1 Uvod
Z naglim razvojem komunikacijske tehnologije v zadnjem desetletju ali dveh se je področje uporabe optičnih kablov širilo. Ker se okoljske zahteve za optične kable še naprej povečujejo, se povečujejo tudi zahteve glede kakovosti materialov, ki se uporabljajo v optičnih kablih. Trak za blokiranje vode iz optičnih vlaken je pogost material za blokiranje vode, ki se uporablja v industriji optičnih kablov, vloga tesnjenja, hidroizolacije, zaščite pred vlago in pufrom v optičnih kablih pa je bila široko prepoznana, njegove različice in zmogljivosti pa so se z razvojem optičnih kablov nenehno izboljševale in izpopolnjevale. V zadnjih letih je bila v optične kable uvedena struktura "suhega jedra". Ta vrsta materiala za vodoodpornost kablov je običajno kombinacija traku, preje ali premaza, ki preprečuje vzdolžno prodiranje vode v jedro kabla. Z naraščajočo priljubljenostjo optičnih kablov s suhim jedrom materiali za optične kable s suhim jedrom hitro nadomeščajo tradicionalne polnilne mase za kable na osnovi vazelina. Material suhega jedra uporablja polimer, ki hitro absorbira vodo in tvori hidrogel, ki nabrekne in zapolni kanale za prodiranje vode v kablu. Poleg tega, ker suhi material jedra ne vsebuje lepljive masti, za pripravo kabla na spajanje niso potrebni robčki, topila ali čistila, čas spajanja pa se močno skrajša. Majhna teža kabla in dober oprijem med zunanjo ojačitveno nitjo in plaščem se ne zmanjšata, zaradi česar je priljubljena izbira.
2 Vpliv vode na kabel in mehanizem vodoodpornosti
Glavni razlog za različne ukrepe za blokiranje vode je, da se voda, ki vstopi v kabel, razgradi na vodik in ione O₂H⁻, kar poveča izgubo prenosa optičnega vlakna, zmanjša učinkovitost vlakna in skrajša življenjsko dobo kabla. Najpogostejša ukrepa za blokiranje vode sta polnjenje z naftno pasto in dodajanje traku za blokiranje vode, ki se napolni v režo med jedrom in plaščem kabla, da se prepreči navpično širjenje vode in vlage, kar igra vlogo pri blokiranju vode.
Ko se sintetične smole uporabljajo v velikih količinah kot izolatorji v optičnih kablih (najprej v kablih), ti izolacijski materiali prav tako niso imuni na vdor vode. Nastanek "vodnih dreves" v izolacijskem materialu je glavni razlog za vpliv na prenosne lastnosti. Mehanizem, s katerim vodna drevesa vplivajo na izolacijski material, se običajno pojasni na naslednji način: zaradi močnega električnega polja (druga hipoteza je, da se kemijske lastnosti smole spremenijo zaradi zelo šibkega praznjenja pospešenih elektronov) molekule vode prodrejo skozi različno število mikropor, ki so prisotne v materialu plašča optičnega kabla. Molekule vode bodo prodrle skozi različno število mikropor v materialu plašča kabla in tvorile "vodna drevesa", ki postopoma kopičijo veliko količino vode in se širijo v vzdolžni smeri kabla ter vplivajo na delovanje kabla. Po letih mednarodnih raziskav in testiranj so sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja našli najboljši način za odpravo vodnih dreves, torej pred ekstruzijo kabla, zavitega v plast absorpcije vode in širjenja vodne pregrade, da bi zavirali in upočasnili rast vodnih dreves, blokirali vodo v kablu znotraj vzdolžnega širjenja; hkrati lahko zaradi zunanjih poškodb in infiltracije vode vodna pregrada tudi hitro blokira vodo, ne da bi se kabel vzdolžno razširil.
3 Pregled kabelske vodne pregrade
3. 1 Klasifikacija vodnih pregrad za optične kable
Vodne zapore za optične kable je mogoče razvrstiti na več načinov glede na njihovo strukturo, kakovost in debelino. Na splošno jih lahko razvrstimo glede na njihovo strukturo: dvostransko laminirane vodne zapore, enostransko prevlečene vodne zapore in kompozitne filmske vodne zapore. Funkcija vodne zapore je predvsem posledica materiala z visoko absorpcijo vode (imenovanega vodna zapora), ki lahko po stiku z vodo hitro nabrekne in tvori veliko količino gela (vodna zapora lahko absorbira stokrat več vode kot sama), s čimer prepreči rast vodnega drevesa in nadaljnjo infiltracijo ter širjenje vode. Sem spadajo tako naravni kot kemično modificirani polisaharidi.
