1 Введение
В связи с бурным развитием коммуникационных технологий в последнее десятилетие область применения оптоволоконных кабелей значительно расширилась. По мере роста экологических требований к оптоволоконным кабелям растут и требования к качеству материалов, используемых в их производстве. Водоблокирующая лента для оптоволоконных кабелей – это распространенный водоблокирующий материал, используемый в кабельной промышленности. Роль герметизации, гидроизоляции, защиты от влаги и буферизации в оптоволоконных кабелях широко признана, а ее разновидности и эксплуатационные характеристики постоянно совершенствуются и совершенствуются по мере развития оптоволоконных кабелей. В последние годы в оптоволоконных кабелях была внедрена структура «сухого сердечника». Этот тип водонепроницаемого материала для кабеля обычно представляет собой комбинацию ленты, пряжи или покрытия, предотвращающего продольное проникновение воды в сердечник кабеля. С ростом популярности оптоволоконных кабелей с сухим сердечником, материалы для сухого сердечника быстро вытесняют традиционные кабельные заливочные компаунды на основе вазелина. В основе сухого сердечника лежит полимер, быстро впитывающий воду и образующий гидрогель, который, набухая, заполняет водопроницаемые каналы кабеля. Кроме того, поскольку сухой сердечник не содержит липкой смазки, для подготовки кабеля к сращиванию не требуются салфетки, растворители или чистящие средства, что значительно сокращает время сращивания. Малый вес кабеля и хорошая адгезия между внешней армирующей нитью и оболочкой не снижаются, что делает его популярным выбором.
2. Влияние воды на кабель и механизм водонепроницаемости
Основная причина необходимости применения различных мер по предотвращению попадания воды в кабель заключается в том, что вода, попадая в кабель, разлагается на водород и ионы O₂H₂, что приводит к увеличению потерь при передаче в оптическом волокне, снижению его характеристик и сокращению срока службы кабеля. Наиболее распространёнными методами предотвращения попадания воды являются заполнение зазора между сердечником и оболочкой кабеля нефтяной пастой и наложение водоблокирующей ленты, которая заполняет зазор между сердечником и оболочкой кабеля, предотвращая вертикальное распространение воды и влаги, тем самым создавая водоблокирующий эффект.
При использовании синтетических смол в больших количествах в качестве изоляторов в оптоволоконных кабелях (в первую очередь в кабелях) эти изоляционные материалы также не защищены от проникновения воды. Образование «водяных деревьев» в изоляционном материале является основной причиной влияния на характеристики передачи. Механизм воздействия водяных деревьев на изоляционный материал обычно объясняется следующим образом: из-за сильного электрического поля (другая гипотеза заключается в том, что химические свойства смолы изменяются под действием очень слабого разряда ускоренных электронов) молекулы воды проникают через различное количество микропор, присутствующих в материале оболочки оптоволоконного кабеля. Молекулы воды будут проникать через различное количество микропор в материале оболочки кабеля, образуя «водяные деревья», постепенно накапливая большое количество воды и распространяясь в продольном направлении кабеля, что влияет на характеристики кабеля. После многих лет международных исследований и испытаний, в середине 1980-х годов, был найден лучший способ устранения образования водных деревьев, то есть перед экструзией кабеля обернуть его слоем водопоглощения и расширения водного барьера, чтобы подавить и замедлить рост водных деревьев, блокируя воду в кабеле внутри продольного распространения; в то же время, из-за внешних повреждений и просачивания воды, водный барьер также может быстро блокировать воду, не допуская продольного распространения кабеля.
3 Обзор кабельного водозащитного барьера
3. 1 Классификация водозащитных барьеров для волоконно-оптических кабелей
Существует множество способов классификации водозащитных барьеров для оптических кабелей, которые можно разделить по структуре, качеству и толщине. В целом, их можно классифицировать по структуре: двухсторонние ламинированные гидрозащиты, односторонние гидрозащиты с покрытием и композитные пленочные гидрозащиты. Водозащитная функция гидрозащиты обусловлена главным образом материалом с высоким водопоглощением (называемым гидрозащитой), который способен быстро набухать при контакте с водой, образуя большой объем геля (гидрозащита может поглощать в сотни раз больше воды, чем она сама), тем самым предотвращая рост водяных сорняков и дальнейшее просачивание и распространение воды. К ним относятся как натуральные, так и химически модифицированные полисахариды.
