1 Úvod
S rýchlym rozvojom komunikačných technológií v poslednom desaťročí sa rozširuje oblasť použitia optických káblov. S neustále rastúcimi environmentálnymi požiadavkami na optické káble rastú aj požiadavky na kvalitu materiálov používaných v optických kábloch. Vodotesná páska z optických káblov je bežný vodotesný materiál používaný v priemysle optických káblov. Úloha tesnenia, hydroizolácie, ochrany pred vlhkosťou a nárazníkom v optických kábloch je všeobecne uznávaná a jej rozmanitosť a výkon sa s vývojom optických káblov neustále zlepšujú a zdokonaľujú. V posledných rokoch sa do optických káblov zaviedla štruktúra „suchého jadra“. Tento typ vodotesného materiálu kábla je zvyčajne kombináciou pásky, priadze alebo povlaku, ktorý zabraňuje pozdĺžnemu prenikaniu vody do jadra kábla. S rastúcim prijatím suchých optických káblov, suché materiály optických káblov rýchlo nahrádzajú tradičné výplňové hmoty na báze vazelíny. Suchý materiál jadra používa polymér, ktorý rýchlo absorbuje vodu a vytvára hydrogél, ktorý napučiava a vypĺňa kanály kábla prenikajúce vodou. Navyše, keďže suchý materiál jadra neobsahuje lepkavé mazivo, na prípravu kábla na spájanie nie sú potrebné žiadne utierky, rozpúšťadlá ani čistiace prostriedky a čas spájania kábla sa výrazne skracuje. Nízka hmotnosť kábla a dobrá priľnavosť medzi vonkajšou výstužnou priadzou a plášťom sa neznižujú, čo z neho robí obľúbenú voľbu.
2 Vplyv vody na kábel a mechanizmus vodotesnosti
Hlavným dôvodom, prečo by sa mali prijať rôzne opatrenia na blokovanie vody, je to, že voda vstupujúca do kábla sa rozkladá na vodík a ióny O₂H⁻, čo zvyšuje straty prenosu optického vlákna, znižuje výkon vlákna a skracuje životnosť kábla. Najbežnejšie opatrenia na blokovanie vody sú vyplnenie ropnou pastou a pridanie vodotesnej pásky, ktorá sa vyplní do medzery medzi jadrom a plášťom kábla, aby sa zabránilo vertikálnemu šíreniu vody a vlhkosti, a tým zohráva úlohu pri blokovaní vody.
Keď sa syntetické živice používajú vo veľkých množstvách ako izolanty v optických kábloch (najprv v kábloch), tieto izolačné materiály tiež nie sú imúnne voči vniknutiu vody. Tvorba „vodných stromov“ v izolačnom materiáli je hlavným dôvodom vplyvu na prenosový výkon. Mechanizmus, ktorým je izolačný materiál ovplyvnený vodnými stromami, sa zvyčajne vysvetľuje takto: v dôsledku silného elektrického poľa (ďalšia hypotéza je, že chemické vlastnosti živice sa menia veľmi slabým výbojom urýchlených elektrónov) molekuly vody prenikajú cez rôzny počet mikroporéz prítomných v plášťovom materiáli optického kábla. Molekuly vody prenikajú cez rôzny počet mikroporéz v plášťovom materiáli kábla a vytvárajú „vodné stromy“, postupne akumulujú veľké množstvo vody a šíria sa v pozdĺžnom smere kábla, čím ovplyvňujú výkon kábla. Po rokoch medzinárodného výskumu a testovania sa v polovici 80. rokov 20. storočia našiel spôsob, ako eliminovať najlepší spôsob výroby vodných stromov, teda pred extrúziou kábla obaliť vrstvou absorpcie vody a rozširovania vodnej bariéry, aby sa zabránilo a spomalilo rast vodných stromov, blokovalo sa voda v kábli vo vnútri pozdĺžneho rozloženia; zároveň v dôsledku vonkajšieho poškodenia a infiltrácie vody môže vodná bariéra tiež rýchlo zablokovať vodu, nie pozdĺžne rozloženie kábla.