Čeprav imajo ti naravni ali polnaravni zaviralci vode dobre lastnosti, imajo dve usodni pomanjkljivosti:
1) so biorazgradljivi in 2) so lahko vnetljivi. Zaradi tega je njihova uporaba v materialih za optične kable malo verjetna. Drugo vrsto sintetičnega materiala v vodoodpornih materialih predstavljajo poliakrilati, ki se lahko uporabljajo kot vodoodporni materiali za optične kable, ker izpolnjujejo naslednje zahteve: 1) ko so suhi, lahko nevtralizirajo napetosti, ki nastanejo med izdelavo optičnih kablov;
2) ko so suhi, lahko prenesejo obratovalne pogoje optičnih kablov (termične cikle od sobne temperature do 90 °C), ne da bi to vplivalo na življenjsko dobo kabla, in lahko prenesejo tudi visoke temperature za krajša obdobja;
3) ko vstopi voda, lahko hitro nabreknejo in tvorijo gel s hitrostjo širjenja.
4) proizvajajo zelo viskozen gel, tudi pri visokih temperaturah je viskoznost gela dolgo časa stabilna.
Sintezo vodoodbojnih sredstev lahko na splošno razdelimo na tradicionalne kemijske metode – metodo z reverzno fazo (metoda zamreženja s polimerizacijo voda v olju), lastno metodo zamreženja s polimerizacijo – diskovno metodo in metodo obsevanja – metodo z γ-žarki »kobalt 60«. Metoda zamreženja temelji na metodi γ-žarčenja »kobalt 60«. Različne metode sinteze imajo različne stopnje polimerizacije in zamreženja, zato so zahteve glede sredstva za blokiranje vode, potrebnega v trakovih za blokiranje vode, zelo stroge. Le zelo malo poliakrilatov lahko izpolnjuje zgornje štiri zahteve. Glede na praktične izkušnje se sredstva za blokiranje vode (smole, ki absorbirajo vodo) ne morejo uporabiti kot surovina za en sam del zamreženega natrijevega poliakrilata, temveč jih je treba uporabiti v metodi zamreženja z več polimeri (tj. mešanico različnih delov zamreženega natrijevega poliakrilata), da se doseže cilj hitre in visoke absorpcije vode. Osnovne zahteve so: večkratnik absorpcije vode lahko doseže približno 400-kratnik, stopnja absorpcije vode lahko doseže 75 % vode, ki jo absorbira vodoodpornost, v prvi minuti; zahteve glede toplotne stabilnosti pri sušenju vodoodpornosti: dolgotrajna temperaturna odpornost 90 °C, najvišja delovna temperatura 160 °C, trenutna temperaturna odpornost 230 °C (še posebej pomembno za fotoelektrične kompozitne kable z električnimi signali); zahteve glede stabilnosti pri absorpciji vode po nastanku gela: po več termičnih ciklih (20 °C ~ 95 °C). Stabilnost gela po absorpciji vode se precej razlikuje glede na metodo sinteze in materiale, ki jih uporablja proizvajalec. Hkrati pa ni hitrejša hitrost ekspanzije, boljša je, nekateri izdelki enostransko zasledujejo hitrost in uporabljajo dodatke, kar ne prispeva k stabilnosti hidrogela, kar uniči sposobnost zadrževanja vode, vendar ne doseže učinka vodoodpornosti.
3. 3 značilnosti vodoodpornega traku Ker kabel med proizvodnjo, testiranjem, transportom, skladiščenjem in uporabo prenese okoljske preizkuse, so z vidika uporabe optičnega kabla zahteve za vodoodporni trak naslednje:
1) videz porazdelitve vlaken, kompozitni materiali brez delaminacije in prahu, z določeno mehansko trdnostjo, primerni za potrebe kabla;
2) enotna, ponovljiva, stabilna kakovost, pri oblikovanju kabla se ne bo delaminirala in proizvajala
3) visok ekspanzijski tlak, hitra ekspanzijska hitrost, dobra stabilnost gela;
4) dobra toplotna stabilnost, primerna za različne nadaljnje obdelave;
5) visoka kemijska stabilnost, ne vsebuje korozivnih sestavin, odporna na bakterije in plesen;
6) dobra združljivost z drugimi materiali optičnega kabla, odpornost proti oksidaciji itd.
4 Standardi delovanja vodne pregrade za optične kable
Številni rezultati raziskav kažejo, da bo neustrezna vodoodpornost dolgoročno vplivala na stabilnost prenosa kabla. To škodo je težko odkriti med proizvodnim procesom in tovarniškim pregledom optičnih vlaken, vendar se bo postopoma pojavila med polaganjem kabla po uporabi. Zato je pravočasen razvoj celovitega in natančnega preskusnega standarda, ki bi zagotovil osnovo za oceno, ki jo lahko sprejmejo vse strani, postal nujna naloga. Avtorjeve obsežne raziskave, raziskovanje in poskusi na področju vodoodpornih trakov so zagotovili ustrezno tehnično podlago za razvoj tehničnih standardov za vodoodporne trakove. Določite parametre delovanja vodoodpornih trakov na podlagi naslednjega:
1) zahteve standarda za optične kable za vodotesnost (predvsem zahteve glede materiala optičnega kabla v standardu za optične kable);
2) izkušnje z izdelavo in uporabo vodnih zapor ter ustrezna poročila o preskusih;
3) rezultati raziskav o vplivu lastnosti vodotesnih trakov na delovanje optičnih kablov.
