1 Introducere
Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de comunicații din ultimul deceniu, domeniul de aplicare al cablurilor cu fibră optică s-a extins. Pe măsură ce cerințele de mediu pentru cablurile cu fibră optică continuă să crească, cresc și cerințele privind calitatea materialelor utilizate în cablurile cu fibră optică. Banda de blocare a apei pentru cablurile cu fibră optică este un material comun de blocare a apei utilizat în industria cablurilor cu fibră optică, rolul de etanșare, impermeabilizare, protecție la umiditate și tampon în cablurile cu fibră optică a fost recunoscut pe scară largă, iar varietățile și performanțele sale au fost îmbunătățite și perfecționate continuu odată cu dezvoltarea cablurilor cu fibră optică. În ultimii ani, structura „miezului uscat” a fost introdusă în cablul optic. Acest tip de material de barieră împotriva apei pentru cabluri este de obicei o combinație de bandă, fire sau acoperire pentru a preveni pătrunderea apei longitudinal în miezul cablului. Odată cu acceptarea tot mai mare a cablurilor cu fibră optică cu miez uscat, materialele pentru cablurile cu fibră optică cu miez uscat înlocuiesc rapid compușii tradiționali de umplere a cablurilor pe bază de vaselină. Materialul cu miez uscat utilizează un polimer care absoarbe rapid apa pentru a forma un hidrogel, care se umflă și umple canalele de penetrare a apei ale cablului. În plus, deoarece materialul uscat al miezului nu conține grăsime lipicioasă, nu sunt necesare șervețele, solvenți sau produse de curățare pentru a pregăti cablul pentru îmbinare, iar timpul de îmbinare a cablului este redus considerabil. Greutatea redusă a cablului și buna aderență dintre firul de armare exterior și teacă nu sunt reduse, ceea ce îl face o alegere populară.
2 Impactul apei asupra cablului și mecanismului de rezistență la apă
Principalul motiv pentru care ar trebui luate o varietate de măsuri de blocare a apei este că apa care intră în cablu se va descompune în hidrogen și ioni de O H-, ceea ce va crește pierderile de transmisie ale fibrei optice, va reduce performanța fibrei și va scurta durata de viață a cablului. Cele mai frecvente măsuri de blocare a apei sunt umplerea cu pastă de petrol și adăugarea de bandă adezivă, care se umple în spațiul dintre miezul cablului și teacă pentru a preveni răspândirea verticală a apei și a umezelii, jucând astfel un rol în blocarea apei.
Atunci când rășinile sintetice sunt utilizate în cantități mari ca izolatori în cablurile cu fibră optică (în primul rând în cabluri), aceste materiale izolatoare nu sunt nici ele imune la pătrunderea apei. Formarea „arborilor de apă” în materialul izolator este principalul motiv al impactului asupra performanței de transmisie. Mecanismul prin care materialul izolator este afectat de arborii de apă este de obicei explicat după cum urmează: din cauza câmpului electric puternic (o altă ipoteză este că proprietățile chimice ale rășinii sunt modificate de descărcarea foarte slabă a electronilor accelerați), moleculele de apă pătrund prin numărul diferit de micropori prezenți în materialul de înveliș al cablului cu fibră optică. Moleculele de apă vor pătrunde prin numărul diferit de micropori din materialul învelișului cablului, formând „arbori de apă”, acumulând treptat o cantitate mare de apă și răspândindu-se în direcția longitudinală a cablului, afectând performanța cablului. După ani de cercetări și teste internaționale, la mijlocul anilor 1980, s-a găsit o modalitate de a elimina cea mai bună metodă de producere a arborilor acvatici, adică înainte de extrudarea cablului, bariera de apă era învelită într-un strat de absorbție a apei și expansiunea acesteia pentru a inhiba și încetini creșterea arborilor acvatici, blocând apa în interiorul cablului pe o suprafață longitudinală; în același timp, din cauza deteriorării externe și a infiltrării apei, bariera de apă poate bloca rapid apa, împiedicând suprafața longitudinală a cablului.
