1 Introduzione
Per garantire la tenuta longitudinale dei cavi in fibra ottica e per impedire che acqua e umidità penetrino nel cavo o nella scatola di giunzione, corrodendo il metallo e la fibra e causando danni da idrogeno, rottura della fibra e un drastico calo delle prestazioni di isolamento elettrico, si utilizzano comunemente i seguenti metodi:
1) Riempire l'interno del cavo con grasso tissotropico, inclusi tipi idrorepellenti (idrofobici), tipi che si gonfiano con l'acqua e tipi che si espandono con il calore, ecc. Questo tipo di materiale è oleoso, richiede un riempimento in grandi quantità, ha un costo elevato, inquina facilmente l'ambiente, è difficile da pulire (soprattutto nelle giunzioni dei cavi con solventi per la pulizia) e il peso del cavo stesso è eccessivo.
2) Tra la guaina interna ed esterna si utilizza un anello barriera all'acqua adesivo termofusibile; questo metodo è inefficiente, richiede un processo complesso ed è realizzabile solo da pochi produttori. 3) L'utilizzo di materiali impermeabilizzanti ad espansione a secco (polvere espandibile assorbente d'acqua, nastro impermeabile, ecc.). Questo metodo richiede tecnologia avanzata, consumo di materiale, costi elevati e il peso del cavo risulta eccessivo. Negli ultimi anni, la struttura "a nucleo secco" è stata introdotta nei cavi ottici ed è stata ampiamente applicata all'estero, soprattutto per risolvere il problema del peso eccessivo e della complessità del processo di giunzione dei cavi ottici con un elevato numero di conduttori, offrendo 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 d'acqua del cavo e raggiungendo così lo scopo di impermeabilizzazione. Inoltre, il filato idrorepellente non contiene sostanze oleose e il tempo necessario per preparare la giunzione può essere notevolmente ridotto senza bisogno di salviette, solventi e detergenti. Al fine di ottenere un processo semplice, una costruzione comoda, prestazioni affidabili e materiali idrorepellenti a basso costo, abbiamo sviluppato un nuovo tipo di filato idrorepellente per cavi ottici: il filato idrorepellente espandibile.
2 Principio di blocco dell'acqua e caratteristiche del filato idrorepellente
La funzione di blocco dell'acqua del filato idrorepellente consiste nell'utilizzare il corpo principale delle fibre del filato 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), e la capacità di ritenzione idrica del gel è piuttosto elevata, può prevenire efficacemente la crescita dell'albero d'acqua, impedendo così che l'acqua continui a penetrare e diffondersi, raggiungendo lo scopo dell'impermeabilità. Poiché i cavi in fibra ottica devono resistere a diverse condizioni ambientali durante la produzione, il collaudo, il trasporto, lo stoccaggio e l'uso, il filato idrorepellente deve possedere le seguenti caratteristiche per essere utilizzato nei cavi in fibra ottica:
1) Aspetto pulito, spessore uniforme e 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 d'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, adattabilità a vari processi e produzioni successive e a diversi ambienti di utilizzo;
6) Buona compatibilità con altri materiali dei cavi in fibra ottica.
3. Filato resistente all'acqua nell'applicazione dei cavi in fibra ottica
3.1 L'utilizzo di filati resistenti all'acqua nei cavi in fibra ottica
I produttori di cavi in fibra ottica possono adottare diverse strutture di cavo nel processo di produzione per soddisfare le esigenze degli utenti in base alla loro situazione specifica e ai requisiti richiesti:
1) Blocco longitudinale dell'acqua nella guaina esterna mediante filati idrorepellenti
Nell'armatura con nastro d'acciaio ondulato, la guaina esterna deve essere impermeabile longitudinalmente per impedire all'umidità di penetrare nel cavo o nella scatola di derivazione. Per realizzare la barriera d'acqua longitudinale della guaina esterna, vengono utilizzati due fili impermeabili: uno è posizionato parallelamente all'anima del cavo nella guaina interna, mentre l'altro è avvolto attorno all'anima del cavo a un certo passo (da 8 a 15 cm), ricoperto con nastro d'acciaio ondulato e PE (polietilene), in modo che il filo impermeabile separi lo spazio tra l'anima del cavo e il nastro d'acciaio in un piccolo compartimento chiuso. Il filo impermeabile si gonfierà e formerà un gel in breve tempo, impedendo all'acqua di penetrare nel cavo e confinandola in alcuni piccoli compartimenti in prossimità del punto di guasto, realizzando così la barriera d'acqua longitudinale, come mostrato in Figura 1.
Figura 1: Utilizzo tipico del filato idrorepellente nei cavi ottici
2) Blocco longitudinale dell'acqua nell'anima del cavo mediante filati impermeabiliPuò essere utilizzato nel nucleo del cavo in due parti del filo di bloccaggio dell'acqua, uno è nel nucleo del cavo del filo di acciaio rinforzato, utilizzando due fili di bloccaggio dell'acqua, di solito un filo di bloccaggio dell'acqua e un filo di acciaio rinforzato disposti in parallelo, un altro filo di bloccaggio dell'acqua con un passo maggiore avvolto attorno al filo, ci sono anche due fili di bloccaggio dell'acqua e un filo di acciaio rinforzato disposti in parallelo, l'uso del filo di bloccaggio dell'acqua con forte capacità di espansione per bloccare l'acqua; il secondo è sulla superficie dell'involucro allentato, prima di comprimere la guaina interna, il filo di bloccaggio dell'acqua viene utilizzato come filo di legatura, due fili di bloccaggio dell'acqua con un passo più piccolo (1 ~ 2 cm) in direzione opposta attorno, formando un piccolo e denso contenitore di bloccaggio, per impedire l'ingresso dell'acqua, realizzando la struttura "anima del cavo asciutta".