Хотя эти натуральные или полунатуральные водоблокаторы обладают хорошими свойствами, у них есть два существенных недостатка:
1) они биоразлагаемы и 2) легковоспламеняемы. Это делает их маловероятным использование в материалах для волоконно-оптических кабелей. Другой тип синтетических материалов, входящих в состав водостойких материалов, представлен полиакрилатами, которые могут использоваться в качестве водостойких материалов для оптических кабелей, поскольку они отвечают следующим требованиям: 1) в сухом состоянии они способны противостоять напряжениям, возникающим при производстве оптических кабелей;
2) в сухом состоянии они выдерживают условия эксплуатации оптических кабелей (циклическое изменение температуры от комнатной температуры до 90 °C) без ущерба для срока службы кабеля, а также могут выдерживать кратковременное воздействие высоких температур;
3) при попадании воды они могут быстро набухать и образовывать гель со скоростью расширения.
4) образуют высоковязкий гель, даже при высоких температурах вязкость геля остается стабильной в течение длительного времени.
Синтез водоотталкивающих составов можно в целом разделить на традиционные химические методы - метод обращенной фазы (метод сшивки полимеризации вода-в-масле), собственный метод полимеризации сшивки - дисковый метод, метод облучения - метод γ-излучения «кобальт 60». Метод сшивки основан на методе γ-излучения «кобальт 60». Различные методы синтеза имеют разные степени полимеризации и сшивки и, следовательно, очень строгие требования к водоблокирующему агенту, необходимому в водоблокирующих лентах. Только очень немногие полиакрилаты могут соответствовать вышеуказанным четырем требованиям, согласно практическому опыту, водоблокирующие агенты (водопоглощающие смолы) не могут быть использованы в качестве сырья для одной части сшитого полиакрилата натрия, должны использоваться в методе многополимерной сшивки (т. е. различные части смеси сшитого полиакрилата натрия) для достижения цели быстрого и высокого кратного поглощения воды. Основные требования: кратность водопоглощения может достигать около 400 раз, скорость водопоглощения может достигать первой минуты, чтобы поглотить 75% воды, поглощенной водорезистом; требования к термостойкости при высыхании водостойкого материала: долговременная термостойкость 90 ° C, максимальная рабочая температура 160 ° C, мгновенная термостойкость 230 ° C (особенно важно для фотоэлектрического композитного кабеля с электрическими сигналами); требования к водопоглощению после образования геля: после нескольких термоциклов (20 ° C ~ 95 ° C). Стабильность геля после поглощения воды требует: высокой вязкости геля и прочности геля после нескольких термоциклов (от 20 ° C до 95 ° C). Стабильность геля значительно варьируется в зависимости от метода синтеза и материалов, используемых производителем. В то же время, чем выше скорость расширения, тем лучше, некоторые продукты односторонне гонятся за скоростью, использование добавок не способствует стабильности гидрогеля, разрушению водоудерживающей способности, но не для достижения эффекта водостойкости.
3.3 Характеристики водоблокирующей ленты Поскольку кабель в процессе производства, испытания, транспортировки, хранения и использования должен выдерживать испытания на воздействие окружающей среды, то с точки зрения использования оптического кабеля требования к водоблокирующей ленте для кабеля следующие:
1) внешний вид распределения волокон, композитные материалы без расслоения и порошкообразности, с определенной механической прочностью, подходящие для нужд кабеля;
2) однородное, повторяемое, стабильное качество, при формировании кабеля не будет расслаиваться и производить
3) высокое давление расширения, высокая скорость расширения, хорошая стабильность геля;
4) хорошая термостойкость, пригодна для различных последующих переработок;
5) высокая химическая стабильность, не содержит едких компонентов, устойчив к бактериям и плесени;
6) хорошая совместимость с другими материалами оптического кабеля, стойкость к окислению и т. д.
4 Стандарты эффективности водонепроницаемости оптического кабеля
Результаты многочисленных исследований показывают, что недостаточная водостойкость, влияющая на долгосрочную стабильность характеристик передачи данных по кабелю, может нанести значительный ущерб. Этот ущерб трудно обнаружить в процессе производства и заводской проверки оптоволоконного кабеля, но он постепенно проявляется в процессе прокладки кабеля после использования. Поэтому своевременная разработка всеобъемлющих и точных стандартов испытаний, которые могли бы стать основой для оценки, приемлемой для всех сторон, стала актуальной задачей. Обширные исследования, изыскания и эксперименты автора с водоблокирующими лентами обеспечили адекватную техническую основу для разработки технических стандартов для водоблокирующих лент. Определите эксплуатационные параметры водонепроницаемости на основе следующих данных:
1) требования стандарта на оптический кабель к гидроизоляции (в основном требования к материалу оптического кабеля в стандарте на оптический кабель);
2) опыт изготовления и использования водных заграждений и соответствующие протоколы испытаний;
3) результаты исследований влияния характеристик водоблокирующих лент на эксплуатационные характеристики волоконно-оптических кабелей.
