1 Introduzione
Con il rapido sviluppo delle tecnologie delle comunicazioni nell'ultimo decennio circa, il campo di applicazione dei cavi in fibra ottica si è ampliato. Con il continuo aumento dei requisiti ambientali per i cavi in fibra ottica, aumentano anche i requisiti di qualità dei materiali utilizzati. Il nastro isolante per cavi in fibra ottica è un materiale comunemente utilizzato nell'industria dei cavi in fibra ottica; il ruolo di sigillatura, impermeabilizzazione, protezione dall'umidità e buffer nei cavi in fibra ottica è stato ampiamente riconosciuto e le sue varietà e prestazioni sono state costantemente migliorate e perfezionate con lo sviluppo dei cavi in fibra ottica. Negli ultimi anni, la struttura "a nucleo secco" è stata introdotta nel cavo ottico. Questo tipo di materiale di barriera all'acqua per cavi è solitamente una combinazione di nastro, filato o rivestimento per impedire all'acqua di penetrare longitudinalmente nel nucleo del cavo. Con la crescente accettazione dei cavi in fibra ottica a nucleo secco, i materiali per cavi in fibra ottica a nucleo secco stanno rapidamente sostituendo i tradizionali composti di riempimento per cavi a base di vaselina. Il materiale a nucleo secco utilizza un polimero che assorbe rapidamente l'acqua per formare un idrogel, che si gonfia e riempie i canali di penetrazione dell'acqua del cavo. Inoltre, poiché il materiale del nucleo secco non contiene grasso appiccicoso, non sono necessari panni, solventi o detergenti per preparare il cavo alla giunzione, riducendo notevolmente i tempi di giunzione. La leggerezza del cavo e la buona adesione tra il filo di rinforzo esterno e la guaina non ne risentono, rendendolo una scelta popolare.
2 L'impatto dell'acqua sul cavo e sul meccanismo di resistenza all'acqua
Il motivo principale per cui è necessario adottare diverse misure di protezione dall'acqua è che l'acqua che entra nel cavo si decompone in ioni idrogeno e OH-, aumentando la perdita di trasmissione della fibra ottica, riducendone le prestazioni e accorciandone la durata. Le misure di protezione dall'acqua più comuni consistono nel riempimento con pasta di petrolio e nell'aggiunta di nastro isolante, che viene inserito nell'intercapedine tra l'anima e la guaina del cavo per impedire all'acqua e all'umidità di diffondersi verticalmente, contribuendo così alla protezione dall'acqua.
Quando le resine sintetiche vengono utilizzate in grandi quantità come isolanti nei cavi in fibra ottica (in primo luogo nei cavi stessi), anche questi materiali isolanti non sono immuni all'ingresso di acqua. La formazione di "alberi d'acqua" nel materiale isolante è la causa principale dell'impatto sulle prestazioni di trasmissione. Il meccanismo con cui il materiale isolante è influenzato dagli "alberi d'acqua" è solitamente spiegato come segue: a causa del forte campo elettrico (un'altra ipotesi è che le proprietà chimiche della resina siano modificate dalla scarica molto debole di elettroni accelerati), le molecole d'acqua penetrano attraverso il diverso numero di micropori presenti nel materiale di rivestimento del cavo in fibra ottica. Le molecole d'acqua penetrano attraverso il diverso numero di micropori nel materiale di rivestimento del cavo, formando "alberi d'acqua", accumulando gradualmente una grande quantità d'acqua e diffondendosi nella direzione longitudinale del cavo, compromettendone le prestazioni. Dopo anni di ricerche e test internazionali, a metà degli anni '80, per trovare un modo per eliminare il modo migliore per produrre alberi d'acqua, cioè, prima dell'estrusione del cavo avvolto in uno strato di assorbimento d'acqua e l'espansione della barriera d'acqua per inibire e rallentare la crescita degli alberi d'acqua, bloccando l'acqua nel cavo all'interno della diffusione longitudinale; allo stesso tempo, a causa di danni esterni e infiltrazioni d'acqua, la barriera d'acqua può anche bloccare rapidamente l'acqua, non alla diffusione longitudinale del cavo.
