1 Úvod
S rychlým rozvojem komunikačních technologií v posledním desetiletí se rozšiřuje oblast použití optických kabelů. S rostoucími požadavky na ochranu životního prostředí pro optické kabely rostou i požadavky na kvalitu materiálů používaných v optických kabelech. Vodotěsná páska pro optické kabely je běžný vodotěsný materiál používaný v průmyslu optických kabelů. Role těsnění, hydroizolace, ochrany proti vlhkosti a nárazům v optických kabelech je široce uznávána a její varianty a vlastnosti se s vývojem optických kabelů neustále vylepšují a zdokonalují. V posledních letech byla do optických kabelů zavedena struktura „suchého jádra“. Tento typ vodotěsného materiálu pro kabel je obvykle kombinací pásky, příze nebo povlaku, který zabraňuje podélnému pronikání vody do jádra kabelu. S rostoucím přijetím suchých optických kabelů, suché materiály pro optické kabely rychle nahrazují tradiční výplňové hmoty pro kabely na bázi vazelíny. Suchý materiál používá polymer, který rychle absorbuje vodu a vytváří hydrogel, který bobtná a vyplňuje kanály pro průnik vody v kabelu. Navíc, protože suchý materiál jádra neobsahuje lepkavé mazivo, nejsou k přípravě kabelu ke spojování potřeba žádné ubrousky, rozpouštědla ani čisticí prostředky a doba spojování se výrazně zkracuje. Nízká hmotnost kabelu a dobrá přilnavost mezi vnější výztužnou přízí a pláštěm se nesnižují, což z něj činí oblíbenou volbu.
2 Vliv vody na kabel a mechanismus vodotěsnosti
Hlavním důvodem, proč by měla být přijata různá opatření proti pronikání vody, je to, že voda vstupující do kabelu se rozkládá na vodík a ionty O₂H⁻, což zvyšuje přenosové ztráty optického vlákna, snižuje výkon vlákna a zkracuje životnost kabelu. Nejběžnějšími opatřeními proti pronikání vody jsou vyplnění vazelínovou pastou a přidání pásky proti pronikání vody, která se vyplňuje do mezery mezi jádrem a pláštěm kabelu, aby se zabránilo vertikálnímu šíření vody a vlhkosti, a tím hraje roli v blokování vody.
Pokud se syntetické pryskyřice používají ve velkém množství jako izolanty v optických kabelech (zejména v kabelech), nejsou tyto izolační materiály imunní vůči pronikání vody. Hlavním důvodem vlivu na přenosový výkon je tvorba „vodních stromů“ v izolačním materiálu. Mechanismus, kterým je izolační materiál ovlivněn vodními stromy, se obvykle vysvětluje následovně: v důsledku silného elektrického pole (další hypotéza je, že chemické vlastnosti pryskyřice se mění velmi slabým výbojem urychlených elektronů) pronikají molekuly vody různým počtem mikroporéz přítomných v plášťovém materiálu optického kabelu. Molekuly vody pronikají různým počtem mikroporéz v plášťovém materiálu kabelu a vytvářejí „vodní stromy“, postupně akumulují velké množství vody a šíří se v podélném směru kabelu, což ovlivňuje výkon kabelu. Po letech mezinárodního výzkumu a testování se v polovině 80. let 20. století našel způsob, jak eliminovat nejlepší způsob výroby vodních stromů, tj. před extruzí kabelu obalit vrstvou absorpce vody a expanze vodní bariéry, aby se zabránilo a zpomalilo růst vodních stromů, blokovala se voda v kabelu uvnitř podélného rozpětí; zároveň v důsledku vnějšího poškození a infiltrace vody může vodní bariéra také rychle zablokovat vodu, ne však podélné rozpětí kabelu.
3 Přehled kabelové vodní bariéry
3. 1 Klasifikace vodních bariér pro optické kabely
Existuje mnoho způsobů klasifikace vodních bariér pro optické kabely, které lze rozdělit podle jejich struktury, kvality a tloušťky. Obecně je lze rozdělit podle struktury na: oboustranně laminované vodní těsnění, jednostranně potažené vodní těsnění a kompozitní fóliové vodní těsnění. Funkce vodní bariéry je dána především materiálem s vysokou absorpcí vody (nazývaným vodní bariéra), který může po kontaktu s vodou rychle bobtnat a vytvořit velké množství gelu (vodní bariéra dokáže absorbovat stokrát více vody než sama o sobě), čímž zabraňuje růstu vodního stromu a další infiltraci a šíření vody. Patří mezi ně jak přírodní, tak chemicky modifikované polysacharidy.
