■ 徐雷 许练 黄满意 马秋丽（南京全信传输科技股份有限公司 江苏 南京 211100）
本文简述了被覆光纤的分类、被覆层材料和特征，比较了国内外不同标准对被覆层的可剥离性要求和测试条件的不同之处。对现有紧套被覆光纤的被覆生产工艺进行改进和优化。 This paper briefly describes the classification of the buffered optical fiber, the types and characteristics of the buffered materials, and compares the different requirements and test conditions for the peeling of the buffered optical fiber in different standards at home and abroad.At the same time, the paper summarizes and optimizes the existing production technology of buffered optical fiber.
室内光缆 紧套光纤 可剥离性 测试方法 被覆工艺
Indoor fiber optic cable; Buffer fiber; Coating strippability; Measurement methods; Buffer technology
Doi:10.3969/j.issn.1673-5137.2021.01.005
摘 要Abstract
关键词Key Words
１． 引言
室内光缆是光纤光缆产品中较大的一个类别，广泛应用在楼宇综合布线、数据中心、轨道交通等领域。室内光缆主要构件包括被覆光纤、加强件、外护套等，其中被覆光纤是制造各种室内光缆的基本构件，其性能决定了光缆的质量，因此被覆光纤的性能稳定显得尤为重要。为保证被覆光纤在使用过程中的机械可靠性及环境适应性，标准中规定了需要进行的一系列试验，其中可剥离性试验是其重要组成部分。被覆光纤可剥离性影响光纤本身性能，同时对光纤熔接、连接器组件生产效率和产品可靠性影响较大。本文结合Telcordia标准GR-409-CORE Issue 2[1]、国际电工委员会标准IEC 60793-1-32:2018[2]以及GB/T 15972.32[3]等标准，分析了国内外标准中可剥离性试验条件及试验方法的差异。
此外，光通信行业在经历三年高速发展以后，已经进入了调整期，光纤光缆企业面临更加激烈的竞争和调整，通过技术创新或工艺优化达到“降本增效”目的，成为企业和行业的共识。本文分析了现有被覆光纤的被覆生产工艺，在此基础上提出了改进和优化措施，并取得了良好的效果。
２． 被覆光纤分类及材料 2.1 被覆光纤分类
按照涂覆光纤与被覆层之间的紧密程度，被覆光纤可大致分为紧套光纤、半紧套光纤、松套光纤三类[4]。
a）紧套光纤。由涂覆光纤表面紧密包覆上一层或多层被覆层构成，其中被覆层可由一种或多种材料构成，与光纤同芯，且可以从光纤包层上与涂覆层一起剔除。
b）半紧套光纤。由涂覆光纤、缓冲层及被覆层构成，缓冲层由一层或多层材料构成，一般采用紫外固化树脂或其他合适的材料。典型结构有：聚酰胺12+紫外固化丙烯酸树脂+涂覆光纤（俗称隐形光缆）、聚氯乙烯+紫外固化丙烯酸树脂+涂覆光纤等。
c）松套光纤。由涂覆光纤外有间隙地松套上一层涂覆层，其中被覆层可由一种或多种材料构成管状，易于剥离。
2.2 被覆光纤的被覆材料
根据光缆使用环境不同应当采用不同的被覆材料，主要从低烟、无卤、阻燃、毒性、耐高温等方面考虑。常见被覆材料有聚氯乙烯（PVC）、低烟无卤阻燃聚烯烃（LSZH）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、聚酰胺12（PA12）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）等。对各种被覆
