1 Inleiding
Met de snelle ontwikkeling van communicatietechnologie in de afgelopen tien jaar is het toepassingsgebied van glasvezelkabels sterk uitgebreid. Naarmate de milieueisen voor glasvezelkabels toenemen, stijgen ook de eisen aan de kwaliteit van de gebruikte materialen. Glasvezeltape is een veelgebruikt waterdichtingsmateriaal in de glasvezelkabelindustrie. De rol van tape bij afdichting, waterdichtheid, vochtwering en buffering in glasvezelkabels is algemeen erkend en de variëteiten en prestaties ervan zijn continu verbeterd en geoptimaliseerd met de ontwikkeling van glasvezelkabels. De laatste jaren is de "droge kern"-structuur geïntroduceerd in optische kabels. Dit type waterdichtingsmateriaal is meestal een combinatie van tape, garen of coating om te voorkomen dat water in de lengterichting de kabelkern binnendringt. Door de toenemende acceptatie van glasvezelkabels met een droge kern, vervangen deze materialen in rap tempo de traditionele vulstoffen op basis van vaseline. Het materiaal met droge kern maakt gebruik van een polymeer dat snel water absorbeert en een hydrogel vormt. Deze hydrogel zwelt op en vult de waterdoorlatende kanalen van de kabel. Omdat het droge kernmateriaal geen kleverig vet bevat, zijn er bovendien geen doekjes, oplosmiddelen of reinigingsmiddelen nodig om de kabel voor te bereiden op het lassen, waardoor de lastijd aanzienlijk wordt verkort. Het lichte gewicht van de kabel en de goede hechting tussen de buitenste versterkingsdraad en de mantel blijven behouden, waardoor het een populaire keuze is.
2. De invloed van water op de kabel en het waterbestendigheidsmechanisme
De belangrijkste reden waarom diverse waterdichtmakende maatregelen nodig zijn, is dat water dat de kabel binnendringt, ontleedt in waterstof- en OH⁻-ionen. Dit verhoogt het transmissieverlies van de optische vezel, vermindert de prestaties van de vezel en verkort de levensduur van de kabel. De meest voorkomende waterdichtmakende maatregelen zijn het vullen met petroleumpasta en het aanbrengen van waterdichtende tape. Deze materialen worden gebruikt om de ruimte tussen de kabelkern en de mantel af te dichten en zo te voorkomen dat water en vocht zich verticaal verspreiden.
Wanneer synthetische harsen in grote hoeveelheden als isolatiemateriaal in glasvezelkabels worden gebruikt, zijn deze isolatiematerialen ook niet immuun voor waterindringing. De vorming van "waterbomen" in het isolatiemateriaal is de belangrijkste oorzaak van de negatieve invloed op de transmissieprestaties. Het mechanisme waarmee waterbomen het isolatiemateriaal beïnvloeden, wordt doorgaans als volgt verklaard: door het sterke elektrische veld (een andere hypothese is dat de chemische eigenschappen van de hars veranderen door de zeer zwakke ontlading van versnelde elektronen) dringen watermoleculen door de verschillende aantallen microporiën in het mantelmateriaal van de glasvezelkabel. De watermoleculen dringen door de verschillende aantallen microporiën in het kabelmantelmateriaal, vormen "waterbomen", hopen zich geleidelijk aan een grote hoeveelheid water op en verspreiden zich in de lengterichting van de kabel, wat de prestaties van de kabel beïnvloedt. Na jaren van internationaal onderzoek en testen, werd halverwege de jaren tachtig een manier gevonden om de vorming van waterbomen te voorkomen. Deze methode hield in dat vóór het extruderen van de kabel een waterabsorberende en -uitzettende laag werd aangebracht om de groei van waterbomen te remmen en te vertragen, waardoor water in de lengterichting van de kabel werd tegengehouden. Tegelijkertijd kon de waterbarrière, ondanks externe schade en waterinfiltratie, het water snel blokkeren, zonder dat dit de lengterichting van de kabel beïnvloedde.
