设计原则是 1 提供适度的机械保护 余长控制 绞合节距控制 2 保证光缆适应长期恶劣的环境条件 热 氧 紫外线 化学物质等 材料选择 3 保证成缆后光纤在运行时尽量少受应力 通常成缆光纤的长期残余应力不超过筛选张力的20 至25 4 光缆应易于施工 敷设和维护 具有较小的摩擦系数 易于开缆 接续简便 光缆的性能我们可以从两个大的方面来考虑 一是使用性能 二是可靠性 作为使用性能 包括光学特性 OTDR 机械性能 通过控制余长和节距 环境性能 温箱 等 而可靠性则是基于对长期寿命的考虑 除了合理的光缆生产工艺和结构 材料性能的影响是很关键的 特别对于光缆的可靠性是至关重要的 因此对于光缆材料的选择 需要从多方面来平衡 机械强度是否对光纤形成足够的保护 在各种气候条件下性能的下降速度如何 是不是在生产加工时具有可操作性 合理的成本 对环境的影响 三 材料对质量的影响本课件介绍了光缆主要材料应具备的特性 如何评价材料的优劣 劣质材料对光缆的性能影响 以及在可靠性和寿命方面需要考虑的问题 涉及的材料包括护套材料 油膏 套管材料和金属包带等 1光纤材料 目前主要使用的光纤材料以石英玻璃为主 石英玻璃光纤在通信领域应用最广 制造技术最成熟 在自然界中最常见的石英就是石英晶体 它是一种坚硬 脆性 难熔的无色固体 石英晶体在1627 左右熔化成黏稠液体 内部结构变成无规则状态 冷却时因为粘度大不易再结晶 变成过冷液体 称为石英玻璃 它膨胀系数很小 能经受温度剧变 它不溶于水 对各种酸包括强酸 氧化性酸都有抗耐性 氢氟酸除外 2光纤被覆材料 光纤是脆性易断材料 其外径100微米到150微米 在不加被覆材料时 由于光纤在空气中裸露 表面缺陷会扩大并造成应力集中 因而 光纤的强度极低 即使在100克左右拉力作用 光纤也会断裂 为了保护光纤 提高其抗拉强度和抗弯强度 在拉制光纤时要给裸光纤进行一次涂覆 经一次涂覆后的光纤 其机械强度仍较低 如不经进一步的增强仍是无法使用的 光纤二次被覆就是加在光纤一次被覆层或缓冲层上的保护层 它可以保持或提高光纤抗纵向和径向应力的能力 方便后面加工 二次被覆又称为套塑 二次被覆后形成套塑管 2 1光纤一次涂覆材料目前已广泛使用一次涂覆材料是有机涂料 它在高温或光作用下 溶剂逐渐挥发 高聚物分子的剩余官能团之间进行反应 最后形成高度交联的热固性漆膜 主要有热固化型和光固化型的有机硅 聚氨酯 环氧树脂等 对涂料基本要求 流平性能好 热膨胀系数小 而且随温度变化小 耐环境性能好 有适合强度和模量 在使用条件下不析氢 固化收缩小 吸潮小等 同时还必须考虑涂层与光纤的粘结强度和涂层的可剥离性 芯层 SiO2 Ge F包层 SiO2 F内涂覆层 丙烯酸树脂外涂敷层 丙烯酸树脂 1 有机硅涂料具有耐高温 柔软 弹性好 杨氏模量小且随温度变化小 高低温性能稳定 耐紫外光 耐臭氧 耐辐射 无毒无味 使用方便等优点 是特别适合军用和高可靠的民用光纤一次涂覆层 即可采用热固化也可采用紫外光固化 2 聚氨酯丙烯酸涂料聚氨酯丙烯酸涂料耐磨性强 耐水 耐化学腐蚀 耐热 绝缘性好 它比有机硅涂层更薄 固化速度更快 酒精浸泡 2 2光纤二次被覆 套塑 材料光纤套塑要求套塑材料热膨胀系数小 短期及长期收缩小 被覆工艺易于控制 被覆管内外光滑 化学及热稳定性好 有适当的抗拉强度和杨氏模量 