1 Introduzione
Con il rapido sviluppo della tecnologia delle comunicazioni nell'ultimo decennio, il campo di applicazione dei cavi in fibra ottica si è ampliato. Parallelamente all'aumento dei requisiti ambientali per i cavi in fibra ottica, crescono anche le esigenze in termini di qualità dei materiali utilizzati. Il nastro impermeabilizzante per cavi in fibra ottica è un materiale comunemente impiegato nel settore. La sua funzione di sigillatura, impermeabilizzazione, protezione dall'umidità e ammortizzazione è ampiamente riconosciuta e le sue caratteristiche e prestazioni sono state continuamente migliorate e perfezionate con lo sviluppo della tecnologia. Negli ultimi anni, è stata introdotta la struttura "a nucleo asciutto" nei cavi ottici. Questo tipo di materiale impermeabilizzante è solitamente una combinazione di nastro, filato o rivestimento per impedire all'acqua di penetrare longitudinalmente nel nucleo del cavo. Con la crescente diffusione dei cavi in fibra ottica a nucleo asciutto, i materiali di riempimento a base di vaselina stanno rapidamente sostituendo i tradizionali composti di riempimento. Il materiale a nucleo asciutto utilizza un polimero che assorbe rapidamente l'acqua formando un idrogel, il quale si gonfia e riempie i canali di penetrazione dell'acqua nel cavo. Inoltre, poiché il materiale del nucleo asciutto non contiene grasso appiccicoso, non sono necessari panni, solventi o detergenti per preparare il cavo alla giunzione, e i tempi di giunzione risultano notevolmente ridotti. La leggerezza del cavo e la buona adesione tra il filo di rinforzo esterno e la guaina non vengono compromesse, il che lo rende una scelta popolare.
2. L'impatto dell'acqua sul cavo e il meccanismo di resistenza all'acqua
Il motivo principale per cui è necessario adottare diverse misure di protezione dall'acqua è che l'acqua che penetra nel cavo si decompone in idrogeno e ioni OH-, aumentando la perdita di trasmissione della fibra ottica, riducendo le prestazioni della fibra e accorciando la durata del cavo. Le misure di protezione dall'acqua più comuni consistono nel riempire lo spazio tra l'anima del cavo e la guaina con pasta di vaselina e nell'applicare nastro impermeabilizzante, che viene inserito nello spazio tra l'anima e la guaina del cavo per impedire la diffusione verticale di acqua e umidità, svolgendo così un ruolo di protezione dall'acqua.
Quando le resine sintetiche vengono utilizzate in grandi quantità come isolanti nei cavi in fibra ottica (inizialmente nei cavi stessi), anche questi materiali isolanti non sono immuni all'infiltrazione d'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 viene influenzato dagli alberi d'acqua viene generalmente spiegato come segue: a causa del forte campo elettrico (un'altra ipotesi è che le proprietà chimiche della resina vengano modificate dalla debole scarica di elettroni accelerati), le molecole d'acqua penetrano attraverso i diversi micropori presenti nel materiale di rivestimento del cavo in fibra ottica. Le molecole d'acqua penetrano attraverso i diversi 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 ricerca e test internazionali, a metà degli anni '80, si è trovato il modo migliore per eliminare la formazione di alghe, ovvero, prima dell'estrusione del cavo, avvolgerlo in uno strato di barriera che assorbe e si espande, inibendo e rallentando la crescita delle alghe e bloccando la diffusione longitudinale dell'acqua all'interno del cavo; allo stesso tempo, a causa di danni esterni e infiltrazioni d'acqua, la barriera può anche bloccare rapidamente l'acqua, impedendone la diffusione longitudinale del cavo.
3 Panoramica della barriera d'acqua a cavo
3.1 Classificazione delle barriere d'acqua per cavi in fibra ottica
Esistono diversi modi per classificare le barriere impermeabili per cavi in fibra ottica, che possono essere classificate in base alla loro struttura, qualità e spessore. In generale, possono essere classificate in base alla loro struttura: barriere impermeabili laminate su entrambi i lati, barriere impermeabili rivestite su un solo lato e barriere impermeabili in film composito. La funzione di barriera impermeabile è principalmente dovuta al materiale ad alto assorbimento d'acqua (chiamato barriera impermeabile), che si gonfia rapidamente a contatto con l'acqua, formando un grande volume di gel (la barriera impermeabile può assorbire centinaia di volte più acqua di quanto ne contenga), impedendo così la formazione di alghe e la continua infiltrazione e diffusione dell'acqua. Questi materiali includono polisaccaridi sia naturali che chimicamente modificati.
