1、引 言

本文介紹了我國光纜生產(chǎn)制造30年來，在技術(shù)工藝路線上發(fā)生的改進(jìn)和提高，并對現(xiàn)有的工藝設(shè)計基礎(chǔ)進(jìn)行了分析，希望能對光纜技術(shù)工藝發(fā)展方向提供有益的基礎(chǔ)依據(jù)。

自1982年第一根實用化多模光纜在中國的應(yīng)用開始，我國的光纜制造和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已歷經(jīng)30個念頭，經(jīng)歷了9年一次的三起三落，發(fā)展到今天，形成了世界上最大的光纜產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)群，年產(chǎn)能達(dá)到近1億芯公里，年實際產(chǎn)量達(dá)到8千萬芯公里。作為世界上最大的光纜制造國，我們光纜企業(yè)回首看產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與這三十年來光纜制造工藝的技術(shù)創(chuàng)新是分不開的，中國企業(yè)在骨架、中心管、層絞三種結(jié)構(gòu)的選擇上、在光纜機械性能的研究上、在工程應(yīng)用以及在理論推算和總結(jié)上都已處于世界先進(jìn)水平。

2、1982-1990年中國光纜制造的探索階段

中國的光纜制造可以說與國際同步開始，但在基礎(chǔ)工業(yè)和工藝落后的九十年代，我國的光纜工藝以引進(jìn)技術(shù)為主，其中侯馬電纜廠為主的骨架式單螺旋絞光纜出現(xiàn)的最早，之后出現(xiàn)了中心管式的結(jié)構(gòu)，武漢郵電科學(xué)研究院開發(fā)的中心束管光纜（農(nóng)話纜）至今仍是一個重要的光纜品種。

2.1 骨架槽光纜

早期的光纖技術(shù)還不完善，在光纖表面的涂層還是采用的熱固化的硅樹脂，光纖的脆弱使得光纜的保護(hù)更為重要，在成纜中的控制也要求更高，當(dāng)時的光纖對側(cè)壓、-OH、彎曲更敏感，因此，開發(fā)出了復(fù)雜工藝的骨架式單螺旋絞光纜，把裸纖放在S絞的U型骨架槽內(nèi)，從單纖骨架開發(fā)到多纖骨架，采用色譜區(qū)分技術(shù)來區(qū)分同一骨架槽內(nèi)的光纖。光纜的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖一 骨架槽光纜

骨架槽設(shè)計思想來自電纜，對光纖側(cè)壓有很好的保護(hù)作用，靠光纖在槽中的位移來抵抗拉伸和溫度變化光纜的形變。但其缺點是明顯的，首先骨架槽的制作工藝要求高，效率低；其次，成纜的設(shè)備復(fù)雜、收放線同步要求高、退扭復(fù)雜、速度很慢，對大芯數(shù)光纜無法實現(xiàn)；最后，在工程應(yīng)用上發(fā)現(xiàn)，油膏的質(zhì)量和填充對光纜壽命的影響很大。鑒于這些問題，這種結(jié)構(gòu)在九十年代初期就陸續(xù)被淘汰了，但其某些特性和思路還將被現(xiàn)在使用，這在后面將介紹。

2.2 中心管式光纜

以美國AT&T公司為代表的中心管松套結(jié)構(gòu)，因其光纖位于光纜的中心，具有良好的彎曲特性、結(jié)構(gòu)緊湊，引進(jìn)后成為一個主要品種，武漢郵電科學(xué)研究院結(jié)合我國幅員遼闊、當(dāng)時光纖通信容量不大的特點，開發(fā)出第一個有中國特色的光纜專利產(chǎn)品，中心束管式光纜。結(jié)構(gòu)見圖二：

圖二 中心管式典型結(jié)構(gòu)

中心管結(jié)構(gòu)也有幾種形式，最早的沒有鋼帶鎧裝，采用平行鍍鋅鋼絲加強，存在滲水和低溫特性不夠好的問題；后來增加了鋼帶鎧裝，是我國第一個光纜鋼帶縱包成型工藝，采用了分級成型，鋼帶平帶對接、熱熔膠粘接工藝，解決了滲水和高低溫的問題，并確定了鋼帶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)雛形，但光纜十分難開剝；最后發(fā)展到了用阻水帶或油膏填充工藝，進(jìn)一步合理化了該結(jié)構(gòu)。但從結(jié)構(gòu)特性上來看，出現(xiàn)大于12芯時，需要采用復(fù)雜的扎束技術(shù)來區(qū)分光纖，后來開發(fā)出了噴環(huán)工藝，用于OPGW。當(dāng)多組光纖放在一個套管中時，需要多個放纖架，設(shè)備的利用率受到限制，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)，同時在工程上也不便于分歧。

