1 Введение
Для обеспечения продольной герметизации волоконно-оптических кабелей и предотвращения проникновения воды и влаги в кабель или распределительную коробку, что может привести к коррозии металла и волокна, водородному повреждению, обрыву волокна и резкому снижению характеристик электрической изоляции, обычно используются следующие методы предотвращения проникновения воды и влаги:
1) Заполнение внутренней поверхности кабеля тиксотропной смазкой, включая водоотталкивающую (гидрофобную), водонабухающую, терморасширяющую и т.д. Такие материалы являются маслянистыми, требуют большого объема заполнения, стоят дорого, легко загрязняют окружающую среду, трудно очищаются (особенно при очистке мест соединения кабелей с помощью растворителей), и сами по себе имеют большой вес.
2) Использование водонепроницаемого кольца из термоплавкого клея между внутренней и внешней оболочками — неэффективный и сложный процесс, который могут реализовать лишь немногие производители. 3) Использование сухого расширения водонепроницаемых материалов (водопоглощающий расширительный порошок, водонепроницаемая лента и т. д.). Этот метод требует высоких технологий, большого расхода материалов и высокой стоимости, а также приводит к значительному увеличению собственного веса кабеля. В последние годы в оптические кабели была внедрена структура «сухого сердечника», которая получила широкое распространение за рубежом, особенно в решении проблемы большого собственного веса и сложного процесса сращивания оптических кабелей с большим количеством жил, и обладает несравненными преимуществами. Водонепроницаемым материалом в кабеле с «сухим сердечником» является водонепроницаемая нить. Водонепроницаемая нить быстро впитывает воду и набухает, образуя гель, блокируя пространство водных каналов кабеля, тем самым достигая цели водонепроницаемости. Кроме того, водоотталкивающая нить не содержит маслянистых веществ, а время, необходимое для подготовки соединения, может быть значительно сокращено без использования салфеток, растворителей и чистящих средств. Для получения простого процесса, удобного изготовления, надежной работы и недорогих водоотталкивающих материалов мы разработали новый тип водоотталкивающей нити для оптических кабелей — водоотталкивающую набухающую нить.
2. Принцип водоотталкивания и характеристики водоотталкивающей пряжи
Водоотталкивающая функция водоотталкивающей нити заключается в использовании волокон основной части нити для образования большого объема геля (водопоглощение может достигать десятков раз собственного объема, например, в первую минуту вода может быстро расшириться с примерно 0,5 мм до примерно 5,0 мм в диаметре), а водоудерживающая способность геля достаточно высока, что эффективно предотвращает образование водяных конденсатов, тем самым препятствуя дальнейшему проникновению и распространению воды, достигая цели водостойкости. Поскольку волоконно-оптический кабель должен выдерживать различные условия окружающей среды во время производства, испытаний, транспортировки, хранения и использования, водоотталкивающая нить должна обладать следующими характеристиками, чтобы использоваться в волоконно-оптическом кабеле:
1) Аккуратный внешний вид, равномерная толщина и мягкая текстура;
2) Определенная механическая прочность, необходимая для обеспечения требуемого натяжения при формировании кабеля;
3) быстрое набухание, хорошая химическая стабильность и высокая прочность для поглощения воды и образования геля;
4) Хорошая химическая стабильность, отсутствие коррозионных компонентов, устойчивость к бактериям и плесени;
5) Хорошая термическая стабильность, хорошая устойчивость к атмосферным воздействиям, пригодность для различных последующих технологических процессов и производственных условий, а также для различных условий эксплуатации;
6) Хорошая совместимость с другими материалами волоконно-оптического кабеля.
3. Водостойкая пряжа в применении для оптоволоконных кабелей.
3.1 Использование водостойких нитей в оптоволоконных кабелях
Производители волоконно-оптических кабелей могут использовать различные конструкции кабелей в процессе производства, чтобы удовлетворить потребности пользователей в зависимости от их реальной ситуации и требований:
1) Продольная защита внешней оболочки от воды с помощью водоотталкивающих нитей.
