La longueur excessive des tubes tampons est un paramètre critique dans la fabrication de câbles toronnés.câbles à fibres optiques, ce qui a un impact direct sur les performances mécaniques, la-fiabilité à long terme et l'intégrité du signal optique.
La fonction detubes tampons à fibres optiques
Le tube tampon est généralement constitué de polybutylène téréphtalate (PBT) et sert de gaine de protection principale pour les fibres optiques de l'âme du câble. Le PBT est un thermoplastique semi-cristallin présentant une résistance thermique, une ténacité mécanique et une résistance à la fatigue élevées. Les propriétés du PBT permettent une cristallisation rapide, atteignant une cristallinité allant jusqu'à 40 % à des températures relativement basses, ce qui le rend idéal pour les processus d'extrusion à grande vitesse-dans la fabrication de câbles.
Au cours du processus de fabrication, le processus de mise en tampon consiste à recouvrir les fibres optiques colorées de PBT fondu pour former un tube. Le paramètre le plus critique affectant la qualité de cette unité de câble toronné est la « longueur excessive » du tube tampon. La longueur excessive fait référence au fait que la fibre optique revêtue est légèrement plus longue que le tube lui-même. Cette différence de longueur garantit que la fibre optique reste sans contrainte- sous des contraintes telles que la torsion, l'étirement, la flexion et la compression du câble, et maintient des performances stables pendant les tests de cyclage de température. En fin de compte, cela évite une atténuation optique excessive tout au long de la durée de vie du câble.
tubes tampons à fibres optiques Aperçu du processusetPrincipe fondamental
Les pastilles de PBT sont fondues dans l'extrudeuse pour former une masse fondue visqueuse, qui est extrudée à travers une filière de calibrage tout en gainant simultanément la fibre optique qui a été remplie d'un composé de remplissage, formant ainsi un tube libre de PBT.
Une ligne de production typique se compose de : -support de paiement → éliminateur d'électricité statique → extrusion et dimensionnement → réservoir d'eau chaude → cabestan principal → refroidissement primaire → refroidissement secondaire → jauge de diamètre → imprimante → bobine réceptrice-.
La section critique qui détermine la stabilité de la surlongueur (EL) est située entre la sortie du réservoir d'eau chaude et le cabestan principal. Cette section détermine si la cristallisation est suffisamment développée, si les contraintes internes sont correctement libérées et si des problèmes de post-retrait se produiront.
tubes tampons à fibres optiques Principe fondamental
(Dans le ballon d'eau chaude) Formation d'orientation et contrainte interne résiduelle sous étirement à chaud
Dans le réservoir d'eau chaude, le tube est dans un état étiré et orienté amorphe à haute -température. Les chaînes moléculaires du polymère s'alignent, générant une contrainte interne de rétraction (retrait) importante.
(Transition chaud-à-froid autour du cabestan principal) Le retrait de cristallisation libère la contrainte et établit l'EL
Lorsque le tube pénètre dans la région principale du cabestan, il subit une baisse de température tout en restant au-dessus de la température de transition vitreuse (Tg). Dans ces conditions, la nucléation et la croissance cristalline peuvent se produire et le PBT commence à cristalliser. Le processus de cristallisation libère des contraintes résiduelles et induit un retrait de cristallisation, créant ainsi la différence de longueur relative entre le tube et la fibre, qui devient la surlongueur finale (EL). Si la température chute trop rapidement, la cristallisation peut être interrompue et la structure devient « gelée » avant que la cristallisation puisse se poursuivre, laissant une contrainte résiduelle retenue dans le tube.
Cristallisation incomplète → contrainte résiduelle gelée par refroidissement → post-retrait
Si l'intensité du refroidissement ou le temps de séjour dans la zone de transition du cabestan sont insuffisants, la cristallisation reste incomplète et les contraintes résiduelles ne sont pas complètement relâchées. Après être entré dans le réservoir d'eau froide (T bien inférieure à Tg, généralement 14 à 20 degrés), la mobilité segmentaire est sévèrement restreinte et la cristallisation est largement stoppée ; cependant, la contrainte résiduelle est « bloquée ». Après la reprise, cette contrainte résiduelle continue de se détendre avec le temps, provoquant un retrait supplémentaire du tube, qui se manifeste par une augmentation progressive de l'EL avec le temps.
Effet supplémentaire : EL négatif temporaire causé par-acheminement de fibre décentré au niveau des roues de guidage
Lorsque la fibre tamponnée passe sur les roues de guidage, la tension peut provoquer un décentrage de la fibre-à l'intérieur du tube, créant une condition géométrique-à court terme d'EL négatif. Le retrait de cristallisation ultérieur éliminera d’abord cet EL négatif, puis établira l’EL positif stable.
