1 Въведение
С бързото развитие на комуникационните технологии през последното десетилетие, областта на приложение на оптичните кабели се разширява. С нарастването на екологичните изисквания към оптичните кабели се увеличават и изискванията за качеството на материалите, използвани в оптичните кабели. Водоизолационната лента за оптични кабели е често срещан водоизолационен материал, използван в индустрията за оптични кабели. Ролята на уплътняването, хидроизолацията, влагата и буферната защита в оптичните кабели е широко призната, а нейните разновидности и характеристики непрекъснато се подобряват и усъвършенстват с развитието на оптичните кабели. През последните години в оптичните кабели беше въведена структурата „сухо ядро“. Този тип водоизолационен материал за кабели обикновено е комбинация от лента, прежда или покритие, за да се предотврати надлъжното проникване на вода в сърцевината на кабела. С нарастващото приемане на оптичните кабели със сухо ядро, материалите за оптични кабели със сухо ядро бързо заместват традиционните кабелни пълнители на базата на вазелин. Материалът за сухо ядро използва полимер, който бързо абсорбира вода, за да образува хидрогел, който набъбва и запълва каналите за проникване на вода в кабела. Освен това, тъй като сухият материал на сърцевината не съдържа лепкава грес, не са необходими кърпички, разтворители или почистващи препарати за подготовка на кабела за снаждане, а времето за снаждане е значително намалено. Лекото тегло на кабела и добрата адхезия между външната армираща прежда и обвивката не се намаляват, което го прави популярен избор.
2 Влиянието на водата върху кабела и механизма за водоустойчивост
Основната причина, поради която трябва да се предприемат различни мерки за блокиране на водата, е, че водата, навлизаща в кабела, ще се разложи на водород и O₂H⁻ йони, което ще увеличи загубите при предаване на оптичното влакно, ще намали производителността на влакното и ще съкрати живота на кабела. Най-често срещаните мерки за блокиране на водата са запълване с вазелин и добавяне на водоблокираща лента, които се запълват в празнината между сърцевината и обвивката на кабела, за да се предотврати вертикалното разпространение на вода и влага, като по този начин играят роля в блокирането на водата.
Когато синтетичните смоли се използват в големи количества като изолатори във влакнесто-оптични кабели (първо в кабелите), тези изолационни материали също не са имунизирани срещу проникване на вода. Образуването на „водни дървета“ в изолационния материал е основната причина за въздействието върху преносните характеристики. Механизмът, чрез който изолационният материал е засегнат от водните дървета, обикновено се обяснява по следния начин: поради силното електрическо поле (друга хипотеза е, че химичните свойства на смолата се променят от много слабото разреждане на ускорени електрони), водните молекули проникват през различния брой микропори, присъстващи в обвивния материал на влакнесто-оптичния кабел. Водните молекули ще проникнат през различния брой микропори в обвивния материал на кабела, образувайки „водни дървета“, като постепенно натрупват голямо количество вода и се разпространяват в надлъжна посока на кабела, влияейки върху характеристиките на кабела. След години на международни изследвания и тестове, в средата на 80-те години на миналия век, за да се намери най-добрият начин за елиминиране на водните дървета, т.е. преди екструдиране на кабела, обвит в слой от абсорбция на вода и разширяване на водната бариера, за да се потисне и забави растежът на водните дървета, блокирайки водата в кабела вътре в надлъжното разпространение; в същото време, поради външни повреди и проникване на вода, водната бариера може също бързо да блокира водата, не до надлъжното разпространение на кабела.
3 Преглед на кабелната водна бариера
3. 1 Класификация на водните бариери за оптични кабели
Съществуват много начини за класифициране на водните бариери за оптични кабели, които могат да бъдат класифицирани според тяхната структура, качество и дебелина. Като цяло, те могат да бъдат класифицирани според тяхната структура: двустранно ламинирана водоупорна преграда, едностранно покрита водоупорна преграда и композитна филмова водоупорна преграда. Функцията на водоупорната преграда се дължи главно на материала с висока водопоглъщаемост (наречен водна бариера), който може бързо да набъбне след контакт с водата, образувайки голям обем гел (водната бариера може да абсорбира стотици пъти повече вода от самата себе си), като по този начин предотвратява растежа на водното дърво и предотвратява продължаващото проникване и разпространение на водата. Те включват както естествени, така и химически модифицирани полизахариди.