Sebbene questi bloccanti d'acqua naturali o seminaturali abbiano buone proprietà, presentano due svantaggi fatali:
1) sono biodegradabili e 2) sono altamente infiammabili. Ciò rende improbabile il loro utilizzo nei materiali dei cavi in fibra ottica. L'altro tipo di materiale sintetico nel resist all'acqua è rappresentato dai poliacrilati, che possono essere utilizzati come resist all'acqua per i cavi ottici perché soddisfano i seguenti requisiti: 1) una volta asciutti, possono contrastare le sollecitazioni generate durante la produzione dei cavi ottici;
2) una volta asciutti, possono sopportare le condizioni operative dei cavi ottici (cicli termici dalla temperatura ambiente a 90 °C) senza compromettere la durata del cavo e possono anche resistere a temperature elevate per brevi periodi di tempo;
3) Quando entra acqua, possono gonfiarsi rapidamente e formare un gel con una velocità di espansione.
4) Producono un gel altamente viscoso; anche ad alte temperature la viscosità del gel rimane stabile a lungo.
La sintesi di idrorepellenti può essere suddivisa in tre grandi categorie: metodi chimici tradizionali – metodo a fase inversa (metodo di reticolazione per polimerizzazione in olio), metodo di reticolazione proprietario – metodo a disco, e metodo di irradiazione – metodo a raggi gamma con cobalto 60. Il metodo di reticolazione si basa sull'irradiazione con raggi gamma al cobalto 60. I diversi metodi di sintesi presentano diversi gradi di polimerizzazione e reticolazione e, di conseguenza, requisiti molto stringenti per l'agente idrorepellente richiesto nei nastri impermeabilizzanti. Solo pochissimi poliacrilati sono in grado di soddisfare i quattro requisiti sopra menzionati. Secondo l'esperienza pratica, gli agenti idrorepellenti (resine assorbenti d'acqua) non possono essere utilizzati come materie prime per la reticolazione di un singolo componente del poliacrilato di sodio, ma devono essere impiegati in un metodo di reticolazione multi-polimero (ovvero una miscela di diversi componenti del poliacrilato di sodio reticolato) al fine di ottenere un assorbimento d'acqua rapido ed elevato. I requisiti di base sono: il multiplo di assorbimento dell'acqua può raggiungere circa 400 volte, la velocità di assorbimento dell'acqua può raggiungere il 75% dell'acqua assorbita dal materiale idrorepellente nel primo minuto; requisiti di stabilità termica di asciugatura del materiale idrorepellente: resistenza alla temperatura a lungo termine di 90 °C, temperatura massima di lavoro di 160 °C, resistenza alla temperatura istantanea di 230 °C (particolarmente importante per i cavi compositi fotoelettrici con segnali elettrici); requisiti di stabilità del gel dopo l'assorbimento dell'acqua: dopo diversi cicli termici (20 °C ~ 95 °C). La stabilità del gel dopo l'assorbimento dell'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 è detto che una velocità di espansione più elevata sia sempre preferibile; alcuni prodotti perseguono la velocità in modo unilaterale, l'uso di additivi non favorisce la stabilità dell'idrogel, distruggendo la capacità di ritenzione idrica, senza però ottenere l'effetto di idroresistenza.
3.3 Caratteristiche del nastro impermeabile Poiché il cavo deve resistere alle prove ambientali durante le fasi di produzione, collaudo, trasporto, stoccaggio e utilizzo, dal punto di vista dell'utilizzo del cavo ottico, i requisiti del nastro impermeabile per cavi sono i seguenti:
1) Aspetto della distribuzione delle fibre, 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 verificherà delaminazione e produzione
3) elevata pressione di espansione, velocità di espansione rapida, buona stabilità del gel;
4) buona stabilità termica, adatta a varie lavorazioni successive;
5) Elevata stabilità chimica, non contiene componenti corrosivi, resistente all'erosione batterica e da muffe;
6) buona compatibilità con altri materiali dei cavi ottici, resistenza all'ossidazione, ecc.