3 Panoramica della barriera d'acqua del cavo
3. 1 Classificazione delle barriere d'acqua per cavi in fibra ottica
Esistono molti modi per classificare le barriere d'acqua per cavi ottici, che possono essere classificate in base alla loro struttura, qualità e spessore. In generale, possono essere classificate in base alla loro struttura: waterstop laminato bifacciale, waterstop rivestito monofacciale e waterstop a film composito. La funzione di barriera d'acqua della barriera d'acqua è dovuta principalmente al materiale ad alto assorbimento d'acqua (chiamato barriera d'acqua), che può gonfiarsi rapidamente dopo che la barriera d'acqua entra in contatto con l'acqua, formando un grande volume di gel (la barriera d'acqua può assorbire centinaia di volte più acqua di se stessa), impedendo così la crescita dell'albero d'acqua e la continua infiltrazione e diffusione dell'acqua. Questi includono sia polisaccaridi naturali che chimicamente modificati.
Sebbene questi bloccanti d'acqua naturali o semi-naturali abbiano buone proprietà, presentano due svantaggi fatali:
1) sono biodegradabili e 2) sono altamente infiammabili. Questo rende improbabile il loro utilizzo nei materiali per cavi in fibra ottica. L'altro tipo di materiale sintetico nel settore degli idroresistenti è rappresentato dai poliacrilati, che possono essere utilizzati come idroresistenti per cavi ottici perché soddisfano i seguenti requisiti: 1) una volta asciutti, possono contrastare le sollecitazioni generate durante la fabbricazione dei cavi ottici;
2) una volta asciutti, possono resistere alle condizioni operative dei cavi ottici (cicli termici da temperatura ambiente a 90 °C) senza compromettere la durata del cavo e possono resistere anche ad alte temperature per brevi periodi di tempo;
3) Quando entra l'acqua, possono gonfiarsi rapidamente e formare un gel con una certa velocità di espansione.
4) produrre un gel altamente viscoso, anche ad alte temperature la viscosità del gel rimane stabile per lungo tempo.
La sintesi di idrorepellenti può essere suddivisa in metodi chimici tradizionali: metodo a fase inversa (polimerizzazione acqua in olio), metodo di polimerizzazione reticolante propria (metodo a disco), metodo di irradiazione (metodo a raggi γ "cobalto 60"). Il metodo di reticolazione si basa sul metodo a raggi γ "cobalto 60". I diversi metodi di sintesi presentano diversi gradi di polimerizzazione e reticolazione e, di conseguenza, requisiti molto rigorosi per l'agente idrorepellente richiesto nei nastri idrorepellenti. Solo pochissimi poliacrilati possono soddisfare i quattro requisiti sopra menzionati; secondo l'esperienza pratica, gli agenti idrorepellenti (resine idroassorbenti) non possono essere utilizzati come materie prime per una singola parte del poliacrilato di sodio reticolato, ma devono essere utilizzati in un metodo di reticolazione multipolimero (ovvero una varietà di parti della miscela di poliacrilato di sodio reticolato) al fine di raggiungere l'obiettivo di un assorbimento d'acqua rapido ed elevato. I requisiti di base sono: l'assorbimento d'acqua può raggiungere circa 400 volte, il tasso di assorbimento d'acqua può raggiungere il 75% dell'acqua assorbita dal primo minuto; requisiti di stabilità termica dell'essiccazione dell'idrogel: resistenza alla temperatura a lungo termine di 90 °C, temperatura massima di esercizio di 160 °C, resistenza alla temperatura istantanea di 230 °C (particolarmente importante per cavi compositi fotoelettrici con segnali elettrici); assorbimento d'acqua dopo la formazione del gel requisiti di stabilità: dopo diversi cicli termici (20 °C ~ 95 °C) La stabilità del gel dopo l'assorbimento d'acqua richiede: gel ad alta viscosità e resistenza del gel dopo diversi cicli termici (da 20 °C a 95 °C). La stabilità del gel varia considerevolmente a seconda del metodo di sintesi e dei materiali utilizzati dal produttore. Allo stesso tempo, non più veloce è la velocità di espansione, meglio è, alcuni prodotti perseguono la velocità unilaterale, l'uso di additivi non favorisce la stabilità dell'idrogel, la distruzione della capacità di ritenzione idrica, ma non per ottenere l'effetto di resistenza all'acqua.
