一、引言 当今,人们已经进入信息化时代,高速宽带网络在我们的工作生活中已经扮演着越来越重要的角色。放眼全球,世界各国都在致力于宽带网络发展,全球宽带网络建设正进入前所未有的高速发展阶段。在这样的大环境下,我国政府从国家战略高度出发,出台了一系列宽带战略激励政策,把发展新一代信息技术定位为国家战略性新兴产业和国民经济支柱产业。全光网络可提供更大的带宽,具备突出的应用业务承载能力,构建全光网络已是大势所趋。光纤到户(FTTH)是宽带接入的最终形式,是当今世界宽带网络发展的主流方向,是实现“三网融合”的基本保证,是解决最后1千米宽带瓶颈的最好方式。 FTTH的发展让光纤离我们越来越近。在整个FTTH宽带网络中,入户光缆是最靠近用户的部分,因此其布线环节也是最为复杂的,所要考虑的因素较多。既要保证线路安全、可靠,又要兼顾室内美观,同时还要考虑施工方便。传统的室内光缆在弯曲性能、抗拉性能、方便布线、便于接头等方面都不能满足现阶段FTTH工程的要求。蝶形引入光缆是一种新型结构光缆,它的诞生弥补了传统室内光缆的不足。由于蝶形引入光缆有着其他结构光缆无可比拟的优点,自问世以来即得到国内外通信运营商的青睐,并广泛应用于世界各地的FTTH接入网中。世界上,FTTH发展最好、普及率最高的日本和韩国,在FTTH接入网中都是采用KFRP加强芯的蝶形引入光缆。我国以武汉长飞、上海长飞为代表的国内光缆骨干企业,为顺应国内外市场的需求,从2006年开始,就研制并生产蝶形引入光缆。2009年中国通信标准化协会制定了《接入网用蝶形引入光缆》的行业标准,肯定了蝶形引入光缆这种新颖结构形式在宽带接入网中的应用价值。 二、蝶形引入光缆的介绍 蝶形引入光缆又称皮线光缆,因截面呈蝴蝶形而得名。蝶形引入光缆结构非常简单,但不失它作为室内光缆所应有的特点。蝶形引入光缆横截面呈蝴蝶形,光纤位于蝴蝶形的几何中心,在光纤两侧对称设置两根KFRP加强芯,光缆两侧面中间布有V型槽。 图1 接入网用蝶形引入光缆的结构 蝶形引入光缆的特点: 1、结构紧凑,外形呈扁平状并且尺寸甚小(2.0mmX3.0mm),更适宜在室内布放。 2、在小型化结构的基础上,更好的实现了柔软性和轻便性。光缆更适宜在小弯曲、小空间场合布放。 3、两根加强芯的设置,使光缆具有更好的抗拉性能。 4、两侧面独特的V型槽结构设计,使光缆具有更好的抗侧压性能。光缆侧压受力主要由加强件承担,中间光纤基本不受力,因此可承受超过10000N/10cm的压力,光纤衰减无明显变化。 5、采用紧包结构,在保证各项性能的前提下,更能有效减少光缆尺寸和重量,降低制造成本。 6、独特的扁平结构更容易实现现场的成端和对接,有利于降低安装和接续成本。 7、两侧面V型槽处理,使光缆开剥接续更加方便。 8、光纤干式结构,接续过程中无需擦拭纤膏,更加符合环保要求。 9、光缆结构紧凑小巧,符合小型化要求,穿管布线时,更能有效地利用现有管道资源。 10、光缆内没有油膏并具备一定的抗拉性能,更适合于楼宇内的综合布线。 随着光纤向用户端的不断延伸,为满足不同的用途和要求,拓展蝶形引入光缆的使用范围,光缆厂商在蝶形引入光缆的基础上,又开发出了蝶形引入光缆的衍生产品,最典型的结构当属自承式蝶形引入光缆。 图2 自承式蝶形引入光缆的结构 自承式蝶形引入光缆的结构就是在蝶形引入光缆的基础上,增加了一根金属吊线单元。其特点是:光缆既能用于户外又能用于室内。在户外,蝶形引入光缆可以架空方式敷设。入户前将金属吊线单元剪断,固定在专用固定器上,剩余剥离了金属吊线的光缆就以蝶形引入光缆的形式引入室内。其好处是传承了蝶形引入光缆在室内布线的所有优势,同时减少了室外光缆和室内光缆之间的接续环节,既节省了施工成本,又提高了光缆的可靠性。