1 Wprowadzenie
Wraz z szybkim rozwojem technologii komunikacyjnych w ciągu ostatniej dekady, obszar zastosowań kabli światłowodowych uległ rozszerzeniu. Wraz ze wzrostem wymagań środowiskowych dla kabli światłowodowych, rosną również wymagania dotyczące jakości materiałów stosowanych w tych kablach. Taśma blokująca wodę do kabli światłowodowych jest powszechnie stosowanym materiałem blokującym wodę w przemyśle światłowodowym. Rola uszczelnienia, hydroizolacji, ochrony przed wilgocią i buforowania w kablach światłowodowych jest powszechnie uznawana, a jej różnorodność i wydajność są stale ulepszane i udoskonalane wraz z rozwojem kabli światłowodowych. W ostatnich latach do kabli optycznych wprowadzono strukturę „suchego rdzenia”. Ten rodzaj materiału bariery wodnej do kabli to zazwyczaj połączenie taśmy, przędzy lub powłoki, zapobiegające wnikaniu wody wzdłużnie do rdzenia kabla. Wraz z rosnącą akceptacją kabli światłowodowych z suchym rdzeniem, materiały te szybko zastępują tradycyjne wypełniacze na bazie wazeliny. Materiał suchego rdzenia wykorzystuje polimer, który szybko absorbuje wodę, tworząc hydrożel, który pęcznieje i wypełnia kanały penetracji wody w kablu. Ponadto, ponieważ suchy rdzeń nie zawiera lepkiego smaru, nie ma potrzeby stosowania ściereczek, rozpuszczalników ani środków czyszczących do przygotowania kabla do spawania, a czas spawania kabla jest znacznie skrócony. Niewielka waga kabla i dobra przyczepność między zewnętrzną przędzą wzmacniającą a osłoną nie ulegają zmniejszeniu, co czyni go popularnym wyborem.
2 Wpływ wody na kabel i mechanizm oporu wody
Głównym powodem, dla którego należy stosować różnorodne środki blokujące wodę, jest fakt, że woda przedostająca się do kabla rozkłada się na jony wodoru i OH-, co zwiększa straty transmisyjne włókna światłowodowego, obniża jego wydajność i skraca żywotność kabla. Najczęstszymi metodami blokowania wody są wypełnianie pastą naftową i dodawanie taśmy blokującej wodę. W ten sposób wypełnia się szczelinę między rdzeniem a osłoną kabla, zapobiegając pionowemu rozprzestrzenianiu się wody i wilgoci, co przyczynia się do blokowania wody.
W przypadku stosowania żywic syntetycznych w dużych ilościach jako izolatorów w kablach światłowodowych (po pierwsze w kablach), te materiały izolacyjne również nie są odporne na wnikanie wody. Tworzenie się „drzew wodnych” w materiale izolacyjnym jest główną przyczyną wpływu na parametry transmisji. Mechanizm oddziaływania „drzew wodnych” na materiał izolacyjny jest zazwyczaj wyjaśniany w następujący sposób: ze względu na silne pole elektryczne (inna hipoteza głosi, że właściwości chemiczne żywicy ulegają zmianie pod wpływem bardzo słabego wyładowania przyspieszonych elektronów) cząsteczki wody przenikają przez różną liczbę mikroporów obecnych w materiale osłony kabla światłowodowego. Cząsteczki wody przenikają przez różną liczbę mikroporów w materiale osłony kabla, tworząc „drzewka wodne”, stopniowo gromadząc dużą ilość wody i rozprzestrzeniając się w kierunku wzdłużnym kabla, co wpływa na jego parametry. Po latach międzynarodowych badań i testów, w połowie lat 80. XX wieku, aby znaleźć sposób na wyeliminowanie najlepszego sposobu wytwarzania drzew wodnych, czyli przed wytłaczaniem kabla owinięto go warstwą absorbującą wodę i rozszerzającą barierę wodną, aby zahamować i spowolnić wzrost drzew wodnych, blokując wodę w kablu wewnątrz rozprzestrzeniania wzdłużnego; jednocześnie, z powodu uszkodzeń zewnętrznych i infiltracji wody, bariera wodna może również szybko zablokować wodę, nie ograniczając rozprzestrzeniania się wzdłużnego kabla.
