1 Вступ
Для забезпечення поздовжньої герметизації волоконно-оптичних кабелів та запобігання проникненню води та вологи в кабель або розподільну коробку та корозії металу та волокна, що призводить до пошкодження воднем, обриву волокна та різкого зниження електроізоляційних характеристик, зазвичай використовуються такі методи запобігання потраплянню води та вологи:
1) Заповнення внутрішньої частини кабелю тиксотропним мастилом, включаючи водовідштовхувальне (гідрофобне), водонабухаюче та теплорозширювальне тощо. Цей тип матеріалу є маслянистим, наповнюється великою кількістю, має високу вартість, легко забруднює навколишнє середовище, важко очищується (особливо при зрощенні кабелю розчинником), а власна вага кабелю занадто велика.
2) У внутрішній та зовнішній оболонці між використанням термоклеючого водонепроникного кільця цей метод є неефективним та складним процесом, який можуть досягти лише деякі виробники. 3) Використання сухого розширення водоблокуючих матеріалів (водопоглинаючий розширювальний порошок, водоблокуюча стрічка тощо). Цей метод вимагає високих технологій, витрат матеріалів, високої вартості, а власна вага кабелю також занадто велика. В останні роки в оптичні кабелі була введена структура «сухого осердя», яка добре застосовується за кордоном, особливо для вирішення проблеми великої власної ваги та складного процесу зрощування великої кількості жил оптичного кабелю, що має незрівнянні переваги. Водоблокуючим матеріалом, що використовується в цьому кабелі «сухого осердя», є водоблокуюча пряжа. Водоблокуюча пряжа може швидко поглинати воду та набухати, утворюючи гель, блокуючи простір водяного каналу кабелю, таким чином досягаючи мети водоблокування. Крім того, водоблокуюча пряжа не містить маслянистих речовин, і час, необхідний для підготовки з'єднання, може бути значно скорочений без необхідності використання серветок, розчинників та засобів для чищення. Щоб отримати простий процес, зручну конструкцію, надійну роботу та низьку вартість водоблокуючих матеріалів, ми розробили новий тип водоблокуючої пряжі для оптичного кабелю – водоблокуючу набухаючу пряжу.
2 Принцип водоблокування та характеристики водоблокуючої пряжі
Водоблокуюча функція водоблокуючої пряжі полягає у використанні основної частини волокон водоблокуючої пряжі для утворення великого об'єму гелю (водопоглинання може досягати десятків разів більшого за власний об'єм, наприклад, за першу хвилину вода може швидко збільшитися в діаметрі з приблизно 0,5 мм до приблизно 5,0 мм), а водоутримуюча здатність гелю досить висока, що може ефективно запобігати росту водяного дерева, запобігаючи таким чином подальшому проникненню та поширенню води, для досягнення мети водонепроникності. Оскільки волоконно-оптичний кабель повинен витримувати різні умови навколишнього середовища під час виробництва, випробування, транспортування, зберігання та використання, водоблокуюча пряжа повинна мати такі характеристики для використання у волоконно-оптичному кабелі:
1) Чистий вигляд, рівномірна товщина та м’яка текстура;
2) Певна механічна міцність для задоволення вимог до натягу під час формування кабелю;
3) швидке набухання, добра хімічна стабільність та висока міцність на поглинання води та утворення гелю;
4) Гарна хімічна стабільність, відсутність агресивних компонентів, стійкість до бактерій та цвілі;
5) Добра термостабільність, хороша стійкість до атмосферних впливів, адаптація до різних умов подальшої обробки та виробництва, а також різних умов використання;
6) Гарна сумісність з іншими матеріалами волоконно-оптичного кабелю.
