A 보조 코팅 기계 정밀 압출 다이를 통해 1차 코팅된 광섬유를 연속적으로 공급하여 작동합니다. 여기서 용융된 열가소성 재료가 섬유 주변의 보호 버퍼 튜브로 형성됩니다. 이 프로세스는 섬유 장력 제어, 이중층 압출, 요변성 젤 주입, 수조 냉각 및 실시간 치수 모니터링을 단일 동기화된 생산 라인에 통합합니다. 완성된 출력물은 전 세계 통신 네트워크에 사용되는 대부분의 광섬유 케이블의 핵심 구조 요소인 치수가 안정적인 느슨한 튜브 버퍼입니다.
실제적인 측면에서 기계는 한쪽 끝에서 페이오프 릴의 순수 섬유를 가져와 다른 쪽 끝에서 감아서 젤로 채워진 정밀한 치수의 버퍼 튜브를 전달합니다. 이 모든 작업은 분당 300미터 고성능 생산 시스템을 기반으로 합니다. 용융 온도부터 섬유 장력까지 모든 매개변수를 폐쇄 루프 방식으로 모니터링하고 조정하여 튜브의 각 미터가 동일한 엄격한 사양을 충족하는지 확인합니다.
개별 하위 시스템을 자세히 조사하기 전에 기계를 연속적이고 선형적인 프로세스로 이해하는 것이 도움이 됩니다. 재료와 섬유는 상류 끝으로 들어가고 하류로 이동하면서 점진적으로 변형됩니다. 작업 순서는 다음 논리적 흐름을 따릅니다.
이러한 각 단계는 상호의존적입니다. 예를 들어 캡스턴의 라인 속도 변화는 튜브 벽 두께, 섬유 EFL, 젤 충전 비율 및 냉각 효율성에 동시에 영향을 미칩니다. 이것이 바로 현대 기계가 수동으로 조정된 설정이 아닌 PLC 기반 폐쇄 루프 제어 시스템에 의존하는 이유입니다.
2차 코팅기의 작업 정확도는 물리적 구조에서 시작됩니다. 기계 프레임은 구조용 강철 가공과 결합된 고장력 A3 강판 용접을 사용하여 구성됩니다. A3 강철(Q235 등급과 비교)은 약 370-500 MPa의 인장 강도, 뛰어난 용접성, 가공 후 낮은 잔류 응력을 제공합니다. 이는 지속적인 열 및 기계적 하중 하에서 치수 안정성을 유지해야 하는 프레임의 모든 필수 특성입니다.
프레임은 압출기, 냉각통, 캡스턴, 테이크업 등 모든 주요 하위 시스템을 1밀리미터 미만으로 지원하고 정렬해야 합니다. 프레임의 모든 굴곡이나 진동은 튜브 직경 변화 또는 튜브 내부의 섬유 위치 편차로 직접 변환됩니다. 이러한 이유로 용접 강철 구조물은 일반적으로 제작 후 응력이 완화되고 조립 전 모든 중요한 장착 표면에서 정밀 가공됩니다.
생산 등급의 2차 코팅 라인은 일반적으로 다음과 같습니다. 전체 길이 15~30미터 , 그리고 인접한 구역에서 압출기 배럴이 250~280°C로 가열되고 냉각통이 15~40°C에서 작동하더라도 프레임은 이 전체 범위에 걸쳐 정렬을 유지해야 합니다. Thermal expansion joints and rigid cross-bracing are engineered into the frame design to manage these demands without compromising positional accuracy.
프로세스는 1차 코팅된 광섬유 스풀이 전동 페이오프 크래들에 장착되는 파이버 페이오프 스테이션에서 시작됩니다. 각 스풀은 다음을 수행할 수 있습니다. 20~25km의 섬유 , 다중 섬유 튜브 생산을 위해 여러 스풀이 동시에 로드됩니다(일반적으로 튜브당 2, 4, 6, 8, 12 또는 24개의 섬유).
섬유 장력은 2차 코팅에서 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 장력이 너무 높으면 완성된 튜브 내부에서 섬유에 미리 응력이 가해져 광학 감쇠가 높아질 수 있습니다. 장력이 너무 낮으면 섬유가 엉키거나 고르지 않은 루프를 형성하여 튜브 기하학적 결함이 발생할 수 있습니다. 작동 장력은 일반적으로 섬유당 30~80g 사이로 설정됩니다. , 댄서 암 피드백 시스템 또는 실시간 장력 측정을 통한 서보 구동 보상으로 유지됩니다.
섬유는 일련의 세라믹 또는 스테인레스 스틸 가이드를 통해 압출 다이 입구에 필요한 정확한 간격과 배열로 점차적으로 수렴됩니다. 이 가이드는 섬유의 섬세한 1차 코팅이 긁히는 것을 방지하기 위해 미크론 이하의 표면 거칠기로 연마됩니다.