3 Prehľad vodnej bariéry kábla
3. 1 Klasifikácia vodných bariér pre optické káble
Existuje mnoho spôsobov klasifikácie vodných tesnení optických káblov, ktoré možno klasifikovať podľa ich štruktúry, kvality a hrúbky. Vo všeobecnosti ich možno klasifikovať podľa ich štruktúry: obojstranne laminované vodné tesnenie, jednostranne potiahnuté vodné tesnenie a kompozitné filmové vodné tesnenie. Funkcia vodnej bariéry je spôsobená najmä materiálom s vysokou absorpciou vody (nazývaným vodná bariéra), ktorý po kontakte vodnej bariéry s vodou môže rýchlo napučať a vytvoriť veľký objem gélu (vodná bariéra dokáže absorbovať stovkykrát viac vody ako sama o sebe), čím zabraňuje rastu vodného stromu a zabraňuje ďalšej infiltrácii a šíreniu vody. Patria sem prírodné aj chemicky modifikované polysacharidy.
Hoci tieto prírodné alebo poloprírodné blokátory vody majú dobré vlastnosti, majú dve fatálne nevýhody:
1) sú biologicky odbúrateľné a 2) sú vysoko horľavé. Preto je nepravdepodobné, že by sa použili v materiáloch pre optické káble. Ďalším typom syntetického materiálu vo vodeodolných vrstvách sú polyakryláty, ktoré sa môžu použiť ako vodeodolné vrstvy pre optické káble, pretože spĺňajú nasledujúce požiadavky: 1) po zaschnutí dokážu pôsobiť proti namáhaniu vznikajúcemu počas výroby optických káblov;
2) po zaschnutí odolávajú prevádzkovým podmienkam optických káblov (tepelné cyklovanie od izbovej teploty do 90 °C) bez ovplyvnenia životnosti kábla a tiež krátkodobo odolávajú vysokým teplotám;
3) keď vnikne voda, môžu rýchlo napučať a vytvoriť gél s rýchlosťou expanzie.
4) vytvárajú vysoko viskózny gél, pričom aj pri vysokých teplotách je viskozita gélu dlhodobo stabilná.
Syntézu hydrofobizujúcich látok možno zhruba rozdeliť na tradičné chemické metódy – metódu s reverznou fázou (metóda zosieťovania polymerizáciou voda v oleji), vlastnú metódu zosieťovacej polymerizácie – diskovú metódu, metódu ožarovania – metódu γ-lúčov „kobalt 60“. Metóda zosieťovania je založená na metóde γ-žiarenia „kobalt 60“. Rôzne metódy syntézy majú rôzne stupne polymerizácie a zosieťovania, a preto kladú veľmi prísne požiadavky na hydrofobizačné činidlo potrebné vo hydrofobizačných páskach. Len veľmi málo polyakrylátov dokáže splniť vyššie uvedené štyri požiadavky. Podľa praktických skúseností hydrofobizačné činidlá (vodu absorbujúce živice) nemožno použiť ako surovinu pre jednu časť zosieťovaného polyakrylátu sodného, ale musia sa použiť v metóde zosieťovania viacerých polymérov (t. j. rôzne časti zmesi zosieťovaného polyakrylátu sodného), aby sa dosiahol cieľ rýchlej a vysokej absorpcie vody. Základné požiadavky sú: násobok absorpcie vody môže dosiahnuť približne 400-násobok, rýchlosť absorpcie vody môže dosiahnuť 75 % absorbovanej vody už v prvej minúte; požiadavky na tepelnú stabilitu pri schnutí vo vode: dlhodobá teplotná odolnosť 90 °C, maximálna pracovná teplota 160 °C, okamžitá teplotná odolnosť 230 °C (obzvlášť dôležité pre fotoelektrické kompozitné káble s elektrickými signálmi); požiadavky na stabilitu pri absorpcii vody po vytvorení gélu: po niekoľkých tepelných cykloch (20 °C až 95 °C). Stabilita gélu po absorpcii vody vyžaduje: vysokú viskozitu gélu a pevnosť gélu po niekoľkých tepelných cykloch (20 °C až 95 °C). Stabilita gélu sa značne líši v závislosti od metódy syntézy a použitých materiálov výrobcom. Zároveň platí, že čím vyššia je rýchlosť expanzie, tým lepšia je, niektoré produkty sa snažia o rýchlosť a použitie prísad neprispieva k stabilite hydrogélu, ničia jeho schopnosť zadržiavať vodu, ale nedosahujú účinok odolnosti voči vode.