3 Przegląd bariery wodnej kablowej
3.1 Klasyfikacja barier wodnych dla kabli światłowodowych
Istnieje wiele sposobów klasyfikacji barier wodnych dla kabli optycznych, które można klasyfikować według ich struktury, jakości i grubości. Ogólnie rzecz biorąc, można je klasyfikować według struktury: dwustronnie laminowane, jednostronnie powlekane i kompozytowe. Funkcja bariery wodnej wynika głównie z materiału o wysokiej absorpcji wody (tzw. bariery wodnej), który może szybko pęcznieć po zetknięciu z wodą, tworząc dużą objętość żelu (bariera wodna może wchłonąć setki razy więcej wody niż sama), zapobiegając w ten sposób wzrostowi drzewa wodnego i dalszemu wnikaniu i rozprzestrzenianiu się wody. Należą do nich zarówno polisacharydy naturalne, jak i modyfikowane chemicznie.
Choć te naturalne lub półnaturalne blokery wody mają dobre właściwości, mają dwie zasadnicze wady:
1) są biodegradowalne i 2) wysoce łatwopalne. Z tego powodu raczej nie nadają się do stosowania w materiałach na kable światłowodowe. Innym rodzajem materiału syntetycznego stosowanego w materiałach hydrofobowych są poliakrylany, które mogą być stosowane jako materiały hydrofobowe do kabli optycznych, ponieważ spełniają następujące wymagania: 1) po wyschnięciu mogą przeciwdziałać naprężeniom powstającym podczas produkcji kabli optycznych;
2) w stanie suchym wytrzymują warunki pracy kabli optycznych (cykle termiczne od temperatury pokojowej do 90 °C) bez wpływu na żywotność kabla, a także wytrzymują wysokie temperatury przez krótkie okresy czasu;
3) gdy dostanie się do nich woda, mogą one szybko pęcznieć i tworzyć żel o szybkości rozszerzania się.
4) wytwarzają żel o bardzo dużej lepkości, nawet w wysokich temperaturach; lepkość żelu jest stabilna przez długi czas.
Syntezę hydrofobowych środków powierzchniowo czynnych można ogólnie podzielić na tradycyjne metody chemiczne – metodę w fazie odwróconej (metoda sieciowania polimeryzacji typu woda w oleju), metodę sieciowania polimeryzacji własnej – metodę tarczową, metodę napromieniowania – metodę promieniowania γ „kobaltu 60”. Metoda sieciowania oparta jest na metodzie promieniowania γ „kobaltu 60”. Różne metody syntezy charakteryzują się różnym stopniem polimeryzacji i usieciowania, a zatem bardzo surowymi wymaganiami dotyczącymi środka blokującego wodę wymaganego w taśmach blokujących wodę. Tylko bardzo niewiele poliakrylanów może spełnić powyższe cztery wymagania. Zgodnie z doświadczeniem praktycznym, środki blokujące wodę (żywice absorbujące wodę) nie mogą być stosowane jako surowce do pojedynczej części usieciowanego poliakrylanu sodu, muszą być stosowane w metodzie sieciowania wielopolimerowego (tj. różnorodnej części mieszaniny usieciowanego poliakrylanu sodu) w celu osiągnięcia celu szybkiej i wysokiej wielokrotności absorpcji wody. Podstawowe wymagania są następujące: wielokrotność absorpcji wody może osiągnąć około 400 razy, szybkość absorpcji wody może osiągnąć pierwszą minutę, aby wchłonąć 75% wody wchłoniętej przez warstwę hydrofobową; wymagania dotyczące stabilności termicznej wysychania warstwy hydrofobowej: długotrwała odporność na temperaturę 90°C, maksymalna temperatura robocza 160°C, chwilowa odporność na temperaturę 230°C (szczególnie ważne w przypadku fotoelektrycznych kabli kompozytowych z sygnałami elektrycznymi); absorpcja wody po utworzeniu wymagań dotyczących stabilności żelu: po kilku cyklach termicznych (20°C ~ 95°C) Stabilność żelu po absorpcji wody wymaga: żelu o wysokiej lepkości i wytrzymałości żelu po kilku cyklach termicznych (20°C do 95°C). Stabilność żelu znacznie się różni w zależności od metody syntezy i materiałów użytych przez producenta. Jednocześnie nie im szybsza szybkość ekspansji, tym lepiej, niektóre produkty jednostronne dążenie do szybkości, stosowanie dodatków nie sprzyja stabilności hydrożelu, zniszczeniu zdolności retencji wody, ale nie osiągnięciu efektu wodoodporności.