中心管光纜制造中的關(guān)鍵技術(shù)是光纖在套管中的余長控制技術(shù)，在這一時期先出現(xiàn)的是速差法余長控制技術(shù)，通過牽引輪和履帶牽引間的1-8‰速度差來控制，該方法具有直觀可控性強的優(yōu)點，但也具有設(shè)備復(fù)雜易磨損后不準(zhǔn)確的問題；后出現(xiàn)的是水溫控制余長的方法，這是一個重大的進(jìn)步，通過兩級水槽和中間牽引輪來控制余長，缺點是不同規(guī)格間需要通過工藝摸索來穩(wěn)定工藝參數(shù)。目前水溫控制法廣泛用于層絞套管的生產(chǎn)，但對于大余長的穩(wěn)定生產(chǎn)，該方法還是有困難。

雖然中心管光纜出現(xiàn)了很長時間，但真正能做好這個產(chǎn)品卻不容易，其縱包成型工藝會減小余長，包覆太松，將導(dǎo)致高低溫時套管收縮或伸長，工程上會出現(xiàn)在接頭盒處斷纖或損耗增加，為此IEC增加了一個試驗，但未被國內(nèi)采用；包覆的緊，吃掉過多余長，導(dǎo)致抗拉伸能力的下降。因此，有一段時間對這個結(jié)構(gòu)的爭論很多，其實，產(chǎn)品的好壞和生產(chǎn)企業(yè)的制造穩(wěn)定和可控性在這個產(chǎn)品上反映的很明顯。

2.3 其它結(jié)構(gòu)和情況

在這個時期出現(xiàn)了一些結(jié)構(gòu)上的探索，如緊套結(jié)構(gòu)的室外光纜，緊套結(jié)構(gòu)比裸纖具有更好的保護(hù)性，但損耗大，與同樣結(jié)構(gòu)的松套光纜比機械性能差，生產(chǎn)效率低，沒有被選作長途光纜。

中心管結(jié)構(gòu)的一個變形就是鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)，至今仍有采用，采用0.6-1mm的單細(xì)低碳鋼絲絞繞在套管外，加上鋼帶縱包護(hù)套，這個產(chǎn)品在廣電系統(tǒng)應(yīng)用的多些。

在這個十年中，中國的光纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展是離不開原材料廠家的創(chuàng)業(yè)開端的，最開始的原材料都是進(jìn)口產(chǎn)品，如纖膏、纜膏是進(jìn)口UNIGEL、ASTOR等的，阻水帶是蓋克的，PBT是德國赫茲等的，只有鋁帶是用電纜鋁帶代替的。到了80年代末，相繼出現(xiàn)了一些研究原材料的研究所和企業(yè)，在纖膏、纜膏、阻水帶、復(fù)合金屬帶等方面開始研究和試驗。

3、1991-2000年中國光纜制造的發(fā)展階段

在90年代，受中國通信建設(shè)特別是光纖通信建設(shè)持續(xù)增加的影響，中國的光纜產(chǎn)業(yè)在這一時期得到了長足的發(fā)展，在品種、工藝裝備、原材料、理論基礎(chǔ)、檢測技術(shù)等多個方面都得到顯著的增強，這一時國家的光纜需求主要是干線，因此在結(jié)構(gòu)上是一個趨同化的進(jìn)程，在光纜結(jié)構(gòu)和制造工藝上有以下幾個大的類型。

3.1 層絞式光纜

1991年武漢郵科院引進(jìn)了NOKIA松套生產(chǎn)線，并從法國引進(jìn)了S絞成纜線，層絞式光纜開始廣為應(yīng)用，對于S絞結(jié)構(gòu)，采用了收放線同步退扭技術(shù)，光纜節(jié)距穩(wěn)定，油膏填充繞包聚酯帶，優(yōu)點是光纜性能穩(wěn)定，并且奠定了今天光纜余長設(shè)計的理論基礎(chǔ)，缺點是設(shè)備復(fù)雜，效率低，能耗大。到了1995年開發(fā)出了SZ絞成纜設(shè)備，大大簡化了成纜設(shè)備，提高了生產(chǎn)效率，采用雙偏芯扎紗、SZ往復(fù)絞合工藝，油膏填充，縱包或繞包包帶，最大生產(chǎn)12單元管，開發(fā)了填充繩作為填充單元，設(shè)計了領(lǐng)示色和全色譜兩種區(qū)分方法，光纜的典型結(jié)構(gòu)如下：