材料性能做了定性对比，如表1所示。
表1：常见被覆材料性能对比
通过以上材料性能对比可知，当光缆产品应用在公共场所或人员密集处时应当选择LSZH类材料，以避免发生火灾时对人体造成二次伤害；当对燃烧要求不高和考虑经济性时可以选用PVC材料；当应用环境比较恶劣时，如高温、高湿、污渍等，应当根据实际要求选择TPEE或PA12或ETFE。
３． 标准比较
通过查阅相关资料，整理了国内外涉及被覆光纤的标准主要有5个，如表2所示。
表2：国内外涉及被覆光纤的主要标准
IEC和ANSI/ICEA对于被覆光纤可剥离性测试要求和程序均有明确规定（IEC 60793-1-32、ANSI/ICEA S-83-596），GR-409-CORE在规范被覆光纤的剥离力和剥离长度等要求时引用了ANSI/ICEA S-83-596标准[5],YD/T 1258.1-2015 在对被覆光纤规范时引用了GB/T 15972.32-2008测试标准。目前GB/T 15972.32已经完成了修订工作，从报批稿来看测试要求向IEC 60793-1-32:2018标准靠拢，但未正式发布。IEC 60793-1-32和ANSI/ICEA S-83-596在测试要求方面虽有细微差异但基本保持了一致，因此选择应用更加广泛的标准IEC 60793-1-32:2018与GB/T 15972.32-2008进行比较。
3.1 可剥离性在不同标准中测试条件比较
标准GB/T 15972.32-2008是修改采用国际电工委员会标准IEC 60793-1-32:2001，从2008年实施至今已执行了近12年未修订过，而IEC 60793-1-32经历过修订2次，两个标准所采用的试验装置基本一致，可剥离性试验装置示意图如图1所示，使用拉力机、专用夹具、剥离工具，被覆光纤剥离长度的示意图，如图2所示。
本文主要从标准适用范围，预处理条件，工装夹具等方面比较IEC 60793-1-32和GB/T 15972.32两者之间被覆层光纤可剥离性试验条件的差异，具体对比项目见表3。
表3：可剥离性测试标准对比
通过表3可以发现，在剥离长度方面IEC 60793-1-32规定为15mm，而GB/T 15972.32要求“可选取较短长度”可以理解为按照实际情况或供需双方协商一致制定，但根据具体标准YD/T 1258.1-2015要求是剥离长度为15mm；在剥离速率方面IEC 60793-1-32要求(10～25)mm/min，GB/T 15972.32-2008要求100m/min，两者差别较为明显，特别在测试PA12或TPEE紧套光纤时，速率100m/min剥离力就会超过13.3N，应当引起注意。
图1：剥离试验装置示意图 图2：剥离长度示意图
3.2 被覆光纤剥离力不同标准的要求
国内外涉及被覆光纤剥离力的标准主要有ANSI/ICEA S-83-596和YD/T 1258.1-2015。
表4：不同标准对被覆光纤剥离力要求
通过表4可以发现，松套光纤方面两者都未做明确要求，在紧套光纤方面两者要求基本一致；在半紧套光纤方面ANSI/ICEA S-83-596要求剥离长度为（15±1.5）mm[4]，而标准YD/T 1258.1-2015要求（300～1000）mm。
４． 被覆光纤生产工艺
目前，紧套光纤生产工艺虽相对成熟和稳定，但也
性能PVC LSZH TPEE PA12ETFE 密度(g/cm3) 1.25 1.45 1.2 1.05 1.75硬度软硬软较硬软
燃烧
阻燃阻燃阻燃易燃易燃难燃烟密度浓烟低烟较大较大低烟毒性有毒无毒无毒无毒有毒
主要特点经济、应用
广泛
安全、环保
抗挠曲、
耐低温
抗压，耐磨
耐高低温、
低摩擦
类别标准
国外GR-409-CORE Issue 2
Generic Requirements for Indoor Fiber