Въпреки че тези естествени или полуестествени водоблокери имат добри свойства, те имат два фатални недостатъка:
1) те са биоразградими и 2) са лесно запалими. Това прави малко вероятните им приложения в материалите за оптични кабели. Другият вид синтетичен материал във водоустойчивите покрития са полиакрилатите, които могат да се използват като водоустойчиви покрития за оптични кабели, тъй като отговарят на следните изисквания: 1) когато са сухи, могат да противодействат на напреженията, генерирани по време на производството на оптични кабели;
2) когато са сухи, те могат да издържат на работните условия на оптичните кабели (термично циклиране от стайна температура до 90 °C), без да се отразява на живота на кабела, а също така могат да издържат на високи температури за кратки периоди от време;
3) когато навлезе вода, те могат бързо да набъбнат и да образуват гел със скорост на разширяване.
4) произвеждат силно вискозен гел, дори при високи температури вискозитетът на гела е стабилен за дълго време.
Синтезът на водоотблъскващи вещества може да се раздели на традиционни химични методи – метод с обратна фаза (метод на омрежване чрез полимеризация вода в масло), собствен метод на омрежваща полимеризация – дисков метод, метод на облъчване – γ-лъчев метод „кобалт 60“. Методът на омрежване се основава на γ-лъчевия метод „кобалт 60“. Различните методи на синтез имат различна степен на полимеризация и омрежване и следователно много строги изисквания към водоабсорбиращия агент, необходим във водоблокиращите ленти. Само много малко полиакрилати могат да отговорят на горните четири изисквания. Според практическия опит, водоабсорбиращите агенти (водопоглъщащи смоли) не могат да се използват като суровини за една част от омрежения натриев полиакрилат, а трябва да се използват в метод на омрежване с множество полимери (т.е. различни части от сместа от омрежен натриев полиакрилат), за да се постигне целта за бързо и високо водопоглъщане. Основните изисквания са: абсорбцията на вода може да достигне около 400 пъти, скоростта на абсорбция на вода може да достигне 75% от абсорбираната вода от водоустойчивия материал още в първата минута; изисквания за термична стабилност при изсъхване на водоустойчив материал: дългосрочна температурна устойчивост от 90°C, максимална работна температура от 160°C, моментна температурна устойчивост от 230°C (особено важно за фотоелектрични композитни кабели с електрически сигнали); изисквания за стабилност при абсорбция на вода след образуване на гел: след няколко термични цикъла (20°C ~ 95°C). Стабилността на гела след абсорбция на вода изисква: висок вискозитет на гела и здравина на гела след няколко термични цикъла (20°C до 95°C). Стабилността на гела варира значително в зависимост от метода на синтез и използваните от производителя материали. В същото време, колкото по-бърза е скоростта на разширяване, толкова по-добре е, някои продукти едностранчиво преследват скоростта и използването на добавки, което не допринася за стабилността на хидрогела, нарушавайки капацитета за задържане на вода, но не постигайки ефекта на водоустойчивост.
3. 3 характеристики на водоустойчивата лента Тъй като кабелът е издържал на екологични тестове по време на производството, тестването, транспортирането, съхранението и употребата му, от гледна точка на използването на оптичен кабел, изискванията за водоустойчива лента са следните:
1) външен вид разпределение на влакната, композитни материали без деламинация и прах, с определена механична якост, подходящи за нуждите на кабела;
2) равномерно, повтаряемо, стабилно качество, при образуването на кабела няма да се разслоява и произвежда
3) високо налягане на разширяване, бърза скорост на разширяване, добра стабилност на гела;
4) добра термична стабилност, подходяща за различни последващи обработки;
5) висока химическа стабилност, не съдържа корозивни компоненти, устойчив на бактерии и ерозия от мухъл;
6) добра съвместимост с други материали на оптичния кабел, устойчивост на окисляване и др.
4 Стандарти за ефективност на водната бариера на оптичния кабел
Голям брой резултати от изследвания показват, че неквалифицираната водоустойчивост ще причини големи вреди на дългосрочната стабилност на преносната способност на кабела. Тези вреди са трудни за откриване по време на производствения процес и фабричната проверка на оптичния кабел, но постепенно ще се проявят по време на полагането на кабела след употреба. Следователно, навременното разработване на всеобхватни и точни стандарти за изпитване, за да се намери основа за оценка, която всички страни могат да приемат, се превърна в неотложна задача. Обширните изследвания, проучвания и експерименти на автора върху водоблокиращите ленти осигуриха адекватна техническа основа за разработването на технически стандарти за водоблокиращи ленти. Определете параметрите на ефективност на водобариерната стойност въз основа на следното:
1) изискванията на стандарта за оптични кабели за водоупорната мембрана (основно изискванията за материала на оптичния кабел в стандарта за оптични кабели);
2) опит в производството и употребата на водни бариери и съответните протоколи от изпитвания;
3) резултати от изследвания върху влиянието на характеристиките на водоустойчивите ленти върху характеристиките на оптичните кабели.