圖三 層絞式光纜典型結(jié)構(gòu)

層絞式光纜按使用可分為直埋型，如GYTA53、GYTY53、GYTA53+33等，管道和架空的主要是GYTA和GYTS。護(hù)層結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致工藝上的區(qū)別，出現(xiàn)了扎紋縱包工藝和鋁帶平帶工藝，出現(xiàn)了熱熔膠粘邊工藝。

SZ絞工藝在中國光纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要的地位，所有光纜廠都有SZ成纜線，并在S絞設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，對SZ絞形成了完整的拉伸、溫度形變的理論，并用于指導(dǎo)實踐生產(chǎn)。

3.2 帶狀光纖結(jié)構(gòu)光纜

與套管技術(shù)不同的是把多根光纖并排成帶技術(shù)，這一技術(shù)最早還是日本，用于骨架式帶纜，而引入中國最早的是中心管式帶纜。光纖帶的關(guān)鍵技術(shù)是并帶，主要指標(biāo)是平整度的控制，并帶用的著色光纖也與普通著色纖的著色工藝控制不同，并帶另一個關(guān)鍵就是收排線的整齊度和張力要與套管工藝匹配。下面依次是層絞式帶纜、中心管式帶纜、骨架式帶纜的結(jié)構(gòu)圖。

圖四 三種典型帶裝光纖光纜結(jié)構(gòu)

帶纖套管工藝中的帶纖都是采用S或Z絞進(jìn)管的，因此其余長的概念與普通套管是不同的，由于套管粗，一般都沒有采用輪式牽引，采用多是履帶牽引，控制余長的關(guān)鍵參數(shù)是：放帶張力、入管節(jié)距、模具（多個）、水溫和收線張力，其理論計算要特別計算每個邊帶邊纖的應(yīng)變，并且與實際測試結(jié)果結(jié)合應(yīng)證，在開始階段各廠設(shè)計的占空比和節(jié)距都比較大，伴隨成本壓力的增加，工藝技術(shù)開始向小結(jié)構(gòu)方向努力，在帶纜結(jié)構(gòu)上最能體現(xiàn)各廠的工藝控制能力。

骨架帶纜因其無油膏，在應(yīng)用上有其特色，在這一時期只有長飛公司引進(jìn)了這個技術(shù)，但用途不廣，問題主要有：不能做12芯帶，降低了一次熔接的芯數(shù)，采用S絞，不便于任意分支，設(shè)備復(fù)雜、成本高、效率低。

3.3 OPGW光纜

在這一時期，中國電力網(wǎng)建設(shè)迅猛，推動了電力系統(tǒng)通信的需求，先后產(chǎn)生了ADSS和OPGW，對于ADSS在工藝上主要是增加了芳綸絞工藝，在控制上，主要是設(shè)計了大余長光纜，而OPGW應(yīng)該說是一種全新的大量應(yīng)用的品種，其結(jié)構(gòu)如下：

圖五 OPGW代表結(jié)構(gòu)

OPGW（復(fù)合光纖架空地線）采用了不銹鋼焊接技術(shù)，包括不銹鋼帶表面處理、切邊、成型、無縫氬弧焊、充油、拉拔、探傷等多個復(fù)雜技術(shù)，把多根光纖放在不銹鋼保護(hù)管中，外單向絞鋁包鋼絞線，即使是雷擊等大電流通過光纜時也不會損傷光纖。由于其優(yōu)良的應(yīng)用特性，廣泛被新建電力系統(tǒng)采用，形成了一個近30億規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，而其不銹鋼管套管技術(shù)為海纜的實現(xiàn)打下了伏筆。

3.3 其它工藝技術(shù)