3 Prezentare generală a barierei de apă pentru cabluri
3. 1 Clasificarea barierelor de apă pentru cablurile de fibră optică
Există numeroase modalități de clasificare a barierelor de apă pentru cablurile optice, care pot fi clasificate în funcție de structura, calitatea și grosimea lor. În general, acestea pot fi clasificate în funcție de structura lor: barieră de apă laminată față-verso, barieră de apă acoperită față-verso și barieră de apă compozită în peliculă. Funcția de barieră de apă a barierei de apă se datorează în principal materialului cu absorbție ridicată a apei (numit barieră de apă), care se poate umfla rapid după ce bariera de apă întâlnește apa, formând un volum mare de gel (bariera de apă poate absorbi de sute de ori mai multă apă decât ea însăși), împiedicând astfel creșterea arborelui de apă și împiedicând infiltrarea și răspândirea continuă a apei. Acestea includ atât polizaharide naturale, cât și cele modificate chimic.
Deși acești blocanți de apă naturali sau seminaturali au proprietăți bune, au două dezavantaje fatale:
1) sunt biodegradabile și 2) sunt foarte inflamabile. Acest lucru face puțin probabil să fie utilizate în materialele pentru cabluri cu fibră optică. Celălalt tip de material sintetic din folia hidrofugă este reprezentat de poliacrilați, care pot fi utilizați ca folia hidrofugă pentru cablurile optice, deoarece îndeplinesc următoarele cerințe: 1) atunci când sunt uscate, pot contracara solicitările generate în timpul fabricării cablurilor optice;
2) atunci când sunt uscate, pot rezista la condițiile de funcționare ale cablurilor optice (cicluri termice de la temperatura camerei la 90 °C) fără a afecta durata de viață a cablului și pot rezista, de asemenea, la temperaturi ridicate pentru perioade scurte de timp;
3) când pătrunde apa, acestea se pot umfla rapid și pot forma un gel cu o viteză de expansiune.
4) produc un gel cu vâscozitate ridicată, chiar și la temperaturi ridicate vâscozitatea gelului fiind stabilă pentru o lungă perioadă de timp.
Sinteza hidrofugilor poate fi împărțită în linii mari în metode chimice tradiționale - metoda cu fază inversă (metoda de reticulare prin polimerizare apă-în-ulei), metoda proprie de polimerizare reticulată - metoda discului, metoda de iradiere - metoda cu raze gamma „cobalt 60”. Metoda de reticulare se bazează pe metoda cu radiații gamma „cobalt 60”. Diferitele metode de sinteză au grade diferite de polimerizare și reticulare și, prin urmare, cerințe foarte stricte pentru agentul de blocare a apei necesar în benzile de blocare a apei. Doar foarte puțini poliacrilati pot îndeplini cele patru cerințe de mai sus; conform experienței practice, agenții de blocare a apei (rășinile absorbante de apă) nu pot fi utilizați ca materii prime pentru o singură parte a poliacrilatului de sodiu reticulat, ci trebuie utilizați într-o metodă de reticulare multi-polimer (adică o varietate de părți ale amestecului de poliacrilat de sodiu reticulat) pentru a atinge scopul de a obține multipli de absorbție a apei rapid și ridicat. Cerințele de bază sunt: absorbția apei poate ajunge la aproximativ 400 de ori, rata de absorbție a apei poate ajunge în primul minut să absoarbă 75% din apa absorbită de rezistența la apă; cerințe de stabilitate termică la uscare a rezistenței la apă: rezistență la temperatură pe termen lung de 90°C, temperatura maximă de lucru de 160°C, rezistență instantanee la temperatură de 230°C (importantă în special pentru cablurile compozite fotoelectrice cu semnale electrice); cerințe de stabilitate la absorbția apei după formarea gelului: după mai multe cicluri termice (20°C ~ 95°C). Stabilitatea gelului după absorbția apei necesită: gel cu vâscozitate ridicată și rezistență la mai multe cicluri termice (20°C până la 95°C). Stabilitatea gelului variază considerabil în funcție de metoda de sinteză și de materialele utilizate de producător. În același timp, cu cât rata de expansiune este mai rapidă, cu atât mai bine, unele produse urmăresc unilateral viteza, utilizarea aditivilor nu conduce la stabilitatea hidrogelului, distrugând capacitatea de retenție a apei, dar neobținând efectul de rezistență la apă.
