光缆生产工艺中最关键的工序莫过于二次套塑（束管工序）。光缆的主要性能包括光纤的损耗、光缆拉伸性能和温度特性等，在很大程度上取决于二次套塑的工艺控制，而套塑工艺中最主要的控制参数是光纤在束管中的余长。本文将讨论常规光缆最重要的工艺参数——光纤余长。
一、 引言
多年以来，光缆生产设备、生产技术都在不断提升和改进，光缆生产工艺也已经十分成熟，但随着5G网络的深度覆盖，以及F5G的推进，很多应用场景对光缆生产提出了更高的要求。而光纤余长是光缆生产过程中最关键的工艺参数，也是影响因素最 多的工艺参数，是确定光缆质量和性能的重要工艺指标。光纤余长可以是小余长，也可以是大余长，本文的目的在于探讨大余长工艺的优点，以便在今后的光缆生产中可作借鉴。
二、 余长定义及余长形成的机理
光纤余长的控制是在束管生产工序中，放纤装置、冷却系统、余长牵引轮、收线装置等各环节都会影响余长控制。
光纤余长一般是指松套管中光纤余长，松套管中光纤余长是指单位松套管长度内光纤与松套管长度差的百分比。
松套管中光纤余长定义为：
在二次套塑工艺中，余长的形成主要有两种方法：单牵引生产线的热收缩法和双牵引生产线的弹性拉伸法。
1.热收缩法简单描述如下：光纤经过放线导轮通过挤塑机头，置入PBT 松套管，并在松套管中填充纤膏，由盘式牵引轮进行牵引，光纤和松套管在盘式牵引轮上得到锁定。光纤受放线张力的作用会在盘式牵引轮上向松套管内侧靠近，因而光纤缠绕直径必然小于松套管的缠绕直径，形成一定的负余长。松套管进入冷水槽后由于冷、热水温差，PBT 会产生冷收缩，不仅补偿了其在盘式牵引轮上的负余长，而且得到了所需要的正余长。松套管经辅助牵引张力及收线张力的作用可得到所需的余长值。
2.对于双牵引来说单牵引生产线产生光纤余长的各种因素，双牵引生产线都会起作用。不过双牵引生产线影响光纤余长最主要的因素是履带牵引与盘式牵引两部分的速度差。盘式牵引速度快于履带牵引速度，由于履带牵引皮带只压住了松套管而没有压住光纤，所以盘式牵引轮较快的速度产生较大的张力将两牵引部分之间的松套管拉长（弹性拉伸），过盘式牵引后，松套管从盘式牵引轮上出来进入冷却水槽中，大张力消失，松套管回缩产生光纤余长。其主要用来生产大管径、大余长的松套管。
3.提到大余长，就得先了解以下概念：
胡克定律：应力=应变系数杨氏模量
其中光缆应变系数最重要，主要由光缆中的光纤余长与允许光纤应变组成。
以层绞式光缆为例，光缆余长由光缆拉伸窗口+松套管余长组成，假设拉伸窗口P1=0.3%，束管余长P2=0.3‰；改变P1的重要参数就是节距S，其次是束管直径D和加强件直径d，其算式为：
以中国移动GYTS光缆为例，它的力值主要由钢丝加强件和钢带决定，假设钢丝模量为190Gpa，钢带模量为60Gpa，则力值为：F=(3.0‰+0.3‰)×[（钢丝截面积×190）+钢带宽度×基带厚度×60]
三、影响余长的因素
影响余长的因素很多，他们之间是既独立又相互联系。在束管工序生产中各个环节都不同程度地影响着余长的大小，具体总结起来主要有如下几个方面对余长有影响。
（一）放线张力系统对余长的影响
放线张力系统是由放线张力+过渡导轮的摩擦力+光纤过集纤模、导管、针头的摩擦力组成。在放线张力系统的作用下，光纤发生拉伸应变，并在盘式牵引轮上使光纤靠向松套管的内侧壁。所以在盘式牵引轮上光纤长度小于松套管长度，形成负余长。张力越大，光纤拉得越紧，则光纤在管内靠向内侧越甚，束管中光纤余长负得越多（正余长越小），张力越小，正余长越大。在生产前要求生产人员检查过渡导轮运转是否灵活；导轮、集纤模、导管、针头是否干净；导管、针头是否同心。这些因素都可能影响束管余长的一致性。
放线张力对余长影响是张力越大，其光纤被拉伸的程度越大，相对在热水槽段松套管的负余长越大，最终余长就越小。因此在生产中由于放线架不稳或放线主力过大，都会使松套管余长不稳，形成松套管中各个光纤长度相差较大。有的设备为主动放线，有的为被动放线，但张力不稳对光纤的余长都有影响，被动放线影响较大。余长张力是我们日常生产中最常见调节余长的工艺参数之一，他的调节对余长变化比较敏感。余长张力调大时松套管余长变小，相反张力调小时余长变大。调节余长张力是一种容易控制的调节方式，也有稳定的量度，容易调节，但他的调节范围不是很大，只能将余长在小范围的调节。
（二）冷却水温差对余长的影响
