A máquina de revestimento secundário funciona alimentando continuamente fibras ópticas com revestimento primário através de uma matriz de extrusão de precisão, onde o material termoplástico fundido é formado em um tubo tampão protetor ao redor das fibras. O processo integra controle de tensão de fibra, extrusão de camada dupla, injeção de gel tixotrópico, resfriamento em banho-maria e monitoramento dimensional em tempo real em uma única linha de produção sincronizada. O resultado final é um buffer de tubo solto dimensionalmente estável – o principal elemento estrutural da maioria dos cabos de fibra óptica usados em redes de telecomunicações em todo o mundo.
Em termos práticos, a máquina coleta fibras nuas de bobinas de desbaste em uma extremidade e entrega tubos tampão em carretel, cheios de gel e dimensionados com precisão na outra - tudo em velocidades de linha que podem atingir 300 metros por minuto em sistemas de produção de alto desempenho. Cada parâmetro, desde a temperatura de fusão até a tensão da fibra, é monitorado e ajustado em circuito fechado para garantir que cada metro de tubo atenda às mesmas especificações rigorosas.
Antes de examinar detalhadamente os subsistemas individuais, é útil compreender a máquina como um processo contínuo e linear. O material e a fibra entram na extremidade a montante e são progressivamente transformados à medida que se movem a jusante. A sequência de operações segue este fluxo lógico:
Cada uma dessas etapas é interdependente. Uma mudança na velocidade da linha no cabrestante, por exemplo, afeta simultaneamente a espessura da parede do tubo, o EFL da fibra, a taxa de preenchimento do gel e a eficiência do resfriamento – razão pela qual as máquinas modernas dependem de sistemas de controle de circuito fechado baseados em PLC, em vez de configurações ajustadas manualmente.
A precisão de trabalho de uma máquina de revestimento secundário começa com sua estrutura física. A estrutura da máquina é construída usando soldagem de chapa de aço A3 de alta tensão combinada com processamento de aço do tipo estrutural. O aço A3 (comparável ao grau Q235) oferece resistência à tração de aproximadamente 370–500 MPa, excelente soldabilidade e baixa tensão residual após usinagem – todas propriedades essenciais para uma estrutura que deve permanecer dimensionalmente estável sob cargas térmicas e mecânicas contínuas.
A estrutura deve suportar e alinhar todos os principais subsistemas – extrusoras, calhas de resfriamento, cabrestante e captadores – com precisão de frações de milímetro. Qualquer flexão ou vibração na estrutura se traduz diretamente na variação do diâmetro do tubo ou no desvio da posição da fibra dentro do tubo. Por esta razão, a estrutura de aço soldada normalmente é aliviada de tensão após a fabricação e usinada com precisão em todas as superfícies críticas de montagem antes da montagem.
Uma linha de revestimento secundário de nível de produção geralmente abrange 15 a 30 metros de comprimento total , e a estrutura deve manter o alinhamento em todo esse vão, mesmo quando os tambores da extrusora aquecem até 250–280°C e as calhas de resfriamento operam a 15–40°C em zonas adjacentes. Juntas de expansão térmica e contraventamentos rígidos são projetados no projeto da estrutura para atender a essas demandas sem comprometer a precisão posicional.
O processo começa na estação de distribuição de fibra, onde carretéis de fibra óptica com revestimento primário são montados em suportes de distribuição motorizados. Cada carretel pode carregar 20 a 25 km de fibra , e vários carretéis são carregados simultaneamente para a produção de tubos multifibras — normalmente 2, 4, 6, 8, 12 ou 24 fibras por tubo.
A tensão da fibra é um dos parâmetros mais críticos no revestimento secundário. Se a tensão for muito alta, as fibras podem ser pré-tensionadas dentro do tubo acabado, causando elevada atenuação óptica. Se a tensão for muito baixa, as fibras podem emaranhar-se ou formar voltas irregulares, levando a defeitos na geometria do tubo. A tensão operacional é normalmente definida entre 30 e 80 gramas por fibra , mantido por um sistema de feedback de braço dançarino ou retorno acionado por servo com medição de tensão em tempo real.
As fibras são direcionadas através de uma série de guias de cerâmica ou aço inoxidável que gradualmente as convergem para o espaçamento e disposição precisos necessários na entrada da matriz de extrusão. Essas guias são polidas até atingirem uma rugosidade superficial submícron para evitar qualquer arranhão no delicado revestimento primário das fibras.