3. 3 cechy taśmy blokującej wodę Ponieważ kabel w procesie produkcji, testowania, transportu, przechowywania i użytkowania musi wytrzymać próbę środowiskową, tak z perspektywy zastosowania kabla optycznego wymagania dotyczące taśmy blokującej wodę są następujące:
1) wygląd rozkładu włókien, materiały kompozytowe bez rozwarstwienia i proszku, o określonej wytrzymałości mechanicznej, odpowiednie do potrzeb kabla;
2) jednolita, powtarzalna, stabilna jakość, podczas formowania kabla nie będzie on ulegał rozwarstwieniu i wytwarzał
3) wysokie ciśnienie ekspansji, duża szybkość ekspansji, dobra stabilność żelu;
4) dobra stabilność termiczna, odpowiednia do różnych dalszych procesów przetwarzania;
5) wysoka stabilność chemiczna, nie zawiera żadnych składników korozyjnych, odporny na erozję bakteryjną i pleśniową;
6) dobra kompatybilność z innymi materiałami kabli optycznych, odporność na utlenianie, itp.
4 Normy dotyczące bariery wodnej dla kabli optycznych
Liczne wyniki badań wskazują, że niespełniona norm odporności na wodę, wpływająca na długoterminową stabilność transmisji kablowej, może powodować poważne szkody. Szkody te, trudne do wykrycia w procesie produkcji i kontroli fabrycznej kabla światłowodowego, ujawniają się stopniowo w trakcie układania kabla po jego użyciu. Dlatego pilnym zadaniem stało się terminowe opracowanie kompleksowych i precyzyjnych norm testowych, które umożliwią ocenę akceptowalną dla wszystkich stron. Obszerne badania, analizy i eksperymenty autora dotyczące taśm wodoszczelnych dostarczyły odpowiednich podstaw technicznych do opracowania norm technicznych dla taśm wodoszczelnych. Określ parametry użytkowe i wartość bariery wodnej na podstawie następujących danych:
1) wymagania normy dotyczącej kabla optycznego w zakresie bariery wodnej (głównie wymagania dotyczące materiału kabla optycznego w normie dotyczącej kabla optycznego);
2) doświadczenie w produkcji i stosowaniu barier wodnych oraz odpowiednie raporty z badań;
3) wyniki badań dotyczące wpływu właściwości taśm wodoszczelnych na parametry techniczne kabli światłowodowych.
4.1 Wygląd
Wygląd taśmy hydroizolacyjnej powinien charakteryzować się równomiernie rozłożonymi włóknami; powierzchnia powinna być płaska i bez zmarszczek, zagnieceń i rozdarć; na szerokości taśmy nie powinno być żadnych pęknięć; materiał kompozytowy nie powinien się rozwarstwiać; taśma powinna być ciasno nawinięta, a krawędzie taśmy ręcznej nie powinny mieć „kształtu słomkowego kapelusza”.
4.2 Wytrzymałość mechaniczna bariery wodnej
Wytrzymałość na rozciąganie taśmy hydroizolacyjnej zależy od metody produkcji taśmy poliestrowej włókninowej. W tych samych warunkach ilościowych metoda wiskozowa jest lepsza niż metoda walcowania na gorąco, a grubość jest również mniejsza. Wytrzymałość na rozciąganie taśmy hydroizolacyjnej zmienia się w zależności od sposobu owinięcia kabla lub owinięcia go wokół kabla.