압출 시스템은 2차 코팅기의 핵심입니다. 대부분의 생산 라인은 이중 압출기 구성을 사용하여 버퍼 튜브 재료를 두 개의 개별 레이어에 적용합니다. 표준 레이아웃에서 표면 코팅 압출기는 기계 전면에 위치하며 하단 코팅 압출기는 후면에 위치합니다. This arrangement allows each layer to be independently controlled in terms of material type, melt temperature, and throughput rate.
페이스 코팅 압출기는 버퍼 튜브의 내부 표면(광섬유 및 충전 젤과 직접 접촉하는 표면)을 형성하는 물질을 전달합니다. 이 층은 겔 화합물과 화학적으로 호환되어야 하며 섬유에 기계적 응력을 유발하지 않도록 냉각 시 수축이 매우 낮아야 합니다. PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트)는 가장 많이 선택되는 재료로, 선형 성형 수축률이 0.5% 미만이고 사용 온도 범위는 -40°C ~ 85°C입니다.
페이스 코팅 압출기는 일반적으로 30mm 또는 45mm 직경의 단일 나사 2.5:1 ~ 3.5:1의 압축비로 200°C ~ 270°C의 배럴 온도에서 작동합니다. 일관된 벽 두께를 달성하려면 다이의 용융 점도가 좁은 창 내에 유지되어야 하므로 계량 영역 온도는 가장 엄격하게 제어됩니다.
하단 코팅 압출기는 튜브의 외부 직경과 기계적 특성을 결정하는 버퍼 튜브의 외벽 층을 적용합니다. 이 층은 케이블 연선에 필요한 구조적 강도를 제공합니다. 즉, 튜브는 뒤틀림 없이 연선 장비의 측면 압력을 견뎌야 하며 중앙 강도 부재 주위에 연선된 후 원형 단면을 유지해야 합니다.
바닥 코팅층의 두께는 일반적으로 0.3mm 및 0.9mm , 케이블 설계 요구 사항에 따라 다릅니다. 일부 구성에서 바닥 코팅 재료는 UV 안정제, 착색제 또는 충격 보강제가 추가된 변형된 PBT 화합물일 수 있으므로 별도의 착색 패스 없이도 다중 튜브 케이블 구조에서 색상으로 구분된 튜브 식별이 가능합니다.
전면 및 하단 코팅 압출기에서 나오는 두 개의 용융 흐름은 공압출 다이 헤드에서 수렴되며, 여기서 섬유 다발 주위에 동심원으로 형성됩니다. 다이 헤드는 섬유 가이드 팁, 2개의 용융 입구가 있는 다이 본체, 완성된 튜브의 외경을 형성하는 다이 오리피스로 구성됩니다. 다이 오리피스 직경과 랜드 길이는 일관된 용융 흐름을 유도하는 튜브 OD와 압력 강하를 결정합니다.
다이 동심도(다이 팁 중심과 다이 오리피스 중심의 정렬)는 ±0.02mm 이내로 유지되어야 합니다. 벽의 편심을 방지하기 위해. 대부분의 최신 다이 헤드에는 작업자가 라인을 중단하지 않고도 생산 중에 동심도를 수정할 수 있는 미세 조정 나사 또는 열 센터링 메커니즘이 포함되어 있습니다.
2차 코팅 공정의 중요한 기능은 버퍼 튜브 내부를 요변성 수분 차단 화합물(일반적으로 충전 젤 또는 플러딩 화합물이라고 함)로 채우는 것입니다. 이 젤은 케이블 파손 지점으로 들어가는 물이 튜브를 통해 세로 방향으로 이동하여 민감한 스플라이스 또는 커넥터 위치에 도달하는 것을 방지합니다.
겔 충전 시스템은 가열된 저장 탱크, 정밀 계량 펌프(일반적으로 기어 펌프 또는 프로그레시브 캐비티 펌프), 다이 팁을 통과하여 성형 튜브 내부에 직접 겔을 침전시키는 얇은 스테인리스 스틸 주입 바늘로 구성됩니다. 젤 주입 속도는 라인 속도와 정확하게 동기화되어야 합니다. - 일반적으로 미터당 부피 비율로 표시됩니다. - 배압을 생성하고 섬유 배열을 왜곡시키는 과도한 젤 없이 완전한 충전을 보장합니다.
충전 젤은 펌핑을 위한 점도를 줄이기 위해 저장 탱크에서 높은 온도(일반적으로 60~80°C)로 유지되지만 완성된 튜브에서 냉각된 후 반고체 요변성 상태로 젤이 됩니다. 충전 중 유동성과 서비스 안정성의 조합으로 인해 요변성 젤은 대부분의 통신 표준에서 요구하는 전체 -40°C ~ 70°C 환경 범위에서 작동하는 느슨한 튜브 케이블 설계에 대한 표준 선택이 됩니다.
