1 Wprowadzenie
Aby zapewnić uszczelnienie wzdłużne kabli światłowodowych i zapobiec przedostawaniu się wody i wilgoci do wnętrza kabla lub puszki połączeniowej oraz korozji metalu i włókna, co może skutkować uszkodzeniem wodorowym, pękaniem włókien i gwałtownym spadkiem wydajności izolacji elektrycznej, powszechnie stosuje się następujące metody zapobiegania przedostawaniu się wody i wilgoci:
1) Wypełnienie wnętrza kabla smarem tiksotropowym, w tym hydrofobowym, pęczniejącym pod wpływem wody i rozszerzającym się pod wpływem ciepła itd. Tego typu materiały są oleiste, wymagają dużej ilości wypełnienia, są drogie, łatwo zanieczyszczają środowisko, są trudne do czyszczenia (szczególnie w przypadku połączeń kablowych z użyciem rozpuszczalnika) i mają zbyt duży ciężar własny.
2) W przypadku stosowania pierścienia barierowego z klejem topliwym w powłoce wewnętrznej i zewnętrznej, metoda ta jest nieefektywna i złożona, a jej skuteczność osiągają jedynie nieliczni producenci. 3) Zastosowanie suchych materiałów blokujących wodę (wodochłonnego proszku, taśmy blokującej wodę itp.) wymaga zaawansowanej technologii, dużego zużycia materiałów, wysokich kosztów, a także zbyt dużego ciężaru własnego kabla. W ostatnich latach wprowadzono do kabli optycznych konstrukcję „suchego rdzenia”, która znalazła zastosowanie za granicą, szczególnie w rozwiązywaniu problemu dużego ciężaru własnego i skomplikowanego procesu spawania dużej liczby rdzeni kabli optycznych, co ma niezrównane zalety. Materiałem blokującym wodę stosowanym w tym kablu z „suchym rdzeniem” jest przędza blokująca wodę. Przędza blokująca wodę może szybko absorbować wodę i pęcznieć, tworząc żel, blokując przestrzeń kanału wodnego kabla, co pozwala na osiągnięcie celu blokowania wody. Ponadto, przędza blokująca wodę nie zawiera substancji oleistych, a czas potrzebny na przygotowanie połączenia można znacznie skrócić bez konieczności stosowania ściereczek, rozpuszczalników i środków czyszczących. Aby uzyskać prosty proces, wygodną konstrukcję, niezawodne działanie i tanie materiały blokujące wodę, opracowaliśmy nowy rodzaj przędzy blokującej wodę – przędzy pęczniejącej, blokującej wodę.
2 Zasada blokowania wody i właściwości przędzy blokującej wodę
Funkcja blokowania wody przez przędzę blokującą wodę polega na wykorzystaniu głównej części włókien przędzy blokującej wodę do utworzenia dużej objętości żelu (absorpcja wody może osiągnąć kilkadziesiąt razy większą objętość, na przykład w ciągu pierwszej minuty woda może gwałtownie rozszerzyć się z około 0,5 mm do około 5,0 mm średnicy). Zdolność żelu do retencji wody jest dość duża, co skutecznie zapobiega wzrostowi drzewa wodnego, zapobiegając w ten sposób dalszemu wnikaniu i rozprzestrzenianiu się wody, co pozwala osiągnąć cel wodoodporności. Ponieważ kabel światłowodowy musi być odporny na różne warunki środowiskowe podczas produkcji, testowania, transportu, przechowywania i użytkowania, przędza blokująca wodę musi mieć następujące cechy, aby mogła być stosowana w kablu światłowodowym:
1) Czysty wygląd, jednolita grubość i miękka tekstura;
2) Pewna wytrzymałość mechaniczna, aby spełnić wymagania dotyczące naprężenia podczas formowania kabla;
3) szybkie pęcznienie, dobra stabilność chemiczna i duża wytrzymałość na wchłanianie wody i tworzenie żelu;
4) Dobra stabilność chemiczna, brak składników żrących, odporność na bakterie i pleśń;
5) Dobra stabilność termiczna, dobra odporność na warunki atmosferyczne, możliwość dostosowania do różnych procesów przetwarzania i produkcji oraz różnych środowisk użytkowania;
6) Dobra kompatybilność z innymi materiałami, z których wykonany jest kabel światłowodowy.