紫外線光固化著色技術(shù)，從熱固化的600米/分鐘，發(fā)展到1500米/分鐘，材料用量減少了，效果和效率都大幅提升；著色環(huán)技術(shù)，在著色線上增加噴環(huán)裝置，可以達(dá)到在光纖上噴多個環(huán)或不同顏色環(huán)來區(qū)分同色纖的作用；高速套纖工藝，為提升生產(chǎn)效率，拉大與國內(nèi)設(shè)備商的技術(shù)差距，國外的套纖設(shè)備商開發(fā)了一系列高速套纖的技術(shù)，包括充油控制系統(tǒng)，把舞蹈輪改為線位儀控制，大盤長，自動換盤，使得生產(chǎn)速度達(dá)到250米/分鐘開發(fā)了絞盤工藝，降低摩擦，改進(jìn)了絞管工藝，提出了力矩棒工藝，是為了提高效率和減小換向點的距離；閉合模鋼帶成型技術(shù)，在吸收國外模具設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，中國設(shè)備開發(fā)企業(yè)也開發(fā)出自己的成型模具，使得每個操作工都能更換模具；取消了包帶工藝，最早是為了防止護(hù)套工藝的熱量傳到套管上開發(fā)的聚酯帶繞包工藝，因無明確的應(yīng)用證據(jù)被大多數(shù)廠取消；在測試技術(shù)上北郵開發(fā)自己的機械性能測試儀，并廣泛裝備各光纜廠，提出了B-OTDR，并用于海纜的生產(chǎn)；這一時期，國內(nèi)材料廠紛紛成立壯大，武漢化學(xué)所為代表的國家研究機構(gòu)光纜油膏的產(chǎn)業(yè)化，秦邦代表的民營鋼鋁帶企業(yè)，還有鋼絲從鍍鋅改為磷化，走了一條有特色的路，這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有力的支持了我們國家光纜產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

進(jìn)入二十一世紀(jì)，光纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)過兩輪低谷，多個兼并后形成了以五大集團(tuán)為主的產(chǎn)業(yè)格局，這一階段，各企業(yè)不僅在產(chǎn)能上競爭，在新技術(shù)上也加強了差異化，中天、通光在海纜、電力纜上優(yōu)勢比較明顯，長飛、特發(fā)有骨架帶纜，烽火通信在FTTX上領(lǐng)先，因此新的工藝技術(shù)不斷，并且傳統(tǒng)層絞式光纜，出現(xiàn)了同心扎紗，使生產(chǎn)速度提升到70米/分鐘，成為現(xiàn)在最主流的成纜技術(shù)，護(hù)套出現(xiàn)了標(biāo)示線光纜，為光纜長期使用提供了永久性區(qū)分，這一時期的主要特色產(chǎn)品如下。

4.1 微管類光纜

DRAKA提出氣吹微纜本來只是個概念，但隨著接入網(wǎng)建設(shè)的展開，微纜的時代開始了，這種采用氣吹施工技術(shù)，預(yù)先敷設(shè)管道的系統(tǒng)工程在城市網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中有明顯的優(yōu)勢，其基本結(jié)構(gòu)如下：

圖六 氣吹微纜及管道代表結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)對于光纜工藝的關(guān)鍵技術(shù)為套管尺寸的改小，12芯光纖套管的尺寸要做到1.6mm，對設(shè)備控制精度有很高的要求。于是開發(fā)出了在并帶線上生產(chǎn)UV光纖束的工藝技術(shù)，采用紫外光固化材料對多到12芯的光纖進(jìn)行半松的包覆保護(hù)，可以做到12芯束外徑1.3mm，這一技術(shù)不僅可用于做氣吹微纜，還可廣泛用于FTTH的接入領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)如下：

圖七 UV光纖束

烽火通信目前以實際生產(chǎn)出4、6、8、12芯該UV單元，并通過高低溫循環(huán)試驗，基于這種結(jié)構(gòu)單元可開發(fā)出多種形式的新結(jié)構(gòu)光纜，可以是中心管式多束結(jié)構(gòu)，也可以是蝶型多芯纜，應(yīng)用廣泛。

4.2 FTTX蝶型光纜

二十一世紀(jì)的光通信推動力來自FTTX、3G、多網(wǎng)融合，其實都是最后一百米的融合應(yīng)用，在這個推動力下，參考日本的建設(shè)經(jīng)驗，中國企業(yè)開發(fā)出了接入網(wǎng)用蝶型光纜，代表結(jié)構(gòu)如下：

圖八 三種典型蝶型光纜結(jié)構(gòu)