3 Водостійка пряжа для застосування волоконно-оптичному кабелі
3.1 Використання водостійких ниток у волоконно-оптичних кабелях
Виробники волоконно-оптичних кабелів можуть використовувати різні структури кабелів у виробничому процесі, щоб задовольнити потреби користувачів відповідно до їхньої фактичної ситуації та вимог користувачів:
1) Поздовжнє водонепроникне покриття зовнішньої оболонки за допомогою водонепроникних ниток
У бронюванні з гофрованої сталевої стрічки зовнішня оболонка повинна бути поздовжньо водонепроникною, щоб запобігти потраплянню вологи всередину кабелю або роз'ємної коробки. Для досягнення поздовжнього водонепроникного бар'єру зовнішньої оболонки використовуються дві водонепроникні нитки, одна з яких розміщується паралельно внутрішній оболонці кабелю, а інша обмотується навколо кабелю з певним кроком (від 8 до 15 см), покрита гофрованою сталевою стрічкою та PE (поліетиленом), таким чином, водонепроникна нитка розділяє проміжок між кабелем та сталевою стрічкою на невеликий замкнутий відсік. Водонепроникна нитка набухає та утворює гель за короткий час, запобігаючи потраплянню води всередину кабелю та обмежуючи її кількома невеликими відсіками поблизу точки розриву, таким чином досягаючи мети поздовжнього водонепроникного бар'єру, як показано на рисунку 1.
Рисунок 1: Типове використання водоблокуючої пряжі в оптичному кабелі
2) Поздовжнє водоблокування кабельної серцевини за допомогою водоблокуючих нитокУ кабельному осерді можна використовувати дві частини водоблокуючої пряжі: одна — у кабельному осерді з армованого сталевого дроту, з використанням двох водоблокуючих ниток, зазвичай водоблокуючої пряжі та армованого сталевого дроту, розміщених паралельно, інша водоблокуюча пряжа з більшим кроком обмотана навколо дроту, також є дві водоблокуючі пряжі та армований сталевий дріт, розміщені паралельно, використання водоблокуючої пряжі з високою здатністю розширення для блокування води; друга — у вільній поверхні оболонки, перед стисканням внутрішньої оболонки, водоблокуюча пряжа використовується як краватка, дві водоблокуючі пряжі з меншим кроком (1 ~ 2 см) у протилежному напрямку навколо, утворюючи щільний та невеликий блокувальний контейнер, щоб запобігти потраплянню води, виготовлений зі структури «сухого кабельного осердя».
3.2 Вибір водостійких ниток
Щоб отримати як добру водостійкість, так і задовільні показники механічної обробки у процесі виробництва волоконно-оптичного кабелю, під час вибору водостійкої пряжі слід враховувати такі аспекти:
1) Товщина водоблокуючої пряжі
Для того, щоб розширення водоблокуючої пряжі могло заповнити зазор у поперечному перерізі кабелю, вибір товщини водоблокуючої пряжі має вирішальне значення, звичайно, це пов'язано зі структурними розмірами кабелю та швидкістю розширення водоблокуючої пряжі. У конструкції кабелю слід мінімізувати наявність зазорів, наприклад, використовуючи водоблокуючу пряжу з високим коефіцієнтом розширення, тоді діаметр водоблокуючої пряжі можна зменшити до найменшого, щоб отримати надійні водоблокувальні характеристики, а також заощадити кошти.
2) Швидкість набухання та міцність гелю водоблокуючих ниток
Випробування на проникнення води згідно з IEC794-1-F5B проводиться на повному поперечному перерізі волоконно-оптичного кабелю. До 3-метрового зразка волоконно-оптичного кабелю додається 1 м водяного стовпа, що кваліфікується протягом 24 годин без протікання. Якщо швидкість набухання водоблокуючої пряжі не відповідає швидкості проникнення води, можливо, вода пройшла через зразок протягом кількох хвилин після початку випробування, а водоблокуюча пряжа ще не повністю набухла, хоча через деякий час водоблокуюча пряжа повністю набухне та заблокує воду, але це також вважається невдачею. Якщо швидкість розширення вища, а міцність гелю недостатня, він не зможе протистояти тиску, що створюється 1 м водяного стовпа, і водоблокування також не вийде з ладу.
3) М'якість водонепроникної пряжі
Оскільки м'якість водонепроникної пряжі впливає на механічні властивості кабелю, особливо на бічний тиск, ударостійкість тощо, вплив є більш очевидним, тому слід намагатися використовувати більш м'яку водонепроникну пряжу.
