1 Introduktion
För att säkerställa längsgående tätning av fiberoptiska kablar och för att förhindra att vatten och fukt tränger in i kabeln eller kopplingsdosan och korroderar metallen och fibern, vilket resulterar i väteskador, fiberbrott och en kraftig minskning av den elektriska isoleringsprestanda, används följande metoder vanligtvis för att förhindra vatten och fukt:
1) Fyll kabelns insida med tixotropiskt fett, inklusive vattenavvisande (hydrofob) fett, vattensvällande fett och värmeexpansionsfett, etc. Denna typ av material är oljiga, fyller i stora mängder, är dyra, förorenar lätt miljön, är svåra att rengöra (särskilt vid kabelskarvning med lösningsmedel för rengöring) och har för hög egenvikt.
2) I den inre och yttre manteln används smältlimsvattenbarriärringar, vilket är en ineffektiv och komplex process som endast ett fåtal tillverkare kan uppnå. 3) Användning av torr expansion av vattenblockerande material (vattenabsorberande expansionspulver, vattenblockerande tejp etc.). Denna metod kräver högteknologi, materialförbrukning, hög kostnad och kabelns egenvikt är också för tung. Under senare år har "torrkärnstruktur" introducerats i optiska kablar och har använts väl utomlands, särskilt för att lösa problemet med tung egenvikt och komplexa skarvningsprocesser för ett stort antal kärnor i optiska kablar. Det vattenblockerande materialet som används i denna "torrkärnkabel" är vattenblockerande garn. Det vattenblockerande garnet kan snabbt absorbera vatten och svälla för att bilda en gel, vilket blockerar utrymmet i kabelns vattenkanal och därigenom uppnå syftet med vattenblockering. Dessutom innehåller det vattenblockerande garnet inga oljiga ämnen och den tid som krävs för att förbereda skarven kan minskas avsevärt utan behov av våtservetter, lösningsmedel och rengöringsmedel. För att uppnå en enkel process, bekväm konstruktion, pålitlig prestanda och låg kostnad för vattenblockerande material har vi utvecklat en ny typ av vattenblockerande garn för optiska kablar – vattenblockerande svällbart garn.
2 Vattenblockerande princip och egenskaper hos vattenblockerande garn
Den vattenblockerande funktionen hos vattenblockerande garn är att använda huvuddelen av de vattenblockerande garnfibrerna för att bilda en stor volym gel (vattenabsorptionen kan nå dussintals gånger sin egen volym, till exempel kan vatten snabbt expandera under den första minuten från cirka 0,5 mm till cirka 5,0 mm i diameter). Gelens vattenhållande förmåga är ganska stark, vilket effektivt kan förhindra tillväxten av vattenträd och därmed förhindra att vatten fortsätter att tränga in och sprida sig för att uppnå syftet med vattenbeständighet. Eftersom fiberoptisk kabel måste motstå olika miljöförhållanden under tillverkning, testning, transport, lagring och användning, måste vattenblockerande garn ha följande egenskaper för att användas i fiberoptisk kabel:
1) Ett rent utseende, jämn tjocklek och en mjuk textur;
2) En viss mekanisk hållfasthet för att uppfylla spänningskraven vid kabelformning;
3) snabb svullnad, god kemisk stabilitet och hög hållfasthet för vattenabsorption och gelbildning;
4) God kemisk stabilitet, inga korrosiva komponenter, resistent mot bakterier och mögel;
5) God termisk stabilitet, god väderbeständighet, anpassningsbar till olika efterföljande bearbetningar och produktioner samt olika användningsmiljöer;
6) God kompatibilitet med andra material av fiberoptisk kabel.