3. Przędza wodoodporna w zastosowaniu w kablach światłowodowych
3.1 Zastosowanie przędz wodoodpornych w kablach światłowodowych
Producenci kabli światłowodowych mogą stosować w procesie produkcyjnym różne struktury kabli, aby sprostać potrzebom użytkowników, zależnie od ich rzeczywistej sytuacji i wymagań:
1) Podłużne blokowanie wody w osłonie zewnętrznej za pomocą przędz blokujących wodę
W przypadku pancerza z marszczonej taśmy stalowej, zewnętrzna powłoka musi być wodoszczelna wzdłużnie, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci do kabla lub skrzynki przyłączeniowej. Aby uzyskać podłużną barierę wodną zewnętrznej powłoki, stosuje się dwie przędze hydroizolacyjne, z których jedna jest umieszczona równolegle do wewnętrznego rdzenia kabla, a druga jest owinięta wokół rdzenia kabla z pewnym odstępem (od 8 do 15 cm), pokryta marszczoną taśmą stalową i PE (polietylenem), tak aby przędza hydroizolacyjna dzieliła szczelinę między rdzeniem kabla a taśmą stalową, tworząc małą, zamkniętą komorę. Przędza hydroizolacyjna pęcznieje i w krótkim czasie tworzy żel, zapobiegając przedostawaniu się wody do kabla i ograniczając jej przepływ do kilku małych komór w pobliżu miejsca uszkodzenia, spełniając w ten sposób cel podłużnej bariery wodnej, jak pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1: Typowe zastosowanie przędzy blokującej wodę w kablu optycznym
2) Podłużne blokowanie wody w rdzeniu kabla za pomocą przędz blokujących wodęMożna stosować w rdzeniu kabla dwie części przędzy blokującej wodę, jedna znajduje się w rdzeniu kabla ze zbrojonego drutu stalowego, przy użyciu dwóch przędz blokujących wodę, zwykle przędzy blokującej wodę i zbrojonego drutu stalowego umieszczonych równolegle, innej przędzy blokującej wodę o większym skoku owiniętej wokół drutu, są również dwie przędze blokujące wodę i zbrojony drut stalowy umieszczone równolegle, zastosowanie przędzy blokującej wodę o dużej zdolności rozszerzania się w celu blokowania wody; druga znajduje się w luźnej powierzchni obudowy, przed ściśnięciem wewnętrznej osłony, przędza blokująca wodę jako przędza wiążąca używana, dwie przędze blokujące wodę o mniejszym skoku (1 ~ 2 cm) w przeciwnym kierunku dookoła, tworząc gęsty i mały pojemnik blokujący, aby zapobiec przedostawaniu się wody, wykonany ze struktury „suchego rdzenia kabla”.
3.2 Wybór przędz wodoodpornych
Aby uzyskać dobrą odporność na wodę i zadowalające parametry obróbki mechanicznej w procesie produkcyjnym kabla światłowodowego, przy wyborze przędzy odpornej na wodę należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:
1) Grubość przędzy blokującej wodę
Aby zapewnić, że rozszerzalność włókna blokującego wodę może wypełnić szczelinę w przekroju poprzecznym kabla, dobór grubości włókna ma kluczowe znaczenie. Jest to oczywiście związane z wymiarami konstrukcyjnymi kabla i szybkością jego rozszerzania. Konstrukcja kabla powinna minimalizować występowanie szczelin, np. poprzez zastosowanie włókna blokującego wodę o wysokiej szybkości rozszerzania. W ten sposób można zmniejszyć średnicę włókna blokującego wodę do minimum, co pozwala uzyskać niezawodną ochronę przed wodą, a jednocześnie obniżyć koszty.
2) Szybkość pęcznienia i wytrzymałość żelu przędz blokujących wodę
Test penetracji wody zgodnie z normą IEC794-1-F5B przeprowadza się na pełnym przekroju poprzecznym kabla światłowodowego. Do próbki kabla światłowodowego o długości 3 m dodaje się 1 m słupa wody, a 24 godziny bez wycieku uznaje się za zaliczone. Jeśli szybkość pęcznienia włókna blokującego wodę nie nadąża za szybkością infiltracji wody, możliwe jest, że woda przepłynęła przez próbkę w ciągu kilku minut od rozpoczęcia testu, a włókno blokujące wodę nie spęczniało jeszcze całkowicie. Po pewnym czasie włókno blokujące wodę całkowicie spęcznieje i zablokuje wodę, ale to również oznacza awarię. Jeśli szybkość pęcznienia jest szybsza, a wytrzymałość żelu jest niewystarczająca, nie jest on w stanie wytrzymać ciśnienia generowanego przez 1 m słupa wody, a blokowanie wody również zakończy się niepowodzeniem.
3) Miękkość przędzy blokującej wodę
Ponieważ miękkość przędzy blokującej wodę ma wpływ na właściwości mechaniczne kabla, zwłaszcza na nacisk boczny, odporność na uderzenia itp., uderzenia są bardziej widoczne, dlatego należy starać się używać bardziej miękkiej przędzy blokującej wodę.
4) Wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie i długość przędzy blokującej wodę
Podczas produkcji każdego odcinka korytka kablowego, przędza blokująca wodę powinna być ciągła i nieprzerwana, co wymaga, aby przędza blokująca wodę miała określoną wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie. W ten sposób zapobiega się jej rozciąganiu podczas procesu produkcyjnego, a także zapobiega się jej uszkodzeniu w przypadku rozciągania, zginania i skręcania. Długość przędzy blokującej wodę zależy głównie od długości korytka kablowego. Aby zmniejszyć częstotliwość wymiany przędzy w produkcji ciągłej, im dłuższa jest przędza blokująca wodę, tym lepiej.
5) Kwasowość i zasadowość przędzy blokującej wodę powinna być neutralna, w przeciwnym razie przędza blokująca wodę zareaguje z materiałem kabla i wytrąci wodór.
6) Stabilność przędz blokujących wodę
Tabela 2: Porównanie struktury blokującej wodę przędz blokujących wodę ze strukturą innych materiałów blokujących wodę
| Porównaj elementy | Nadzienie galaretkowe | Pierścień uszczelniający do wody roztopionej na gorąco | Taśma blokująca wodę | Przędza blokująca wodę |
| Wodoodporność | Dobry | Dobry | Dobry | Dobry |
| Przetwarzalność | Prosty | Skomplikowany | Bardziej złożone | Prosty |
| Właściwości mechaniczne | Wykwalifikowany | Wykwalifikowany | Wykwalifikowany | Wykwalifikowany |
| Długoterminowa niezawodność | Dobry | Dobry | Dobry | Dobry |
| Siła wiązania osłonki | Sprawiedliwy | Dobry | Sprawiedliwy | Dobry |
| Ryzyko połączenia | Tak | No | No | No |
| Efekty utleniania | Tak | No | No | No |
| Rozpuszczalnik | Tak | No | No | No |
| Masa na jednostkę długości kabla światłowodowego | Ciężki | Światło | Cięższy | Światło |
| Niepożądany przepływ materiałów | Możliwy | No | No | No |
| Czystość w produkcji | Słaby | Więcej biednych | Dobry | Dobry |
| Obsługa materiałów | Ciężkie żelazne bębny | Prosty | Prosty | Prosty |
| Inwestycja w sprzęt | Duży | Duży | Większy | Mały |
| Koszt materiału | Wyższy | Niski | Wyższy | Niżej |
| Koszty produkcji | Wyższy | Wyższy | Wyższy | Niżej |
Stabilność przędz wodoszczelnych mierzy się głównie za pomocą stabilności krótkoterminowej i długoterminowej. Stabilność krótkoterminowa jest głównie rozpatrywana pod kątem krótkotrwałego wzrostu temperatury (temperatura procesu wytłaczania powłoki do 220–240°C) na właściwości barierowe przędzy wodoszczelnej i właściwości mechaniczne w warunkach udarności. Stabilność długoterminowa, uwzględniająca głównie starzenie się przędzy wodoszczelnej, szybkość rozszerzania, wytrzymałość i stabilność żelu, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie w warunkach udarności, musi być odporna na działanie wody przez cały okres eksploatacji kabla (20–30 lat). Podobnie jak w przypadku smaru i taśmy wodoszczelnej, wytrzymałość i stabilność żelu są ważnymi cechami przędzy wodoszczelnej. Przędza wodoszczelna o wysokiej wytrzymałości żelu i dobrej stabilności może zachować dobre właściwości wodoszczelne przez długi czas. Wręcz przeciwnie, zgodnie z odpowiednimi niemieckimi normami krajowymi, niektóre materiały w warunkach hydrolizy ulegają rozkładowi do bardzo mobilnego materiału o małej masie cząsteczkowej i nie spełniają celu długotrwałej odporności na wodę.
3.3 Zastosowanie przędz blokujących wodę
Przędza blokująca wodę jest doskonałym materiałem blokującym wodę w kablach optycznych i zastępuje pastę olejową, pierścień blokujący wodę z klejem topliwym i taśmę blokującą wodę itp., które są stosowane w dużych ilościach w produkcji kabli optycznych. W tabeli 2 przedstawiono niektóre z właściwości tych materiałów blokujących wodę, w celu porównania.
4. Wnioski
Podsumowując, przędza blokująca wodę to doskonały materiał blokujący wodę, odpowiedni do kabli optycznych. Charakteryzuje się prostą konstrukcją, niezawodną wydajnością, wysoką efektywnością produkcji i łatwością użycia. Zaletą materiału wypełniającego kabel optyczny jest jego niewielka waga, niezawodna wydajność i niski koszt.
Czas publikacji: 16 lipca 2022 r.