3 Overzicht van de kabelwaterkering
3.1 Classificatie van waterkerende barrières voor glasvezelkabels
Er zijn veel manieren om waterkerende barrières voor optische kabels te classificeren, bijvoorbeeld op basis van hun structuur, kwaliteit en dikte. Over het algemeen kunnen ze worden ingedeeld op basis van hun structuur: dubbelzijdig gelamineerde waterkerende barrières, enkelzijdig gecoate waterkerende barrières en waterkerende barrières van composietfolie. De waterkerende functie van de waterkerende barrière is voornamelijk te danken aan het materiaal met een hoog waterabsorberend vermogen (de waterkerende barrière zelf genoemd), dat snel opzwelt wanneer het in contact komt met water en een grote hoeveelheid gel vormt (de waterkerende barrière kan honderden keren meer water absorberen dan hij zelf kan absorberen). Dit voorkomt de groei van waterkristallen en de verdere infiltratie en verspreiding van water. Deze materialen omvatten zowel natuurlijke als chemisch gemodificeerde polysacchariden.
Hoewel deze natuurlijke of semi-natuurlijke waterdichtmakers goede eigenschappen hebben, kennen ze twee fatale nadelen:
1) Ze zijn biologisch afbreekbaar en 2) ze zijn zeer brandbaar. Dit maakt het onwaarschijnlijk dat ze gebruikt zullen worden in glasvezelkabelmaterialen. Het andere type synthetisch materiaal dat waterafstotend is, wordt vertegenwoordigd door polyacrylaten. Deze kunnen wel gebruikt worden als waterafstotende laag voor optische kabels, omdat ze aan de volgende eisen voldoen: 1) in droge toestand kunnen ze de spanningen tegengaan die ontstaan tijdens de productie van optische kabels;
2) In droge toestand kunnen ze de bedrijfsomstandigheden van optische kabels (thermische cycli van kamertemperatuur tot 90 °C) doorstaan zonder de levensduur van de kabel te beïnvloeden, en kunnen ze ook gedurende korte perioden hoge temperaturen verdragen;
3) Wanneer er water in komt, kunnen ze snel opzwellen en een gel vormen met een bepaalde uitzettingssnelheid.
4) een zeer stroperige gel produceren, waarbij de viscositeit van de gel zelfs bij hoge temperaturen lange tijd stabiel blijft.
De synthese van waterafstotende middelen kan grofweg worden onderverdeeld in traditionele chemische methoden – de omgekeerde fase-methode (water-in-olie polymerisatie-crosslinkingmethode), eigen crosslinkingpolymerisatiemethoden – de schijfmethode, en bestralingsmethoden – de kobalt-60 γ-stralingsmethode. De crosslinkingmethode is gebaseerd op de kobalt-60 γ-stralingsmethode. De verschillende synthesemethoden hebben verschillende polymerisatie- en crosslinkinggraden en stellen daarom zeer strenge eisen aan het waterafstotende middel dat nodig is in waterafstotende tapes. Slechts een zeer klein aantal polyacrylaten kan aan de bovenstaande vier eisen voldoen. Uit de praktijk blijkt dat waterafstotende middelen (waterabsorberende harsen) niet als grondstof kunnen worden gebruikt voor een enkelvoudig gecrosslinkt natriumpolyacrylaat, maar moeten worden gebruikt in een multipolymere crosslinkingmethode (d.w.z. een mengsel van verschillende componenten van gecrosslinkt natriumpolyacrylaat) om een snelle en hoge waterabsorptie te bereiken. De basisvereisten zijn: een waterabsorptiefactor van ongeveer 400, een waterabsorptiesnelheid van 75% binnen de eerste minuut; thermische stabiliteitseisen voor het drogen van de waterafstotende laag: langdurige temperatuurbestendigheid van 90 °C, maximale werktemperatuur van 160 °C, momentane temperatuurbestendigheid van 230 °C (vooral belangrijk voor foto-elektrische composietkabels met elektrische signalen); stabiliteitseisen na waterabsorptie en gelvorming: na meerdere thermische cycli (20 °C tot 95 °C) moet de gel een hoge viscositeit en gelsterkte behouden. De stabiliteit van de gel varieert aanzienlijk, afhankelijk van de synthesemethode en de gebruikte materialen. Tegelijkertijd geldt niet dat een snellere uitzettingssnelheid per definitie beter is. Sommige producten richten zich uitsluitend op snelheid, waarbij het gebruik van additieven de stabiliteit van de hydrogel niet bevordert, het waterbindend vermogen aantast en het gewenste waterafstotende effect tenietdoet.
