1 Introduzione
Per garantire la sigillatura longitudinale dei cavi in fibra ottica e impedire che acqua e umidità penetrino nel cavo o nella scatola di giunzione e corrodano il metallo e la fibra, causando danni da idrogeno, rottura della fibra e un brusco calo delle prestazioni di isolamento elettrico, vengono comunemente utilizzati i seguenti metodi per prevenire l'ingresso di acqua e umidità:
1) Riempire l'interno del cavo con grasso tissotropico, incluso il tipo idrorepellente (idrofobico), il tipo a rigonfiamento d'acqua e il tipo a espansione termica, ecc. Questo tipo di materiale è oleoso, riempie grandi quantità, è costoso, facile da inquinare, difficile da pulire (soprattutto nella giunzione dei cavi con solvente per la pulizia) e il peso proprio del cavo è eccessivo.
2) L'utilizzo di un anello barriera all'acqua con adesivo hot melt nella guaina interna ed esterna è un metodo inefficiente e complesso, che solo pochi produttori possono implementare. 3) L'utilizzo di materiali impermeabilizzanti per espansione a secco (polvere assorbente, nastro impermeabile, ecc.) richiede elevata tecnologia, elevato consumo di materiali, costi elevati e un peso proprio eccessivo del cavo. Negli ultimi anni, la struttura a "nucleo secco" è stata introdotta nei cavi ottici e ha trovato ampia applicazione all'estero, soprattutto per risolvere il problema del peso proprio elevato e del complesso processo di giunzione di un elevato numero di nuclei di cavi ottici, con vantaggi incomparabili. Il materiale impermeabile utilizzato in questo cavo a "nucleo secco" è un filato impermeabile. Il filato impermeabile può assorbire rapidamente l'acqua e gonfiarsi formando un gel, bloccando lo spazio del canale dell'acqua del cavo, ottenendo così lo scopo di impermeabilizzazione. Inoltre, il filato water-blocking non contiene sostanze oleose e il tempo necessario per preparare la giunzione può essere ridotto considerevolmente, senza bisogno di salviette, solventi e detergenti. Per ottenere un processo semplice, una costruzione pratica, prestazioni affidabili e materiali water-blocking a basso costo, abbiamo sviluppato un nuovo tipo di filato water-blocking per cavi ottici: un filato rigonfiabile water-blocking.
2 Principio di blocco dell'acqua e caratteristiche del filato di blocco dell'acqua
La funzione di blocco dell'acqua del filato di blocco dell'acqua consiste nell'utilizzare il corpo principale delle fibre del filato di blocco dell'acqua per formare un grande volume di gel (l'assorbimento d'acqua può raggiungere decine di volte il proprio volume, ad esempio nel primo minuto l'acqua può espandersi rapidamente da circa 0,5 mm a circa 5,0 mm di diametro). La capacità di ritenzione idrica del gel è piuttosto elevata, il che può efficacemente impedire la crescita dell'albero d'acqua, impedendo così all'acqua di continuare a penetrare e diffondersi, per raggiungere lo scopo di impermeabilità. Poiché il cavo in fibra ottica deve resistere a diverse condizioni ambientali durante la produzione, il collaudo, il trasporto, lo stoccaggio e l'utilizzo, il filato di blocco dell'acqua deve possedere le seguenti caratteristiche per essere utilizzato nel cavo in fibra ottica:
1) Un aspetto pulito, uno spessore uniforme e una consistenza morbida;
2) Una certa resistenza meccanica per soddisfare i requisiti di tensione durante la formazione del cavo;
3) rapido rigonfiamento, buona stabilità chimica ed elevata resistenza all'assorbimento dell'acqua e alla formazione di gel;
4) Buona stabilità chimica, assenza di componenti corrosivi, resistenza a batteri e muffe;
5) Buona stabilità termica, buona resistenza agli agenti atmosferici, adattabile a varie lavorazioni e produzioni successive e a vari ambienti di utilizzo;
6) Buona compatibilità con altri materiali del cavo in fibra ottica.
