Durante il funzionamento dei cavi ottici ed elettrici, il fattore più significativo che causa il degrado delle prestazioni è la penetrazione dell'umidità. Se l'acqua penetra in un cavo ottico, può aumentare l'attenuazione della fibra; se penetra in un cavo elettrico, può ridurre le prestazioni di isolamento del cavo, compromettendone il funzionamento. Pertanto, nel processo di produzione dei cavi ottici ed elettrici vengono integrati dispositivi di blocco dell'acqua, come materiali assorbenti, per prevenire la penetrazione di umidità o acqua e garantire la sicurezza operativa.
Le principali forme di prodotto dei materiali assorbenti d'acqua includono la polvere assorbente d'acqua,nastro impermeabile, filato idrorepellentee grasso idrorepellente a rigonfiamento, ecc. A seconda del luogo di applicazione, si può utilizzare un solo tipo di materiale idrorepellente oppure diversi tipi contemporaneamente per garantire l'impermeabilità dei cavi.
Con la rapida diffusione della tecnologia 5G, l'utilizzo dei cavi in fibra ottica si sta diffondendo sempre di più e i requisiti per il loro impiego si fanno sempre più stringenti. In particolare, con l'introduzione di normative ecocompatibili e di tutela ambientale, i cavi in fibra ottica completamente asciutti sono sempre più richiesti dal mercato. Una caratteristica fondamentale di questi cavi è l'assenza di grasso idrorepellente di tipo riempitivo o espandibile. Al contrario, per garantire la tenuta stagna su tutta la sezione del cavo, vengono utilizzati nastri e fibre idrorepellenti.
L'applicazione di nastri impermeabilizzanti nei cavi elettrici e ottici è piuttosto comune, e la letteratura scientifica sull'argomento è molto vasta. Tuttavia, sono relativamente poche le ricerche sui filati impermeabilizzanti, in particolare sui materiali fibrosi con proprietà superassorbenti. Grazie alla facilità di svolgimento durante la produzione di cavi elettrici e ottici e alla semplicità di lavorazione, i materiali fibrosi superassorbenti sono attualmente i materiali impermeabilizzanti preferiti nella produzione di cavi elettrici e ottici, soprattutto per i cavi ottici a secco.
Applicazione nella produzione di cavi di alimentazione
Con il continuo potenziamento delle infrastrutture in Cina, la domanda di cavi elettrici a supporto dei progetti energetici è in costante aumento. I cavi vengono solitamente installati tramite interramento diretto, in trincee, tunnel o con metodi aerei. Si trovano inevitabilmente in ambienti umidi o a diretto contatto con l'acqua, e possono anche essere immersi in acqua per periodi brevi o prolungati, causando una lenta penetrazione dell'acqua all'interno del cavo. Sotto l'azione di un campo elettrico, nello strato isolante del conduttore possono formarsi strutture simili ad alberi, un fenomeno noto come "alberi d'acqua". Quando gli alberi d'acqua raggiungono una certa dimensione, possono portare al deterioramento dell'isolamento del cavo. L'alberatura d'acqua è ormai riconosciuta 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 di blocco dell'acqua o misure di impermeabilizzazione per garantire una buona resistenza all'acqua.
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 il blocco dell'acqua radiale (trasversale), si utilizza spesso una guaina impermeabile completa, come ad esempio un nastro composito alluminio-plastica avvolto longitudinalmente e poi estruso con polietilene. Se è richiesto un blocco completo dell'acqua radiale, si adotta una struttura di guaina metallica. Per i cavi di uso comune, la protezione contro la penetrazione dell'acqua si concentra principalmente sulla penetrazione longitudinale (assiale).
Nella progettazione della struttura del cavo, le misure di impermeabilizzazione devono tenere conto della resistenza all'acqua nella direzione longitudinale (o assiale) del conduttore, della resistenza all'acqua all'esterno dello strato isolante e della resistenza all'acqua nell'intera struttura. Il metodo generale per impermeabilizzare i conduttori consiste nel riempire l'interno e la superficie del conduttore con materiali impermeabilizzanti. Per i cavi ad alta tensione con conduttori suddivisi in settori, si raccomanda l'utilizzo di filato impermeabilizzante come materiale di impermeabilizzazione al centro, come mostrato in Figura 1. Il filato impermeabilizzante può essere applicato anche in strutture impermeabilizzanti a struttura completa. Inserendo filato impermeabilizzante o funi impermeabilizzanti tessute con filato impermeabilizzante negli spazi tra i vari componenti del cavo, è possibile bloccare i canali per il flusso dell'acqua lungo la direzione assiale del cavo, garantendo così il rispetto dei requisiti di tenuta all'acqua longitudinale. Lo schema di un tipico cavo impermeabilizzante a struttura completa è mostrato in Figura 2.
Nelle strutture di cavi sopra menzionate, come elemento di blocco dell'acqua vengono utilizzati materiali fibrosi idroassorbenti. Il meccanismo si basa sull'elevata quantità di resina superassorbente presente sulla superficie del materiale fibroso. A contatto con l'acqua, la resina si espande rapidamente fino a un volume pari a 10 volte il suo volume originale, formando uno strato idrorepellente chiuso sulla sezione trasversale circonferenziale dell'anima del cavo, bloccando i canali di penetrazione dell'acqua e impedendo l'ulteriore diffusione e propagazione dell'acqua o del 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, il che causerebbe un aumento delle perdite (ad esempio, perdite di idrogeno). L'infiltrazione di acqua influisce sui picchi di assorbimento della luce della fibra ottica nella gamma di lunghezze d'onda da 1,3 μm a 1,60 μm, portando a un aumento delle perdite della fibra ottica. 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 una struttura impermeabile diventa un elemento chiave nella costruzione dei cavi ottici.
La progettazione della struttura di impermeabilizzazione dei cavi ottici si divide in progettazione radiale e progettazione longitudinale. La progettazione radiale prevede l'utilizzo di una guaina impermeabilizzante completa, ovvero una struttura con nastro composito alluminio-plastica o acciaio-plastica avvolto longitudinalmente e successivamente estruso con polietilene. Contemporaneamente, all'esterno della fibra ottica viene aggiunto un tubo flessibile in materiale polimerico come PBT (polibutilentereftalato) o acciaio inossidabile. Nella progettazione della struttura impermeabile longitudinale, si prevede l'applicazione di più strati di materiali impermeabilizzanti in ogni parte della struttura. Il materiale impermeabilizzante all'interno del tubo flessibile (o nelle scanalature di un cavo a struttura reticolare) viene sostituito da una pasta impermeabilizzante di riempimento con un materiale fibroso assorbente. Uno o due fili di filato impermeabilizzante vengono posizionati parallelamente all'elemento di rinforzo del nucleo del cavo per impedire la penetrazione del vapore acqueo esterno lungo l'elemento di rinforzo. Se necessario, è possibile inserire fibre impermeabili anche negli spazi tra i tubi flessibili intrecciati per garantire che il cavo ottico superi rigorosi test di penetrazione dell'acqua. La struttura di un cavo ottico completamente asciutto utilizza spesso una tipologia a trefoli stratificati, come mostrato in Figura 3.
Data di pubblicazione: 28-08-2025