Le savoir-faire de base en matière de processus-consiste à atteindre un degré plus élevé de cristallinité lors de la fabrication, permettant ainsi à la contrainte résiduelle d'étirement à chaud-d'être libérée en ligne et de minimiser le retrait-après. Il en résulte un EL plus petit, plus stable et prévisible. En d'autres termes, le réservoir d'eau froide « gèle le résultat », tandis que la transition du chaud-vers-froid autour du cabestan principal détermine la « qualité du résultat ».
tubes tampons à fibres optiques Facteurs d’influence clés
Nous pensons que les facteurs les plus importants affectant la longueur excessive des câbles à fibres optiques tournent essentiellement autour de deux éléments :
① Le degré de-cristallisation et de retrait en ligne du tube PBT, qui détermine le degré de raccourcissement du tube.
② La tension ou la différence de trajet entre la fibre optique et le tube pendant le processus de fabrication, qui détermine l'étirement de la fibre et la longueur de son trajet.
Cela nécessite de se concentrer sur quatre facteurs clés.
Payer-la tension
Lorsque la tension de gain-est plus élevée, la fibre a tendance à rester plus droite et plus mécaniquement couplée au tube, ce qui rend plus difficile la création d'une longueur excessive importante. Il en résulte que la surlongueur finale devient généralement plus petite.
Reprise-Tension du cabestan
La tension imposée par le cabestan principal et le système de tension-influence la tension globale de la ligne et l'interaction mécanique entre la fibre et le tube. Une tension de tension plus élevée - tend à supprimer le glissement relatif entre la fibre et le tube, ce qui réduit généralement la longueur excédentaire réalisable et rend le tube moins capable de « libérer » la longueur excédentaire pendant le retrait.
Profil thermique de la transition chaud-vers-froid
L'histoire thermique du tube, en particulier le comportement au refroidissement et le temps de séjour pendant que le polymère reste au-dessus de sa température de transition vitreuse, régit le développement de la cristallisation et l'étendue de la relaxation des contraintes résiduelles. Lorsque la cristallisation est plus complète pendant la fabrication, la contrainte de retrait résiduelle est minimisée et la longueur excédentaire qui en résulte devient plus stable et prévisible, avec une augmentation moindre après-production.
Viscosité du composé de remplissage
Si la viscosité du composé est faible, la fibre peut se déplacer plus librement, ce qui facilite l'établissement et l'ajustement de la longueur excessive. Si la viscosité est élevée, le mouvement des fibres est restreint, la longueur excessive devient plus difficile à former et le processus devient plus sensible aux fluctuations de tension. Le maintien d'une viscosité stable et constante tout au long de l'extrusion est donc essentiel pour minimiser la variabilité et obtenir un contrôle reproductible de la longueur excessive.
Effets couplés des paramètres d'extrusion et de filière sur EL
Température de fusion
La température de fusion influence l’EL à travers trois mécanismes principaux.
Viscosité et niveau de contrainte d'orientation
À des températures de fusion plus basses, la viscosité augmente et la contrainte de cisaillement dans la filière et dans la zone de calibrage devient plus élevée. Cela favorise une orientation moléculaire plus forte et retient davantage de contraintes résiduelles. Une contrainte résiduelle plus élevée laisse plus de place au retrait-hors ligne, ce qui rend EL plus sujet à une dérive dépendante du temps-.
Historique thermique au point de verrouillage
La température de fusion détermine l'énergie thermique initiale du tube à sa sortie de la filière, façonnant ainsi le profil de température avant et après la section de transport-. Le point de verrouillage se produit lorsque le couplage tube-fibre devient suffisamment fort pour supprimer le glissement relatif. La température et l'emplacement de ce point de verrouillage déterminent l'ampleur de la cristallisation et du retrait qui peuvent encore se produire après le verrouillage. À des températures de fusion plus élevées, le point de verrouillage a tendance à se produire plus tard et à une température de tube plus élevée. Un retrait de cristallisation plus important peut alors se développer après le verrouillage, poussant la valeur moyenne EL plus haut et augmentant la sensibilité aux conditions de refroidissement en aval.
Pression d'extrusion et sources de fluctuation
À des températures de fusion plus basses, la pression d'extrusion augmente et devient plus sensible aux perturbations de la vis et de la tête de filière, ce qui peut entraîner des fluctuations de rendement et dimensionnelles. La variation dimensionnelle modifie l'interaction de friction entre la fibre et le tube, apparaissant souvent sous la forme de fluctuations EL à court terme plus élevées. Avec une fenêtre de température de fusion stable-, la variabilité EL est généralement plus facile à supprimer.
tubes tampons à fibres optiquesdeTaux de prélèvement
Le taux d'abaissement détermine l'étirement axial imposé lors de la formation du tube et constitue l'un des amplificateurs de sensibilité les plus influents pour la stabilité EL.
Orientation et post-retrait
Un taux d'étirage plus élevé signifie que le tube dépend davantage de l'étirement axial pour atteindre les dimensions cibles, produisant une orientation axiale plus forte et une contrainte résiduelle plus élevée. Pour les polymères semi-cristallins, l'orientation et l'état de contrainte affectent fortement la cinétique de cristallisation et le comportement de relaxation ultérieur. En conséquence, les forces motrices du retrait peuvent persister après la reprise-, ce qui rend l'EL plus susceptible d'augmenter avec le temps (dérive post-du retrait).