압출 다이 직후에 새로 형성된 튜브가 냉각 시스템으로 들어갑니다. 냉각은 신중하게 제어되어야 합니다. 급냉이 너무 빠르면 표면 응력과 균열이 발생할 수 있습니다. 너무 느리게 냉각하면 특히 높은 라인 속도에서 완전히 응고되기 전에 튜브가 처지거나 변형될 수 있습니다.
일반적인 2차 코팅 라인의 냉각 시스템은 직렬로 배열된 여러 개의 물통으로 구성됩니다. 첫 번째 물통(다이에 가장 가까운)은 따뜻한 물을 사용합니다. 40~60°C 열충격 없이 점진적인 냉각을 시작합니다. 후속 물통은 점차적으로 수온을 낮추며, 마지막 물통은 일반적으로 다음 온도에서 작동합니다. 15~25°C - 튜브가 캡스턴에 도달하기 전에 튜브를 안정적이고 완전히 응고된 상태로 만듭니다.
총 냉각통 길이 범위는 다음과 같습니다. 6~15미터 라인 속도와 튜브 벽 두께에 따라 다릅니다. 2.0mm OD 튜브를 생산하는 300m/분 라인의 경우 튜브는 냉각 시스템에서 약 1.5~3초만 소비합니다. 즉, 이 짧은 창에서 적절한 응고를 달성하려면 홈통 전체의 수온 구배를 정확하게 설정해야 함을 의미합니다.
각 여물통 구역은 열교환기가 있는 순환수 시스템을 통해 독립적으로 온도가 제어됩니다. 운영자는 중앙 HMI에서 각 구역 설정점을 보고 조정할 수 있으며, 일부 고급 시스템에는 라인 속도 변화에 따라 냉각수 유량을 조정하는 자동 구역 보상이 포함되어 있습니다.
냉각 홈통을 거친 후 튜브는 외경을 지속적으로 실시간으로 측정하는 하나 이상의 비접촉 레이저 마이크로미터 게이지를 통과합니다. 이 게이지는 레이저 삼각 측량 또는 그림자 스캐닝 기술을 사용하며 직경 차이를 아주 작은 수준까지 해결할 수 있습니다. ±0.001mm 최고 속도로.
OD 측정 데이터는 PLC 제어 시스템으로 피드백되어 하나 이상의 프로세스 변수를 자동으로 조정하여 목표 직경의 드리프트를 수정합니다.
이 폐쇄 루프 피드백 루프는 일반적으로 1초 미만의 응답 시간으로 작동하므로 시스템은 작업자 개입 없이 원료 점도 변화, 주변 온도 변화 또는 사소한 기계적 변동을 보상할 수 있습니다. 최신 시스템은 25km 이상의 전체 생산 과정에서 튜브 OD를 목표의 ±0.03mm 이내로 유지합니다.
OD 측정 외에도 일부 고급 라인에는 회전 게이지 또는 X선 시스템을 사용한 편심 측정(벽 두께 균일성)과 섬유가 한쪽으로 옮겨지지 않고 튜브 내 중심에 있는지 확인하는 인라인 광학 센서를 사용한 섬유 위치 감지 기능이 통합되어 있습니다.
캡스턴은 전체 라인의 속도를 제어하는 요소입니다. 이는 냉각된 튜브를 잡고 정밀하게 제어되고 일정한 속도로 기계를 통해 끌어당기는 하나 이상의 전동 휠 또는 벨트로 구성됩니다. 캡스턴 속도는 압출 다이에서 재료가 얼마나 빨리 인출되는지를 결정하기 때문에 튜브의 외부 직경(드로우다운 비율을 통해)과 튜브 내부의 초과 섬유 길이를 직접 제어합니다.
EFL(초과 섬유 길이)은 주어진 튜브 길이 내부의 섬유 길이가 튜브 길이 자체를 초과하는 비율로 정의됩니다. 예를 들어 EFL이 0.3%라는 것은 튜브 1,000m마다 내부 광섬유 길이가 1,003m라는 의미입니다. 이 작은 잉여 섬유는 필수적입니다. 이는 섬유 자체가 변형을 겪지 않고 케이블이 인장 하중을 견딜 수 있게 하여 광 감쇠를 증가시킵니다.
EFL은 캡스턴 속도에 대한 광섬유 보상 속도의 비율로 설정됩니다.
표준 루즈 튜브 케이블의 EFL 값은 일반적으로 다음 사이에 속합니다. 0.2%와 0.5% , 열주기 및 기계적 부하가 더 심각한 직접 매설 또는 해저 응용 분야용 케이블에는 더 엄격한 허용 오차가 필요합니다.
