Máy phủ thứ cấp là gì?

A máy sơn thứ cấp là một thiết bị công nghiệp chuyên dụng được sử dụng trong quy trình sản xuất cáp quang để áp dụng lớp polymer bảo vệ - được gọi là lớp phủ thứ cấp hoặc ống lỏng - trên sợi quang hoặc dải băng sợi. Lớp này che chắn các sợi thủy tinh mỏng manh khỏi ứng suất cơ học, độ ẩm và tác hại của môi trường. , khiến nó trở thành một trong những giai đoạn quan trọng nhất trong việc sản xuất cáp quang đáng tin cậy. Nói tóm lại, máy phủ thứ cấp biến các sợi trần mỏng manh thành các bộ phận cáp bền, có thể triển khai, sẵn sàng để bọc và lắp đặt thêm.

Ngoài khả năng bảo vệ đơn giản, quy trình phủ thứ cấp còn kiểm soát chính xác đường kính ống đệm, độ dày thành và mật độ làm đầy gel — tất cả đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền quang của cáp và độ bền lâu dài khi hoạt động tại hiện trường.

Chức năng và vai trò cốt lõi trong sản xuất cáp quang

Trong dây chuyền sản xuất cáp quang thông thường, sợi quang trần trước tiên phải trải qua lớp phủ sơ cấp (lớp phủ acrylate phủ trực tiếp lên kính) rồi mới chuyển sang giai đoạn phủ thứ cấp. Máy phủ thứ cấp ép đùn vật liệu nhựa nhiệt dẻo - phổ biến nhất là PBT (polybutylene terephthalate), PP (polypropylene) hoặc HDPE (polyethylene mật độ cao) - xung quanh một hoặc nhiều sợi để tạo thành ống đệm.

Quá trình này thường bao gồm ba hoạt động đồng thời:

• Kiểm soát độ căng và hoàn trả sợi để duy trì vị trí sợi ổn định trong ống
• Tiêm gel hoặc hợp chất thixotropic để làm đầy ống và ngăn nước xâm nhập
• Đùn và làm mát để tạo thành và củng cố ống đệm bên ngoài

Kết quả là tạo ra một bộ đệm ống lỏng — khối xây dựng cơ bản được sử dụng trong các thiết kế cáp sợi bện, lõi có rãnh và cáp sợi ruy băng được triển khai trong các mạng viễn thông trên toàn thế giới.

Khung máy và thiết kế kết cấu

Tính toàn vẹn về cấu trúc của máy phủ thứ cấp là nền tảng cho quá trình sản xuất chính xác. Khung máy thường được chế tạo bằng phương pháp hàn thép tấm A3 cường độ cao kết hợp gia công thép kết cấu (loại thép) , đảm bảo toàn bộ nền tảng vẫn cứng cáp và không rung ngay cả khi vận hành liên tục ở tốc độ cao.

Thép A3 (tương đương Q235 theo tiêu chuẩn Trung Quốc) có khả năng hàn tuyệt vời, độ bền kéo vừa phải (thường là 370–500 MPa) và độ dẻo tốt - khiến nó trở thành vật liệu cơ bản lý tưởng cho khung máy móc công nghiệp nặng. Khung được hàn và gia công có khả năng chống uốn và biến dạng nhiệt, điều này rất quan trọng để duy trì dung sai căn chỉnh ở mức ± 0,01 mm trên hệ thống khuôn ép đùn và máng làm mát.

Thiết kế khung chắc chắn cũng chịu được trọng lượng và độ rung của:

• Cuộn thu hồi sợi công suất lớn (thường chứa 25 km sợi trở lên trên mỗi cuộn)
• Thùng máy đùn và cụm vít (đường kính vít thường là 30–60 mm)
• Nhiều máng nước làm mát, thường có tổng chiều dài từ 6–10 mét
• Hệ thống trục và trục cuốn chạy ở tốc độ lên tới 300 m/phút

Cấu trúc lớp phủ: Lớp phủ mặt và lớp phủ đáy

Một trong những đặc điểm cấu trúc xác định của máy phủ thứ cấp là cấu hình lớp phủ hai lớp của nó. Trong thiết lập tiêu chuẩn, lớp phủ mặt được đặt ở phía trước máy và lớp phủ phía dưới được đặt ở phía sau. Sự sắp xếp này đảm bảo rằng lớp phủ được áp dụng theo trình tự phân lớp, chính xác để tạo nên thành ống đệm một cách đồng đều và không bị tách lớp.