为适应大芯数光缆用的大松套管还要求被覆材料具有良好的抗弯折性 抗扭性和易开剥性 二次被覆材料主要有聚丙烯 尼龙12 聚酯弹性体 PBT 氟 46 纤维增塑料 定向拉伸材料 如聚甲醛 以及液晶材料 聚对苯二甲酸丁二醇酯 PBT PBT材料的分子量足够大时 材料的抗张强度 弯曲强度 冲击强度 杨氏模量就高 PBT松套管就有优良的耐轴向拉力 耐径向侧压力和耐冲击力 对光纤提供最好的保护 PBT材料为酯类高聚物 有良好的耐溶剂 耐油 耐化学腐蚀特性 与光纤填充油膏和光缆填充油膏有很好的相容性 得到广泛应用 其主要特性 收缩性小 耐水解性强 线性热膨胀系数小 拉伸强度 55MPa弯曲弹性模量为2 2GPa 易于加工 有良好的耐溶剂 耐油 耐化学腐蚀特性 与纤膏和缆膏有很好的相容性 结晶度高 由于PBT材料的熔体流动性好 结晶速度快 成形周期短 套管是光缆制造过程中对光纤的第一道机械保护层 按照光缆的设计原则 成缆后光纤在运行时尽量少受应力 这就需要选用适当的套管材料并加以合理的工艺控制 以对光纤加以足够的机械保护 并形成合理的光纤余长 PBT 特性 有两个不易克服的缺点 水解和回缩 水解 PBT合成过程会在分子链的端头留下羧端基 COOH 假如未加保护的PBT松套管暴露在湿热环境下 存在的水分会对PBT其水解作用 结果导致分子量下降 随着分子量下降至一定程度 水解后的PBT树脂主要出现脆化 丧失韧性 以及易于开裂等 回缩 PBT是高结晶性的聚合物 加工后的二次结晶会造成套管回缩 余长难于控制 套管的回缩会持续到光缆敷设后 特别是在温差较大的地区 架空敷设的光缆在反复的温度变化过程中充分结晶 其极大的后收缩曾引起光缆变形 衰耗上升 甚至断纤 给通信造成潜在的危害 3填充阻水材料 在采用各种材料制造光纤的过程中 其内部结构中会产生一些空隙 这些空隙在光缆破损时会成为水和潮气的通路 对光缆造成危害 光缆行业为了消除此类空隙带来的潜在影响 采取了多种方法 目前较为常见的方法是采用填充油膏和膨胀材料 3 1填充油膏光缆用填充膏主要分两大类 1 填充于直接与光纤接触的场合 例如松套管内 称为纤膏 2 填充在不直接与光纤接触的场合 如缆芯 绞合钢丝空隙间 称为缆膏 3 纤膏要求更柔软 收缩更小 线膨胀系数更小和清洁 4 缆膏的要求 膏体稳定 高度憎水 3 1 纤膏 华烁 鸿辉 纤膏是将一种 或几种 胶凝剂分散到一种 或几种 基础油中 从而形成一种稠粘性的半固体物质 为了改善有关性能 而需加入少量的抗氧剂或其它添加剂 如防腐剂 表面活性剂 氢气清除剂等 纤膏主要在松套管中用阻止水和水汽的进入 并缓冲外界对光纤的作用力 便于光纤在受到应力作用时能自然伸展及消除光纤之间的相互摩擦 控制气泡 纤膏与其他材料间应具有极好的相容性 纤膏是填充在松套管中的 纤膏与松套管材料直接接触 纤膏同其它化学品一样会对松套管材料进行吸收 使材料质量变化 同时松套管材料也对油膏进行吸收 产生膨胀现象 由于油膏与松套管材料之间的相互吸收或渗透 使松套管材料中产生化学侵蚀 造成松套管材料性能下降 影响光缆使用寿命 同样 光纤浸泡在纤膏中 也存在着相容性问题 一旦相容性差会使光纤颜色不能区分 给维护带来不便 严重时会使光纤衰减增加 影响通信质量 光纤着色固化 纤膏应具有良好的触变性 所谓触变性就是当油膏受外力剪切时 