3 Filato resistente all'acqua nell'applicazione del cavo in fibra ottica
3.1 L'uso di filati resistenti all'acqua nei cavi in fibra ottica
I produttori di cavi in fibra ottica possono adottare diverse strutture di cavi nel processo di produzione per soddisfare le esigenze degli utenti in base alla loro situazione effettiva e ai requisiti degli utenti stessi:
1) Bloccaggio longitudinale dell'acqua della guaina esterna con filati bloccanti l'acqua
Nell'armatura in nastro d'acciaio corrugato, la guaina esterna deve essere impermeabile longitudinalmente per impedire all'umidità di penetrare nel cavo o nella scatola di derivazione. Per ottenere la barriera all'acqua longitudinale della guaina esterna, vengono utilizzati due fili di barriera all'acqua, uno dei quali è disposto parallelamente all'anima del cavo della guaina interna, e l'altro è avvolto attorno all'anima del cavo a un certo passo (da 8 a 15 cm), ricoperto con nastro d'acciaio corrugato e PE (polietilene), in modo che il filo di barriera all'acqua divida l'intercapedine tra l'anima del cavo e il nastro d'acciaio in un piccolo compartimento chiuso. Il filo di barriera all'acqua si gonfierà e formerà un gel in breve tempo, impedendo all'acqua di penetrare nel cavo e limitandola a pochi piccoli compartimenti in prossimità del punto di guasto, ottenendo così lo scopo della barriera all'acqua longitudinale, come mostrato in Figura 1.
Figura 1: Utilizzo tipico del filato anti-acqua nel cavo ottico
2) Bloccaggio longitudinale dell'acqua del nucleo del cavo con filati bloccanti l'acquaPuò essere utilizzato nel nucleo del cavo di due parti del filato di bloccaggio dell'acqua, uno è nel nucleo del cavo del filo di acciaio rinforzato, utilizzando due filati di bloccaggio dell'acqua, solitamente un filato di bloccaggio dell'acqua e un filo di acciaio rinforzato posti in parallelo, un altro filato di bloccaggio dell'acqua a un passo più grande avvolto attorno al filo, ci sono anche due filati di bloccaggio dell'acqua e un filo di acciaio rinforzato posti in parallelo, l'uso di filato di bloccaggio dell'acqua di forte capacità di espansione per bloccare l'acqua; il secondo è nella superficie dell'involucro allentato, prima di spremere la guaina interna, il filato di bloccaggio dell'acqua come un filato di legame usa, due filati di bloccaggio dell'acqua a un passo più piccolo (1 ~ 2 cm) nella direzione opposta intorno, formando un contenitore di bloccaggio denso e piccolo, per impedire l'ingresso di acqua, realizzato con struttura "nucleo del cavo asciutto".
3.2 Selezione di filati resistenti all'acqua
Per ottenere sia una buona resistenza all'acqua sia prestazioni di lavorazione meccanica soddisfacenti nel processo di produzione di cavi in fibra ottica, è necessario tenere conto dei seguenti aspetti durante la selezione del filato resistente all'acqua:
1) Lo spessore del filato che blocca l'acqua
Per garantire che l'espansione del filato di protezione dall'acqua possa colmare le fessure nella sezione trasversale del cavo, la scelta dello spessore del filato è fondamentale, ovviamente in relazione alle dimensioni strutturali del cavo e alla velocità di espansione del filato. Nella struttura del cavo, la presenza di fessure dovrebbe essere ridotta al minimo, ad esempio utilizzando un filato di protezione dall'acqua ad alta velocità di espansione. In questo modo, il diametro del filato di protezione dall'acqua può essere ridotto al minimo, in modo da ottenere prestazioni di protezione dall'acqua affidabili e, al contempo, risparmiare sui costi.
2) Velocità di rigonfiamento e forza del gel dei filati impermeabili
Il test di penetrazione dell'acqua IEC794-1-F5B viene eseguito sull'intera sezione trasversale del cavo in fibra ottica. 1 m di colonna d'acqua viene aggiunto a un campione di 3 m di cavo in fibra ottica, e il test di 24 ore senza perdite è considerato valido. Se la velocità di rigonfiamento del filato di protezione dall'acqua non è pari alla velocità di infiltrazione dell'acqua, è possibile che l'acqua abbia attraversato il campione entro pochi minuti dall'inizio del test e che il filato di protezione dall'acqua non si sia ancora completamente rigonfiato. Tuttavia, dopo un certo periodo di tempo, il filato di protezione dall'acqua si gonfierà completamente e bloccherà l'acqua, ma anche questo costituisce un fallimento. Se la velocità di espansione è maggiore e la resistenza del gel non è sufficiente, il gel non sarà sufficiente a resistere alla pressione generata dalla colonna d'acqua di 1 m e anche il blocco dell'acqua non supererà il test.
3) Morbidezza del filato water-blocking
Poiché la morbidezza del filato idrorepellente influisce in modo più evidente sulle proprietà meccaniche del cavo, in particolare sulla pressione laterale, sulla resistenza all'impatto, ecc., si dovrebbe cercare di utilizzare un filato idrorepellente più morbido.
