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光缆内塑料构件伸缩的机理主要有哪些?

时间:2025-11-13 09:08:34 来源:未知 点击:

光缆松套管大多数采用的是PBT材料,护套大多数使用的是PE,前者属于聚酯类,后者属于聚烯烃类,它们在光缆中的伸缩机理有三种,即热回缩、热胀冷缩、残留应力。具体在某根光缆上,有可能是三种机理同时起作用,也有可能只是某一种机理起作用。
 
一、热回缩
按照聚集态结构的不同,高聚物可以分为结晶型和无定形两类。一般高聚物的结晶是不完全的,结晶型材料的结晶度越高,则材料的性能及尺寸越稳定,体积越小,材料的力学性能和刚性越高;反之,材料的性能及尺寸不稳定,材料的柔韧性、耐折性、伸长率及耐冲击强度则较高。
 
光缆中的PE(护套)、PBT(松套管)都属于结晶型材料,它们在挤塑时会发生重新结晶,结晶度取决于挤塑工艺。挤塑时如果材料未能充分结晶,那么在以后的时间里会逐渐地继续结晶。在高温时,分子松弛,继续结晶现象明显加快。而PE,PBT的热回缩现象主要就是继续结晶导致材料体积缩小而引起的。
 
材料结晶的过程是材料分子结构重新排列的过程。在塑料挤出加工时,需将其加热至熔融状态,这时分子处于无序状态,在挤出、冷却的过程中,在牵引力和温度的作用下,分子逐渐有序排列,材料结晶,性能趋于稳定。PE,PBT在挤塑时的结晶度取决于冷却速度。冷却速度越快,则结晶生长被抑制,冷却速度越缓慢,则材料能够充分结晶。
 
一般情况下,低密度聚乙烯(LDPE)的结晶度在60%时以及高密度聚乙烯(HDPE)的结晶度在80 %以上时,材料的尺寸就基本稳定。在挤塑过程中,冷却速度与冷却水温度、挤塑机牵引速度、水槽长度等有关,理想状况是分段冷却,即材料刚挤出时用温水冷却,后而水温逐渐降低,同时牵引速度要慢,水槽要长。
 
材料的结晶度除了与加工工艺有关外,还与所选择材料的性能有关,如非结晶或半结晶型材料的继续结晶度比结晶型材料的继续结晶度要小得多。因此在允许的情况下,选择非结晶或半结晶型材料对防止热回缩有着明显的效果型。一般结晶型材料在充分结晶后就不会再发生热回缩现象,根据材料和材料加工工艺不同,以及环境气候不同,通常在数月或1~2年后热回缩现象即可消失。
 
由以上分析可看出热回缩引起的光缆构件伸缩程度取决于构件的热回缩能力和环境温度;热回缩引起光缆构件伸缩的特点是只回缩不伸长,且这一现象不会反复,一旦回缩完毕,不会再次发生。
 
二、热胀冷缩
热胀冷缩几乎是所有材料的固有性质。光缆中护套材料松套管材料均属于塑料类,其线膨胀系数比较大。假设光缆中塑料类构件处于完全自由伸缩、不与任何构件产生摩擦力的理想状态,那么在温差为某个室温±25℃时,2km长的构件伸缩长度为±6.98m。我国很多地区实际年地表温差均能达到某个室温±25℃,但由于光缆内各构件之间存在的摩擦力,实际上2km光缆中的塑料类构件很难达到±6.98m的伸缩。
 
热胀冷缩引起光缆构件伸缩的特点是随着温度的升高或降低构件伸长或回缩,且这一现象会反复、长期存在。热胀冷缩引起的光缆构件伸缩量取决于地表温差和材料的线膨胀系数。
 
三、残留应力
在松套管或护套挤出并冷却后,其外形已经固化成型,不易发生塑性变形,这时在牵引张力或收线张力的作用下,容易在松套管或护套上产生拉伸应力,直至绕在缆盘上后这种拉伸应力还会继续存在。而松套管在以后的成缆过程中由于放线张力的作用,拉伸应力将有所变化。
 
当光缆在缆盘上放置时间较长时,在材料回缩应力的作用下,塑料构件将会发生极其缓慢的塑性蠕变,使构件中的拉伸应力得到部分消除。如果光缆的拉伸应力比较大,且光缆在缆盘上放置的时间较短,那么发生蠕变的程度比较小,这时敷设光缆,光缆处于平直状态,有利于光缆拉伸应力的释放,于是容易产生光缆内构件回缩。
 
在施工过程中,牵引张力会使光缆产生轴向拉伸应力,尤其当牵引张力过大,牵引头只抓光缆外护套时,更容易在护套上产生轴向拉伸应力。当光缆敷设完毕后,这种拉伸应力缓慢释放,使光缆护套发生回缩。
 
残留应力引起光缆构件伸缩的特点大多是回缩,很少有伸长,且这一现象不会反复,一旦残留应力消除,将不再会发生伸缩。残留应力在光缆生产和施工中均有可能产生,残留应力引起的光缆构件伸缩量取决于残留应力的大小和施工前光缆内构件的蠕变状况。
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