Lớp phủ mặt (Vị trí phía trước)

Lớp phủ mặt tạo thành bề mặt bên trong của ống đệm tiếp xúc với sợi quang hoặc hợp chất làm đầy gel. Lớp này phải trơ về mặt hóa học đối với gel làm đầy thixotropic và không được gây ra ứng suất uốn vi mô lên sợi. Các vật liệu như PBT thường được sử dụng ở đây do tốc độ co thấp và độ ổn định kích thước tuyệt vời - PBT thường có độ co tuyến tính dưới 0,5% sau khi làm mát, điều này rất cần thiết để duy trì chiều dài sợi vượt quá yêu cầu (EFL) bên trong ống.

Lớp phủ đáy (Vị trí phía sau)

Lớp phủ phía dưới tạo thành bức tường bảo vệ bên ngoài của ống đệm và cung cấp các đặc tính cơ học cần thiết cho việc mắc kẹt và lắp đặt cáp. Lớp này có thể sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo tương tự hoặc tương thích và phải liên kết liền mạch với lớp phủ mặt. Độ dày thành của lớp phủ đáy được kiểm soát chính xác — thường từ 0,3 mm đến 0,9 mm — tùy thuộc vào thông số thiết kế cáp và môi trường triển khai dự định (ví dụ: trên không, chôn trực tiếp hoặc lắp đặt ống dẫn).

Sự sắp xếp từ trước ra sau của hai lớp phủ này cho phép mỗi đầu máy đùn được điều chỉnh riêng về mặt nhiệt độ, áp suất nóng chảy và thông lượng vật liệu, giúp nhà sản xuất kiểm soát chi tiết hình dạng ống và hiệu suất cơ học.

Các thành phần chính của máy phủ thứ cấp

Một dây chuyền phủ thứ cấp hoàn chỉnh bao gồm nhiều hệ thống con tích hợp. Việc hiểu rõ từng thành phần giúp nhà sản xuất tối ưu hóa hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Máy móc hiện đại còn tích hợp một Hệ thống điều khiển dựa trên PLC điều phối tất cả các hệ thống con trong thời gian thực, cho phép phản hồi vòng kín giữa số đọc của máy đo OD và tốc độ trục vít máy đùn hoặc vận tốc trục vít để tự động duy trì dung sai kích thước trong suốt quá trình sản xuất.

Thông số kỹ thuật và thông số hiệu suất

Máy phủ thứ cấp có công suất khác nhau đáng kể tùy thuộc vào ứng dụng dự định và khối lượng sản xuất. Dưới đây là các thông số kỹ thuật tiêu biểu cho các máy có công suất từ trung bình đến cao sử dụng trong các nhà máy cáp quang thương mại:

• Tốc độ đường truyền: 40–300 m/phút (model tốc độ cao được tối ưu hóa cho sản xuất hàng loạt)
• Số lượng sợi trên mỗi ống: 1 đến 24 sợi (các mẫu có khả năng ruy băng hỗ trợ tối đa ruy băng 12 sợi)
• Phạm vi OD của ống đệm: 1,0 mm đến 4,0 mm
• Kiểm soát độ dày của tường: ±0,05 mm hoặc cao hơn
• Đường kính trục vít máy đùn: 30 mm, 45 mm hoặc 60 mm tùy theo yêu cầu thông lượng
• Vật liệu tương thích: Hợp chất PBT, PP, HDPE, LSZH
• Tiêu thụ điện năng: thường là 30–80 kW cho toàn bộ đường dây
• Dấu chân máy: chiều dài khoảng 15–30 mét tùy thuộc vào cấu hình máng làm mát

Chiều dài sợi vượt quá (EFL) bên trong ống - một thông số quan trọng xác định mức độ cáp xử lý tải kéo mà không làm căng sợi - thường được đặt trong khoảng 0,2% và 0,5% và được kiểm soát bởi tỷ lệ giữa tốc độ xuất quang và tốc độ đường truyền giới hạn.

Các loại máy phủ thứ cấp

Các thiết kế cáp khác nhau yêu cầu cấu hình máy phủ thứ cấp khác nhau. Ba loại chính là:

Dây chuyền sơn thứ cấp ống đơn

Sản xuất mỗi lần một ống đệm và phù hợp cho các hoạt động sản xuất nhỏ hơn hoặc các loại cáp đặc biệt. Những máy này vận hành và bảo trì đơn giản hơn, với chi phí đầu tư thường dao động từ 80.000 USD đến 200.000 USD cho một dây chuyền hoàn chỉnh.