4. 1 Videz
Videz traku za vodoodporno zaščito mora biti z enakomerno porazdeljenimi vlakni; površina mora biti ravna in brez gub, pregibov in raztrganin; po širini traku ne sme biti razpok; kompozitni material ne sme biti delaminiran; trak mora biti tesno ovit, robovi traku za ročno uporabo pa ne smejo imeti oblike "slamnika".
4.2 Mehanska trdnost tesnilne mase
Natezna trdnost vodotesnega traku je odvisna od načina izdelave poliestrskega netkanega traku. Pod enakimi kvantitativnimi pogoji je viskozna metoda boljša od vroče valjane metode izdelave izdelka glede natezne trdnosti, debelina pa je tudi manjša. Natezna trdnost vodotesnega traku se razlikuje glede na način ovijanja kabla ali ovijanja okoli kabla.
To je ključni kazalnik za dva pasova za blokiranje vode, pri katerih je treba preskusno metodo poenotiti z napravo, tekočino in preskusnim postopkom. Glavni material za blokiranje vode v traku za blokiranje vode je delno zamrežen natrijev poliakrilat in njegovi derivati, ki so občutljivi na sestavo in naravo zahtev glede kakovosti vode. Za poenotenje standarda višine nabrekanja traku za blokiranje vode je treba prednostno uporabiti deionizirano vodo (pri arbitraži se uporablja destilirana voda), ker v deionizirani vodi ni anionskih in kationskih komponent, ki je v bistvu čista voda. Absorpcijski multiplikator smole za absorpcijo vode se pri različnih kakovostih vode zelo razlikuje. Če je absorpcijski multiplikator v čisti vodi 100 % nazivne vrednosti, je v vodi iz pipe od 40 % do 60 % (odvisno od kakovosti vode na posamezni lokaciji), v morski vodi pa 12 %; pri podtalnici ali vodi iz žlebov je to bolj zapleteno, je težko določiti odstotek absorpcije, njegova vrednost pa bo zelo nizka. Za zagotovitev učinka vodne zapore in življenjske dobe kabla je najbolje uporabiti trak za vodno zaporo z višino nabrekanja > 10 mm.
4.3 Električne lastnosti
Na splošno optični kabel ne vsebuje kovinske žice za prenos električnih signalov, zato ne vključuje uporabe polprevodniškega uporovnega vodnega traku, samo 33 Wang Qiang itd.: optični kabelski vodoodporni trak
Električni kompozitni kabel pred prisotnostjo električnih signalov, posebne zahteve v skladu s strukturo kabla po pogodbi.
4.4 Toplotna stabilnost Večina vrst vodoodpornih trakov lahko izpolnjuje zahteve glede toplotne stabilnosti: dolgotrajna temperaturna odpornost 90 °C, najvišja delovna temperatura 160 °C, trenutna temperaturna odpornost 230 °C. Zmogljivost vodoodpornega traku se pri teh temperaturah po določenem času ne sme spremeniti.
Trdnost gela bi morala biti najpomembnejša lastnost intumescentnega materiala, medtem ko se stopnja ekspanzije uporablja le za omejitev dolžine začetnega prodiranja vode (manj kot 1 m). Dober ekspanzijski material mora imeti pravo stopnjo ekspanzije in visoko viskoznost. Slab material za vodoodpornost, tudi z visoko stopnjo ekspanzije in nizko viskoznostjo, bo imel slabe lastnosti vodoodpornosti. To je mogoče preizkusiti v primerjavi s številnimi termičnimi cikli. V hidrolitičnih pogojih se bo gel razgradil v tekočino z nizko viskoznostjo, kar bo poslabšalo njegovo kakovost. To dosežemo z mešanjem suspenzije čiste vode, ki vsebuje nabrekajoči prašek, 2 uri. Nastali gel se nato loči od odvečne vode in postavi v rotacijski viskozimeter, da se izmeri viskoznost pred in po 24 urah pri 95 °C. Razlika v stabilnosti gela je vidna. To se običajno izvaja v ciklih po 8 ur od 20 °C do 95 °C in 8 ur od 95 °C do 20 °C. Ustrezni nemški standardi zahtevajo 126 ciklov po 8 ur.
4. 5 Združljivost Združljivost vodne zapore je še posebej pomembna lastnost v zvezi z življenjsko dobo optičnega kabla in jo je zato treba upoštevati v povezavi z materiali optičnih kablov, ki so bili do sedaj uporabljeni. Ker se združljivost pokaže šele po dolgem času, je treba uporabiti preskus pospešenega staranja, tj. vzorec kabelskega materiala se obriše, ovije s plastjo suhega vodoodpornega traku in 10 dni hrani v komori s konstantno temperaturo 100 °C, nakar se stehta kakovost. Natezna trdnost in raztezek materiala se po preskusu ne smeta spremeniti za več kot 20 %.
Čas objave: 22. julij 2022