1 Bevezetés
Az elmúlt évtizedben a kommunikációs technológia gyors fejlődésével a száloptikai kábelek alkalmazási területe is bővült. Ahogy az optikai kábelekkel szemben támasztott környezeti követelmények folyamatosan növekednek, úgy nőnek az optikai kábelekben használt anyagok minőségével szemben támasztott követelmények is. Az optikai kábelek vízzáró szalagja egy gyakori vízzáró anyag, amelyet az optikai kábeliparban használnak. A tömítés, vízszigetelés, nedvesség elleni védelem és puffervédelem szerepe az optikai kábelekben széles körben elismert, és változatossága és teljesítménye folyamatosan javult és tökéletesedett az optikai kábelek fejlődésével. Az elmúlt években bevezették a „száraz mag” szerkezetet az optikai kábelekbe. Ez a típusú kábel vízzáró anyag általában szalag, fonal vagy bevonat kombinációja, amely megakadályozza a víz hosszirányú behatolását a kábelmagba. A száraz magú optikai kábelek egyre növekvő elfogadottságával a száraz magú optikai kábelanyagok gyorsan felváltják a hagyományos vazelin alapú kábeltöltő anyagokat. A száraz magú anyag egy olyan polimert használ, amely gyorsan felszívja a vizet, hidrogelt képezve, amely megduzzad és kitölti a kábel vízbehatolási csatornáit. Ezenkívül, mivel a száraz maganyag nem tartalmaz ragadós zsírt, nincs szükség törlőkendőre, oldószerre vagy tisztítószerre a kábel összeillesztésre való előkészítéséhez, és a kábel összeillesztési ideje jelentősen lerövidül. A kábel könnyű súlya és a külső erősítőfonal és a burkolat közötti jó tapadás nem csökken, így népszerű választás.
2 A víz hatása a kábelre és a vízálló mechanizmusra
A különféle vízzáró intézkedések megtételének fő oka az, hogy a kábelbe jutó víz hidrogénné és O₂H⁻ ionokká bomlik, ami növeli az optikai szál átviteli veszteségét, csökkenti a szál teljesítményét és lerövidíti a kábel élettartamát. A leggyakoribb vízzáró intézkedések a vazelinpasztával való feltöltés és a vízzáró szalag felhelyezése, amelyeket a kábel magja és köpenye közötti rés kitöltésére használnak, hogy megakadályozzák a víz és a nedvesség függőleges terjedését, így szerepet játszva a vízzárásban.
Amikor a szintetikus gyantákat nagy mennyiségben használják szigetelőanyagként optikai kábelekben (elsősorban kábelekben), ezek a szigetelőanyagok sem immunisak a víz behatolásával szemben. A szigetelőanyagban kialakuló „vízfák” a fő oka az átviteli teljesítményre gyakorolt hatásnak. A szigetelőanyagra a vízfák által gyakorolt hatás mechanizmusát általában a következőképpen magyarázzák: az erős elektromos tér miatt (egy másik hipotézis az, hogy a gyanta kémiai tulajdonságait a gyorsított elektronok nagyon gyenge kisülése megváltoztatja), a vízmolekulák áthatolnak a száloptikai kábel köpenyanyagában található különböző számú mikropóruson. A vízmolekulák áthatolnak a kábel köpenyanyagában található különböző számú mikropóruson, „vízfákat” képezve, fokozatosan nagy mennyiségű vizet halmoznak fel, és a kábel hosszirányában szétterjednek, befolyásolva a kábel teljesítményét. Évekig tartó nemzetközi kutatás és tesztelés után az 1980-as évek közepén megtalálták a módját a vízzáró rétegek előállításának legjobb módjának kiküszöbölésére, azaz arra, hogy a kábel extrudálása előtt egy vízelnyelő és tágulást biztosító rétegbe burkolják a vízzáró rétegeket, hogy gátolják és lassítsák a vízzáró rétegek növekedését, elzárva a vizet a kábelben a hosszirányú terjedés belsejében; ugyanakkor a külső sérülések és a víz beszivárgása miatt a vízzáró réteg gyorsan elzárhatja a vizet, nem pedig a kábel hosszirányú terjedését.
