Durante il funzionamento dei cavi ottici ed elettrici, il fattore più significativo che porta al degrado delle prestazioni è la penetrazione di umidità. Se l'acqua penetra in un cavo ottico, può aumentare l'attenuazione della fibra; se penetra in un cavo elettrico, può ridurne le prestazioni di isolamento, compromettendone il funzionamento. Pertanto, nel processo di produzione dei cavi ottici ed elettrici vengono integrate unità di blocco dell'acqua, come i materiali assorbenti, per impedire la penetrazione di umidità o acqua, garantendo la sicurezza operativa.
Le principali forme di prodotto dei materiali assorbenti l'acqua includono polvere assorbente l'acqua,nastro isolante, filato idrorepellentee grasso anti-acqua di tipo rigonfiante, ecc. A seconda del sito di applicazione, può essere utilizzato un tipo di materiale anti-acqua oppure possono essere utilizzati contemporaneamente diversi tipi per garantire l'impermeabilità dei cavi.
Con la rapida implementazione della tecnologia 5G, l'uso di cavi ottici sta diventando sempre più diffuso e i requisiti per essi stanno diventando più severi. In particolare, con l'introduzione di requisiti ecologici e di protezione ambientale, i cavi ottici completamente asciutti sono sempre più apprezzati dal mercato. Una caratteristica significativa dei cavi ottici completamente asciutti è che non utilizzano grasso idrorepellente di tipo riempitivo o grasso idrorepellente di tipo rigonfiante. Al contrario, vengono utilizzati nastro idrorepellente e fibre idrorepellenti per l'impermeabilizzazione dell'intera sezione trasversale del cavo.
L'applicazione di nastri impermeabilizzanti nei cavi e nei cavi ottici è piuttosto comune e la letteratura scientifica in materia è molto ampia. Tuttavia, sono relativamente meno numerose le ricerche sui filati impermeabilizzanti, in particolare sui materiali in fibra impermeabilizzanti con proprietà super assorbenti. Grazie alla loro facile resa durante la produzione di cavi ottici ed elettrici e alla semplicità di lavorazione, i materiali in fibra superassorbenti sono attualmente i materiali impermeabilizzanti preferiti nella produzione di cavi e cavi ottici, in particolare quelli asciutti.
Applicazione nella produzione di cavi elettrici
Con il continuo rafforzamento delle infrastrutture in Cina, la domanda di cavi elettrici a supporto dei progetti energetici continua ad aumentare. I cavi vengono solitamente installati tramite interro diretto, in trincee, tunnel o con metodi aerei. Si trovano inevitabilmente in ambienti umidi o a diretto contatto con l'acqua e possono persino essere immersi in acqua per brevi o lunghi periodi, causando la lenta penetrazione dell'acqua all'interno del cavo. Sotto l'azione di un campo elettrico, si possono formare strutture ad albero nello strato isolante del conduttore, un fenomeno noto come "water treeing". Quando gli water tree crescono fino a una certa estensione, portano alla rottura dell'isolamento del cavo. Il water treeing è ora riconosciuto a livello internazionale come una delle principali cause di invecchiamento dei cavi. Per migliorare la sicurezza e l'affidabilità del sistema di alimentazione elettrica, la progettazione e la produzione dei cavi devono adottare strutture o misure di impermeabilizzazione per garantire che il cavo abbia buone prestazioni di impermeabilizzazione.
I percorsi di penetrazione dell'acqua nei cavi possono essere generalmente suddivisi in due tipi: penetrazione radiale (o trasversale) attraverso la guaina e penetrazione longitudinale (o assiale) lungo il conduttore e l'anima del cavo. Per la protezione dall'acqua radiale (trasversale), viene spesso utilizzata una guaina completa, come un nastro composito di alluminio e plastica avvolto longitudinalmente e poi estruso con polietilene. Se è richiesta una protezione dall'acqua radiale completa, viene adottata una struttura con guaina metallica. Per i cavi più comunemente utilizzati, la protezione dall'acqua si concentra principalmente sulla penetrazione dell'acqua longitudinale (assiale).