Modification du temps de cristallisation efficace
Une vitesse de ligne plus élevée réduit le temps de séjour dans le réservoir d'eau chaude-et la zone de transition, diminuant ainsi la probabilité d'obtenir une cristallisation en ligne-suffisante. Une cristallisation incomplète implique que la relaxation des contraintes n'est pas terminée et est rapidement « figée » pendant le refroidissement. Une relaxation et un retrait ultérieurs se produisent alors pendant le stockage ou les tests, dégradant la stabilité temporelle de l'EL.
Modification de la condition de couplage tube-fibre
Les changements dans le taux d'étirage modifient également la répartition globale de la tension de la ligne et la force du couplage par friction entre la fibre et le tube. Un couplage plus fort réduit le glissement relatif, ce qui rend la fibre plus susceptible d'être transportée par le tube. Cela rend plus difficile l’établissement d’une surlongueur effective, ce qui conduit à une valeur moyenne EL plus faible et à une sensibilité plus élevée aux perturbations de tension. Un couplage plus faible permet un glissement plus important, ce qui rend l'EL plus facile à former, mais augmente également la dépendance à la stabilité de la viscosité du composé de remplissage et aux perturbations du trajet des fibres.
tubes tampons à fibres optiquesdeMéthode de dimensionnement
L’influence clé de la méthode de dimensionnement sur l’EL n’est pas simplement la capacité de contrôle du diamètre, mais aussi le mode d’initiation du refroidissement et l’ampleur de la traînée de friction. Ces facteurs déterminent si le tube subit une contrainte axiale supplémentaire à haute température et si la formation rapide de peau bloque prématurément la contrainte résiduelle.
Dimensionnement des contacts
Le dimensionnement des contacts fournit une forte contrainte dimensionnelle, mais le frottement direct entre le tube et le calibrateur métallique introduit une traînée axiale supplémentaire, augmentant l'orientation à l'état chaud-et la contrainte résiduelle. De plus, l'efficacité élevée du transfert de chaleur-accélère la formation de peau, ce qui rend les contraintes résiduelles plus susceptibles d'être verrouillées. Le résultat typique est une meilleure stabilité dimensionnelle, mais une fluctuation EL accrue et un risque de dérive après-retrait plus élevé.
Dimensionnement sans-contact
Le dimensionnement sans-contact réduit la traînée de friction, ce qui contribue à réduire les contraintes résiduelles et améliore la stabilité EL à long-terme. Cependant, il est plus sensible à la continuité du film d'eau-, aux fluctuations du vide et à l'uniformité du refroidissement. De petites perturbations du film d'eau ou une pression négative peuvent se traduire par des variations dimensionnelles et du taux de refroidissement-, qui modifient encore davantage les conditions de friction tube-fibre. Cela se manifeste souvent par un bruit EL à court terme plus élevé et un comportement transitoire « EL négatif » plus fréquent.
Dimensionnement hybride
Le dimensionnement hybride vise à obtenir à la fois un contrôle dimensionnel fort et une faible traînée de friction, ce qui le rend adapté aux conditions de -vitesse élevée où la stabilité et la suppression des fluctuations sont requises. Ses performances dépendent de la conception du dimensionnement et de l'efficacité du contrôle du vide et/ou du film d'eau-.
tubes tampons à fibres optiquesdeNiveau de vide
L'influence du niveau de vide sur l'EL reflète principalement deux conditions limites : la traînée de friction du tube-au-contact avec le calibrateur et l'intensité du transfert de chaleur-qui régit la formation de peau et le gel sous contrainte.
Caractéristiques typiques sous vide poussé
Le tube adhère plus étroitement au dispositif d'encollage, améliorant ainsi la stabilité dimensionnelle. Cependant, une pression de contact plus élevée augmente la traînée de friction et augmente la contrainte axiale à chaud, ce qui entraîne une contrainte résiduelle plus élevée. Un transfert de chaleur plus fort accélère également la formation de peau, provoquant un gel plus précoce des processus de cristallisation et de relaxation. Cela augmente la probabilité que les contraintes résiduelles soient libérées hors ligne-. Le résultat est généralement une valeur moyenne EL plus "rigide" mais un risque plus élevé de dérive dépendante du temps-.
Caractéristiques typiques sous vide inférieur
La traînée de friction réduite permet de réduire les contraintes résiduelles et d'atténuer la dérive après-retrait. Cependant, la stabilité dimensionnelle dépend davantage de la capacité d'autoportance du tube-et de la stabilité du film d'eau ou du refroidissement par pulvérisation. La variation de l'ovalité et de l'épaisseur des parois-est plus susceptible d'augmenter, entraînant un bruit EL plus élevé. Dans l'ensemble, la dérive est plus petite mais la variabilité à court terme est plus grande.