3. 3 caratteristiche del nastro impermeabile Poiché il cavo è sottoposto a prove ambientali durante la sua produzione, il collaudo, il trasporto, lo stoccaggio e l'uso, così dal punto di vista dell'uso del cavo ottico, i requisiti del nastro impermeabile sono i seguenti:
1) distribuzione delle fibre di aspetto, materiali compositi senza delaminazione e polvere, con una certa resistenza meccanica, adatti alle esigenze del cavo;
2) qualità uniforme, ripetibile e stabile, nella formazione del cavo non si delaminerà e non produrrà
3) elevata pressione di espansione, elevata velocità di espansione, buona stabilità del gel;
4) buona stabilità termica, adatta a varie lavorazioni successive;
5) elevata stabilità chimica, non contiene componenti corrosivi, resistente all'erosione causata da batteri e muffe;
6) buona compatibilità con altri materiali del cavo ottico, resistenza all'ossidazione, ecc.
4 Standard di prestazione della barriera all'acqua dei cavi ottici
Numerosi risultati di ricerca dimostrano che una resistenza all'acqua non qualificata compromette la stabilità a lungo termine delle prestazioni di trasmissione via cavo. Tale danno, durante il processo di produzione e l'ispezione in fabbrica dei cavi in fibra ottica, è difficile da individuare, ma si manifesta gradualmente durante la posa del cavo dopo l'uso. Pertanto, lo sviluppo tempestivo di standard di prova completi e accurati, al fine di trovare una base di valutazione che possa essere accettata da tutte le parti interessate, è diventato un compito urgente. Le approfondite ricerche, esplorazioni ed esperimenti condotti dall'autore sulle cinghie di bloccaggio dell'acqua hanno fornito una base tecnica adeguata per lo sviluppo di standard tecnici per le cinghie di bloccaggio dell'acqua. Determinare i parametri prestazionali del valore di barriera all'acqua in base a quanto segue:
1) i requisiti della norma sui cavi ottici per il waterstop (principalmente i requisiti del materiale del cavo ottico nella norma sui cavi ottici);
2) esperienza nella fabbricazione e nell'uso di barriere all'acqua e relativi rapporti di prova;
3) risultati della ricerca sull'influenza delle caratteristiche dei nastri impermeabili sulle prestazioni dei cavi in fibra ottica.
4.1 Aspetto
L'aspetto del nastro barriera all'acqua deve essere quello di fibre distribuite uniformemente; la superficie deve essere piana e priva di grinze, grinze e strappi; non devono esserci spaccature nella larghezza del nastro; il materiale composito deve essere privo di delaminazioni; il nastro deve essere avvolto strettamente e i bordi del nastro portatile non devono avere la "forma a cappello di paglia".
4.2 Resistenza meccanica del waterstop
La resistenza alla trazione del nastro barriera all'acqua dipende dal metodo di produzione del nastro non tessuto in poliestere. A parità di condizioni quantitative, il metodo con viscosa offre una resistenza alla trazione migliore rispetto al metodo di produzione con laminazione a caldo, e anche lo spessore è inferiore. La resistenza alla trazione del nastro barriera all'acqua varia a seconda del modo in cui il cavo viene avvolto o avvolto attorno al cavo.