Optic Cable
ANSI/ICEA S-83-596Standard For Indoor Optical Fiber Cable IEC 60793-1-32:2018
Optical fibres-Part 1-32:Measurement
methods and test procedures-Coating
strippability
国内GB/T 15972.32-2008
光纤试验方法规范 第32部分：机械性能的测
量方法和试验程序——涂覆层可剥性
YD/T 1258.1-2015室内光缆 第一部分：总则
测试方法IEC 60793-1-32:2018GB/T 15972.32-2008
适用范围直经（200～900）μm直经（250-900）
预处理时间至少2h至少24h
工装夹具如图1所示一致
软件自动化测试技术
刀刃孔径比包层直径大15μm比包层直径大50μm
剥离长度15mm
可选取较短长度
剥离速率(10～25)mm/min 100m/min
标准ANSI/ICEA S-83-596YD/T 1258.1-2015
紧套光纤
剥离长度(mm)15±1.515
剥离力(N) 1.3～13.3 1.3～13.3
其他要求
涂覆层和被覆层同时
被剥离
涂覆层和被覆层同时
被剥离
半紧套光纤
剥离长度(mm)15±1.5300～1000
剥离力(N)≤13.3≤13.3
其他要求紧被覆层被剥离紧被覆层被剥离
跟刀架松套光纤未要求未要求未要求
存在不足之处。如LSZH紧套光纤工艺存在剥离力稳定性差、生产速度不高等缺陷，TPEE紧套光纤彩被覆层光纤存在挤出不稳定和衰减指标不良问题，本文结合实际工作中积累的经验对LSZH、TPEE紧套光纤生产工艺进行了优化。
4.1 LSZH紧套光纤
LSZH紧套光纤作为室内光缆主要的半成品，占据被覆光纤总产量近二分之一。对LSZH紧套光纤的生产工艺进行优化，将对企业降本增效和市场竞争力提升起到积极作用。绝大多数的光纤光缆制造企业依然采用“挤管式+抽真空”的生产工艺，生产速度普遍控制在（100～180）m/min，尽管有“穿光纤”和调同芯度操作方便、工艺成熟和实现简单等优势，但是也存在各种各样的问题，例如：真空管道异物需要不定时清理、可剥离力性不稳定，生产速度低等缺陷。
“挤管式+抽真空”工艺实现方式如图3所示，熔融状态下LSZH的通过挤管式模具时会先进行一小段“拉伸”，此时未与光纤接触，其次再通过“抽真空”装置将被覆层与光纤之间的空气抽出形成一定的真空度，使得被覆材料和光纤较为紧密地包覆。但在实际加工过程中LSZH被覆材料与光纤涂覆层结合度
不够紧密或不稳定情况频发，主要存在以下几个方面原因：其一，被覆材料“挤管式”挤出时未直接包覆在光纤表面，无法形成紧密包覆；其二，“抽真空”装置可靠性不高，存在杂质、油污、水等积累问题，即使安装压缩空气油水分离器也无法彻底此类解决。与此同时，目前生产企业普遍使用的真空发生器真空度最大只能达到0.08Mpa，无法满足后续工艺提速的要求。
图3：挤管式 图4：半挤压式
无人机管控针对上述问题，设计了一套“半挤压式”模具替代“挤管式+抽真空”，如图4所示，保留部分模芯承径长度约1.0mm，便于“穿光纤”操作，模套承径长度缩短到约0.4mm，模芯内/外径尺寸分别是0.45/0.85mm，模套内孔尺寸0.90mm。熔融状态的LSZH被覆材料通过半挤压式模具直接包覆在光纤表面形成紧密结构，避免了“抽真空”装置可靠性不高和真空度极限对LSZH紧套光纤可剥离性稳定和提速的影响。实际效果比较如表5所示。
表5：两种成型方式比较
阻燃纤维通过上述改进措施，节省了压缩气体的使用，LSZH紧套光纤生产速度提高到250m/min以上，同时被覆层的剥离力更加稳定。
4.2 TPEE紧套光纤
TPEE是一种热塑聚酯弹性体嵌段共聚物，其中以杜邦公司的Hytrel为代表, 它兼具弹性、耐热性、耐化学性以及强度和耐用性等优点，因而Hytrel被覆层的紧套光纤广泛应用在要求苛刻环境中。随着光缆生产芯数不断地增加，必须使用多种颜紧套光纤进行识别，在Hytrel本料中加入母料可以实现区分。