3 A kábel vízzáró fóliájának áttekintése
3. 1 Az optikai kábelek vízzáró rétegeinek osztályozása
Az optikai kábelek vízzáró fóliáit sokféleképpen osztályozhatjuk, szerkezetük, minőségük és vastagságuk szerint. Általánosságban elmondható, hogy szerkezetük szerint osztályozhatók: kétoldalas laminált szalag, egyoldalas bevonatos szalag és kompozit fóliás szalag. A vízzáró fólia vízzáró funkciója elsősorban a nagy vízfelvételű anyagnak (ún. vízzáró fólia) köszönhető, amely a vízzáró fólia vízzel való találkozása után gyorsan megduzzadhat, nagy térfogatú gélt képezve (a vízzáró fólia több százszor több vizet képes felszívni, mint önmaga), így megakadályozva a vízfa növekedését, és megakadályozva a víz további beszivárgását és terjedését. Ezek közé tartoznak mind a természetes, mind a kémiailag módosított poliszacharidok.
Bár ezek a természetes vagy félig természetes vízzáró anyagok jó tulajdonságokkal rendelkeznek, két végzetes hátránnyal is rendelkeznek:
1) biológiailag lebomlóak és 2) könnyen gyúlékonyak. Emiatt valószínűtlen, hogy optikai kábelekhez való felhasználásra kerülnének. A vízálló bevonat másik típusú szintetikus anyaga a poliakrilátok, amelyek vízálló bevonatként használhatók optikai kábelekhez, mivel megfelelnek a következő követelményeknek: 1) száradás után ellensúlyozzák az optikai kábelek gyártása során keletkező feszültségeket;
2) száraz állapotban ellenállnak az optikai kábelek üzemi körülményeinek (szobahőmérséklettől 90 °C-ig terjedő hőciklusok) anélkül, hogy befolyásolnák a kábel élettartamát, és rövid ideig magas hőmérsékletet is elviselnek;
3) víz hatására gyorsan megduzzadnak és gélt képeznek, ami nagy sebességű tágulással jár.
4) nagy viszkozitású gélt képeznek, még magas hőmérsékleten is a gél viszkozitása hosszú ideig stabil.
A vízlepergető anyagok szintézise nagyjából felosztható hagyományos kémiai módszerekre – fordított fázisú módszer (víz-az-olajban polimerizációs térhálósítási módszer), saját térhálósítási polimerizációs módszer – korongos módszer, besugárzásos módszer – „kobalt 60” γ-sugárzási módszer. A térhálósítási módszer a „kobalt 60” γ-sugárzási módszeren alapul. A különböző szintézismódszerek eltérő polimerizációs és térhálósítási fokúak, ezért nagyon szigorú követelményeket támasztanak a vízzáró szalagokban szükséges vízzáró szerrel szemben. Csak nagyon kevés poliakrilát képes megfelelni a fenti négy követelménynek. A gyakorlati tapasztalatok szerint a vízzáró szereket (vízelnyelő gyantákat) nem lehet egyetlen rész térhálósított nátrium-poliakrilát alapanyagaként használni, hanem több polimerből álló térhálósítási módszert (azaz a térhálósított nátrium-poliakrilát keverék különböző részeinek felhasználásával) kell használni a gyors és nagy vízfelvételi többszörös elérésének érdekében. Az alapvető követelmények a következők: a vízfelvételi többszörös elérheti a körülbelül 400-szoros értéket, a vízfelvételi sebesség az első percben elérheti a vízálló bevonat által elnyelt víz 75%-át; a vízálló bevonat száradási hőstabilitási követelményei: 90°C hosszú távú hőállóság, 160°C maximális üzemi hőmérséklet, 230°C pillanatnyi hőállóság (különösen fontos az elektromos jeleket hordozó fotoelektromos kompozit kábelek esetében); a gélképződés utáni vízfelvétel stabilitási követelményei: több hőciklus után (20°C ~ 95°C). A gél vízfelvétel utáni stabilitásához szükséges: nagy viszkozitású gél és gélszilárdság több hőciklus után (20°C-tól 95°C-ig). A gél stabilitása jelentősen változik a szintézis módjától és a gyártó által felhasznált anyagoktól függően. Ugyanakkor, minél gyorsabb a tágulási sebesség, annál jobb, egyes termékek egyoldalúan a sebességre törekszenek, az adalékanyagok használata nem segíti elő a hidrogel stabilitását, a vízvisszatartó képesség romlásához vezethet, de nem éri el a vízállósági hatást.