蝶型光纜的出現(xiàn)不同于以往的設(shè)計思想，它是裸纖直接護(hù)套的技術(shù)路線，是基于接入網(wǎng)最后一百米的要求來設(shè)計的，有管道和架空、管道引入等形式，工藝路線是著色、護(hù)套或有的需加鋁帶保護(hù)，對于光纜的抗拉和溫試都是與普通光纜不一樣的，而且考慮了燃燒特性和環(huán)境安全因素。

該結(jié)構(gòu)的難點在于光纖損耗的控制，光纜結(jié)構(gòu)尺寸的控制（需要與快速接頭配合），最新的要求表面摩擦系數(shù)小，便于多根光纜在一個管道中施工。

4.3 室內(nèi)軟光纜

傳統(tǒng)的室內(nèi)光纜主要是跳線用光纜和短距離樓內(nèi)連接用光纜，但FTTX開始后，樓內(nèi)的光纜類型開始增加，有分支光纜、布線光纜等。

這些光纜工藝上都基于緊套工藝，材料有PVC、HYTREL、PA、LSZH等，與以往的松套工藝區(qū)別比較大，對剝離有各種要求；

典型結(jié)構(gòu)如下：

圖九 典型室內(nèi)光纜結(jié)構(gòu)

4.4 自主知識產(chǎn)權(quán)的光纖光纜類

進(jìn)入二十一世紀(jì)，各光纜廠的新應(yīng)用，新產(chǎn)品很多，下面介紹幾個有自主知識產(chǎn)權(quán)，代表中國產(chǎn)品最新技術(shù)的品種：

4.4.1 光電混合光纜，旨在解決取電困難的通信點，把電線與光纖在一根纜中結(jié)合，結(jié)構(gòu)上采用了層絞設(shè)計，但由于有電源線在其中，在結(jié)構(gòu)尺寸上變化較大，特性中也增加了電源線的部分，結(jié)構(gòu)如下：

圖十 光電混合纜代表結(jié)構(gòu)

4.4.2 雨（污）水管道光纜，旨在利用管道資源，開發(fā)新的路由，在結(jié)構(gòu)上結(jié)合了ADSS和GYTA的特質(zhì)，在應(yīng)用上采用自承式架于管道上壁，在防潮上用鋁帶保護(hù)，結(jié)構(gòu)如下：

圖十一 雨（污）水管道光纜典型結(jié)構(gòu)

4.4.3 3G室外設(shè)備連接用光纜，旨在解決BBU和RU直接連接的問題，解決了室內(nèi)設(shè)備與室外設(shè)備的一次性連接，在工廠做好連接頭后直接應(yīng)用。結(jié)構(gòu)上采用緊套結(jié)構(gòu)，外護(hù)套采用TPU材料。

圖十二 3G室外設(shè)備連接用光纜典型結(jié)構(gòu)

4.4.4 小結(jié)構(gòu)分立光纖骨架式光纜，旨在解決接入網(wǎng)小管道多芯數(shù)的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)如下：

圖十三 分立光纖骨架式光纜代表結(jié)構(gòu)

4.4.5 路面開槽光纜，旨在開槽施工方法下敷設(shè)光纜，解決某些小區(qū)水泥路面接入的問題，而有趣的是在有些國家，采用沿馬路開槽的方法敷設(shè)光纜，并有明確的施工方案。

圖十四 路面開槽光纜典型結(jié)構(gòu)

5、總結(jié)

光纜結(jié)構(gòu)變化是出于應(yīng)用的驅(qū)動，在第一個十年中是長途干線建設(shè)，光纜芯數(shù)不大，結(jié)構(gòu)相對單一，出現(xiàn)了層絞光纜，帶動了設(shè)備制造，材料制造等產(chǎn)業(yè)的開始，第二個十年中城域網(wǎng)和移動的建設(shè)，使得中國的光纜產(chǎn)業(yè)有了質(zhì)的變化，設(shè)備制造和材料都發(fā)展壯大，在第三個十年，接入網(wǎng)和3G建設(shè)蓬勃興起，三網(wǎng)融合方興未艾，上下游基本產(chǎn)業(yè)鏈已完整，光纜結(jié)構(gòu)變化多種多樣，作為一名長期從事光纜生產(chǎn)制造的技術(shù)管理人員，回顧以往的光纜技術(shù)發(fā)展路線，正如螺旋的階梯，每一個新技術(shù)都是在舊技術(shù)上煥發(fā)的新的光彩，每一個跨越式的突破都是以往積累量上的質(zhì)變。