В бронировании кабеля гофрированной стальной лентой наружная оболочка должна быть продольно водонепроницаемой, чтобы предотвратить проникновение влаги в кабель или соединительную коробку. Для обеспечения продольного водонепроницаемого барьера наружной оболочки используются две водонепроницаемые нити, одна из которых располагается параллельно внутренней оболочке кабеля, а другая обматывается вокруг сердечника кабеля с определенным шагом (от 8 до 15 см), покрывается гофрированной стальной лентой и полиэтиленом (ПЭ), так что водонепроницаемая нить разделяет зазор между сердечником кабеля и стальной лентой на небольшое замкнутое пространство. Водонепроницаемая нить быстро набухает и образует гель, предотвращая проникновение воды в кабель и ограничивая ее попадание в несколько небольших отсеков вблизи места повреждения, тем самым обеспечивая продольный водонепроницаемый барьер, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1: Типичное применение водоотталкивающей нити в оптическом кабеле.
2) Продольная защита жилы кабеля от воды с помощью водоотталкивающих нитей.Водоотталкивающая нить может использоваться в двух частях кабельного сердечника: в первом случае — в сердечнике кабеля из армированной стальной проволоки, где используются две водоотталкивающие нити, обычно одна водоотталкивающая нить и армированная стальная проволока располагаются параллельно, а другая водоотталкивающая нить обматывается вокруг проволоки с большим шагом; во втором случае — на свободной поверхности оболочки, перед сжатием внутренней оболочки, используется водоотталкивающая нить в качестве обвязочной нити, две водоотталкивающие нити обматываются с меньшим шагом (1–2 см) в противоположных направлениях, образуя плотный и небольшой блокирующий слой, предотвращающий попадание воды, что создает структуру «сухого кабельного сердечника».
3.2 Выбор водостойкой пряжи
Для обеспечения как хорошей водостойкости, так и удовлетворительных механических характеристик при производстве волоконно-оптического кабеля, при выборе водостойкой пряжи следует учитывать следующие аспекты:
1) Толщина водоотталкивающей пряжи
Для обеспечения того, чтобы расширение водонепроницаемой нити могло заполнить зазор в поперечном сечении кабеля, выбор толщины водонепроницаемой нити имеет решающее значение, конечно же, это связано с размерами конструкции кабеля и коэффициентом расширения водонепроницаемой нити. В конструкции кабеля следует минимизировать наличие зазоров, например, используя водонепроницаемую нить с высоким коэффициентом расширения, можно уменьшить диаметр водонепроницаемой нити до минимума, чтобы получить надежную защиту от воды и одновременно сэкономить средства.
2) Скорость набухания и прочность геля водоотталкивающих нитей.
Испытание на водопроницаемость по стандарту IEC794-1-F5B проводится на всем поперечном сечении волоконно-оптического кабеля. К образцу волоконно-оптического кабеля длиной 3 м добавляется 1 м водяного столба, и испытание проходит без протечек в течение 24 часов. Если скорость набухания водоотталкивающей нити не успевает за скоростью проникновения воды, возможно, вода прошла через образец в течение нескольких минут после начала испытания, и водоотталкивающая нить еще не полностью набухла. Хотя через некоторое время она полностью набухнет и заблокирует воду, это также будет считаться нарушением. Если скорость расширения выше, а прочность геля недостаточна, то она не сможет противостоять давлению, создаваемому 1 м водяного столба, и водоотталкивающие свойства также нарушатся.
3) Мягкость водоотталкивающей пряжи
Поскольку мягкость водоотталкивающей пряжи влияет на механические свойства кабеля, особенно на боковое давление, ударопрочность и т. д., ударное воздействие становится более заметным, поэтому следует стараться использовать более мягкую водоотталкивающую пряжу.
4) Прочность на разрыв, удлинение и длина водоотталкивающей пряжи.