还有,管道蝶形引入光缆也有着类似的效果,它在户外是以管道方式敷设。 经过多年来的使用,蝶形引入光缆在FTTH接入网中的优势已经得到了充分 体现,其制造技术和相关配套技术已相当成熟,就现阶段来说,蝶形引入光缆是FTTH入户光缆的最佳选择。 三、KFRP加强芯及其特点 蝶形引入光缆作为入户光缆在多数情况下是敷设于室内,由于室内光缆面对的敷设环境较复杂,敷设时会遇到许多拐角和角落,这就对蝶形引入光缆中使用的加强芯提出了较高的要求。蝶形引入光缆用加强芯的发展经历了钢丝加强芯、GFRP加强芯、KFRP加强芯三个阶段。从国内外使用结果来看,KFRP无疑是最好的,这是KFRP加强芯的材料特性所决定的。和其他加强芯相比,KFRP加强芯有如下优点: 1、KFRP加强芯柔软性好,有着超小的最小弯曲半径。以Φ0.5mm的KFRP加强芯为例,其最小弯曲半径小于5mm,在弯曲性能上已经优于G657弯曲不敏感光纤(G657光纤的许可弯曲半径可达到7.5mm)。也就是说,用KFRP加强芯制成的蝶形引入光缆在光纤允许的弯曲半径范围内,无需考虑KFRP加强芯会发生折断情况,这就使光纤的弯曲特性得以充分保留,特别适合于光缆在室内沿踢脚线、墙角布放。 2、KFRP加强芯密度小,比强度和比模量来得更高。用KFRP加强芯制成的蝶形引入光缆重量较轻,各项机械性能指标完全满足蝶形引入光缆行业标准及中国电信、中国联通招标文件的要求。KFRP材料的可设计性赋予了加强芯可以具有不同的机械性能,以满足不同客户的特殊性要求。 表1 几种KFRP加强芯的机械性能 测试项目 | 单位 | φ0.50xφ0.58 | φ0.51xφ0.58 | φ0.56xφ0.62 | φ0.62xφ0.66 | 拉断力 | N | 340.00 | 360.00 | 445.00 | 540.00 | 拉伸强度 | Mpa | 1720 | 1830 | 1800 | 1790 | 拉伸弹性模量 | Gpa | 52-53 | 65-68 | 65-70 | 65-67 | 最小弯曲半径 | mm | R 3 | R 5 | R 5 | R 7 | FASE-0.2 | N | 20-22 | 26-28 | 33-36 | 35-38 | FASE-0.4 | N | 41-43 | 51-54 | 66-70 | 72-76 | 增强材料 | — | K29 | K49 | K49 | K49 |
3、KFRP加强芯在意外情况下发生折断后,其拉伸强度仍然保持在1400Mpa以上,模量则维持不变。用KFRP加强芯制成的蝶形引入光缆,如因施工不当造成KFRP加强芯折断,加强芯不会刺破护套伤及光纤。 表2 KFRP加强芯折断前后机械性能对比 测试项目 | 单位 | 测试方法 | 测试结果 | 折断前 | 折断后 | 拉断力 | N | ASTM D3916 | 350 | 280 | 拉伸强度 | Mpa | ASTM D3916 | 1786 | 1427 | 拉伸弹性模量 | Gpa | ASTM D3916 | 72.05 | 71.92 | 断裂伸长率 | % | ASTM D3916 | 2.25 | 1.8 | * 样品规格为φ0.5mm |