O sistema de extrusão é o coração da máquina de revestimento secundário. A maioria das linhas de produção usa uma configuração de extrusora dupla para aplicar o material do tubo tampão em duas camadas distintas. No layout padrão, a extrusora de revestimento frontal é posicionada na frente da máquina e a extrusora de revestimento inferior está posicionada na parte traseira. Este arranjo permite que cada camada seja controlada de forma independente em termos de tipo de material, temperatura de fusão e taxa de rendimento.
A extrusora de revestimento facial fornece o material que forma a superfície interna do tubo tampão – a superfície em contato direto com as fibras ópticas e o gel de preenchimento. Esta camada deve ser quimicamente compatível com o composto de gel e deve apresentar uma contração muito baixa após o resfriamento para evitar a indução de tensão mecânica nas fibras. PBT (tereftalato de polibutileno) é a escolha de material predominante, oferecendo uma contração linear do molde inferior a 0,5% e uma faixa de temperatura de serviço de -40°C a 85°C.
A extrusora de revestimento facial normalmente usa um Parafuso único de 30 mm ou 45 mm de diâmetro com taxa de compressão de 2,5:1 a 3,5:1, operando em temperaturas de barril entre 200°C e 270°C. A temperatura da zona de medição é a mais rigorosamente controlada, uma vez que a viscosidade do fundido na matriz deve permanecer dentro de uma janela estreita para atingir uma espessura de parede consistente.
A extrusora de revestimento inferior aplica a camada da parede externa do tubo tampão, que determina o diâmetro externo e as propriedades mecânicas do tubo. Esta camada fornece a resistência estrutural necessária para o torcimento do cabo – o tubo deve suportar a pressão lateral do equipamento de torcer sem distorção e deve manter sua seção transversal circular após torcer em torno de um elemento de resistência central.
A espessura da camada inferior está normalmente entre 0,3 mm e 0,9 mm , dependendo dos requisitos de projeto do cabo. Em algumas configurações, o material do revestimento inferior pode ser um composto PBT modificado com estabilizadores de UV, corantes ou modificadores de impacto adicionados – permitindo a identificação de tubos com código de cores em construções de cabos multitubos sem a necessidade de uma passagem de coloração separada.
As duas correntes de fusão das extrusoras de revestimento frontal e inferior convergem em uma cabeça de matriz de coextrusão, onde são formadas concentricamente em torno do feixe de fibras. A cabeça da matriz consiste em uma ponta guia de fibra, um corpo da matriz com duas entradas de fusão e um orifício da matriz que molda o diâmetro externo do tubo acabado. O diâmetro do orifício da matriz e o comprimento do terreno determinam o diâmetro externo do tubo e a queda de pressão que impulsiona o fluxo de fusão consistente.
A concentricidade da matriz — o alinhamento do centro da ponta da matriz com o centro do orifício da matriz — deve ser mantida dentro de ±0,02 mm para evitar a excentricidade da parede. A maioria das cabeças de rosca modernas inclui parafusos de ajuste fino ou mecanismos de centralização térmica que permitem aos operadores corrigir a concentricidade durante a produção sem parar a linha.
Uma função crítica do processo de revestimento secundário é preencher o interior do tubo tampão com um composto tixotrópico bloqueador de água – comumente referido como gel de enchimento ou composto de inundação. Este gel evita que qualquer água que entre no ponto de ruptura do cabo se desloque longitudinalmente através do tubo e alcance locais sensíveis de emenda ou conector.
O sistema de enchimento de gel consiste em um tanque de armazenamento aquecido, uma bomba dosadora de precisão (geralmente uma bomba de engrenagem ou bomba de cavidade progressiva) e uma fina agulha de injeção de aço inoxidável que passa pela ponta da matriz e deposita o gel diretamente dentro do tubo de formação. A taxa de injeção do gel deve ser precisamente sincronizada com a velocidade da linha — normalmente expresso como uma relação volume por metro — para garantir o preenchimento completo sem excesso de gel que criaria contrapressão e distorceria o arranjo das fibras.
O gel de enchimento é mantido a uma temperatura elevada (normalmente 60-80°C) no tanque de armazenamento para reduzir a viscosidade para bombeamento, mas ele gelifica até um estado tixotrópico semissólido após o resfriamento no tubo acabado. Esta combinação de fluidez durante o enchimento e estabilidade em serviço é o que torna o gel tixotrópico a escolha padrão para projetos de cabos de tubo solto operando em toda a faixa ambiental de -40°C a 70°C exigida pela maioria dos padrões de telecomunicações.