4 Standard di prestazione della barriera all'acqua per cavi ottici
Numerosi risultati di ricerca dimostrano che una resistenza all'acqua non adeguata compromette gravemente la stabilità a lungo termine delle prestazioni di trasmissione dei cavi. Questo problema, difficile da individuare durante il processo di produzione e l'ispezione in fabbrica dei cavi in fibra ottica, si manifesta gradualmente durante la posa del cavo e dopo l'utilizzo. Pertanto, lo sviluppo tempestivo di standard di prova completi e accurati, al fine di trovare una base di valutazione accettabile per tutte le parti interessate, è diventato un compito urgente. L'ampia ricerca, l'esplorazione e la sperimentazione condotte dall'autore sulle cinghie impermeabili hanno fornito una solida base tecnica per lo sviluppo di standard tecnici per tali cinghie. I parametri prestazionali del valore di barriera all'acqua vengono determinati sulla base dei seguenti criteri:
1) i requisiti dello standard per cavi ottici per la tenuta stagna (principalmente i requisiti del materiale del cavo ottico nello standard per cavi ottici);
2) esperienza nella produzione e nell'utilizzo di barriere idrauliche 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
Il nastro impermeabilizzante deve presentare fibre distribuite uniformemente; la superficie deve essere piana e priva di pieghe, grinze e strappi; non devono esserci spaccature in larghezza; il materiale composito deve essere privo di delaminazione; il nastro deve essere avvolto saldamente e i bordi del nastro, se tenuto in mano, non devono presentare la tipica forma a "cappello di paglia".
4.2 Resistenza meccanica della guarnizione di tenuta
La resistenza alla trazione del nastro impermeabile dipende dal metodo di produzione del nastro non tessuto in poliestere; a parità di quantità, il metodo a viscosa offre una resistenza alla trazione superiore rispetto al metodo a caldo, e lo spessore è inferiore. La resistenza alla trazione del nastro impermeabile varia a seconda del modo in cui il cavo viene avvolto o fissato attorno ad esso.
Questo è un indicatore chiave per due delle fasce impermeabilizzanti, per le quali il metodo di prova dovrebbe essere unificato con il dispositivo, il liquido e la procedura di prova. Il principale materiale impermeabilizzante nel nastro impermeabilizzante 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 impermeabilizzante, dovrebbe prevalere l'uso di acqua deionizzata (l'acqua distillata viene utilizzata in via di arbitrato), poiché non vi sono componenti anionici e cationici nell'acqua deionizzata che è sostanzialmente acqua pura. Il moltiplicatore di assorbimento della resina assorbente d'acqua varia notevolmente a seconda della qualità dell'acqua: se il moltiplicatore di assorbimento in acqua pura è il 100% del valore nominale; in acqua di rubinetto è dal 40% al 60% (a seconda della qualità dell'acqua di ciascuna località); in acqua di mare è il 12%; l'acqua sotterranea o l'acqua 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 superiore a 10 mm.
4.3 Proprietà elettriche
In generale, il cavo ottico non contiene la trasmissione di segnali elettrici del filo metallico, quindi non implica l'uso di nastro di resistenza all'acqua semiconduttore, solo 33 Wang Qiang, ecc.: nastro di resistenza all'acqua per cavi ottici
Cavo elettrico composito prima della presenza di segnali elettrici, requisiti specifici in base alla struttura del cavo secondo contratto.
4.4 Stabilità termica La maggior parte dei nastri impermeabili può soddisfare i requisiti di stabilità termica: resistenza a temperature elevate a lungo termine fino a 90 °C, temperatura massima di esercizio fino a 160 °C e resistenza a temperature elevate istantanee fino a 230 °C. Le prestazioni del nastro impermeabile non devono subire variazioni dopo un periodo di tempo specificato a queste temperature.
La resistenza del gel dovrebbe essere la caratteristica più importante di un materiale intumescente, mentre il tasso di espansione serve solo a limitare la lunghezza di penetrazione iniziale dell'acqua (inferiore a 1 m). Un buon materiale espandibile dovrebbe avere il giusto tasso di espansione e un'elevata viscosità. Un materiale con scarse proprietà di barriera all'acqua, anche con un elevato tasso di espansione e una bassa viscosità, avrà scarse proprietà di barriera all'acqua. Questo può essere verificato mediante un certo numero di cicli termici. In condizioni idrolitiche, il gel si decompone in un liquido a bassa viscosità che ne deteriora la qualità. Questo si ottiene agitando una sospensione di acqua pura contenente polvere espandibile 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. La differenza nella stabilità del gel è evidente. Questo viene solitamente fatto con cicli di 8 ore da 20 °C a 95 °C e 8 ore da 95 °C a 20 °C. Le norme tedesche di riferimento 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 deve pertanto essere considerata in relazione ai materiali del cavo in fibra ottica utilizzati finora. Poiché la compatibilità impiega molto tempo a manifestarsi, è necessario utilizzare il test di invecchiamento accelerato, ovvero il campione di materiale del cavo viene pulito, avvolto con uno strato di nastro adesivo impermeabile asciutto e mantenuto in una camera a temperatura costante di 100 °C per 10 giorni, dopodiché se ne verifica 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