При производстве каждого отрезка кабельного лотка водонепроницаемая нить должна быть непрерывной и сплошной, что требует наличия у неё определённой прочности на разрыв и эластичности. Это необходимо для того, чтобы нить не растягивалась в процессе производства и не повреждала кабель при растяжении, изгибе или скручивании. Длина водонепроницаемой нити в основном зависит от длины кабельного лотка. Для уменьшения количества замен нити в непрерывном производстве, чем длиннее нить, тем лучше.
5) Кислотность и щелочность водоотталкивающей нити должны быть нейтральными, иначе водоотталкивающая нить будет реагировать с материалом кабеля и вызывать осаждение водорода.
6) Устойчивость водоотталкивающих нитей
Таблица 2: Сравнение водоотталкивающей структуры водоотталкивающих нитей с другими водоотталкивающими материалами.
| Сравните товары | Желейная начинка | Водоотталкивающее пробковое кольцо, изготовленное методом горячего расплава | Водонепроницаемая лента | Водоотталкивающая пряжа |
| Водостойкость | Хороший | Хороший | Хороший | Хороший |
| Технологичность | Простой | Сложный | Более сложный | Простой |
| Механические свойства | Квалифицированный | Квалифицированный | Квалифицированный | Квалифицированный |
| Долгосрочная надежность | Хороший | Хороший | Хороший | Хороший |
| сила сцепления оболочки | Справедливый | Хороший | Справедливый | Хороший |
| Риск подключения | Да | No | No | No |
| Эффекты окисления | Да | No | No | No |
| Растворитель | Да | No | No | No |
| Масса на единицу длины волоконно-оптического кабеля | Тяжелый | Свет | Тяжелее | Свет |
| Нежелательный поток материалов | Возможный | No | No | No |
| Чистота на производстве | Бедный | Более бедные | Хороший | Хороший |
| Обработка материалов | Тяжелые железные бочки | Простой | Простой | Простой |
| Инвестиции в оборудование | Большой | Большой | Больший | Маленький |
| Стоимость материалов | Выше | Низкий | Выше | Ниже |
| Производственные затраты | Выше | Выше | Выше | Ниже |
Стабильность водоотталкивающих нитей в основном оценивается по краткосрочной и долгосрочной стабильности. Краткосрочная стабильность в основном учитывает кратковременное повышение температуры (температура процесса экструзии оболочки до 220–240 °C), влияющее на водоотталкивающие свойства и механические свойства водоотталкивающей нити; долгосрочная стабильность в основном учитывает старение, скорость расширения водоотталкивающей нити, скорость расширения, прочность и стабильность геля, прочность на разрыв и удлинение при ударном воздействии; водоотталкивающая нить должна обладать водостойкостью на протяжении всего срока службы кабеля (20–30 лет). Аналогично водоотталкивающим смазкам и водоотталкивающим лентам, прочность и стабильность геля водоотталкивающей нити являются важными характеристиками. Водоотталкивающая нить с высокой прочностью геля и хорошей стабильностью может сохранять хорошие водоотталкивающие свойства в течение значительного периода времени. Напротив, согласно соответствующим немецким национальным стандартам, некоторые материалы в условиях гидролиза разлагаются на очень подвижный низкомолекулярный материал и не обеспечивают длительной водостойкости.
3.3 Применение водоотталкивающих нитей
Водоотталкивающая нить, как превосходный водонепроницаемый материал для оптических кабелей, заменяет широко используемые в производстве оптических кабелей масляные пасты, термоклеевые водоотталкивающие кольца и водоотталкивающие ленты и т. д. В таблице 2 приведены некоторые характеристики этих водоотталкивающих материалов для сравнения.
4. Заключение
В заключение, водоотталкивающая нить является превосходным водоотталкивающим материалом, подходящим для оптических кабелей. Она обладает такими характеристиками, как простота конструкции, надежная работа, высокая производительность и простота использования; а использование этого материала для заполнения оптических кабелей имеет преимущества в виде малого веса, надежной работы и низкой стоимости.
Дата публикации: 16 июля 2022 г.