Imediatamente após a matriz de extrusão, o tubo recém-formado entra no sistema de resfriamento. O resfriamento deve ser cuidadosamente controlado – uma têmpera muito rápida causa tensão superficial e possíveis rachaduras; um resfriamento muito lento permite que o tubo ceda ou se deforme antes de solidificar completamente, especialmente em altas velocidades de linha.
O sistema de resfriamento em uma linha de revestimento secundária típica consiste em vários bebedouros dispostos em série. A primeira calha (mais próxima da matriz) usa água morna a 40–60°C para iniciar o resfriamento gradual sem choque térmico. As calhas subsequentes reduzem progressivamente a temperatura da água - as calhas finais normalmente operam a 15–25°C — levar o tubo a um estado estável e totalmente solidificado antes de atingir o cabrestante.
O comprimento total da calha de resfriamento varia de 6 a 15 metros dependendo da velocidade da linha e da espessura da parede do tubo. Para uma linha de 300 m/min produzindo um tubo com diâmetro externo de 2,0 mm, o tubo passa apenas cerca de 1,5 a 3 segundos no sistema de resfriamento – o que significa que o gradiente de temperatura da água através das calhas deve ser ajustado com precisão para alcançar a solidificação adequada nesta curta janela.
Cada zona de calha tem temperatura controlada de forma independente através de um sistema de circulação de água com um trocador de calor. Os operadores podem visualizar e ajustar cada ponto de ajuste de zona a partir da IHM central, e alguns sistemas avançados incluem compensação automática de zona que ajusta a taxa de fluxo de água de resfriamento em resposta a mudanças na velocidade da linha.
Após as calhas de resfriamento, o tubo passa por um ou mais micrômetros a laser sem contato que medem seu diâmetro externo continuamente e em tempo real. Esses medidores usam triangulação a laser ou tecnologia de varredura de sombra e podem resolver diferenças de diâmetro tão pequenas quanto ±0,001 mm em velocidade total da linha.
Os dados de medição de diâmetro externo são realimentados no sistema de controle PLC, que ajusta automaticamente uma ou mais variáveis do processo para corrigir qualquer desvio do diâmetro alvo:
Esse circuito de feedback de circuito fechado normalmente opera com um tempo de resposta inferior a um segundo, permitindo que o sistema compense variações de viscosidade da matéria-prima, alterações de temperatura ambiente ou pequenas flutuações mecânicas sem intervenção do operador. Os sistemas modernos mantêm o diâmetro externo do tubo dentro de ±0,03 mm do alvo em toda uma produção de 25 km ou mais.
Além da medição de diâmetro externo, algumas linhas avançadas incorporam medição de excentricidade (uniformidade da espessura da parede) usando medidores rotativos ou sistemas de raios X, e detecção de posição de fibra usando sensores ópticos em linha que verificam se as fibras estão centralizadas dentro do tubo em vez de deslocadas para um lado.
O cabrestante é o elemento que controla a velocidade de toda a linha. Consiste em uma ou mais rodas ou correias motorizadas que seguram o tubo resfriado e o puxam através da máquina a uma velocidade constante e controlada com precisão. Como a velocidade do cabrestante determina a rapidez com que o material é retirado da matriz de extrusão, ela controla diretamente o diâmetro externo do tubo (através da taxa de estiramento) e o comprimento do excesso de fibra dentro do tubo.
O comprimento excessivo da fibra (EFL) é definido como a porcentagem pela qual o comprimento da fibra dentro de um determinado comprimento do tubo excede o próprio comprimento do tubo. Por exemplo, um EFL de 0,3% significa que para cada 1.000 metros de tubo, a fibra interna tem 1.003 metros de comprimento. Este pequeno excedente de fibra é essencial: permite que o cabo sustente cargas de tração sem que as próprias fibras sofram deformação, o que aumentaria a atenuação óptica.
EFL é definido pela relação entre a velocidade de retorno da fibra e a velocidade do cabrestante:
Os valores EFL para cabos de tubo solto padrão normalmente ficam entre 0,2% e 0,5% , com tolerâncias mais rigorosas exigidas para cabos destinados a aplicações de enterramento direto ou submarinas, onde os ciclos térmicos e as cargas mecânicas são mais severos.