Dây chuyền sơn thứ cấp nhiều ống

Có khả năng sản xuất song song nhiều ống đồng thời, tăng năng suất đáng kể. Các nhà sản xuất cáp khối lượng lớn triển khai hàng triệu km sợi quang mỗi năm thường dựa vào các đường dây nhiều ống để đáp ứng mục tiêu sản xuất mà không cần tăng tỷ lệ diện tích sàn hoặc nhân công.

Dây chuyền sơn thứ cấp sợi Ribbon

Được thiết kế đặc biệt để phủ các chồng sợi ruy băng phẳng (4, 8 hoặc 12 ruy băng sợi) thay vì các sợi rời riêng lẻ. Đầu khuôn và hệ thống làm mát được sửa đổi để phù hợp với hình dạng phẳng của ruy băng và việc kiểm soát EFL đặc biệt quan trọng để tránh hiện tượng vênh ruy băng hoặc căng thẳng của sợi bên trong ống.

Quy trình phủ lớp thứ cấp từng bước

Hiểu rõ quy trình sản xuất giúp người vận hành khắc phục các vấn đề về chất lượng và tối ưu hóa cài đặt máy. Đây là trình tự tiêu chuẩn cho một lần chạy lớp phủ thứ cấp điển hình:

1. Tải chất xơ: Các sợi quang được phủ sơ cấp được tải vào các cuộn thanh xuất. Độ căng của sợi được đặt theo số lượng sợi trên mỗi ống và vật liệu được ép đùn.
2. Luồng và căn chỉnh: Các sợi được luồn qua thanh dẫn sợi, đầu khuôn và thân khuôn. Việc định tâm thích hợp các sợi trong khuôn là rất quan trọng để đạt được độ dày thành đồng đều.
3. Máy đùn làm nóng trước: Các vùng thùng máy đùn được tăng nhiệt độ vận hành - đối với PBT, điều này thường có nghĩa là cấu hình nhiệt độ từ 200°C (vùng cấp liệu) đến 260°C (vùng khuôn). Thời gian khởi động thường là 30–60 phút.
4. Sơn lót hệ thống gel: Hợp chất làm đầy thixotropic được làm nóng và mồi qua kim tiêm cho đến khi nó chảy ổn định, đảm bảo không có túi khí trong dòng gel.
5. Khởi động và tăng tốc: Dây chuyền bắt đầu ở tốc độ thấp (10–20 m/phút) trong khi đường kính ngoài của ống, độ dày thành và vị trí sợi được xác minh. Tốc độ được tăng dần đến tốc độ sản xuất mục tiêu.
6. Sản xuất ở trạng thái ổn định: Hệ thống điều khiển PLC giám sát OD theo thời gian thực và thực hiện các điều chỉnh vi mô để duy trì kích thước ống theo thông số kỹ thuật. Người vận hành giám sát quá trình thông qua màn hình HMI và lấy mẫu thủ công định kỳ.
7. Chuyển đổi ống chỉ: Khi ống cuộn nạp đầy, dây chuyền sẽ thực hiện chuyển đổi tự động hoặc bán tự động, cắt ống và chuyển sang ống cuộn mới với tổn thất sản xuất ở mức tối thiểu.

Kiểm soát chất lượng trong lớp phủ thứ cấp

Chất lượng của lớp phủ thứ cấp được đo lường dựa trên cả tiêu chuẩn về kích thước và tiêu chuẩn hiệu suất quang học. Các thông số chất lượng chính bao gồm đường kính ngoài (OD), đường kính trong (ID), độ lệch tâm độ dày thành, mức độ lấp đầy gel và EFL. Chúng phải tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60794-1 và ITU-T G.652 cho cáp thành phẩm.

Các khiếm khuyết về chất lượng thường gặp và nguyên nhân gốc rễ của chúng bao gồm:

• Sự thay đổi đường kính ống: Thường xảy ra do tốc độ đường ống dao động, áp suất không ổn định hoặc sự thay đổi nhiệt độ nước làm mát.
• Độ lệch tâm của tường: Kết quả từ sự sai lệch của sợi trong khuôn hoặc sự phân bổ nhiệt không đồng đều trên đầu khuôn.
• Đổ đầy gel không đủ: Nguyên nhân là do lỗi hiệu chỉnh bơm gel hoặc có không khí lọt vào hệ thống cung cấp gel, dẫn đến lỗi chặn nước khi vận hành.
• Oằn sợi hoặc EFL cao: Xảy ra khi tốc độ phát quang quá cao so với tốc độ đường truyền, làm tăng độ suy giảm trên các đoạn cáp được triển khai.
• Độ nhám bề mặt hoặc lỗ kim: Điển hình là dấu hiệu của sự ô nhiễm độ ẩm trong thức ăn viên hoặc vùng nhiệt độ máy đùn không phù hợp.