3. A vízzáró szalag 3 jellemzője Mivel a kábel gyártása, tesztelése, szállítása, tárolása és használata során el kell viselni a környezeti vizsgálatot, az optikai kábelek használata szempontjából a kábel vízzáró szalagjának követelményei a következők:
1) megjelenés száleloszlás, kompozit anyagok delamináció és por nélkül, bizonyos mechanikai szilárdsággal, a kábel igényeinek megfelelően;
2) egyenletes, megismételhető, stabil minőség, a kábel kialakítása során nem fog delaminálódni és nem fog keletkezni
3) nagy tágulási nyomás, gyors tágulási sebesség, jó gélstabilitás;
4) jó hőstabilitás, alkalmas különféle későbbi feldolgozásra;
5) magas kémiai stabilitás, nem tartalmaz korrozív összetevőket, ellenáll a baktériumoknak és a penészedésnek;
6) jó kompatibilitás más optikai kábel anyagokkal, oxidációs ellenállás stb.
4 Optikai kábel vízzáró teljesítményszabványok
Számos kutatási eredmény azt mutatja, hogy a nem minősített vízállóság jelentős károkat okoz a kábel átviteli teljesítményének hosszú távú stabilitásában. Ez a kár az optikai kábel gyártási folyamatában és gyári ellenőrzésében nehezen észlelhető, de fokozatosan megjelenik a kábel használat utáni fektetése során. Ezért sürgető feladattá vált egy átfogó és pontos vizsgálati szabvány időben történő kidolgozása, amely minden fél által elfogadható értékelési alapot teremt. A szerző kiterjedt kutatásai, feltárása és kísérletei a vízzáró szalagokkal kapcsolatban megfelelő műszaki alapot biztosítottak a vízzáró szalagok műszaki szabványainak kidolgozásához. A vízzáró érték teljesítményparamétereinek meghatározása a következők alapján:
1) az optikai kábelekre vonatkozó szabvány követelményei a vízzáró szigetelésre vonatkozóan (főként az optikai kábelekre vonatkozó szabványban szereplő optikai kábel anyagára vonatkozó követelmények);
2) vízzáró anyagok gyártásában és használatában szerzett tapasztalat, valamint vonatkozó vizsgálati jelentések;
3) kutatási eredmények a vízzáró szalagok tulajdonságainak az optikai kábelek teljesítményére gyakorolt hatásáról.
4. 1 Megjelenés
A vízzáró szalag megjelenésének egyenletesen elosztott szálaknak kell lennie; a felületnek síknak, gyűrődésektől, gyűrődésektől és szakadásoktól mentesnek; a szalag szélességében nem lehetnek repedések; a kompozit anyagnak mentesnek kell lennie a delaminációtól; a szalagnak szorosan kell feltekerednie, és a kézben tartott szalag széleinek mentesnek kell lenniük a „szalmakalap” alaktól.
4.2 A szalag mechanikai szilárdsága
A vízzáró szalag szakítószilárdsága a poliészter nem szőtt szalag gyártási módjától függ, azonos mennyiségi feltételek mellett a viszkózus módszer jobb, mint a melegen hengerelt gyártási módszer a termék szakítószilárdsága, vastagsága is vékonyabb. A vízzáró szalag szakítószilárdsága attól függően változik, hogy a kábelt hogyan tekerik vagy tekerik a kábel köré.