4) La resistenza alla trazione, l'allungamento e la lunghezza del filato idrorepellente
Nella produzione di ogni lunghezza di canalina portacavi, il filo di protezione dall'acqua deve essere continuo e ininterrotto, il che richiede che il filo di protezione dall'acqua abbia una certa resistenza alla trazione e un certo allungamento, al fine di garantire che il filo di protezione dall'acqua non venga tirato durante il processo di produzione e che il cavo non venga danneggiato da stiramenti, piegature o torsioni. La lunghezza del filo di protezione dall'acqua dipende principalmente dalla lunghezza della canalina portacavi, al fine di ridurre il numero di cambi di filo nella produzione continua; maggiore è la lunghezza del filo di protezione dall'acqua, migliore è il risultato.
5) L'acidità e l'alcalinità del filato impermeabile devono essere neutre, altrimenti il filato impermeabile reagirà con il materiale del cavo e precipiterà idrogeno.
6) Stabilità dei filati impermeabili
Tabella 2: Confronto della struttura di blocco dell'acqua dei filati di blocco dell'acqua con altri materiali di blocco dell'acqua
| Confronta gli articoli | Ripieno di gelatina | Anello di arresto dell'acqua hot melt | Nastro bloccante per l'acqua | Filato che blocca l'acqua |
| Resistenza all'acqua | Bene | Bene | Bene | Bene |
| Processabilità | Semplice | Complicato | Più complesso | Semplice |
| Proprietà meccaniche | Qualificato | Qualificato | Qualificato | Qualificato |
| Affidabilità a lungo termine | Bene | Bene | Bene | Bene |
| Forza di legame della guaina | Giusto | Bene | Giusto | Bene |
| Rischio di connessione | SÌ | No | No | No |
| Effetti di ossidazione | SÌ | No | No | No |
| Solvente | SÌ | No | No | No |
| Massa per unità di lunghezza del cavo in fibra ottica | Pesante | Leggero | Più pesante | Leggero |
| Flusso di materiale indesiderato | Possibile | No | No | No |
| Pulizia nella produzione | Povero | Più poveri | Bene | Bene |
| Movimentazione dei materiali | Tamburi di ferro pesanti | Semplice | Semplice | Semplice |
| Investimenti in attrezzature | Grande | Grande | Più grande | Piccolo |
| Costo del materiale | Più alto | Basso | Più alto | Inferiore |
| Costi di produzione | Più alto | Più alto | Più alto | Inferiore |
La stabilità dei filati idrorepellenti si misura principalmente in termini di stabilità a breve termine e stabilità a lungo termine. La stabilità a breve termine si basa principalmente sull'aumento di temperatura a breve termine (temperatura del processo di estrusione della guaina fino a 220 ~ 240 °C) che influenza le proprietà di barriera all'acqua e le proprietà meccaniche del filo idrorepellente; la stabilità a lungo termine, considerando principalmente l'invecchiamento del filo idrorepellente, la velocità di espansione, la resistenza e la stabilità del gel, la resistenza alla trazione e l'allungamento all'impatto, deve essere garantita per l'intera durata del cavo (20 ~ 30 anni). Analogamente al grasso idrorepellente e al nastro idrorepellente, la resistenza e la stabilità del gel del filo idrorepellente sono caratteristiche importanti. Un filo idrorepellente con elevata resistenza e buona stabilità può mantenere buone proprietà di barriera all'acqua per un periodo di tempo considerevole. Al contrario, secondo le norme nazionali tedesche pertinenti, in alcuni materiali, in condizioni di idrolisi, il gel si decompone in un materiale a basso peso molecolare molto mobile e non raggiungerà l'obiettivo di resistenza all'acqua a lungo termine.
3.3 Applicazione di filati water-blocking
Il filato idrorepellente, in quanto eccellente materiale idrorepellente per cavi ottici, sta sostituendo la pasta oleosa, l'anello idrorepellente adesivo hot melt e il nastro idrorepellente, ecc. utilizzati in grandi quantità nella produzione di cavi ottici. Nella Tabella 2 sono riportate alcune delle caratteristiche di questi materiali idrorepellenti a scopo di confronto.
4 Conclusion
In sintesi, il filato idrorepellente è un eccellente materiale idrorepellente adatto ai cavi ottici; presenta le seguenti caratteristiche: semplicità costruttiva, prestazioni affidabili, elevata efficienza produttiva, facilità d'uso; inoltre, l'uso del materiale di riempimento del cavo ottico presenta i vantaggi di leggerezza, prestazioni affidabili e basso costo.
Data di pubblicazione: 16/07/2022