4、KFRP加强芯在本体表面涂覆有粘结树脂,成缆后KFRP加强芯和光缆外护套紧密粘合,使KFRP加强芯的抗拉能力能得到充分发挥。KFRP加强芯和光缆护套间的剥离力大于25N/cm。 5、KFRP加强芯不仅具有很好的柔韧性,而且还有一定的刚性。其分列光纤两侧,在光缆弯曲时,能很好地保护光纤不被弯断。光缆在穿管敷设时,不仅可采用牵引方式,还可采用推入方式。 6、KFRP加强芯是非金属材料,采用KFRP加强芯可制成全介质结构的蝶形引入光缆。由于是全非金属结构,光缆具备优越的防雷击性能,使用中可有效避免引雷入室的可能,特别适用于从户外直接引入户内的场合。 7、KFRP加强芯不含有害物质,用KFRP加强芯制成的光缆能满足RoHS指令所规定的要求。 使用GFRP加强芯可能存在的风险: 1、GFRP加强芯为玻璃纤维材质,属于脆性材料,柔软性较差,最小弯曲半径远大于KFRP加强芯,布线时若发生光缆折弯,GFRP加强芯极易折断,会导致光缆中的光纤弯曲角度过大而严重影响光纤的使用寿命。 2、GFRP加强芯不比KFRP加强芯,一旦发生折断,材料的抗拉强度会消失殆尽。更为严重的是折断的GFRP加强芯的毛刺会刺破护套损伤到光纤。 3、GFRP加强芯的抗拉强度和模量都较KFRP加强芯低,用GFRP加强芯制成的蝶形引入光缆根本满足不了蝶形引入光缆行业标准规定的机械性能要求。 表3 非金属加强芯机械性能对比 测试项目 | 单位 | 测试方法 | KFRP | GFRP | 拉伸强度 | Mpa | ASTM D3916 | ≥1700 | ≥1100 | 拉伸弹性模量 | Gpa | ASTM D3916 | ≥52 | ≥50 | 最小弯曲半径 | mm | YD/T 1181.3 | 10D | 40D | 直径0.5mm |
基于以上的原因,GFRP加强芯是不适宜用于FTTH的蝶形引入光缆。 使用钢丝加强芯可能存在的风险: 1、钢丝加强芯材质较硬,弯曲后存在回弹倾向,当光缆遇到小弯曲布放时,由于受到钢丝回弹的影响,光缆护套较容易受损,光纤更容易受到侧向的附加应力。 2、钢丝加强芯的自直性较差,光缆在弯曲后不易恢复,光纤容易受到损伤。在施工和敷设过程中,光缆容易发生打扭现象,这会使光纤遭受暗伤,影响光缆的质量和使用寿命。 3、钢丝加强芯属于金属材质,存在较强的导电性,容易受到电磁干扰和雷电袭击。我国的南方地区是雷电的重灾区,其受雷电灾害的程度和频度已经名列世界前茅。每年因遭受雷电袭击而导致通信线路损毁的现象多有发生,给国家和人民生命财产带来了重大损失。提高敷设于多雷电地区的通信光缆特别是引入光缆的抗雷击性能一直是业界关注的热点。光缆中的光纤是非金属材料,就光纤本身而言,是不会受电磁干扰,也不会受到雷电的袭击,可以不考虑雷电灾害的影响。但是光缆中放入金属加强芯后,光缆就不具有防雷击性能。一旦遭受雷击,金属加强芯还会引雷入室,烧毁入户端的终端设备。 因此,从光缆防雷击性能要求上来说,蝶形引入光缆是不能使用金属加强芯的。世界上,像日本、韩国这些FTTH开展较成熟的国家,在蝶形引入光缆中均不采用钢丝而是采用KFRP作为加强芯,这主要是基于光缆的安全性考虑。实践证明,采用全介质结构的蝶形引入光缆,实现全非金属入户才是FTTH最安全、最可靠的选择。 四、结束语 KFRP光缆加强芯有着卓越的性能,在国外,蝶形引入光缆的加强芯几乎都采用KFRP材料。在国内,通过对加强芯一段时间来使用情况的总结,现在运营商对采用KFRP加强芯已经达成统一的认识。我们很高兴地看到,在最近的中国电信和中国联通的蝶形引入光缆集中采购的招标文件中,越来越强调使用KFRP加强芯。为了规范KFRP加强芯的生产和使用,中国通信标准化协会在2009年就委托武汉邮科院负责编制KFRP光缆加强芯的产品标准(YD/T 1181.3-2011)。我公司作为附议单位,有幸参与了该标准的编制。当前,随着“宽带中国”战略实施方案的即将出台,我国的FTTH发展已进入实质性阶段,KFRP加强芯的国内需求出现了爆发性增长,市场前景一片看好。上海晓宝愿意和业界同仁一起,不断创新,锐意进取,为发展我国的光通信事业,为实施“宽带中国”战略而努力。
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