冷却水槽除了给挤塑成形的松套管冷却定型之外，一个重要作用就是以盘式牵引轮为界设定一个适当的水温差，以便于调节光纤在束管中的余长。二次套塑生产线的冷却水一般分为三段控制。即靠近挤塑机机头的水槽为第一段，水温最 高；牵引轮前面一节水槽为第二段，也为温水。可比第一段水温稍低一些，但比牵引轮后的水槽，即第三段水温高。这样既有利于余长的控制，也有利于PBT材料的成形。水温差越大，正余长越大，反之越小。
冷热水温的调节是余长控制的最主要因素。热水槽温度也是调节松套管余长的主要工艺参数，在其他参数稳定不变的情况下，一般温度提高，余长变大，由于 PBT 的结晶温度一般是高于 45~50℃，如果热水温度过低，PBT 结晶不好会影响其松套管的性能，松套管后期收缩会很大。而热水和冷水的温度差是最终决定松套管的余长，一般温差越大，其松套管收缩越大，余长越大，反之则小。油膏的性能也是影响余长稳定性的重要因素。我们平时生产中常看挤塑机头和热水槽间的纤膏液面的稳定性来判断束管余长的稳定性。纤膏的黏度是决定余长大小的重要因素，纤膏的黏度和其加热温度成反比，当温度提高时纤膏粘度降低，纤膏粘度对松套管余长影响的范围很大。当纤膏粘度达到一定程度时，松套管余长就不可控，可能松套管内光纤的余长相差很大。
（三）松套管在盘式牵引轮上的圈数对余长的影响
温水供水系统不仅向第二节水槽中供水也向盘式牵引轮上供水，其不仅可减小松套管在盘式牵引轮上的运行摩擦，另外还可使松套管在盘式牵引轮上进一步冷却。松套管在盘式牵引轮上圈数越多，松套管冷却越充分，其在牵引轮后的冷却水槽中收缩相对减小，余长减小。反之圈数越少，余长越大。
（四）环境温度对余长的影响
在松套管的生产和存放过程中，环境温度对松套管余长的产生和稳定性都有较大的影响，因此二次套塑工序的环境温度一般与二套生产松套管时的冷却水温度接近并保持稳定，这样才能尽量减小环境温度变化对松套管余长的影响。
（五）光缆结构固定后的余长
光缆结构固定后，其余长大小由成缆时松套管与填芯的绞合角决定。一般绞合角越大其余长越大。决定绞合角的因素是成缆节距，节距越小，绞合角越大，余长就越大。绞合也是余长的重要来源，目的是利用成缆形成余长就足够了。成缆过程中可能“吃掉”松套管中光纤余长，对于导管式绞合台，在 SZ 绞时，由于松套管要通过较长的绞合管，松套管和绞合管之间存在一定摩擦，松套管有可能在绞合点处被拉长，致使松套管中光纤余长被吃掉些，甚至可能会导致负余长，因此建议采用绞盘式绞合台。
四、大余长工艺控制实际生产比较
大余长工艺主要改变P1和P2，以下是实际生产中大余长控制数据比较：
P1=2.0‰，P2=1.3‰，当节距放大后，P1由3.0‰变成2.0‰，松套管余长加大后，P2由0.3‰变成1.3‰，但是理论上余长数值相加相同。
故F小=（2.84‰+0.3‰+1.0‰）×(2.2×2.2/4×3.14×190+50×0.1×50)=4098N
F大=（2.16‰+1.3‰+1.0‰）×(1.8×1.8/4×3.14×190+50×0.1×50)=3492N
根据层绞式光缆行业标准要求，当G(1km光缆的重量）＞3000N时，FST力值最小为3000N，两者均满足，小余长工艺光缆缆重317kg/km，大余长工艺光缆缆重293kg/km。
束管工序：束管工序大余长工艺主要调整热水槽和温水槽的水温，温度越高，余长越大，但每个机台增加的温度需要根据实测余长来确定，不统一。其次是放纤张力和收线张力，放纤和收线张力越小，余长越大。
成缆工序：成缆工序主要调整节距，大余长工艺节距放大后，绞合系数变小，光纤更加节约，钢丝越细成本相对降低。
在理论上，光缆中光纤的最 佳状态是光纤与相应的松套管长度相等。但实际生产中是很难达到这种理想状态的，只能是将光纤与松套管之间的相互长度设定在一定范围之内进行控制。在二次套塑工艺中影响余长的因素很多，其中有些因素可用作调节余长的工艺手段，有的因素虽能影响余长值，但不宜作为余长的调节手段。
五、结语
光纤余长是光缆生产中最重要的控制参数，它的好坏直接决定光缆质量的好坏和光缆使用的性能，有其重要的意义。影响余长的因素很多，他们之间相互作用又相互关联。因此在我们生产过程中必须理解了各个影响因素是如何影响光缆的余长，才能够很好的控制生产，各个工艺参数得到严格控制才能生产出一流的产品。
大余长具有的优点是：当光缆受到拉伸应变时，大余长工艺可以延缓光纤受力，保护光纤不拉断；满足抗侧压的前提下，松套管壁厚减小，增加松套管内径（空间），可以增加余长，节约PBT用量，更好地控制材料成本；绞合节距放大后，绞合系数可减小，从而节约光纤成本。因此，大余长是光缆生产值得推广应用的。