Ez két vízzáró szalag esetében kulcsfontosságú mutató, amelyek vizsgálati módszerét egységesíteni kell az eszközzel, a folyadékkal és a vizsgálati eljárással. A vízzáró szalag fő vízzáró anyaga részben térhálósított nátrium-poliakrilát és származékai, amelyek érzékenyek a vízminőségi követelmények összetételére és jellegére. A vízzáró szalag duzzadási magasságának szabványosságának egységesítése érdekében ioncserélt víz használata javasolt (desztillált vizet használnak az arbitrációban), mivel az ioncserélt vízben, amely alapvetően tiszta víz, nincsenek anionos és kationos komponensek. A vízabszorpciós gyanta abszorpciós szorzója különböző vízminőségekben nagymértékben változik: ha a tiszta vízben az abszorpciós szorzó a névleges érték 100%-a; csapvízben 40% és 60% között van (az egyes helyszínek vízminőségétől függően); tengervízben 12%; a felszín alatti víz vagy csatornavíz esetében összetettebb, nehéz meghatározni az abszorpciós százalékot, és értéke nagyon alacsony lesz. A kábel vízzáró hatásának és élettartamának biztosítása érdekében a legjobb, ha 10 mm-nél nagyobb duzzadási magasságú vízzáró szalagot használ.
4.3 Elektromos tulajdonságok
Általánosságban elmondható, hogy az optikai kábel nem tartalmazza a fémhuzal elektromos jelátvitelét, ezért nem igényel félvezető ellenállású vízszigetelő szalagot, csak 33 Wang Qiang stb.: optikai kábel vízszigetelő szalag
Elektromos kompozit kábel az elektromos jelek jelenléte előtt, a kábel szerkezetétől függően a szerződésben meghatározott speciális követelmények.
4.4 Hőstabilitás A vízzáró szalagok legtöbb fajtája megfelel a hőstabilitási követelményeknek: 90°C hosszú távú hőállóság, 160°C maximális üzemi hőmérséklet, 230°C pillanatnyi hőállóság. A vízzáró szalag teljesítménye ezen a hőmérsékleten egy meghatározott idő elteltével nem változhat.
A gél szilárdságának kell lennie az intumeszkáló anyag legfontosabb jellemzőjének, míg a tágulási sebesség csak a kezdeti vízpenetráció hosszának korlátozására szolgál (kevesebb, mint 1 m). Egy jó tágulási anyagnak megfelelő tágulási sebességgel és magas viszkozitással kell rendelkeznie. Egy rossz vízzáró anyag, még nagy tágulási sebességgel és alacsony viszkozitással is, gyenge vízzáró tulajdonságokkal rendelkezik. Ez számos termikus ciklussal összehasonlítva tesztelhető. Hidrolitikus körülmények között a gél alacsony viszkozitású folyadékká bomlik, ami rontja a minőségét. Ezt úgy érik el, hogy egy duzzadó port tartalmazó tiszta vizes szuszpenziót 2 órán át kevernek. A kapott gélt ezután elválasztják a felesleges víztől, és egy forgó viszkozitásmérőbe helyezik, hogy megmérjék a viszkozitást 24 óra elteltével 95°C-on. A gél stabilitásában mutatkozó különbség látható. Ezt általában 8 órás ciklusokban végzik 20°C-ról 95°C-ra, illetve 8 órás ciklusokban 95°C-ról 20°C-ra. A vonatkozó német szabványok 126 db 8 órás ciklust írnak elő.
4. 5 Kompatibilitás A vízzáró réteg kompatibilitása különösen fontos jellemző az optikai kábel élettartama szempontjából, ezért az eddig használt optikai kábelanyagokhoz viszonyítva kell figyelembe venni. Mivel a kompatibilitás megléte hosszú időt vesz igénybe, gyorsított öregítési vizsgálatot kell alkalmazni, azaz a kábelanyag mintáját letörlik, egy réteg száraz vízálló szalaggal becsomagolják, és 10 napig 100°C-os állandó hőmérsékletű kamrában tartják, majd a minőséget lemérik. Az anyag szakítószilárdsága és nyúlása a vizsgálat után nem változhat 20%-nál nagyobb mértékben.
Közzététel ideje: 2022. július 22.