Todos os subsistemas descritos acima - tensão de retorno, temperatura e velocidade da extrusora, taxa da bomba de gel, temperatura da água de resfriamento, feedback do medidor OD e velocidade do cabrestante - são coordenados por um sistema central de controlador lógico programável (PLC). O operador interage com este sistema através de uma IHM (Interface Homem-Máquina) touchscreen que exibe dados do processo em tempo real, condições de alarme e gráficos de tendências.
As principais funções de controle do PLC incluem:
Os sistemas avançados também podem ser integrados com MES (Manufacturing Execution Systems) de nível de fábrica para relatar volumes de produção, consumo de materiais e dados de qualidade em tempo real para o software de gerenciamento de fábrica.
Compreender como os principais parâmetros do processo interagem é essencial para operadores que precisam solucionar problemas de qualidade ou otimizar a eficiência da produção. A tabela abaixo resume as relações parâmetro-saída mais importantes:
| Parâmetro do Processo | Se for muito alto | Se for muito baixo | Faixa alvo (típica) |
|---|---|---|---|
| Temperatura do barril da extrusora | Degradação do polímero, descoloração | Alta pressão de fusão, rugosidade superficial | 200–280°C (PBT) |
| Velocidade da linha do cabrestante | Parede fina, diâmetro externo reduzido, baixo EFL | Parede espessa, alto diâmetro externo, excesso de EFL | 40–300m/min |
| Tensão de retorno da fibra | Pré-estresse de fibra, aumento de atenuação | Emaranhamento de fibras, deformação do tubo | 30–80 g por fibra |
| Taxa de injeção de gel | Contrapressão, deslocamento de fibra | Preenchimento incompleto, risco de entrada de umidade | Sincronizado com a velocidade da linha (ml/m) |
| Temperatura da água de resfriamento | Solidificação incompleta, queda do tubo | Choque térmico, fissuras superficiais | 15–60°C (zonas graduadas) |
| Velocidade de rotação do parafuso | Superaquecimento, degradação por fusão | Taxa de transferência inadequada, queda de OD | 10–120 RPM |
Os operadores que entendem profundamente essas interações podem resolver a maioria dos desvios de qualidade ajustando um único parâmetro, em vez de fazer várias alterações simultaneamente – que é o caminho mais rápido para restaurar a produção estável e dentro das especificações.
A etapa final do processo de revestimento secundário é enrolar o tubo tampão acabado em bobinas de captação para armazenamento e processamento posterior. O sistema de captação deve aplicar uma tensão controlada e consistente ao tubo durante o enrolamento para evitar deformação ou tensão na fibra devido à pressão irregular do carretel.
O mecanismo transversal na bobina de captação coloca o tubo em camadas uniformes e sobrepostas ao longo da largura do flange da bobina, evitando quaisquer pontos de pressão localizados que possam recortar a parede do tubo e alterar a geometria das fibras internas. A capacidade da bobina normalmente varia de 2 km a 25 km do tubo acabado dependendo do diâmetro do tubo e do tamanho da bobina.
Quando uma bobina está cheia, a máquina realiza uma troca de bobina – manual ou automaticamente. Durante esta breve troca, um pedaço de tubo que não pode ser enrolado na bobina completa ou na nova é normalmente cortado e descartado como uma peça de transição de produção. Minimizar o comprimento de transição de troca é uma métrica de eficiência importante para fabricantes de cabos de alto volume, pois afeta diretamente o rendimento do material por bobina.
Cada bobina concluída é etiquetada com dados de produção – especificação do tubo, comprimento da bobina, data de produção e registro de medição de diâmetro externo – e transferida para a área de torção, onde vários tubos tampão serão montados em torno de um membro de resistência central para formar o cabo de fibra óptica completo.
A sequência de trabalho de um máquina de revestimento secundário não se limita à produção em estado estacionário – as fases de arranque e paragem são igualmente importantes e requerem atenção sistemática para evitar a geração de sucata e danos nos equipamentos.
Mesmo as linhas de revestimento secundário bem conservadas enfrentam desafios operacionais recorrentes. Compreender as causas profundas dos problemas mais comuns permite que as equipes de produção os resolvam com eficiência.
Contate-nos
Produtos recomendados
Vamos entrar
Tocar
Yitong Environmental Technology (Nantong) Co., Ltd é um fabricante especializado em equipamentos de impregnação.
Conversamos
Contate-nos
Phone: +86-19555016088
Email: [email protected]
Add：Sul da Estrada Haiyan, Oeste da Estrada Nanhai, Zona de Demonstração de Desenvolvimento Conjunto Rio Yangtze da Baía de Tongzhou, Jiangsu, China