Nella progettazione della struttura del cavo, le misure di impermeabilità devono tenere conto della resistenza all'acqua in direzione longitudinale (o assiale) del conduttore, della resistenza all'acqua all'esterno dello strato isolante e della resistenza all'acqua in tutta la struttura. Il metodo generale per i conduttori impermeabili consiste nel riempire con materiali impermeabili l'interno e la superficie del conduttore. Per i cavi ad alta tensione con conduttori suddivisi in settori, si raccomanda di utilizzare un filato impermeabile come materiale impermeabile al centro, come mostrato in Figura 1. Il filato impermeabile può essere applicato anche in strutture impermeabili a struttura completa. Posizionando il filato impermeabile o corde impermeabili tessute con filato impermeabile negli spazi tra i vari componenti del cavo, è possibile bloccare i canali di scorrimento dell'acqua lungo la direzione assiale del cavo per garantire il rispetto dei requisiti di impermeabilità longitudinale. Lo schema di un tipico cavo impermeabile a struttura completa è mostrato in Figura 2.
Nelle strutture dei cavi sopra menzionate, i materiali in fibra assorbenti vengono utilizzati come unità di blocco dell'acqua. Il meccanismo si basa sulla grande quantità di resina super assorbente presente sulla superficie del materiale in fibra. A contatto con l'acqua, la resina si espande rapidamente fino a 10-15 volte il suo volume originale, formando uno strato chiuso di blocco dell'acqua sulla sezione trasversale circonferenziale dell'anima del cavo, bloccando i canali di penetrazione dell'acqua e impedendo l'ulteriore diffusione ed estensione di acqua o vapore acqueo lungo la direzione longitudinale, proteggendo così efficacemente il cavo.
Applicazione nei cavi ottici
Le prestazioni di trasmissione ottica, le prestazioni meccaniche e le prestazioni ambientali dei cavi ottici sono i requisiti fondamentali di un sistema di comunicazione. Una misura per garantire la durata di un cavo ottico è impedire all'acqua di penetrare nella fibra ottica durante il funzionamento, causando maggiori perdite (ad esempio, perdita di idrogeno). L'infiltrazione di acqua influisce sui picchi di assorbimento della luce della fibra ottica nell'intervallo di lunghezze d'onda da 1,3 μm a 1,60 μm, con conseguente aumento delle perdite. Questa banda di lunghezze d'onda copre la maggior parte delle finestre di trasmissione utilizzate negli attuali sistemi di comunicazione ottica. Pertanto, la progettazione di strutture impermeabili diventa un elemento chiave nella costruzione di cavi ottici.
La progettazione della struttura di blocco dell'acqua nei cavi ottici si divide in progettazione di blocco dell'acqua radiale e progettazione di blocco dell'acqua longitudinale. La progettazione di blocco dell'acqua radiale adotta una guaina di blocco dell'acqua completa, ovvero una struttura con nastro composito in alluminio-plastica o acciaio-plastica avvolto longitudinalmente e poi estruso con polietilene. Contemporaneamente, un tubo flessibile realizzato in materiali polimerici come PBT (polibutilene tereftalato) o acciaio inossidabile viene aggiunto all'esterno della fibra ottica. Nella progettazione della struttura impermeabile longitudinale, l'applicazione di più strati di materiali di blocco dell'acqua viene considerata per ogni parte della struttura. Il materiale di blocco dell'acqua all'interno del tubo flessibile (o nelle scanalature di un cavo di tipo scheletrato) viene sostituito da un grasso di riempimento di blocco dell'acqua a un materiale in fibra assorbente per il tubo. Uno o due fili di filato di blocco dell'acqua vengono posizionati parallelamente all'elemento di rinforzo del nucleo del cavo per impedire al vapore acqueo esterno di penetrare longitudinalmente lungo l'elemento di rinforzo. Se necessario, è possibile posizionare fibre impermeabili negli spazi tra i tubi flessibili intrecciati per garantire che il cavo ottico superi i rigorosi test di penetrazione dell'acqua. La struttura di un cavo ottico completamente asciutto utilizza spesso un tipo di intreccio a strati, come mostrato in Figura 3.
Data di pubblicazione: 28-08-2025