Các ống thành phẩm được lấy mẫu thường xuyên để kiểm tra độ bền kéo (thường được kiểm tra ở mức tối thiểu 100 N/100 mm), khả năng chống va đập và xác minh độ suy giảm quang học ở bước sóng 1310 nm và 1550 nm.

Ứng dụng và mức độ liên quan của ngành

Máy phủ thứ cấp là không thể thiếu trong việc sản xuất hầu hết mọi loại cáp quang được sử dụng trong cơ sở hạ tầng viễn thông hiện đại. Các lĩnh vực ứng dụng chính bao gồm:

• Cáp trung kế viễn thông: Cáp có số lượng sợi cao (144 đến 1728 sợi) được sử dụng trong mạng lưới đường dài và tàu điện ngầm dựa vào các ống lỏng được phủ thứ cấp chính xác để bảo vệ sợi và hiệu suất của cáp.
• Cáp FTTH (Fiber to the Home): Cáp thả và cáp phân phối cho các kết nối chặng cuối yêu cầu sản xuất ống lỏng ổn định, chi phí thấp ở tốc độ cao.
• Bộ cấp cáp ngầm dưới biển: Các ống PBT hiệu suất cao được sử dụng trong hệ thống cáp ngầm phải đáp ứng dung sai kích thước cực kỳ chặt chẽ nên thiết bị phủ thứ cấp tiên tiến là điều cần thiết.
• Cáp công nghiệp và quân sự: Cáp bền chắc dành cho môi trường khắc nghiệt thường sử dụng vật liệu phủ thứ cấp hợp chất đặc biệt được xử lý trên cùng loại máy với cấu hình khuôn tùy chỉnh.

Việc triển khai cáp quang toàn cầu tiếp tục mở rộng nhanh chóng, được thúc đẩy bởi việc triển khai 5G, xây dựng trung tâm dữ liệu siêu quy mô và các sáng kiến ​​băng thông rộng quốc gia. Các nhà phân tích trong ngành dự đoán thị trường cáp quang toàn cầu sẽ vượt 20 tỷ USD vào năm 2027 , điều này trực tiếp thúc đẩy nhu cầu bền vững về thiết bị phủ thứ cấp tiên tiến có khả năng sản xuất cao và chất lượng ổn định.

Thực hành tốt nhất về bảo trì và vận hành

Việc bảo trì đúng cách máy phủ thứ cấp sẽ đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định và tối đa hóa thời gian hoạt động của máy. Các phương pháp bảo trì chính bao gồm:

Bảo trì hàng ngày

• Làm sạch khuôn ép đùn và phần đầu của polyme còn sót lại sau mỗi lần sản xuất
• Kiểm tra và nạp đầy bình chứa hợp chất làm đầy gel
• Kiểm tra tốc độ dòng nước làm mát và nhiệt độ ở từng vùng máng
• Kiểm tra hiệu chuẩn máy đo OD bằng các tiêu chuẩn tham khảo

Bảo trì định kỳ (Hàng tháng/Quý)

• Tháo rời và làm sạch hoàn toàn vít và thùng máy đùn bằng hợp chất tẩy rửa
• Kiểm tra độ mòn của các cánh vít và lỗ khoan thùng; thay thế khi khe hở vượt quá 0,15 mm
• Bôi trơn vòng bi trục và xích dẫn động theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất
• Hiệu chỉnh lại bộ điều khiển lực căng và xác minh các thông số điều khiển PLC so với cài đặt gốc

Người vận hành cũng nên tiến hành kiểm tra toàn bộ quy trình bất cứ khi nào lô nguyên liệu thô thay đổi, vì ngay cả những thay đổi nhỏ về độ nhớt của viên PBT (MFI - Chỉ số dòng chảy nóng chảy) cũng có thể yêu cầu điều chỉnh cấu hình nhiệt độ và tốc độ trục vít để duy trì độ ổn định kích thước của ống.