1 Вступ
Зі швидким розвитком комунікаційних технологій протягом останнього десятиліття або близько того, сфера застосування волоконно-оптичних кабелів розширюється. Оскільки екологічні вимоги до волоконно-оптичних кабелів продовжують зростати, зростають і вимоги до якості матеріалів, що використовуються у волоконно-оптичних кабелях. Водонепроникна стрічка для волоконно-оптичного кабелю є поширеним водонепроникним матеріалом, що використовується в індустрії волоконно-оптичних кабелів, роль герметизації, гідроізоляції, вологості та буферного захисту у волоконно-оптичному кабелі отримала широке визнання, а її різновиди та характеристики постійно вдосконалюються з розвитком волоконно-оптичного кабелю. В останні роки в оптичний кабель була введена структура «сухого осердя». Цей тип водонепроникного матеріалу для кабелю зазвичай являє собою комбінацію стрічки, пряжі або покриття, щоб запобігти проникненню води поздовжньо в осердя кабелю. Зі зростанням популярності волоконно-оптичних кабелів із сухим осердям, матеріали для волоконно-оптичного кабелю із сухим осердям швидко замінюють традиційні наповнювачі для кабелів на основі вазеліну. Матеріал сухого осердя використовує полімер, який швидко поглинає воду, утворюючи гідрогель, який набухає та заповнює канали проникнення води в кабелі. Крім того, оскільки сухий матеріал серцевини не містить липкого мастила, для підготовки кабелю до зрощування не потрібні серветки, розчинники чи засоби для чищення, а час зрощування значно скорочується. Легка вага кабелю та хороша адгезія між зовнішньою армуючою ниткою та оболонкою не зменшуються, що робить його популярним вибором.
2 Вплив води на кабель та механізм водонепроникності
Основною причиною вжиття різноманітних заходів щодо водоблокування є те, що вода, яка потрапляє в кабель, розкладається на водень та іони O₂H⁻, що збільшує втрати пропускання оптичного волокна, знижує його характеристики та скорочує термін служби кабелю. Найпоширенішими заходами щодо водоблокування є заповнення вазеліновою пастою та додавання водоблокуючої стрічки, яка заповнює проміжок між серцевиною та оболонкою кабелю, щоб запобігти вертикальному поширенню води та вологи, що, своєю чергою, сприяє водоблокуванню.
Коли синтетичні смоли використовуються у великих кількостях як ізолятори у волоконно-оптичних кабелях (спочатку в кабелях), ці ізоляційні матеріали також не стійкі до потрапляння води. Утворення «водяних дерев» в ізоляційному матеріалі є основною причиною впливу на характеристики передачі. Механізм, за допомогою якого водяні дерева впливають на ізоляційний матеріал, зазвичай пояснюється наступним чином: через сильне електричне поле (інша гіпотеза полягає в тому, що хімічні властивості смоли змінюються дуже слабким розрядом прискорених електронів), молекули води проникають через різну кількість мікропор, присутніх в матеріалі оболонки волоконно-оптичного кабелю. Молекули води проникають через різну кількість мікропор в матеріалі оболонки кабелю, утворюючи «водяні дерева», поступово накопичуючи велику кількість води та поширюючись у поздовжньому напрямку кабелю, впливаючи на характеристики кабелю. Після багаторічних міжнародних досліджень та випробувань, у середині 1980-х років, щоб знайти найкращий спосіб усунення водяних дерев, тобто перед екструзією кабелю, загорнутим у шар водопоглинання та розширення водяного бар'єру, щоб перешкоджати та уповільнювати ріст водяних дерев, блокуючи воду в кабелі всередині поздовжнього поширення; водночас, через зовнішні пошкодження та проникнення води, водяний бар'єр також може швидко блокувати воду, не допускаючи поздовжнього поширення кабелю.
3 Огляд кабельного водяного бар'єру
3. 1 Класифікація водних бар'єрів для волоконно-оптичних кабелів
Існує багато способів класифікації гідроізоляційних бар'єрів для оптичних кабелів, які можна класифікувати за їхньою структурою, якістю та товщиною. Загалом, їх можна класифікувати за структурою: двостороння ламінована гідроізоляція, одностороння гідроізоляція з покриттям та композитна плівкова гідроізоляція. Функція гідроізоляції зумовлена головним чином матеріалом з високим водопоглинанням (так званим гідроізоляційним бар'єром), який може швидко набухати після контакту гідроізоляції з водою, утворюючи великий об'єм гелю (гідроізоляція може поглинати в сотні разів більше води, ніж вона сама), тим самим запобігаючи росту водяного дерева та запобігаючи подальшому проникненню та поширенню води. До них належать як натуральні, так і хімічно модифіковані полісахариди.