3.3 Kenmerken van de waterafstotende tape Omdat de kabel tijdens de productie, het testen, het transport, de opslag en het gebruik bestand moet zijn tegen omgevingsinvloeden, gelden vanuit het oogpunt van het gebruik van optische kabels de volgende eisen voor de waterafstotende tape:
1) Visuele vezelverdeling, composietmaterialen zonder delaminatie en poedervorming, met een zekere mechanische sterkte, geschikt voor de behoeften van de kabel;
2) uniforme, herhaalbare, stabiele kwaliteit, waarbij de kabel tijdens de vorming niet zal delamineren en produceren
3) hoge expansiedruk, snelle expansiesnelheid, goede gelstabiliteit;
4) goede thermische stabiliteit, geschikt voor diverse vervolgprocessen;
5) hoge chemische stabiliteit, bevat geen corrosieve bestanddelen, bestand tegen bacteriële en schimmelerosie;
6) goede compatibiliteit met andere materialen van optische kabels, oxidatiebestendigheid, enz.
4 Prestatienormen voor waterdichtheid van optische kabels
Talrijke onderzoeksresultaten tonen aan dat onvoldoende waterbestendigheid de stabiliteit van de kabeltransmissieprestaties op de lange termijn ernstig kan schaden. Deze schade is moeilijk te detecteren tijdens het productieproces en de fabrieksinspectie van glasvezelkabels, maar manifesteert zich geleidelijk tijdens het leggen van de kabel na gebruik. Daarom is het ontwikkelen van een alomvattende en nauwkeurige testnorm, die een basis vormt voor een door alle partijen geaccepteerde evaluatie, een dringende taak geworden. Het uitgebreide onderzoek, de verkenning en de experimenten van de auteur met waterkerende banden hebben een adequate technische basis gelegd voor de ontwikkeling van technische normen voor waterkerende banden. De prestatieparameters van de waterkerende waarde worden als volgt bepaald:
1) de eisen van de optische kabelnorm voor de waterstop (voornamelijk de eisen aan het optische kabelmateriaal in de optische kabelnorm);
2) ervaring met de fabricage en het gebruik van waterkerende lagen en relevante testrapporten;
3) onderzoeksresultaten over de invloed van de eigenschappen van waterafstotende tapes op de prestaties van glasvezelkabels.
4.1 Uiterlijk
Het uiterlijk van de waterkerende tape moet gekenmerkt worden door gelijkmatig verdeelde vezels; het oppervlak moet vlak zijn en vrij van rimpels, vouwen en scheuren; er mogen geen spleten in de breedte van de tape voorkomen; het composietmateriaal moet vrij zijn van delaminatie; de tape moet strak opgerold zijn en de randen van de tape mogen geen "strohoedvorm" aannemen.
4.2 Mechanische sterkte van de waterstop
De treksterkte van de waterkering hangt af van de productiemethode van het polyester vliesmateriaal. Bij gelijke hoeveelheden materiaal is de treksterkte van de viscosemethode beter dan die van de warmgewalste methode, en de dikte van het materiaal is ook kleiner. De treksterkte van de waterkerende tape varieert afhankelijk van de manier waarop de kabel wordt gewikkeld of om de kabel heen wordt gewikkeld.