Jest to kluczowy wskaźnik dla dwóch taśm blokujących wodę, dla których metoda testowa powinna być ujednolicona z urządzeniem, cieczą i procedurą testową. Głównym materiałem blokującym wodę w taśmie blokującej wodę jest częściowo usieciowany poliakrylan sodu i jego pochodne, które są wrażliwe na skład i charakter wymagań jakościowych wody. Aby ujednolicić standard wysokości pęcznienia taśmy blokującej wodę, należy stosować wodę dejonizowaną (woda destylowana jest używana w arbitrażu), ponieważ w wodzie dejonizowanej nie ma składników anionowych ani kationowych, która jest zasadniczo czystą wodą. Mnożnik absorpcji żywicy absorpcyjnej w różnych jakościach wody różni się znacznie, jeśli mnożnik absorpcji w czystej wodzie wynosi 100% wartości nominalnej; w wodzie wodociągowej wynosi od 40% do 60% (w zależności od jakości wody w danym miejscu); w wodzie morskiej wynosi 12%; woda podziemna lub woda rynnowa jest bardziej złożona, trudno jest określić procent absorpcji, a jego wartość będzie bardzo niska. Aby zapewnić skuteczność bariery wodnej i długą żywotność kabla, najlepiej jest użyć taśmy barierowej o wysokości pęcznienia > 10 mm.
4.3 Właściwości elektryczne
Mówiąc ogólnie, kabel optyczny nie zawiera transmisji sygnałów elektrycznych przewodu metalowego, więc nie wymaga użycia półprzewodzącej taśmy oporowej wodnej, tylko 33 Wang Qiang itp.: taśma oporowa kabla optycznego
Kabel elektryczny kompozytowy do czasu pojawienia się sygnałów elektrycznych, wymagania szczegółowe zgodnie z konstrukcją kabla określone są w umowie.
4.4 Stabilność termiczna Większość rodzajów taśm hydrofobowych spełnia wymagania dotyczące stabilności termicznej: długotrwała odporność na temperaturę 90°C, maksymalna temperatura robocza 160°C, chwilowa odporność na temperaturę 230°C. Właściwości taśmy hydrofobowej nie powinny ulec zmianie po upływie określonego czasu w tych temperaturach.
Wytrzymałość żelu powinna być najważniejszą cechą materiału pęczniejącego, podczas gdy szybkość pęcznienia służy jedynie do ograniczenia długości początkowej penetracji wody (poniżej 1 m). Dobry materiał pęczniejący powinien charakteryzować się odpowiednią szybkością pęcznienia i wysoką lepkością. Materiał o słabej barierowości wodnej, nawet przy wysokiej szybkości pęcznienia i niskiej lepkości, będzie miał słabe właściwości barierowe. Można to sprawdzić, porównując kilka cykli termicznych. W warunkach hydrolizy żel rozpadnie się na ciecz o niskiej lepkości, co pogorszy jego jakość. Osiąga się to poprzez mieszanie czystej zawiesiny wodnej zawierającej proszek pęczniejący przez 2 godziny. Powstały żel jest następnie oddzielany od nadmiaru wody i umieszczany w obrotowym wiskozymetrze w celu pomiaru lepkości przed i po 24 godzinach w temperaturze 95°C. Widoczna jest różnica w stabilności żelu. Zazwyczaj wykonuje się to w cyklach 8-godzinnych od 20°C do 95°C i 8-godzinnych od 95°C do 20°C. Odpowiednie normy niemieckie wymagają 126 cykli 8-godzinnych.
4.5 Kompatybilność Kompatybilność bariery wodnej jest szczególnie ważną cechą w odniesieniu do żywotności kabla światłowodowego i dlatego powinna być brana pod uwagę w odniesieniu do dotychczas stosowanych materiałów światłowodowych. Ponieważ kompatybilność staje się widoczna dopiero po długim czasie, należy zastosować test przyspieszonego starzenia, tzn. próbkę materiału kabla wyciera się do czysta, owija warstwą suchej taśmy wodoodpornej i przechowuje w komorze o stałej temperaturze 100°C przez 10 dni, po czym waży się ją. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie materiału nie powinny ulec zmianie o więcej niż 20% po badaniu.
Czas publikacji: 22 lipca 2022 r.