Хоча ці натуральні або напівприродні водоблокатори мають хороші властивості, вони мають два фатальні недоліки:
1) вони біорозкладні та 2) вони легкозаймисті. Це робить їх малоймовірними для використання в матеріалах для волоконно-оптичних кабелів. Іншим типом синтетичного матеріалу у водостійких матеріалах є поліакрилати, які можна використовувати як водостійкі матеріали для оптичних кабелів, оскільки вони відповідають таким вимогам: 1) у висиханні вони можуть протидіяти напруженням, що виникають під час виробництва оптичних кабелів;
2) у сухому стані вони можуть витримувати умови експлуатації оптичних кабелів (термоциклічні зміни від кімнатної температури до 90 °C) без впливу на термін служби кабелю, а також можуть витримувати високі температури протягом коротких періодів часу;
3) при потраплянні води вони можуть швидко набухати та утворювати гель зі швидкістю розширення.
4) утворюють високов'язкий гель, навіть за високих температур в'язкість гелю стабільна протягом тривалого часу.
Синтез гідрофобізаторів можна умовно розділити на традиційні хімічні методи – метод оберненої фази (метод зшивання полімеризації вода-в-олії), власний метод зшивання полімеризації – дисковий метод, метод опромінення – γ-випромінювання «кобальт 60». Метод зшивання базується на методі γ-випромінювання «кобальт 60». Різні методи синтезу мають різний ступінь полімеризації та зшивання, а отже, дуже суворі вимоги до водоблокуючого агента, необхідного для водоблокуючих стрічок. Лише дуже мало поліакрилатів можуть відповідати вищезазначеним чотирьом вимогам, згідно з практичним досвідом, водоблокуючі агенти (водопоглинаючі смоли) не можуть використовуватися як сировина для окремої частини зшитого поліакрилату натрію, їх необхідно використовувати в методі багатополімерного зшивання (тобто різноманітної частини суміші зшитого поліакрилату натрію), щоб досягти мети швидкого та високого водопоглинання. Основні вимоги: водопоглинання може сягати приблизно 400 разів, швидкість водопоглинання може досягати 75% поглиненої водонепроникності вже за першу хвилину; вимоги до термостійкості при висиханні до водонепроникності: довготривала термостійкість 90°C, максимальна робоча температура 160°C, миттєва термостійкість 230°C (особливо важливо для фотоелектричного композитного кабелю з електричними сигналами); вимоги до стабільності водопоглинання після утворення гелю: після кількох термічних циклів (20°C ~ 95°C). Стабільність гелю після водопоглинання вимагає: високої в'язкості гелю та міцності гелю після кількох термічних циклів (20°C - 95°C). Стабільність гелю значно варіюється залежно від методу синтезу та матеріалів, що використовуються виробником. Водночас, не чим швидше швидкість розширення, тим краще, деякі продукти одностороннє прагнення до швидкості, використання добавок не сприяє стабільності гідрогелю, руйнує його водоутримувальну здатність, але не досягає ефекту водостійкості.
3. 3 характеристики водонепроникної стрічки. Оскільки кабель під час виробництва, випробування, транспортування, зберігання та використання витримує випробування на вплив навколишнього середовища, з точки зору використання оптичного кабелю, вимоги до водонепроникної стрічки для кабелю такі:
1) зовнішній вигляд розподілу волокон, композитні матеріали без розшарування та порошку, з певною механічною міцністю, придатні для потреб кабелю;
2) рівномірна, повторювана, стабільна якість, при формуванні кабелю не буде розшаровуватися та вироблятися
3) високий тиск розширення, висока швидкість розширення, хороша стабільність гелю;
4) добра термостабільність, придатна для різноманітної подальшої обробки;
5) висока хімічна стабільність, не містить агресивних компонентів, стійкий до бактерій та плісняви;
6) добра сумісність з іншими матеріалами оптичного кабелю, стійкість до окислення тощо.
4 Стандарти експлуатаційних характеристик водного бар'єру оптичного кабелю
Велика кількість результатів досліджень показує, що некваліфікована водостійкість для довгострокової стабільності передачі кабелю завдасть значної шкоди. Цю шкоду важко виявити під час виробничого процесу та заводського контролю волоконно-оптичного кабелю, але вона поступово проявляється під час прокладання кабелю після використання. Тому своєчасна розробка комплексних та точних стандартів випробувань, щоб знайти основу для оцінки, яку можуть прийняти всі сторони, стала нагальним завданням. Широкі дослідження, дослідження та експерименти автора щодо водоблокуючих стрічок забезпечили достатню технічну основу для розробки технічних стандартів для водоблокуючих стрічок. Визначення параметрів водонепроникності значення на основі наступного:
1) вимоги стандарту оптичного кабелю до водонепроникної плівки (головним чином вимоги до матеріалу оптичного кабелю у стандарті оптичного кабелю);
2) досвід у виробництві та використанні водних бар'єрів та відповідні звіти про випробування;
3) результати досліджень впливу характеристик водоблокуючих стрічок на експлуатаційні характеристики волоконно-оптичних кабелів.