3. 3 caracteristici ale benzii de etanșare a apei Deoarece cablul este supus testelor de mediu în timpul procesului de fabricație, testare, transport, depozitare și utilizare, din perspectiva utilizării cablului optic, cerințele pentru banda de etanșare a apei pentru cablu sunt următoarele:
1) aspectul distribuției fibrelor, materiale compozite fără delaminare și pulbere, cu o anumită rezistență mecanică, potrivite pentru nevoile cablului;
2) calitate uniformă, repetabilă, stabilă, în formarea cablului nu se va delamina și nu va produce
3) presiune mare de expansiune, viteză mare de expansiune, stabilitate bună a gelului;
4) stabilitate termică bună, potrivită pentru diverse prelucrări ulterioare;
5) stabilitate chimică ridicată, nu conține componente corozive, rezistent la bacterii și eroziunea cauzată de mucegai;
6) bună compatibilitate cu alte materiale de cablu optic, rezistență la oxidare etc.
4 Standarde de performanță pentru bariera de apă a cablurilor optice
Un număr mare de rezultate ale cercetărilor arată că o rezistență necalificată la apă, care afectează stabilitatea pe termen lung a performanței de transmisie prin cablu, va produce daune semnificative. Aceste daune, observate în procesul de fabricație și în inspecția din fabrică a cablurilor cu fibră optică, vor apărea treptat în procesul de pozare a cablului după utilizare. Prin urmare, dezvoltarea la timp a unor standarde de testare complete și precise, pentru a găsi o bază pentru evaluare acceptabilă de către toate părțile implicate, a devenit o sarcină urgentă. Cercetările, explorările și experimentele extinse ale autorului privind benzile de etanșare la apă au oferit o bază tehnică adecvată pentru dezvoltarea standardelor tehnice pentru benzile de etanșare la apă. Determinați parametrii de performanță ai valorii barierei la apă pe baza următoarelor aspecte:
1) cerințele standardului pentru cablul optic pentru izolatorul de apă (în principal cerințele privind materialul cablului optic din standardul pentru cablul optic);
2) experiență în fabricarea și utilizarea barierelor de apă și rapoarte de testare relevante;
3) rezultatele cercetărilor privind influența caracteristicilor benzilor hidroizolatoare asupra performanței cablurilor cu fibră optică.
4. 1 Aspect
Aspectul benzii de barieră împotriva apei trebuie să fie reprezentat de fibre distribuite uniform; suprafața trebuie să fie plană și fără cute, cute și rupturi; nu trebuie să existe crăpături pe lățimea benzii; materialul compozit nu trebuie să fie delaminat; banda trebuie să fie înfășurată strâns, iar marginile benzii adezive nu trebuie să aibă „forma de pălărie de paie”.
4.2 Rezistența mecanică a etanșantului de apă
Rezistența la tracțiune a benzii de izolare a apei depinde de metoda de fabricație a benzii nețesute din poliester. În aceleași condiții cantitative, metoda de fabricare a vâscozei este mai bună decât metoda de fabricație la cald din punct de vedere al rezistenței la tracțiune a produsului, iar grosimea este, de asemenea, mai subțire. Rezistența la tracțiune a benzii de izolare a apei variază în funcție de modul în care cablul este înfășurat sau în jurul cablului.