3. 3 charakteristiky vodotesnej pásky Keďže kábel počas výroby, testovania, prepravy, skladovania a používania odoláva environmentálnym skúškam, z hľadiska použitia optického kábla sú požiadavky na vodotesnú pásku kábla nasledovné:
1) vzhľad rozloženia vlákien, kompozitné materiály bez delaminácie a prášku, s určitou mechanickou pevnosťou, vhodné pre potreby kábla;
2) jednotná, opakovateľná a stabilná kvalita, pri tvorbe kábla sa nerozdeľuje a neprodukuje
3) vysoký expanzný tlak, vysoká rýchlosť expanzie, dobrá stabilita gélu;
4) dobrá tepelná stabilita, vhodná na rôzne následné spracovanie;
5) vysoká chemická stabilita, neobsahuje žiadne korozívne zložky, odolná voči baktériám a plesniam;
6) dobrá kompatibilita s inými materiálmi optického kábla, odolnosť voči oxidácii atď.
4 Normy výkonu vodnej bariéry optického kábla
Veľké množstvo výsledkov výskumu ukazuje, že nekvalifikovaná odolnosť voči vode a dlhodobá stabilita prenosového výkonu kábla spôsobia veľké škody. Toto poškodenie je ťažké zistiť počas výrobného procesu a kontroly optických káblov vo výrobe, ale postupne sa objaví počas kladenia kábla po použití. Preto sa včasné vypracovanie komplexných a presných testovacích noriem, ktoré by prijali všetky strany, stalo naliehavou úlohou. Rozsiahly výskum, prieskum a experimenty autora v oblasti vodotesných pásov poskytli primeraný technický základ pre vývoj technických noriem pre vodotesné pásy. Určenie výkonnostných parametrov vodotesnej bariéry sa vykonáva na základe nasledujúcich údajov:
1) požiadavky normy pre optické káble týkajúce sa vodotesného tesnenia (najmä požiadavky na materiál optického kábla v norme pre optické káble);
2) skúsenosti s výrobou a používaním vodných bariér a príslušné protokoly o skúškach;
3) výsledky výskumu o vplyve charakteristík vodotesných pások na výkon optických káblov.
4. 1 Vzhľad
Vzhľad vodotesnej pásky by mal byť s rovnomerne rozloženými vláknami; povrch by mal byť rovný a bez vrások, záhybov a trhlín; v šírke pásky by nemali byť žiadne trhliny; kompozitný materiál by nemal byť delaminovaný; páska by mala byť pevne navinutá a okraje ručne držanej pásky by nemali mať tvar „slamky“.
4.2 Mechanická pevnosť tesniacej pásy
Pevnosť v ťahu vodotesnej pásky závisí od spôsobu výroby polyesterovej netkanej pásky. Za rovnakých kvantitatívnych podmienok je viskózová metóda lepšia ako metóda výroby valcovanej za tepla, čo sa týka pevnosti v ťahu a hrúbky výrobku, ktorá je tiež menšia. Pevnosť v ťahu vodotesnej pásky sa mení v závislosti od spôsobu, akým je kábel omotaný alebo okolo neho omotaný.