4. 1 Зовнішній вигляд
Зовнішній вигляд водонепроникної стрічки повинен відповідати рівномірно розподіленим волокнам; поверхня повинна бути рівною та без зморшок, складок та розривів; не повинно бути розривів по ширині стрічки; композитний матеріал не повинен розшаровуватися; стрічка повинна бути щільно намотана, а краї ручної стрічки не повинні мати форми «солом’яного капелюшка».
4.2 Механічна міцність гідроізоляційної стрічки
Міцність на розтяг гідроізоляційної стрічки залежить від способу виготовлення поліефірної нетканої стрічки. За однакових кількісних умов віскозний метод має кращу міцність на розтяг, ніж гарячекатаний метод виробництва виробу, а товщина також менша. Міцність на розтяг гідроізоляційної стрічки змінюється залежно від способу обмотки кабелю або його обмотки навколо кабелю.
Це ключовий показник для двох водоблокуючих стрічок, для яких метод випробування має бути уніфікований з пристроєм, рідиною та процедурою випробування. Основним водоблокуючим матеріалом у водоблокуючій стрічці є частково зшитий поліакрилат натрію та його похідні, які чутливі до складу та характеру вимог до якості води, тому для уніфікації стандарту висоти набухання водоблокуючої стрічки переважно слід використовувати деіонізовану воду (в арбітражі використовується дистильована вода), оскільки в деіонізованій воді немає аніонних та катіонних компонентів, що є фактично чистою водою. Коефіцієнт поглинання водопоглинаючої смоли залежно від якості води значно варіюється: якщо коефіцієнт поглинання в чистій воді становить 100% від номінального значення, то у водопровідній воді він становить від 40% до 60% (залежно від якості води в кожному місці); у морській воді він становить 12%; з підземними водами або стічними водами складніше визначити відсоток поглинання, і його значення буде дуже низьким. Щоб забезпечити ефект водонепроникності та термін служби кабелю, найкраще використовувати водонепроникну стрічку з висотою набухання > 10 мм.
4.3 Електричні властивості
Загалом, оптичний кабель не містить металевого дроту для передачі електричних сигналів, тому не передбачає використання напівпровідникової водонепроникної стрічки, лише 33 Ван Цян тощо: водонепроникна стрічка оптичного кабелю
Електричний композитний кабель перед наявністю електричних сигналів, конкретні вимоги відповідно до структури кабелю за договором.
4.4 Термостійкість Більшість різновидів водоблокувальних стрічок можуть відповідати вимогам термостійкості: довготривала термостійкість 90°C, максимальна робоча температура 160°C, миттєва термостійкість 230°C. Характеристики водоблокувальної стрічки не повинні змінюватися після заданого періоду часу за цих температур.
Міцність гелю повинна бути найважливішою характеристикою інтумесцентного матеріалу, тоді як швидкість розширення використовується лише для обмеження довжини початкового проникнення води (менше 1 м). Хороший розширювальний матеріал повинен мати правильну швидкість розширення та високу в'язкість. Поганий водонепроникний матеріал, навіть з високою швидкістю розширення та низькою в'язкістю, матиме погані водонепроникні властивості. Це можна перевірити у порівнянні з низкою термічних циклів. В гідролітичних умовах гель розпадається на рідину з низькою в'язкістю, що погіршує його якість. Цього досягають шляхом перемішування чистої водної суспензії, що містить порошок для набухання, протягом 2 годин. Отриманий гель потім відокремлюють від надлишку води та поміщають у обертовий віскозиметр для вимірювання в'язкості до та через 24 години при 95°C. Різницю в стабільності гелю можна побачити. Зазвичай це роблять циклами по 8 годин від 20°C до 95°C та 8 годин від 95°C до 20°C. Відповідні німецькі стандарти вимагають 126 циклів по 8 годин.
4. 5 Сумісність Сумісність водного бар'єру є особливо важливою характеристикою стосовно терміну служби волоконно-оптичного кабелю, і тому її слід враховувати стосовно матеріалів волоконно-оптичного кабелю, з яких він виготовлений. Оскільки сумісність проявляється з великим часом, необхідно використовувати випробування на прискорене старіння, тобто зразок матеріалу кабелю протирають насухо, обгортають шаром сухої водостійкої стрічки та витримують у камері з постійною температурою 100°C протягом 10 днів, після чого зважують якість. Міцність на розтяг та видовження матеріалу не повинні змінюватися більш ніж на 20% після випробування.
Час публікації: 22 липня 2022 р.