3.2 Selezione di filati resistenti all'acqua
Al fine di ottenere sia una buona resistenza all'acqua che prestazioni meccaniche soddisfacenti nel processo di produzione dei cavi in fibra ottica, è necessario tenere conto dei seguenti aspetti nella scelta del filato resistente all'acqua:
1) Lo spessore del filato idrorepellente
Per garantire che l'espansione del filo impermeabilizzante possa riempire gli spazi vuoti nella sezione trasversale del cavo, la scelta dello spessore del filo è cruciale. Questo dipende ovviamente dalle dimensioni strutturali del cavo e dal coefficiente di espansione del filo impermeabilizzante stesso. Nella struttura del cavo è necessario ridurre al minimo la presenza di spazi vuoti; ad esempio, utilizzando un filo impermeabilizzante con un elevato coefficiente di espansione, è possibile ridurre al minimo il diametro del filo, ottenendo così prestazioni di impermeabilizzazione affidabili e, al contempo, un risparmio sui costi.
2) Velocità di rigonfiamento e resistenza del gel dei filati idrorepellenti
Il test di penetrazione dell'acqua IEC794-1-F5B viene eseguito sull'intera sezione trasversale del cavo in fibra ottica. A un campione di 3 metri di cavo in fibra ottica viene aggiunta una colonna d'acqua di 1 metro; il test è considerato superato se non si verificano perdite per 24 ore. Se la velocità di rigonfiamento del filato idrorepellente non tiene il passo con la 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 idrorepellente non si sia ancora completamente gonfiato. Anche se dopo un certo periodo di tempo il filato idrorepellente si gonfierà completamente e bloccherà l'acqua, il test risulterà comunque non superato. Se la velocità di espansione è troppo elevata e la resistenza del gel non è sufficiente, non sarà in grado di resistere alla pressione generata dalla colonna d'acqua di 1 metro e il blocco dell'acqua non sarà efficace.
3) Morbidezza del filato idrorepellente
Poiché la morbidezza del filato idrorepellente influisce sulle proprietà meccaniche del cavo, in particolare sulla pressione laterale, sulla resistenza agli urti, ecc., l'impatto è più evidente, quindi si dovrebbe cercare di utilizzare un filato idrorepellente più morbido.
4) Resistenza alla trazione, allungamento e lunghezza del filato idrorepellente
Nella produzione di ogni lunghezza di canalina portacavi, il filo impermeabilizzante deve essere continuo e ininterrotto, il che richiede che il filo impermeabilizzante abbia una certa resistenza alla trazione e all'allungamento, al fine di garantire che il filo impermeabilizzante non venga tirato durante il processo di produzione e che il cavo, in caso di stiramento, piegatura o torsione, non subisca danni. La lunghezza del filo impermeabilizzante dipende principalmente dalla lunghezza della canalina portacavi; per ridurre il numero di sostituzioni del filo durante la produzione continua, maggiore è la lunghezza del filo impermeabilizzante, meglio è.
5) L'acidità e l'alcalinità del filato idrorepellente devono essere neutre, altrimenti il filato idrorepellente reagirà con il materiale del cavo e precipiterà idrogeno.
6) Stabilità dei filati idrorepellenti
Tabella 2: Confronto della struttura di blocco dell'acqua dei filati idrorepellenti con quella di altri materiali idrorepellenti
| Confronta gli articoli | Ripieno di gelatina | Anello di chiusura per acqua calda | Nastro impermeabile | Filato idrorepellente |
| 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 adesione 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 |
| Investimento in attrezzature | Grande | Grande | Più grande | Piccolo |
| costo dei materiali | Più alto | Basso | Più alto | Inferiore |
| costi di produzione | Più alto | Più alto | Più alto | Inferiore |
La stabilità dei filati impermeabili viene misurata principalmente in base alla stabilità a breve e a lungo termine. La stabilità a breve termine considera principalmente l'impatto dell'aumento di temperatura a breve termine (temperatura del processo di estrusione della guaina fino a 220-240 °C) sulle proprietà di impermeabilità e sulle proprietà meccaniche del filato; la stabilità a lungo termine considera principalmente l'invecchiamento del filato, il tasso di espansione, la resistenza e la stabilità del gel, la resistenza alla trazione e l'allungamento a contatto con l'acqua. Il filato impermeabilizzante deve mantenere la sua resistenza all'acqua per tutta la durata di vita del cavo (20-30 anni). Analogamente al grasso e al nastro impermeabilizzante, la resistenza e la stabilità del gel del filato impermeabilizzante sono caratteristiche importanti. Un filato impermeabilizzante con elevata resistenza del gel e buona stabilità può mantenere buone proprietà di impermeabilità per un periodo di tempo considerevole. Al contrario, secondo le norme nazionali tedesche pertinenti, alcuni materiali, in condizioni di idrolisi, presentano una decomposizione del gel in un materiale a basso peso molecolare molto mobile, che non raggiunge lo scopo di impermeabilità a lungo termine.
3.3 Applicazione di filati idrorepellenti
Il filato idrorepellente, in quanto eccellente materiale idrorepellente per cavi ottici, sta sostituendo la pasta oleosa, gli anelli idrorepellenti adesivi termofusibili e i nastri idrorepellenti, ecc., ampiamente utilizzati nella produzione di cavi ottici. La Tabella 2 riporta 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, caratterizzato da semplicità costruttiva, prestazioni affidabili, elevata efficienza produttiva e facilità d'uso; inoltre, l'utilizzo di questo materiale come riempimento per i cavi ottici offre i vantaggi di leggerezza, prestazioni affidabili e basso costo.
Data di pubblicazione: 16 luglio 2022