其粘度会降低 当外力撤除后 其粘度又能恢复的现象 光缆在制造过程中 油膏是通过齿轮泵填充在套管中 此时要求油膏粘度要小 便于填充 当油膏填充入套管后 就要求油膏处于相对稳定的胶体状态 很好地将光纤保护起来 纤膏应具有极低的析氢 纤膏是由各种不同的物质所组成的混合物 纤膏本身会产生微量的氢 氢是一种分子最小的物质 随着浓度的增大 氢原子极易渗透进入光纤中 与光纤二氧化硅中氧健结合形成氢损 纤膏析氢多 可直接造成光纤的衰减增大 因此纤膏析氢必须控制在一定的范围之内 才不至于影响光纤的损耗特性 氢损是造成光纤衰减增加的一个危险因素 特别是光纤油膏直接与光纤接触 所以油膏加工企业对油膏的析氢非常重视 必须具有良好的温度特性 由于光缆是架设在室外 受地域及环境的影响 要求光缆使用温度范围广 为了保证光纤在较宽的温度范围内有良好的传输特性 就要求纤膏在高温下不易产生油分离 保证松套管内纤膏在高温下不滴流 低温下不凝固 保证光纤不因纤膏状态改变而受力 3 缆膏缆膏是填充在光缆缆芯空隙中的油膏 它是由矿物油 偶联剂 增粘剂 抗氧剂等材料在一定的工艺条件下制成 一般是淡黄色半透明的膏状物 光缆填充缆膏一般可分为普通缆膏及膨胀阻水缆膏 膨胀阻水缆膏主要在配方中加入一种高分子吸水膨胀树脂 遇水后膨胀 即使在光缆填充不是很饱满的状态下 亦能有效地起到阻水作用 缆膏主要填充在光缆缆芯与护套 金属带间 起到阻止水沿缆芯空隙流动而破坏光缆 并在缆芯与金属带间润滑 由于缆膏直接与多种材料相接触 相容性是光缆填充油膏的一个重要指标 光缆油膏直接与金属加强件接触 会产生电化学反应 产生相对较高浓度的氢 造成氢损 严重威胁着光纤的损耗特性 氢的浓度随材料间不匹配程度的增加而增加 在选择油膏时 油膏与各材料的相容性要进行检测 检测方法可采用重量分析法和强度分析法 就是将油膏与相关材料一起在一定的高温下老化 经过一段时间后再检测其重量及机械强度的变化 来判断该油膏与材料相容性的优劣 同时油膏酸值必须控制在一定范围内 酸值过大 对各类材料的腐蚀性就大 影响各类材料的化学稳定性 3 3吸水膨胀材料吸水膨胀材料有膨胀油膏 阻水带 阻水绳 阻水纱 其阻水作用是遇水膨胀来实现的 可以将高吸水材料加到油膏或粘在无纺布上 阻水带是用粘接剂将吸水树脂附在两层聚酯纤维无纺布上构成的带状材料 当渗入光缆中的水与阻水带中的吸水树脂相接触时 吸水树脂就迅速吸收渗入水 其自身体积迅速膨胀数百倍甚至上千倍 膨胀体积充满光缆间隙 从而阻止水进一步在光缆纵向和径向流动 达到阻水目的 还可以制成干式光缆 在很大程度上改善光缆施工时接续及维护工作条件 提高工作效率 4光缆用加强件材料 光缆加强件置于光缆中心 是用于承受光纤可能受到的机械应力的部件 抵御光缆敷设和应用中可能产生的轴向应力 保证光纤和光缆在较大的张力作用下有较小的应变 要求有较大的抗张强度和小的延伸率 放线张力 180N 加强芯的伸长量应与松套管的伸长一致 常用的加强件主要有以下几种 钢丝是光缆最主要的支撑部件 光缆一般使用的是表面磷化或镀锌后的钢丝 镀层起到防锈作用 耐腐蚀性 对于钢丝的防腐蚀 有三种方式 镀锌 磷化和用不锈钢丝 显然不锈钢丝的效果最好 但价格昂贵 镀锌就是在钢丝表面镀一层金属锌 磷化就是对钢丝进行磷化处理 在表面形成一层磷酸盐保护层 