Dit is een belangrijke indicator voor twee van de waterdichtingsbanden, waarvoor de testmethode moet worden geharmoniseerd met het apparaat, de vloeistof en de testprocedure. Het belangrijkste waterdichtingsmateriaal in de waterdichtingsband is gedeeltelijk verknoopt natriumpolyacrylaat en de derivaten daarvan. Deze zijn gevoelig voor de samenstelling en de aard van de waterkwaliteit. Om de norm voor de zwelhoogte van de waterdichtingsband te uniformeren, dient gedemineraliseerd water te worden gebruikt (gedestilleerd water wordt in overleg gebruikt), omdat gedemineraliseerd water geen anionische en kationische componenten bevat en in principe zuiver water is. De absorptiefactor van waterabsorberende hars varieert sterk in verschillende waterkwaliteiten. Als de absorptiefactor in zuiver water 100% van de nominale waarde is, is deze in leidingwater 40% tot 60% (afhankelijk van de waterkwaliteit ter plaatse); in zeewater is deze 12%; grondwater of rioolwater is complexer, het is moeilijk om het absorptiepercentage te bepalen en de waarde zal zeer laag zijn. Om de waterdichtheid en levensduur van de kabel te garanderen, is het aan te raden een waterkerende tape te gebruiken met een zwelhoogte van > 10 mm.
4.3 Elektrische eigenschappen
Over het algemeen bevat een optische kabel geen metalen draden voor de overdracht van elektrische signalen, waardoor er geen halfgeleidende waterdichte tape nodig is. Alleen waterdichte tape voor optische kabels, zoals bijvoorbeeld 33 Wang Qiang, is hiervoor geschikt.
Elektrische composietkabels moeten, voordat er elektrische signalen op aangesloten zijn, aan specifieke eisen voldoen wat betreft de structuur van de kabel, zoals vastgelegd in het contract.
4.4 Thermische stabiliteit De meeste soorten waterdichtingsbanden voldoen aan de eisen voor thermische stabiliteit: langdurige temperatuurbestendigheid van 90 °C, maximale werktemperatuur van 160 °C en momentane temperatuurbestendigheid van 230 °C. De prestaties van de waterdichtingsband mogen na een bepaalde periode bij deze temperaturen niet veranderen.
De gelsterkte zou de belangrijkste eigenschap van een zwelbaar materiaal moeten zijn, terwijl de uitzettingssnelheid alleen wordt gebruikt om de lengte van de initiële waterpenetratie te beperken (minder dan 1 m). Een goed zwelbaar materiaal moet de juiste uitzettingssnelheid en een hoge viscositeit hebben. Een slecht waterdicht materiaal, zelfs met een hoge uitzettingssnelheid en lage viscositeit, zal slechte waterbarrière-eigenschappen hebben. Dit kan worden getest door een aantal thermische cycli te vergelijken. Onder hydrolytische omstandigheden zal de gel afbreken tot een vloeistof met een lage viscositeit, waardoor de kwaliteit ervan achteruitgaat. Dit wordt bereikt door een suspensie van zuiver water met zwelpoeder gedurende 2 uur te roeren. De resulterende gel wordt vervolgens gescheiden van het overtollige water en in een roterende viscometer geplaatst om de viscositeit te meten vóór en na 24 uur bij 95 °C. Het verschil in gelstabiliteit is dan zichtbaar. Dit wordt gewoonlijk gedaan in cycli van 8 uur van 20 °C tot 95 °C en 8 uur van 95 °C tot 20 °C. De relevante Duitse normen vereisen 126 cycli van 8 uur.
4.5 Compatibiliteit De compatibiliteit van de waterbarrière is een bijzonder belangrijke eigenschap met betrekking tot de levensduur van de glasvezelkabel en moet daarom worden beoordeeld in relatie tot de tot nu toe gebruikte glasvezelkabelmaterialen. Omdat compatibiliteit pas na lange tijd aan het licht komt, moet de versnelde verouderingstest worden gebruikt. Hierbij wordt het kabelmateriaalmonster schoongeveegd, omwikkeld met een laag droge, waterafstotende tape en gedurende 10 dagen in een temperatuurkamer van 100 °C bewaard, waarna de kwaliteit wordt gewogen. De treksterkte en rek van het materiaal mogen na de test niet meer dan 20% veranderen.
Geplaatst op: 22 juli 2022