4) Міцність на розрив, видовження та довжина водоблокуючої пряжі
При виробництві кабельного лотка кожної довжини водоблокуюча пряжа повинна бути безперервною та неперервною, що вимагає від водоблокуючої пряжі певної міцності на розтяг та видовження, щоб забезпечити, щоб водоблокуюча пряжа не розтягувалася під час виробничого процесу, а кабель не пошкоджувався у разі розтягування, згинання та скручування водоблокуючої пряжі. Довжина водоблокуючої пряжі залежить головним чином від довжини кабельного лотка, і щоб зменшити кількість змін пряжі в безперервному виробництві, чим довша водоблокуюча пряжа, тим краще.
5) Кислотність та лужність водоблокуючої пряжі повинні бути нейтральними, інакше водоблокуюча пряжа вступатиме в реакцію з матеріалом кабелю та виділятиме водень.
6) Стабільність водоблокуючих ниток
Таблиця 2: Порівняння водоблокуючої структури водоблокуючих ниток з іншими водоблокуючими матеріалами
| Порівняти товари | Желейна начинка | Кільце для зупинки гарячого розплаву води | Водоблокувальна стрічка | Водоблокуюча пряжа |
| Водостійкість | Добре | Добре | Добре | Добре |
| Технологічність | Простий | Складний | Більш складний | Простий |
| Механічні властивості | Кваліфікований | Кваліфікований | Кваліфікований | Кваліфікований |
| Довгострокова надійність | Добре | Добре | Добре | Добре |
| Сила зчеплення оболонки | Справедливий | Добре | Справедливий | Добре |
| Ризик підключення | Так | No | No | No |
| Ефекти окислення | Так | No | No | No |
| Розчинник | Так | No | No | No |
| Маса на одиницю довжини волоконно-оптичного кабелю | Важкий | Світло | Важчий | Світло |
| Небажаний потік матеріалів | Можливо | No | No | No |
| Чистота на виробництві | Бідний | Більш бідні | Добре | Добре |
| Обробка матеріалів | Важкі залізні барабани | Простий | Простий | Простий |
| Інвестиції в обладнання | Великий | Великий | Більший | Малий |
| Вартість матеріалів | Вища | Низький | Вища | Нижня |
| Витрати на виробництво | Вища | Вища | Вища | Нижня |
Стабільність водонепроникних ниток вимірюється переважно короткочасною та довгостроковою стабільністю. Короткострокова стабільність в основному враховує короткочасне підвищення температури (температура процесу екструзії оболонки до 220~240°C) впливу водонепроникних властивостей та механічних властивостей водонепроникної пряжі на удар; довгострокова стабільність, враховуючи головним чином старіння водонепроникної пряжі, швидкість розширення, міцність та стабільність гелю, міцність на розрив та подовження під впливом удару, водонепроникна пряжа повинна бути водостійкою протягом усього терміну служби кабелю (20~30 років). Подібно до водонепроникного мастила та водонепроникної стрічки, міцність гелю та стабільність водонепроникної пряжі є важливою характеристикою. Водонепроникна пряжа з високою міцністю гелю та хорошою стабільністю може зберігати хороші водонепроникні властивості протягом значного періоду часу. Навпаки, згідно з відповідними німецькими національними стандартами, деякі матеріали в умовах гідролізу розкладаються на дуже рухливий матеріал з низькою молекулярною масою та не досягають мети довгострокової водостійкості.
3.3 Застосування водоблокуючих ниток
Водоблокуюча пряжа, як чудовий водоблокуючий матеріал для оптичного кабелю, замінює масляну пасту, водоблокуюче кільце на основі термоплавкого клею та водоблокуючу стрічку тощо, які використовуються у великих кількостях у виробництві оптичного кабелю. Таблиця 2 містить деякі характеристики цих водоблокуючих матеріалів для порівняння.
4 Висновок
Підсумовуючи, водоблокувальна пряжа є чудовим водоблокувальним матеріалом, придатним для оптичного кабелю, він має такі характеристики, як проста конструкція, надійна робота, висока виробнича ефективність, простота використання; а використання матеріалу, що наповнює оптичний кабель, має такі переваги, як легка вага, надійна робота та низька вартість.
Час публікації: 16 липня 2022 р.