3 Vattentåligt garn vid tillämpning av optisk fiberkabel
3.1 Användning av vattenbeständiga garner i optiska fiberkablar
Tillverkare av fiberoptiska kablar kan använda olika kabelstrukturer i produktionsprocessen för att möta användarnas behov beroende på deras faktiska situation och deras krav:
1) Längsgående vattenblockering av yttermanteln med vattenblockerande garner
I armering med veckat stålband måste yttermanteln vara vattentät i längdriktningen för att förhindra att fukt och fukt tränger in i kabeln eller kopplingsdosan. För att uppnå den längsgående vattenbarriären i yttermanteln används två vattenbarriärtrådar, varav den ena placeras parallellt med kabelns inre mantelkärna, och den andra är lindad runt kabelkärnan med ett visst avstånd (8 till 15 cm), täckt med veckat stålband och PE (polyeten), så att vattenbarriärtråden delar upp gapet mellan kabelkärnan och stålbandet i ett litet slutet utrymme. Vattenbarriärtråden kommer att svälla och bilda en gel inom kort tid, vilket förhindrar att vatten tränger in i kabeln och begränsar vattnet till några få små utrymmen nära förkastningspunkten, och därmed uppnår syftet med den längsgående vattenbarriären, som visas i figur 1.
Figur 1: Typisk användning av vattenblockerande garn i optisk kabel
2) Längsgående vattenblockering av kabelkärnan med vattenblockerande garnKan användas i kabelkärnan med två delar av vattenblockerande garn. Den ena delen är i kabelkärnan av den armerade ståltråden. Två vattenblockerande garner används vanligtvis parallellt med ett vattenblockerande garn och en armerad ståltråd. Den andra delen är lindad runt tråden med ett större avstånd mellan vattenblockerande garn och armerad ståltråd. Det finns också två parallella delar av vattenblockerande garn och en armerad ståltråd. Vattenblockerande garn med stark expansionsförmåga blockerar vatten. Den andra delen är på den lösa höljesytan och klämmer in den inre manteln innan den används för att binda vattenblockerande garn som bindgarn. De två mindre vattenblockerande garnen (1 ~ 2 cm) vänds i motsatt riktning runt kabeln och bildar en tät och liten blockeringsbehållare för att förhindra att vatten tränger in. Kabelkärnan är tillverkad av en "torr kabelkärna".
3.2 Val av vattenavvisande garner
För att uppnå både god vattenbeständighet och tillfredsställande mekanisk bearbetningsprestanda vid tillverkningsprocessen av fiberoptisk kabel bör följande aspekter beaktas vid val av vattenbeständigt garn:
1) Tjockleken på det vattenblockerande garnet
För att säkerställa att expansionen av det vattenblockerande garnet kan fylla gapet i kabelns tvärsnitt är valet av tjockleken på det vattenblockerande garnet avgörande, vilket naturligtvis är relaterat till kabelns strukturella storlek och det vattenblockerande garnets expansionshastighet. I kabelstrukturen bör förekomsten av gap minimeras, till exempel genom att använda hög expansionshastighet för det vattenblockerande garnet, då kan diametern på det vattenblockerande garnet reduceras till den minsta möjliga storleken, så att man kan få tillförlitlig vattenblockerande prestanda, men också för att spara kostnader.
2) Svällningshastighet och gelstyrka hos vattenblockerande garner
IEC794-1-F5B vattenpenetrationstest utförs på hela tvärsnittet av fiberoptisk kabel. 1 m vattenpelare läggs till ett 3 m långt prov av fiberoptisk kabel, 24 timmar utan läckage kvalificeras. Om svällningshastigheten för det vattenblockerande garnet inte håller jämna steg med vatteninfiltrationshastigheten, är det möjligt att vattnet har passerat genom provet inom några minuter efter att testet startat och det vattenblockerande garnet ännu inte har svällt helt. Även efter en tid kommer det vattenblockerande garnet att svälla helt och blockera vattnet, men detta är också ett misslyckande. Om expansionshastigheten är snabbare och gelstyrkan inte är tillräcklig, räcker det inte för att motstå trycket som genereras av 1 m vattenpelaren, och vattenblockeringen kommer också att misslyckas.
3) Mjukhet hos det vattenblockerande garnet
Allt eftersom mjukheten hos det vattenblockerande garnet påverkar kabelns mekaniska egenskaper, särskilt sidotryck, slagtålighet etc., blir stöten tydligare, så man bör försöka använda ett mjukare vattenblockerande garn.