Questo è un indicatore chiave per due delle cinghie di bloccaggio dell'acqua, per le quali il metodo di prova deve essere unificato con il dispositivo, il liquido e la procedura di prova. Il principale materiale di bloccaggio dell'acqua nel nastro di bloccaggio dell'acqua è il poliacrilato di sodio parzialmente reticolato e i suoi derivati, che sono sensibili alla composizione e alla natura dei requisiti di qualità dell'acqua. Al fine di unificare lo standard dell'altezza di rigonfiamento del nastro di bloccaggio dell'acqua, prevarrà l'uso di acqua deionizzata (l'acqua distillata viene utilizzata nell'arbitrato), poiché nell'acqua deionizzata, che è fondamentalmente acqua pura, non vi è alcuna componente anionica e cationica. Il moltiplicatore di assorbimento della resina di assorbimento dell'acqua in diverse qualità d'acqua varia notevolmente: se il moltiplicatore di assorbimento in acqua pura è pari al 100% del valore nominale; nell'acqua di rubinetto è compreso tra il 40% e il 60% (a seconda della qualità dell'acqua di ciascuna località); nell'acqua di mare è del 12%; le acque sotterranee o di grondaia sono più complesse, è difficile determinare la percentuale di assorbimento e il suo valore sarà molto basso. Per garantire l'effetto barriera all'acqua e la durata del cavo, è preferibile utilizzare un nastro barriera all'acqua con un'altezza di rigonfiamento > 10 mm.
4.3 Proprietà elettriche
In generale, il cavo ottico non contiene la trasmissione di segnali elettrici del filo metallico, quindi non comporta l'uso di nastro adesivo idrorepellente semiconduttore, solo 33 Wang Qiang, ecc.: nastro adesivo idrorepellente per cavi ottici
Cavo elettrico composito prima della presenza di segnali elettrici, requisiti specifici in base alla struttura del cavo da parte del contratto.
4.4 Stabilità termica La maggior parte dei nastri impermeabilizzanti soddisfa i requisiti di stabilità termica: resistenza a temperature a lungo termine di 90 °C, temperatura massima di esercizio di 160 °C, resistenza a temperature istantanee di 230 °C. Le prestazioni del nastro impermeabile non dovrebbero variare dopo un periodo di tempo specificato a queste temperature.
La resistenza del gel dovrebbe essere la caratteristica più importante di un materiale intumescente, mentre la velocità di espansione viene utilizzata solo per limitare la lunghezza della penetrazione iniziale dell'acqua (inferiore a 1 m). Un buon materiale di espansione dovrebbe avere la giusta velocità di espansione e un'elevata viscosità. Un materiale con scarsa barriera all'acqua, anche con un'elevata velocità di espansione e una bassa viscosità, avrà scarse proprietà di barriera all'acqua. Questo può essere testato confrontando diversi cicli termici. In condizioni idrolitiche, il gel si decomporrà in un liquido a bassa viscosità che ne deteriorerà la qualità. Questo si ottiene agitando una sospensione di acqua pura contenente polvere rigonfiante per 2 ore. Il gel risultante viene quindi separato dall'acqua in eccesso e posto in un viscosimetro rotante per misurarne la viscosità prima e dopo 24 ore a 95 °C. Si può osservare la differenza nella stabilità del gel. Questo viene solitamente effettuato in cicli di 8 ore da 20 °C a 95 °C e 8 ore da 95 °C a 20 °C. Le norme tedesche in materia richiedono 126 cicli di 8 ore.
4.5 Compatibilità La compatibilità della barriera all'acqua è una caratteristica particolarmente importante in relazione alla durata del cavo in fibra ottica e dovrebbe quindi essere considerata in relazione ai materiali del cavo in fibra ottica finora coinvolti. Poiché la compatibilità impiega molto tempo per manifestarsi, è necessario utilizzare il test di invecchiamento accelerato, ovvero il campione di materiale del cavo viene pulito, avvolto con uno strato di nastro impermeabile asciutto e mantenuto in una camera a temperatura costante a 100 °C per 10 giorni, dopodiché viene pesata la qualità. La resistenza alla trazione e l'allungamento del materiale non devono variare di oltre il 20% dopo il test.
Data di pubblicazione: 22 luglio 2022