위에서 설명한 모든 하위 시스템(보상 장력, 압출기 온도 및 속도, 젤 펌프 속도, 냉각수 온도, OD 게이지 피드백, 캡스턴 속도)은 중앙 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC) 시스템에 의해 조정됩니다. 작업자는 실시간 프로세스 데이터, 경보 조건 및 추세 그래프를 표시하는 터치스크린 HMI(인간-기계 인터페이스)를 통해 이 시스템과 상호 작용합니다.
주요 PLC 제어 기능은 다음과 같습니다.
고급 시스템은 공장 수준의 MES(제조 실행 시스템)와 통합되어 생산량, 재료 소비 및 품질 데이터를 공장 관리 소프트웨어에 실시간으로 보고할 수도 있습니다.
주요 공정 매개변수가 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 것은 품질 문제를 해결하거나 생산 효율성을 최적화해야 하는 운영자에게 필수적입니다. 아래 표에는 가장 중요한 매개변수-출력 관계가 요약되어 있습니다.
| 프로세스 매개변수 | 너무 높은 경우 | 너무 낮은 경우 | 목표 범위(일반) |
|---|---|---|---|
| 압출기 배럴 온도 | 폴리머 분해, 변색 | 높은 용융 압력, 표면 거칠기 | 200~280°C(PBT) |
| 캡스턴 라인 속도 | 얇은 벽, 감소된 OD, 낮은 EFL | 두꺼운 벽, 높은 OD, 과도한 EFL | 40~300m/분 |
| 섬유 보상 긴장 | 섬유 프리스트레스, 감쇠 증가 | 섬유 엉킴, 튜브 변형 | 섬유당 30~80g |
| 젤 주입 속도 | 배압, 섬유 변위 | 불완전한 충전, 습기 침투 위험 | 라인 속도에 동기화됨(ml/m) |
| 냉각수 온도 | 불완전 응고, 튜브 처짐 | 열충격, 표면 균열 | 15~60°C(등급이 있는 구역) |
| 나사 회전 속도 | 과열, 용융물 분해 | 처리량이 부족하고 OD가 떨어집니다. | 10~120RPM |
이러한 상호 작용을 깊이 이해하는 작업자는 동시에 여러 변경을 수행하는 대신 단일 매개변수를 조정하여 대부분의 품질 편차를 해결할 수 있습니다. 이는 사양에 따른 안정적인 생산을 복원하는 가장 빠른 경로입니다.
2차 코팅 공정의 마지막 단계는 완성된 버퍼 튜브를 보관 및 다운스트림 처리를 위해 테이크업 릴에 감는 것입니다. 테이크업 시스템은 와인딩 중에 튜브에 제어되고 일관된 장력을 가하여 고르지 않은 스풀 압력으로 인한 변형이나 섬유 응력을 방지해야 합니다.
테이크업 릴의 횡방향 메커니즘은 튜브를 릴 플랜지 폭 전체에 걸쳐 고르게 겹쳐진 층으로 배치하여 튜브 벽이 움푹 들어가고 내부 섬유의 기하학적 구조가 변경될 수 있는 국부적인 압력 지점을 방지합니다. 릴 용량은 일반적으로 다음과 같습니다. 2km ~ 25km 튜브 직경과 릴 크기에 따라 완성된 튜브의 크기.
릴이 가득 차면 기계는 수동 또는 자동으로 스풀 전환을 수행합니다. 이 짧은 전환 동안 전체 릴이나 새 릴에 감을 수 없는 길이의 튜브는 일반적으로 절단되어 생산 전환 부품으로 폐기됩니다. 전환 전환 길이를 최소화하는 것은 릴당 재료 수율에 직접적인 영향을 미치기 때문에 대량 케이블 제조업체에게 중요한 효율성 지표입니다.
완성된 각 릴에는 튜브 사양, 릴 길이, 생산 날짜 및 OD 측정 로그와 같은 생산 데이터 라벨이 붙어 있으며 연선 영역으로 전송됩니다. 여기서 여러 개의 버퍼 튜브가 중앙 강도 부재 주위에 조립되어 완전한 광섬유 케이블을 형성합니다.
A의 작업 순서 보조 코팅 기계 이는 정상 상태 생산에만 국한되지 않습니다. 시작 및 종료 단계는 똑같이 중요하며 스크랩 생성 및 장비 손상을 방지하기 위해 체계적인 주의가 필요합니다.
잘 관리된 2차 코팅 라인이라도 반복적으로 운영 문제에 직면합니다. 가장 일반적인 문제의 근본 원인을 이해하면 생산 팀이 문제를 효율적으로 해결할 수 있습니다.
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