4) Draghållfastheten, töjningen och längden hos det vattenblockerande garnet
Vid produktion av varje kabelstegelängd bör vattenblockerande garn vara kontinuerligt och oavbrutet, vilket kräver att vattenblockerande garn har en viss draghållfasthet och töjning. För att säkerställa att vattenblockerande garn inte dras i under produktionsprocessen, och att kabeln inte skadas vid sträckning, böjning eller vridning av vattenblockerande garn. Längden på vattenblockerande garn beror huvudsakligen på kabelstegens längd. För att minska antalet gånger garnbyte vid kontinuerlig produktion är det bättre att ha längre vattenblockerande garnlängd.
5) Surhetsgraden och alkaliniteten hos det vattenblockerande garnet bör vara neutral, annars kommer det vattenblockerande garnet att reagera med kabelmaterialet och fälla ut väte.
6) Stabilitet hos vattenblockerande garner
Tabell 2: Jämförelse av den vattenblockerande strukturen hos vattenblockerande garner med andra vattenblockerande material
| Jämför artiklar | Geléfyllning | Smältvattenproppring | Vattenblockerande tejp | Vattenblockerande garn |
| Vattentålighet | Bra | Bra | Bra | Bra |
| Processbarhet | Enkel | Komplicerad | Mer komplex | Enkel |
| Mekaniska egenskaper | Kvalificerad | Kvalificerad | Kvalificerad | Kvalificerad |
| Långsiktig tillförlitlighet | Bra | Bra | Bra | Bra |
| Mantelbindningskraft | Rättvis | Bra | Rättvis | Bra |
| Anslutningsrisk | Ja | No | No | No |
| Oxidationseffekter | Ja | No | No | No |
| Lösningsmedel | Ja | No | No | No |
| Massa per längdenhet av fiberoptisk kabel | Tung | Ljus | Tyngre | Ljus |
| Oönskat materialflöde | Möjlig | No | No | No |
| Renlighet i produktionen | Dålig | Mer fattiga | Bra | Bra |
| Materialhantering | Tunga järntrummor | Enkel | Enkel | Enkel |
| Investeringar i utrustning | Stor | Stor | Större | Små |
| Materialkostnad | Högre | Låg | Högre | Lägre |
| Produktionskostnader | Högre | Högre | Högre | Lägre |
Stabiliteten hos vattenblockerande garn mäts huvudsakligen genom kortsiktig stabilitet och långsiktig stabilitet. Kortsiktig stabilitet beaktas huvudsakligen av kortsiktig temperaturökning (extruderingsmantelprocesstemperatur upp till 220 ~ 240 ° C) baserat på vattenbarriärgarnets vattenbarriäregenskaper och mekaniska egenskaper vid stötar. Långsiktig stabilitet, främst med hänsyn till vattenbarriärgarnets åldring, expansionshastighet, gelstyrka och stabilitet, draghållfasthet och töjning under stötar, måste vara vattenbeständig under kabelns hela livslängd (20 ~ 30 år). I likhet med vattenblockerande fett och vattenblockerande tejp är gelstyrkan och stabiliteten hos vattenblockerande garn en viktig egenskap. Ett vattenblockerande garn med hög gelstyrka och god stabilitet kan bibehålla goda vattenblockerande egenskaper under en avsevärd tidsperiod. Tvärtom, enligt relevanta tyska nationella standarder, kommer vissa material att sönderfalla till ett mycket rörligt material med låg molekylvikt under hydrolysförhållanden och kommer inte att uppnå syftet med långsiktig vattenbeständighet.
3.3 Applicering av vattenblockerande garn
Vattenblockerande garn är ett utmärkt vattenblockerande material för optiska kablar och ersätter oljepasta, smältlim, vattenblockerande ringar och vattenblockerande tejp etc. som används i stora mängder vid tillverkning av optiska kablar. Tabell 2 visar några av egenskaperna hos dessa vattenblockerande material som jämförelse.
4 Slutsats
Sammanfattningsvis är vattenblockerande garn ett utmärkt vattenblockerande material lämpligt för optisk kabel, det har egenskaper som enkel konstruktion, pålitlig prestanda, hög produktionseffektivitet, lätt att använda; och användningen av materialet som fyller den optiska kabeln har fördelarna med låg vikt, pålitlig prestanda och låg kostnad.
Publiceringstid: 16 juli 2022