镀锌钢丝已较少采用 主要原因在于其产氢的潜在危险 金属锌和金属铁之间有明显的电位差 有潮汽的条件下可以在钢丝表面形成微电池 电离出氢气 在酸性条件下产氢的速度将大大加快 而磷化层则没有这种可能 磷化钢丝的抗腐蚀性能与磷化层配方 磷化工艺 磷化层的厚度和均匀性有关 1 磷化钢丝光缆中心金属加强件采用磷化钢丝而不用镀锌钢丝 因为光缆用阻水油膏呈酸性 锌元素属于活泼金属会置换出氢 氢的扩散和渗透使光纤产生氢损 选用磷化钢丝可防止光纤的氢损 磷化钢丝是在高碳钢丝表面镀上一层均匀 连续 牢固的磷化层 磷化层的重量应大于3g m 钢丝生产者对这些参数都应有严格的控制和测试 另外 钢丝最终的抗腐蚀性也应经过测试 缺陷 如果钢丝的制造过程没有得到严格的控制 钢丝的局部有缺陷 这样就形成局部的薄弱点 可能在缺陷处断裂 2 钢塑复合带 铝塑复合带主要用于光缆外护层与护套料粘结在一起构成综合护层 起保护缆芯免受潮气侵蚀的挡潮层作用 同时对缆芯具有铠装作用 抵抗外界的作用力 增加光缆横向压力 机械性能压扁测试 外观 质量优异的金属复合带 表面塑料膜光滑 切割边缘齐整 不好的金属带 切割边缘会出现波浪形或毛刺 易造成使用时出现断带 我公司钢带都采用镀铬的钢带 镀锡钢带抗腐蚀性差 鉴别方法 燃烧金属带表面聚乙烯层 显出黄色的一般为镀铬钢带 显出蓝色或黑色的一般是镀锡或无镀层钢带 5护套材料 护套或外护层是光缆结构中最外层的保护层 主要用PE护套料和PVC护套料 特殊场合下用无卤阻燃护套料和耐电痕护套料 1 PE护套料PE是聚乙烯的简称 是由乙烯聚合而成的高分子化合物 黑色聚乙烯护套料是由聚乙烯树脂与稳定剂 碳黑 抗氧剂 增塑剂以一定比例均匀混炼造粒制成 光缆护套用聚乙烯护套料按密度可分为低密度聚乙烯 LDPE 线性低密度聚乙烯 LLDPE 中密度聚乙烯 MDPE 高密度聚乙烯 HDPE 由于它们的密度 分子结构不同 所以它们具有不同的性能 聚乙烯护套料是光缆材料中用量最大的原料 作为护套料最主要的特点 抗拉 即有良好的强度和韧性 耐候 抵抗日照辐射 抵抗空气氧化 延长使用寿命 耐环境应力开裂 能长期在外 内 应力存在的条件下使用而不破坏 看外观 质量优异的原料 表面光滑 无粉尘 切开颗粒料不会有小气孔 高熔体流动速率时 挤出塑料 表面光滑 均匀的原料好 挤出塑料表面出现鱼纹 说明材料成分不均 加工后表面也较差 挤出时横截面气孔较多 则原料可能受潮 环境应力开裂 聚乙烯塑料在含有皂类 保湿剂 油或洗涤剂的环境中受到应力时 就会表现处机械性能失效而表面发生开裂 耐环境应力开裂的测试方法是将聚乙烯护套料制成1 75 2 0mm厚的试片 在其表面刻出0 3 0 4mm深的刻痕 将试片弯曲于试样架中 然后浸泡于50 0 5 C的10 Igepal 表面活性剂 水溶液中保持一定的时间 观测出现第一个裂纹的时间 通常的标准要求为大于96小时 而现有材料厂商提供的指标有96h 500h 和1000h 不同牌号的产品之间 在耐环境应力开裂的水平上还是存在着很大的差别 热氧老化 热氧老化用两方面的指标来评估 机械性能的老化前后变化率前面已有论述 另一点是氧化诱导期OIT OIT与材料中抗氧剂的含量 类型和分散性密切相关 紫外线 在聚乙烯护套料中 通常是采用添加碳黑来吸收紫外线 其阻挡紫外线的效果与碳黑的含量 