De mantel of buitenmantel is de buitenste beschermende laag in de structuur van de optische kabel. Deze is hoofdzakelijk gemaakt van PE- of PVC-mantelmateriaal, en in speciale gevallen worden halogeenvrij, vlamvertragend mantelmateriaal en elektrisch geleidend mantelmateriaal gebruikt.
1. PE-mantelmateriaal
PE is de afkorting van polyethyleen, een polymeerverbinding die ontstaat door de polymerisatie van ethyleen. Het zwarte polyethyleen omhulselmateriaal wordt gemaakt door polyethyleenhars gelijkmatig te mengen en te granuleren met een stabilisator, roet, antioxidant en weekmaker in een bepaalde verhouding. Polyethyleen omhulsels voor optische kabels kunnen, afhankelijk van de dichtheid, worden onderverdeeld in lagedichtheidpolyethyleen (LDPE), lineair lagedichtheidpolyethyleen (LLDPE), middeldichtheidpolyethyleen (MDPE) en hogedichtheidpolyethyleen (HDPE). Door hun verschillende dichtheden en moleculaire structuren hebben ze verschillende eigenschappen. Lagedichtheidpolyethyleen, ook wel hogedrukpolyethyleen genoemd, wordt gevormd door copolymerisatie van ethyleen onder hoge druk (boven 1500 atmosfeer) bij 200-300 °C met zuurstof als katalysator. De moleculaire keten van lagedichtheidpolyethyleen (LDPE) bevat daarom meerdere vertakkingen van verschillende lengtes, met een hoge mate van ketenvertakking, een onregelmatige structuur, een lage kristalliniteit en een goede flexibiliteit en rekbaarheid. Hogedichtheidpolyethyleen (HDPE), ook wel lagedrukpolyethyleen genoemd, wordt gevormd door polymerisatie van ethyleen bij lage druk (1-5 atmosfeer) en 60-80 °C met aluminium- en titaniumkatalysatoren. Dankzij de smalle molecuulgewichtsverdeling van HDPE en de geordende rangschikking van moleculen heeft het goede mechanische eigenschappen, een goede chemische bestendigheid en een breed temperatuurbereik. Middeldicht polyethyleen (MDPE) als omhulselmateriaal wordt gemaakt door HDPE en LDP in een geschikte verhouding te mengen, of door polymerisatie van ethyleenmonomeer en propyleen (of het tweede monomeer van 1-buteen). Daarom ligt de prestatie van polyethyleen met gemiddelde dichtheid (MDP) tussen die van polyethyleen met hoge dichtheid (HDP) en polyethyleen met lage dichtheid (LDP). Het combineert de flexibiliteit van LDP met de uitstekende slijtvastheid en treksterkte van HDP. Lineair LDP wordt gepolymeriseerd door middel van lagedruk-gasfasepolymerisatie of oplossingpolymerisatie met ethyleenmonomeer en 2-olefine. De vertakkingsgraad van LDP ligt tussen die van lage en hoge dichtheid, waardoor het een uitstekende weerstand tegen omgevingsspanningsscheuren heeft. Weerstand tegen omgevingsspanningsscheuren is een zeer belangrijke indicator voor de kwaliteit van PE-materialen. Het verwijst naar het fenomeen waarbij een teststuk van het materiaal scheurt onder buigspanning in een omgeving met oppervlakteactieve stoffen. Factoren die van invloed zijn op spanningsscheuren in het materiaal zijn onder andere: moleculair gewicht, molecuulgewichtsverdeling, kristalliniteit en microstructuur van de moleculaire keten. Hoe hoger het moleculair gewicht, hoe smaller de molecuulgewichtsverdeling, hoe meer verbindingen er tussen de wafers zijn, hoe beter de weerstand tegen omgevingsspanningsscheuren van het materiaal en hoe langer de levensduur van het materiaal. Tegelijkertijd beïnvloedt de kristallisatiegraad van het materiaal deze indicator ook. Hoe lager de kristalliniteit, hoe beter de weerstand van het materiaal tegen spanningscorrosie door omgevingsinvloeden. De treksterkte en rek bij breuk van PE-materialen zijn andere indicatoren om de prestaties van het materiaal te meten en kunnen ook het eindpunt van het gebruik van het materiaal voorspellen. Het koolstofgehalte in PE-materialen kan de erosie door ultraviolette straling effectief tegengaan, en antioxidanten kunnen de antioxiderende eigenschappen van het materiaal effectief verbeteren.
