1.光纤涂覆层材料
光纤主要成分为二氧化硅,并携杂少量的Ge和F。因此,石英光纤本身对温度并不敏感。在极寒条件下,要保证光纤的传输性能,光纤涂层的性能是关键。涂覆层材料是折射率比石英玻璃大且弹性模量较低的聚合物,通常为热固性硅树脂液体、紫外光固化丙烯酸脂液体以及聚氨基甲酸乙酯等。在低温下光纤涂层材料在光缆中会收缩并引起光纤微弯损耗的增加,进而造成光纤衰减增加。光纤的微弯损耗是指光纤径向受到侧压等影响,产生极微小的弯曲,造成信号辐射泄露,从而造成光纤传输损耗增大。
耐低温光纤涂覆层需要具备低模量和低收缩性。低模量可以保证光纤的石英玻璃与涂层之间的缓冲性能,从而提升光纤的微弯性能。低收缩性是指材料本身对低温不敏感,具备更低的玻璃化转变温度Tg,从而使得光纤具有较好的抗微弯性能。目前,常规光纤涂覆层材料的玻璃化转变温度为-40℃,因此需要开发适用于-70℃的光纤涂覆层材料。
2.光纤拉丝及涂覆工艺
光纤拉丝是将制备好的光纤预制棒加热熔融后拉制成直径符合要求的细小光纤纤维,并保证光纤的芯/包直径比和折射率分布形式不变的工艺操作过程。在拉丝过程中,最重要的是如何不使光纤表面受到损伤并正确控制包层外径及折射率分布。如果光纤表面受到损伤,将会影响光纤机械强度与使用寿命,而外径发生波动,不仅会引起光波导散射损耗,而且在光纤接续时,连接损耗也会增大。因此在控制光纤拉丝工艺流程时,必须使各种工艺参数与条件保持稳定。
由于光纤是一种脆性易断材料,在不加涂覆材料时,其在空气中裸露会致使表面缺陷扩大,局部应力集中,易造成光纤强度极低,因此,需要给裸光纤涂覆一层或多层高分子材料。光纤的一次涂覆是将制成的裸光纤表面涂覆一层弹性模量比较高的涂覆材料,用以保护拉制出的光纤表面不受损伤,提高其机械性能,降低衰减。在工艺上,一次涂覆与拉丝是相互独立的2个过程,而在实际生产中,一次涂覆与拉丝通常在同一生产线上完成。
3.光纤阻水油膏
光纤阻水油膏是一种粘稠性半固体物质,其对光纤的保护作用主要体现在2个方面:一是防止光纤与空气接触从而被空气中的潮气腐蚀;二是作为缓冲物防止光纤受到机械力的影响。因此,光纤阻水油膏是决定光缆性能能否长期稳定的重要因素。
光纤阻水油膏由基础油和多种添加剂混合而成。基础油是光纤阻水油膏的主要成分,其占油膏质量的70%~90%,因此其决定了光纤阻水油膏的一些重要性能,如低温柔软性、挥发度等。而添加剂主要包含凝胶剂、抗氧化剂、防腐剂以及表面活性剂等。
光纤阻水油膏的低温性能对OPGW的影响可解释为油膏粘度的增加限制了光纤的自由运动,从而使得光纤结构出现细微变化并导致光纤损耗增大。而锥入度是衡量纤膏稠度及软硬程度的指标,锥入度越大则意味着光纤填充油膏的粘度越小,反之亦然。光纤填充油膏的低温锥入度特性主要取决于基础油的性能。