4. 1 Външен вид
Външният вид на водонепроницаемата лента трябва да бъде с равномерно разпределени влакна; повърхността трябва да е равна и без бръчки, гънки и разкъсвания; не трябва да има цепки по ширината на лентата; композитният материал трябва да е без деламинация; лентата трябва да е плътно навита, а краищата на ръчно държаната лента не трябва да имат форма на „сламена шапка“.
4.2 Механична якост на хидроизолацията
Якостта на опън на водоустойчивата лента зависи от метода на производство на полиестерната нетъкана лента. При същите количествени условия, вискозният метод е по-добър от горещовалцувания метод на производство на продукта по отношение на якостта на опън, а дебелината му също е по-малка. Якостта на опън на водоустойчивата лента варира в зависимост от начина, по който кабелът е увит или увит около кабела.
Това е ключов индикатор за два от водоблокиращите колани, за които методът на изпитване трябва да бъде унифициран с устройството, течността и процедурата на изпитване. Основният водоблокиращ материал във водоблокиращата лента е частично омрежен натриев полиакрилат и неговите производни, които са чувствителни към състава и естеството на изискванията за качество на водата. За да се унифицира стандартът за височина на набъбване на водоблокиращата лента, използването на дейонизирана вода трябва да преобладава (дестилирана вода се използва в арбитраж), тъй като в дейонизираната вода няма анионен и катионен компонент, който е основно чиста вода. Коефициентът на абсорбция на водоабсорбиращата смола варира значително при различни качества на водата. Ако коефициентът на абсорбция в чиста вода е 100% от номиналната стойност, то в чешмяна вода е от 40% до 60% (в зависимост от качеството на водата на всяко място), в морска вода е 12%; при подземните води или улуците е по-сложно, трудно е да се определи процентът на абсорбция и стойността му ще бъде много ниска. За да се осигури водоустойчив ефект и дълготрайност на кабела, най-добре е да се използва водоустойчива лента с височина на набъбване > 10 мм.
4.3 Електрически свойства
Най-общо казано, оптичният кабел не съдържа метална жица за предаване на електрически сигнали, така че не включва използването на полупроводникова резистентна водна лента, само 33 Wang Qiang и др.: оптичен кабел водоустойчива лента
Електрически композитен кабел преди наличието на електрически сигнали, специфични изисквания според структурата на кабела от договора.
4.4 Термична стабилност Повечето разновидности на водоблокиращи ленти могат да отговорят на изискванията за термична стабилност: дългосрочна температурна устойчивост от 90°C, максимална работна температура от 160°C, моментна температурна устойчивост от 230°C. Характеристиките на водоблокиращата лента не трябва да се променят след определен период от време при тези температури.
Якостта на гела трябва да бъде най-важната характеристика на набъбващия материал, докато скоростта на разширение се използва само за ограничаване на дължината на първоначалното проникване на вода (по-малко от 1 м). Добрият материал за разширение трябва да има правилната скорост на разширение и висок вискозитет. Материал с лоша водоустойчивост, дори с висока скорост на разширение и нисък вискозитет, ще има лоши водоустойчиви свойства. Това може да се тества в сравнение с редица термични цикли. При хидролитични условия гелът ще се разпадне на течност с нисък вискозитет, което ще влоши качеството му. Това се постига чрез разбъркване на чиста водна суспензия, съдържаща набъбващ прах, в продължение на 2 часа. Полученият гел след това се отделя от излишната вода и се поставя във въртящ се вискозиметър, за да се измери вискозитетът преди и след 24 часа при 95°C. Разликата в стабилността на гела може да се види. Това обикновено се прави в цикли от 8 часа от 20°C до 95°C и 8 часа от 95°C до 20°C. Съответните немски стандарти изискват 126 цикъла от 8 часа.
4. 5 Съвместимост Съвместимостта на водната бариера е особено важна характеристика по отношение на живота на оптичния кабел и следователно трябва да се разглежда във връзка с материалите на оптичния кабел, използвани до момента. Тъй като съвместимостта отнема много време, за да стане очевидна, трябва да се използва тест за ускорено стареене, т.е. образецът от кабелния материал се избърсва, увива се със слой суха водоустойчива лента и се държи в камера с постоянна температура при 100°C в продължение на 10 дни, след което се претегля качеството. Якостта на опън и удължението на материала не трябва да се променят с повече от 20% след теста.
Време на публикуване: 22 юли 2022 г.