4. 1 Внешний вид
Внешний вид водозащитной ленты должен представлять собой равномерно распределенные волокна; поверхность должна быть ровной и без морщин, складок и разрывов; не должно быть разрывов по ширине ленты; композитный материал не должен расслаиваться; лента должна быть плотно намотана, а края удерживаемой вручную ленты не должны иметь форму «соломенной шляпы».
4.2 Механическая прочность гидрошпонки
Прочность на разрыв гидроизоляционной ленты зависит от способа изготовления полиэфирной нетканой ленты. При одинаковых количественных условиях вискозный метод превосходит горячекатаный метод по прочности на разрыв, но при этом толщина ленты меньше. Прочность на разрыв гидроизоляционной ленты варьируется в зависимости от способа обмотки кабеля.
Это ключевой показатель для двух водоблокирующих лент, для которых метод испытаний должен быть унифицирован с устройством, жидкостью и процедурой испытаний. Основным водоблокирующим материалом в водоблокирующей ленте является частично сшитый полиакрилат натрия и его производные, которые чувствительны к составу и характеру требований к качеству воды. Для унификации стандарта высоты набухания водоблокирующей ленты предпочтение должно отдаваться использованию деионизированной воды (в арбитраже используется дистиллированная вода), поскольку в деионизированной воде, которая по сути является чистой водой, отсутствуют анионные и катионные компоненты. Коэффициент поглощения водопоглощающей смолы в воде различного качества значительно варьируется: если в чистой воде коэффициент поглощения составляет 100% от номинального значения, то в водопроводной воде он составляет от 40% до 60% (в зависимости от качества воды в каждом месте); в морской воде он составляет 12%; грунтовые воды или вода из водостоков сложнее, процент поглощения определить трудно, и его значение будет очень низким. Для обеспечения эффекта водонепроницаемости и продления срока службы кабеля лучше всего использовать водонепроницаемую ленту с высотой набухания > 10 мм.
4.3Электрические свойства
В общем, оптический кабель не содержит передачи электрических сигналов металлического провода, поэтому не предполагает использования полупроводниковой водостойкой ленты, только 33 Ван Цян и т. д.: водостойкая лента оптического кабеля
Электрический композитный кабель до наличия электрических сигналов, особые требования в соответствии со структурой кабеля по контракту.
4.4 Термостойкость. Большинство видов водоблокирующих лент соответствуют требованиям термостойкости: длительная термостойкость 90 °C, максимальная рабочая температура 160 °C, кратковременная термостойкость 230 °C. Эксплуатационные характеристики водоблокирующей ленты не должны изменяться в течение определенного периода времени при этих температурах.
Прочность геля должна быть важнейшей характеристикой вспучивающегося материала, в то время как скорость расширения используется только для ограничения глубины начального проникновения воды (менее 1 м). Хороший вспучивающийся материал должен иметь правильную скорость расширения и высокую вязкость. Материал с низкими водоотталкивающими свойствами, даже с высокой скоростью расширения и низкой вязкостью, будет обладать низкими водоотталкивающими свойствами. Это можно проверить путем сравнения с несколькими термическими циклами. В гидролитических условиях гель распадется на маловязкую жидкость, что ухудшит его качество. Это достигается путем перемешивания чистой водной суспензии, содержащей набухающий порошок, в течение 2 часов. Полученный гель затем отделяют от избытка воды и помещают в ротационный вискозиметр для измерения вязкости до и после 24 часов при 95 °C. Различие в стабильности геля можно увидеть. Это обычно делается циклами по 8 часов от 20 °C до 95 °C и 8 часов от 95 °C до 20 °C. Действующие немецкие стандарты требуют 126 циклов по 8 часов.
4.5 Совместимость. Совместимость водонепроницаемости является особенно важной характеристикой, влияющей на срок службы волоконно-оптического кабеля, и поэтому должна рассматриваться в зависимости от материалов, из которых изготовлен данный волоконно-оптический кабель. Поскольку совместимость проявляется в течение длительного времени, необходимо провести испытание на ускоренное старение: образец материала кабеля протирают, обматывают слоем сухой водостойкой ленты и выдерживают в камере с постоянной температурой 100 °C в течение 10 дней, после чего образец взвешивают. Прочность на разрыв и относительное удлинение материала не должны изменяться более чем на 20% после испытания.
Время публикации: 22 июля 2022 г.