适当的颗粒大小和类型 及其分散程度有关 其测量方式为碳黑吸收系数 测试方法是将含有碳黑的聚乙烯熔融后压制成约10 m厚的薄膜 用紫外分光光度计测定波长375nm处紫外光的吸光度 通过计算即可得出碳黑吸收系数值 一般技术要求该值要大于400 在聚乙烯护套料的生产过程中 如果混合的工艺不过关 碳黑吸收系数是不容易达到要求或是不稳定的 我们曾经检测到某些护套料样品的碳黑吸收系数低于300 对这样的材料在光缆敷设后就可能在抗紫外线老化方面存在隐患 特别是应用于架空光缆时 2 PVC护套料PVC阻燃料含有氯原子 在火焰上会燃烧 燃烧时分解放出大量有腐蚀和有毒的HCL气体 会造成二次危害 但是离开火焰即自行熄灭 因此具有不延燃的特性 同时PVC护套料具有良好的柔顺性和延伸性 广泛用于室内光缆 3 无卤阻燃护套料由于聚氯乙烯燃烧时会产生有毒气体 因此人们研制了一种低烟无卤无毒的洁净阻燃护套料 即在普通护套料中加入无机阻燃剂Al OH 3和Mg OH 2 在遇火燃烧时会释放出结晶水 同时吸收大量热量 从而阻止护套料温度的上升 阻止了燃烧 由于无卤阻燃护套料中加入无机阻燃剂 会使高聚物的电导增加 同时树脂与无机阻燃剂是完全不同的两相材料 在加工时 防止阻燃料局部混炼不均匀 无机阻燃剂加入要适量 比例过大 会使材料的机械强度和断裂伸长率大幅度下降 评定无卤阻燃料阻燃性能的优劣的指标是氧指数和烟雾浓度 氧指数是材料在氧 氮混合气体中 维持平衡燃烧时所须的最低氧浓度 氧指数越大 说明材料的阻燃性能越好 烟雾浓度是通过指材料燃烧产生的烟雾在一定的空间和光程长度下 测定穿过烟雾的平行光束的透过率 从而计算烟雾浓度 烟雾浓度越少 表示发烟量越低 材料性能越好 4 耐电痕护套料在电力通信系统中与高压架空线路同塔敷设的全介质自承式光缆 ADSS 越来越多 为了克服高压感应电场对光缆护套的影响 人们新开发生产了耐电痕护套材料 该护套材料通过严格控制碳黑的含量 碳黑颗粒的大小和分布 加入特殊的添加剂使该护套材料具有优良的耐电痕性能 渗水对光缆寿命的影响 渗水对光缆寿命的影响主要有两个方面 1 水分对光纤寿命的影响 水分与光缆中金属元件发生化学作用 产生氢气或OH 光纤在氢氛围中会产生氢损 这将增加光纤传输损耗 长期处于水汽中 光纤表面还会产生裂纹 这不仅会使损耗进一步增加 对光纤的强度损伤 增加断纤几率 2 水分或潮气对光缆材料的影响 腐蚀光缆内金属器件 使金属材料性能发生改变 强度下降 PBT在水的作用下 会产生水解反应 使PBT分解分子链断裂 从而使PBT套管丧失机械性能 现运营商非常重视光缆渗水质量问题 同时渗水也已于检查 不受设备和场地的控制 长春烽火渗水合格率多年来一直大于99 5 但钢带搭接处渗水不合格较多 有待加强 绞合系数计算 光缆横截面图D 2 d1 2 d2 2 h 单个节距数值纤长 D2 h2绞合率 纤长 D 1 1000 器件有效直径D 节距h 纤长 光纤吸收衰减谱与波段定义 Loss dB 10lg Pout Pin 本征吸收 散射 瑞利散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射 材料共振吸收 紫外 红外 非本征吸收 杂质吸收 OH吸收 过度金属离子 弯曲损耗结构缺陷 纤芯 包层不均匀 接续不好