Acesta este un indicator cheie pentru două dintre benzile de etanșare a apei, pentru care metoda de testare trebuie unificată cu dispozitivul, lichidul și procedura de testare. Principalul material de etanșare a apei din banda de etanșare este poliacrilatul de sodiu parțial reticulat și derivații săi, care sunt sensibili la compoziția și natura cerințelor de calitate a apei. Pentru a unifica standardul înălțimii de umflare a benzii de etanșare a apei, se va utiliza cu precădere apa deionizată (apa distilată este utilizată în arbitraj), deoarece nu există componente anionice și cationice în apa deionizată, care este practic apă pură. Multiplicatorul de absorbție al rășinii de absorbție a apei variază foarte mult în diferite calități ale apei: în apa pură este de 100% din valoarea nominală; în apa de la robinet este de 40% până la 60% (în funcție de calitatea apei din fiecare locație); în apa de mare este de 12%; apa subterană sau apa din jgheaburi este mai complexă, este dificil de determinat procentul de absorbție, iar valoarea sa va fi foarte mică. Pentru a asigura efectul de barieră la apă și durata de viață a cablului, este recomandat să utilizați o bandă de barieră la apă cu o înălțime de umflare > 10 mm.
4.3 Proprietăți electrice
În general, cablul optic nu conține transmiterea semnalelor electrice prin fir metalic, deci nu implică utilizarea unei benzi de rezistență semiconductoare la apă, ci doar 33 Wang Qiang etc.: bandă de rezistență la apă pentru cablu optic.
Cablu electric compozit înainte de prezența semnalelor electrice, cerințe specifice conform structurii cablului conform contractului.
4.4 Stabilitate termică Majoritatea varietăților de benzi de etanșare a apei pot îndeplini cerințele de stabilitate termică: rezistență pe termen lung la temperatură de 90°C, temperatură maximă de lucru de 160°C, rezistență instantanee la temperatură de 230°C. Performanța benzii de etanșare a apei nu ar trebui să se modifice după o perioadă specificată de timp la aceste temperaturi.
Rezistența gelului ar trebui să fie cea mai importantă caracteristică a unui material intumescent, în timp ce rata de expansiune este utilizată doar pentru a limita lungimea de penetrare inițială a apei (mai puțin de 1 m). Un material de expansiune bun ar trebui să aibă rata de expansiune potrivită și o vâscozitate ridicată. Un material de barieră la apă slab, chiar și cu o rată de expansiune mare și o vâscozitate scăzută, va avea proprietăți slabe de barieră la apă. Acest lucru poate fi testat în comparație cu o serie de cicluri termice. În condiții hidrolitice, gelul se va descompune într-un lichid cu vâscozitate scăzută, care îi va deteriora calitatea. Acest lucru se realizează prin agitarea unei suspensii de apă pură care conține pulbere gonflabilă timp de 2 ore. Gelul rezultat este apoi separat de excesul de apă și plasat într-un viscozimetru rotativ pentru a măsura vâscozitatea înainte și după 24 de ore la 95°C. Se poate observa diferența de stabilitate a gelului. Acest lucru se face de obicei în cicluri de 8 ore de la 20°C la 95°C și 8 ore de la 95°C la 20°C. Standardele germane relevante necesită 126 de cicluri de 8 ore.
4.5 Compatibilitate Compatibilitatea barierei de apă este o caracteristică deosebit de importantă în raport cu durata de viață a cablului cu fibră optică și, prin urmare, ar trebui luată în considerare în raport cu materialele cablului cu fibră optică implicate până în prezent. Deoarece compatibilitatea durează mult timp până devine evidentă, trebuie utilizat testul de îmbătrânire accelerată, adică specimenul de material al cablului este șters, înfășurat cu un strat de bandă rezistentă la apă uscată și păstrat într-o cameră cu temperatură constantă la 100°C timp de 10 zile, după care se cântărește calitatea. Rezistența la tracțiune și alungirea materialului nu trebuie să se modifice cu mai mult de 20% după test.
Data publicării: 22 iulie 2022