Toto je kľúčový ukazovateľ pre dva vodotesné pásy, pre ktoré by sa mala skúšobná metóda zjednotiť so zariadením, kvapalinou a skúšobným postupom. Hlavným vodotesným materiálom vo vodotesnej páske je čiastočne zosieťovaný polyakrylát sodný a jeho deriváty, ktoré sú citlivé na zloženie a povahu požiadaviek na kvalitu vody. Aby sa zjednotil štandard výšky napučania vodotesnej pásky, malo by sa uprednostniť použitie deionizovanej vody (v arbitráži sa používa destilovaná voda), pretože v deionizovanej vode nie sú žiadne aniónové ani katiónové zložky, čo je v podstate čistá voda. Absorpčný multiplikátor vodotesnej živice sa v rôznych kvalitách vody značne líši. Ak je absorpčný multiplikátor v čistej vode 100 % nominálnej hodnoty, vo vode z vodovodu je to 40 % až 60 % (v závislosti od kvality vody na každom mieste), v morskej vode je to 12 %; podzemná voda alebo voda z odkvapov je zložitejšia, je ťažké určiť percento absorpcie a jeho hodnota bude veľmi nízka. Na zabezpečenie vodotesného efektu a životnosti kábla je najlepšie použiť vodotesnú pásku s výškou napučania > 10 mm.
4.3 Elektrické vlastnosti
Vo všeobecnosti optický kábel neobsahuje kovový drôt na prenos elektrických signálov, takže sa nepoužíva polovodivá vodná páska, iba 33 Wang Qiang atď.: optický kábel vodná páska
Elektrický kompozitný kábel pred prítomnosťou elektrických signálov, špecifické požiadavky podľa štruktúry kábla zmluvou.
4.4 Tepelná stabilita Väčšina druhov vodotesných pások spĺňa požiadavky na tepelnú stabilitu: dlhodobá teplotná odolnosť 90 °C, maximálna pracovná teplota 160 °C, okamžitá teplotná odolnosť 230 °C. Výkon vodotesnej pásky by sa nemal po stanovenom čase pri týchto teplotách meniť.
Pevnosť gélu by mala byť najdôležitejšou charakteristikou intumescentného materiálu, zatiaľ čo rýchlosť expanzie sa používa iba na obmedzenie dĺžky počiatočného prenikania vody (menej ako 1 m). Dobrý expanzný materiál by mal mať správnu rýchlosť expanzie a vysokú viskozitu. Materiál so slabou vodotesnou bariérou, aj s vysokou rýchlosťou expanzie a nízkou viskozitou, bude mať slabé vodotesné vlastnosti. Toto sa dá otestovať v porovnaní s niekoľkými tepelnými cyklami. Za hydrolytických podmienok sa gél rozpadne na kvapalinu s nízkou viskozitou, čo zhorší jeho kvalitu. To sa dosiahne miešaním suspenzie čistej vody obsahujúcej napúčací prášok počas 2 hodín. Výsledný gél sa potom oddelí od prebytočnej vody a umiestni do rotačného viskozimetra na meranie viskozity pred a po 24 hodinách pri teplote 95 °C. Rozdiel v stabilite gélu je viditeľný. Toto sa zvyčajne vykonáva v cykloch 8 hodín od 20 °C do 95 °C a 8 hodín od 95 °C do 20 °C. Príslušné nemecké normy vyžadujú 126 cyklov po 8 hodinách.
4. 5 Kompatibilita Kompatibilita vodnej bariéry je obzvlášť dôležitou charakteristikou vo vzťahu k životnosti optického kábla, a preto by sa mala posudzovať vo vzťahu k použitým materiálom optického kábla. Keďže kompatibilita sa prejaví až po dlhom čase, musí sa použiť test zrýchleného starnutia, t. j. vzorka káblového materiálu sa utrie dočista, obalí vrstvou suchej vodeodolnej pásky a uchováva sa v komore s konštantnou teplotou 100 °C počas 10 dní, po ktorých sa zváži kvalita. Pevnosť v ťahu a predĺženie materiálu by sa po teste nemali zmeniť o viac ako 20 %.
Čas uverejnenia: 22. júla 2022