Přestože tyto přírodní nebo polopřírodní blokátory vody mají dobré vlastnosti, mají dvě fatální nevýhody:
1) jsou biologicky odbouratelné a 2) jsou vysoce hořlavé. Díky tomu je nepravděpodobné, že by byly použity v materiálech pro optické kabely. Dalším typem syntetického materiálu ve voděodolných materiálech jsou polyakryláty, které lze použít jako voděodolné materiály pro optické kabely, protože splňují následující požadavky: 1) po zaschnutí mohou působit proti namáhání vznikajícímu při výrobě optických kabelů;
2) po zaschnutí odolávají provozním podmínkám optických kabelů (cyklické změny teploty od pokojové teploty do 90 °C) bez ovlivnění životnosti kabelu a také krátkodobě odolávají vysokým teplotám;
3) když se do nich dostane voda, mohou rychle bobtnat a tvořit gel s rychlostí expanze.
4) produkují vysoce viskózní gel, i při vysokých teplotách je viskozita gelu dlouhodobě stabilní.
Syntézu hydrofobních látek lze obecně rozdělit na tradiční chemické metody – metodu s reverzní fází (metoda síťování polymerací voda v oleji), vlastní metodu síťování – diskovou metodu a metodu ozařování – γ-metodu „kobalt 60“. Metoda síťování je založena na γ-záření „kobalt 60“. Různé metody syntézy mají různý stupeň polymerace a síťování, a proto kladou velmi přísné požadavky na hydrofobní činidlo potřebné ve hydrofobních páskách. Pouze velmi málo polyakrylátů může splnit výše uvedené čtyři požadavky. Podle praktických zkušeností nelze hydrofobní činidla (pryskyřice absorbující vodu) použít jako surovinu pro jednu část síťovaného polyakrylátu sodného, ale musí být použita v metodě síťování s více polymery (tj. různé části směsi síťovaného polyakrylátu sodného), aby se dosáhlo cíle rychlé a vysoké absorpce vody. Základní požadavky jsou: násobek absorpce vody může dosáhnout přibližně 400násobku, rychlost absorpce vody může dosáhnout absorbce 75 % vody absorbované vodotěsným materiálem v první minutě; požadavky na tepelnou stabilitu při schnutí ve vodě: dlouhodobá teplotní odolnost 90 °C, maximální provozní teplota 160 °C, okamžitá teplotní odolnost 230 °C (zejména důležité pro fotoelektrické kompozitní kabely s elektrickými signály); požadavky na stabilitu absorpce vody po vytvoření gelu: po několika tepelných cyklech (20 °C až 95 °C). Stabilita gelu po absorpci vody vyžaduje: vysokou viskozitu gelu a pevnost gelu po několika tepelných cyklech (20 °C až 95 °C). Stabilita gelu se značně liší v závislosti na metodě syntézy a materiálech použitých výrobcem. Zároveň platí, že čím rychlejší je rychlost expanze, tím lepší je, některé produkty jednostranně sledují rychlost a použití přísad nevedou ke stabilitě hydrogelu, ničí schopnost zadržovat vodu, ale nedosahují účinku vodotěsnosti.
3. 3 vlastnosti vodotěsné pásky Vzhledem k tomu, že kabel musí během výroby, testování, přepravy, skladování a používání odolat environmentálním testům, jsou z hlediska použití optického kabelu požadavky na vodotěsnou pásku následující:
1) vzhled distribuce vláken, kompozitní materiály bez delaminace a prášku, s určitou mechanickou pevností, vhodné pro potřeby kabelu;
2) jednotná, opakovatelná a stabilní kvalita, při tvorbě kabelu se nerozdělí a neprodukuje
3) vysoký expanzní tlak, vysoká rychlost expanze, dobrá stabilita gelu;
4) dobrá tepelná stabilita, vhodná pro různé následné zpracování;
5) vysoká chemická stabilita, neobsahuje žádné korozivní složky, odolná vůči bakteriím a plísním;
6) dobrá kompatibilita s jinými materiály optického kabelu, odolnost proti oxidaci atd.
4 Standardy výkonu vodní bariéry optických kabelů
Velké množství výsledků výzkumu ukazuje, že nekvalifikovaná odolnost vůči vodě a dlouhodobá stabilita přenosového výkonu kabelu způsobí velké škody. Toto poškození je obtížné zjistit během výrobního procesu a kontroly optických kabelů ve výrobě, ale postupně se objeví během pokládky kabelu po použití. Proto se včasné vypracování komplexních a přesných zkušebních norem, které by přijaly všechny strany, stalo naléhavým úkolem. Rozsáhlý výzkum, průzkum a experimenty autora v oblasti vodotěsných pásů poskytly dostatečný technický základ pro vývoj technických norem pro vodotěsné pásy. Určení výkonnostních parametrů vodotěsné bariéry na základě následujících faktorů:
1) požadavky normy pro optické kabely na vodotěsný uzávěr (zejména požadavky na materiál optického kabelu v normě pro optické kabely);
2) zkušenosti s výrobou a používáním vodních bariér a příslušné zkušební protokoly;
3) výsledky výzkumu vlivu vlastností vodotěsných pásek na výkon optických kabelů.