2. PVC-mantelmateriaal
Het vlamvertragende PVC-materiaal bevat chlooratomen die in de vlam verbranden. Bij verbranding ontleedt het en komt er een grote hoeveelheid corrosief en giftig HCl-gas vrij, wat secundaire schade kan veroorzaken. Het gas dooft echter vanzelf zodra het de vlam verlaat, waardoor het de eigenschap heeft dat het zich niet verspreidt. Tegelijkertijd is de PVC-mantel flexibel en rekbaar, waardoor het veelvuldig wordt gebruikt in optische kabels binnenshuis.
3. Halogeenvrij vlamvertragend omhulselmateriaal
Omdat polyvinylchloride bij verbranding giftige gassen produceert, is er een rookarm, halogeenvrij, niet-giftig en schoon vlamvertragend omhulselmateriaal ontwikkeld. Dit materiaal wordt verkregen door de toevoeging van anorganische vlamvertragers Al(OH)3 en Mg(OH)2 aan gewone omhulselmaterialen. Deze stoffen geven bij contact met vuur kristalwater af en absorberen veel warmte, waardoor de temperatuur van het omhulselmateriaal niet stijgt en verbranding wordt voorkomen. Door de toevoeging van anorganische vlamvertragers aan halogeenvrije vlamvertragende omhulselmaterialen neemt de geleidbaarheid van de polymeren toe. Tegelijkertijd zijn harsen en anorganische vlamvertragers twee totaal verschillende materialen. Tijdens de verwerking is het noodzakelijk om ongelijkmatige menging van de vlamvertragers te voorkomen. Anorganische vlamvertragers moeten in de juiste hoeveelheid worden toegevoegd. Bij een te grote hoeveelheid zullen de mechanische sterkte en de rek bij breuk van het materiaal aanzienlijk afnemen. Indicatoren voor het beoordelen van de vlamvertragende eigenschappen van halogeenvrije vlamvertragers zijn de zuurstofindex en de rookconcentratie. De zuurstofindex is de minimale zuurstofconcentratie die nodig is om een evenwichtige verbranding in een gasmengsel van zuurstof en stikstof te garanderen. Hoe hoger de zuurstofindex, hoe beter de vlamvertragende eigenschappen van het materiaal. De rookconcentratie wordt berekend door de transmissie te meten van een parallelle lichtbundel die door de rook gaat die ontstaat bij de verbranding van het materiaal, over een bepaalde afstand en optische padlengte. Hoe lager de rookconcentratie, hoe lager de rookemissie en hoe beter de prestaties van het materiaal.
4. Elektrisch beschadigingsbestendig mantelmateriaal
Er worden steeds meer zelfdragende optische kabels voor alle media (ADSS) in dezelfde mast gelegd als hoogspanningsleidingen in elektriciteitscommunicatiesystemen. Om de invloed van het inductieve elektrische veld van de hoogspanning op de kabelmantel te verminderen, is een nieuw, elektrisch slijtbestendig mantelmateriaal ontwikkeld en geproduceerd. Dit materiaal is vervaardigd door het gehalte aan roet, de grootte en de verdeling van de roetdeeltjes nauwkeurig te controleren en speciale additieven toe te voegen, waardoor het mantelmateriaal uitstekende elektrische slijtbestendige eigenschappen heeft.
Geplaatst op: 26 augustus 2024