在生产紧套光纤和松套管时，Hytrel中加入母料来改变被覆层材料颜，母料的添加比例大多数厂家建议控制在2%左右。通过实际使用发现，选用供应商A和B的母粒都会发生工艺不稳定现象，包括外径不稳定、衰减异常、回缩大等问题，严重影响了该类产品合格率和生产效率。
分析主要原因有：其一，通过查阅相关资料可知，母料加入改变了基体材料的性能，如熔融指数的改变直接引起出胶量非线性的变化，进而导致紧套光纤或松套管外径不均匀，母料加入基体中影响因素很多，也比较复杂，不在此详解。其二，母料的加入导致Hytrel材料收缩变大，引起光纤“微弯”损耗增加。为验证母料对Hytrel收缩的影响，选择设置同一厂家5种颜的母料和不加母料的基料本作比对试验，母料添加比例分别是为2%和0.5%，使用相同工艺生产φ0.9mm紧套光纤的，在按照YD/T 1258.1-2015中A.3.3方法在85℃温度条件下处理2小时，试验数据如表6。
表6：不同颜母料在不同添加比例时Hytrel收缩率的影响
由表6可知，在满足客户要求和保证颜能够识别的前提下，建议降低母料比例到0.5%～0.8%范围，
可以改善母料对材料回缩的影响。此外，也可以通过“双层挤塑”工艺减少母料对紧套光纤衰减的直接影响，首先使模板支撑体系
用本Hytrel料挤塑到φ0.6mm左右，然后添加相应颜
胎圈钢丝
的母粒挤塑到0.9mm。但要特别注意在挤塑0.9mm被覆层前，0.6mm半成品必须提前在80℃条件，至少烘干3小时，除去表面上可能有的水汽避免气泡产生。
成型方式
模具类型
预热温度（℃）
抽真空生产速度（m/min）剥离力（N）挤管式+抽真空挤管式200～280需要
100～1602～9半挤压式半挤压式240～280
不需要
250以上
5～8
添加比例
蓝
橙
绿
棕
灰
本（对比组）
母料2%-O.25%-0.21%-0.19%-0.20%-0.18%
-O.12%母料0.5%-0.16%-0.14%-0.15%-0.13%-0.13%
-0.10%
５． 结束语
被覆层光纤的可剥离性试验标准IEC 60793-1-32:2018和GB/T 15972.32-2008即有区别也有联系，GB/T 15972.32-2008在试验装置、试验内容、程序等方面是参考了IEC 60793-1-32:2001制定的，但在被覆层剥离速率要求存在差异，部分要求根据国内实际情况做了调整。在不同结构被覆光纤的剥离
力要求方面标准ANSI/ICEA S-83-596和YD/T 1258.1-2015基本一致，在半紧套光纤剥离长度要求有区别。
此外，针对LSZH和TPEE两种紧套光纤生产制造过程出现的剥离力不稳定、生产速度低、外径不稳定、衰减不良等问题，介绍了相关的生产工艺或改善措施，希望通过上述分析和总结能够为行业从业人员提供有价值的参考。
[1] GR-409-CORE Issue 2 Generic Requirements for Indoor Fiber Optic Cable[S].
[2] IEC 60793-1-32:2018 Optical fibres-Part 1-32:Measurement methods and test procedures-Coating strippability[S].
[3] GB/T 15972.32-2008 光纤试验方法规范 第32部分：机械性能的测量方法和试验程序——涂覆层可剥性[S].[4] YD/T 1258.1-2015室内光缆 第一部分：总则[S].
[5] ANSI/ICEA S-83-596 Standard For Indoor Optical Fiber Cable[S].
参考文献
作者简介
徐雷（1990-），男，本科，研发工程师，主要从事光纤光缆设计及开发工作。