4. 1 Vzhled
Vzhled vodotěsné pásky by měl vypadat jako rovnoměrně rozložená vlákna; povrch by měl být rovný a bez vrásek, záhybů a trhlin; v šířce pásky by neměly být žádné praskliny; kompozitní materiál by neměl být delaminován; páska by měla být pevně navinutá a okraje ruční pásky by neměly mít tvar „slaměného klobouku“.
4.2 Mechanická pevnost těsnicí pásky
Pevnost v tahu hydroizolační pásky závisí na způsobu výroby polyesterové netkané pásky. Za stejných kvantitativních podmínek je viskózová metoda lepší než metoda válcování za tepla, pokud jde o pevnost v tahu a tloušťku výrobku. Pevnost v tahu hydroizolační pásky se liší v závislosti na způsobu, jakým je kabel omotaný nebo omotaný kolem kabelu.
Toto je klíčový ukazatel pro dva vodotěsné pásy, u kterých by měla být zkušební metoda sjednocena se zařízením, kapalinou a zkušebním postupem. Hlavním vodotěsným materiálem ve vodotěsné pásce je částečně zesítěný polyakrylát sodný a jeho deriváty, které jsou citlivé na složení a povahu požadavků na kvalitu vody. Aby se sjednotil standard výšky bobtnání vodotěsné pásky, mělo by se přednostně používat deionizovaná voda (v arbitráži se používá destilovaná voda), protože v deionizované vodě, která je v podstatě čistou vodou, není žádná aniontová ani kationtová složka. Absorpční multiplikátor vodotěsné pryskyřice se v různých kvalitách vody značně liší. Pokud je absorpční multiplikátor v čisté vodě 100 % jmenovité hodnoty, ve vodě z vodovodu je to 40 % až 60 % (v závislosti na kvalitě vody v daném místě), v mořské vodě je to 12 %; u podzemní vody nebo okapové vody je to složitější, je obtížné určit procento absorpce a jeho hodnota bude velmi nízká. Pro zajištění vodotěsného efektu a životnosti kabelu je nejlepší použít vodotěsnou pásku s výškou bobtnání > 10 mm.
4.3 Elektrické vlastnosti
Obecně řečeno, optický kabel neobsahuje kovový drát pro přenos elektrických signálů, takže se nepoužívá polovodivá vodotěsná páska, pouze 33 Wang Qiang atd.: vodotěsná páska optického kabelu
Elektrický kompozitní kabel před přítomností elektrických signálů, specifické požadavky dle struktury kabelu stanovené smlouvou.
4.4 Tepelná stabilita Většina druhů vodotěsných pásek splňuje požadavky na tepelnou stabilitu: dlouhodobá teplotní odolnost 90 °C, maximální pracovní teplota 160 °C, okamžitá teplotní odolnost 230 °C. Vlastnosti vodotěsné pásky by se při těchto teplotách neměly měnit po stanovené době.
Pevnost gelu by měla být nejdůležitější charakteristikou intumescentního materiálu, zatímco rychlost expanze se používá pouze k omezení délky počátečního pronikání vody (méně než 1 m). Dobrý expanzní materiál by měl mít správnou rychlost expanze a vysokou viskozitu. Špatný materiál s vodotěsnou bariérou, i s vysokou rychlostí expanze a nízkou viskozitou, bude mít špatné vodotěsné vlastnosti. To lze otestovat ve srovnání s řadou tepelných cyklů. Za hydrolytických podmínek se gel rozpadne na kapalinu s nízkou viskozitou, což zhorší jeho kvalitu. Toho se dosáhne mícháním suspenze čisté vody obsahující bobtnavý prášek po dobu 2 hodin. Výsledný gel se poté oddělí od přebytečné vody a umístí se do rotačního viskozimetru, aby se změřila viskozita před a po 24 hodinách při 95 °C. Rozdíl ve stabilitě gelu je patrný. To se obvykle provádí v cyklech 8 hodin od 20 °C do 95 °C a 8 hodin od 95 °C do 20 °C. Příslušné německé normy vyžadují 126 cyklů po 8 hodinách.
4. 5 Kompatibilita Kompatibilita vodní bariéry je obzvláště důležitou charakteristikou ve vztahu k životnosti optického kabelu, a proto by měla být zvažována ve vztahu k dosud použitým materiálům optických kabelů. Vzhledem k tomu, že se kompatibilita projeví až po dlouhé době, musí být použit test zrychleného stárnutí, tj. vzorek materiálu kabelu se otře dočista, obalí vrstvou suché voděodolné pásky a uchovává se v komoře s konstantní teplotou 100 °C po dobu 10 dnů, načež se zváží kvalita. Pevnost v tahu a prodloužení materiálu by se po zkoušce neměly změnit o více než 20 %.
Čas zveřejnění: 22. července 2022