1 Inleiding
Om de longitudinale afdichting van glasvezelkabels te garanderen en te voorkomen dat water en vocht de kabel of aansluitdoos binnendringen en het metaal en de vezels aantasten, wat leidt tot waterstofschade, vezelbreuk en een sterke afname van de elektrische isolatieprestaties, worden doorgaans de volgende methoden gebruikt om water en vocht buiten te houden:
1) Het vullen van de binnenkant van de kabel met thixotroop vet, waaronder waterafstotend (hydrofoob) type, waterzwellend type en thermisch uitzettend type, enzovoort. Dit soort materialen zijn olieachtig, vereisen een grote hoeveelheid, zijn duur, vervuilen het milieu gemakkelijk, zijn moeilijk schoon te maken (vooral bij kabelverbindingen met oplosmiddelen) en het eigen gewicht van de kabel is te hoog.
2) Het gebruik van een waterkerende ring met smeltlijm tussen de binnen- en buitenmantel is een inefficiënte en complexe methode die slechts door een paar fabrikanten kan worden toegepast. 3) Het gebruik van droog uitzettende waterwerende materialen (waterabsorberend uitzettend poeder, waterwerende tape, enz.). Deze methode vereist geavanceerde technologie, een hoog materiaalverbruik en hoge kosten, en de kabel is bovendien erg zwaar. De laatste jaren is de "droge kern"-structuur geïntroduceerd in optische kabels en wordt deze in het buitenland veelvuldig toegepast. Vooral bij het oplossen van het probleem van het hoge eigen gewicht en het complexe lasproces van optische kabels met een groot aantal kernen biedt deze structuur onvergelijkbare voordelen. Het waterwerende materiaal dat in deze "droge kern"-kabel wordt gebruikt, is waterwerend garen. Dit garen absorbeert snel water en zwelt op tot een gel, waardoor de waterkanalen in de kabel worden afgesloten en de kabel waterdicht wordt gemaakt. Bovendien bevat het waterafstotende garen geen olieachtige stoffen en kan de tijd die nodig is om de lasverbinding voor te bereiden aanzienlijk worden verkort, zonder dat er doekjes, oplosmiddelen of reinigingsmiddelen nodig zijn. Om een eenvoudig proces, een gemakkelijke constructie, betrouwbare prestaties en goedkope waterafstotende materialen te verkrijgen, hebben we een nieuw type waterafstotend garen voor optische kabels ontwikkeld: waterafstotend zwelgaren.
2. Principe van waterblokkering en kenmerken van het waterblokkerende garen
De waterafstotende functie van waterafstotend garen berust op het feit dat de vezels van het garen een grote hoeveelheid gel vormen (de waterabsorptie kan tientallen keren het eigen volume bedragen; zo kan een waterdruppel binnen de eerste minuut bijvoorbeeld snel uitzetten van ongeveer 0,5 mm tot ongeveer 5,0 mm in diameter). De waterretentiecapaciteit van deze gel is zeer sterk en kan de groei van waterkristallen effectief tegengaan, waardoor wordt voorkomen dat water verder binnendringt en zich verspreidt, en zo de waterbestendigheid wordt bereikt. Omdat glasvezelkabels tijdens de productie, testen, transport, opslag en gebruik bestand moeten zijn tegen diverse omgevingsomstandigheden, moet waterafstotend garen aan de volgende eigenschappen voldoen om in glasvezelkabels te kunnen worden gebruikt:
1) Een strak uiterlijk, een gelijkmatige dikte en een zachte textuur;
2) Een bepaalde mechanische sterkte om te voldoen aan de spanningseisen bij het vormen van de kabel;
3) snelle zwelling, goede chemische stabiliteit en hoge sterkte voor waterabsorptie en gelvorming;
4) Goede chemische stabiliteit, geen corrosieve bestanddelen, bestand tegen bacteriën en schimmels;
5) Goede thermische stabiliteit, goede weerbestendigheid, aanpasbaar aan diverse verdere verwerkings- en productieprocessen en diverse gebruiksomgevingen;
6) Goede compatibiliteit met andere materialen van glasvezelkabel.
3. Waterbestendig garen voor toepassing in glasvezelkabels
3.1 Het gebruik van waterbestendige garens in glasvezelkabels
Fabrikanten van glasvezelkabels kunnen tijdens het productieproces verschillende kabelstructuren toepassen om aan de behoeften van gebruikers te voldoen, afhankelijk van hun specifieke situatie en eisen.
1) Langdurige waterafsluiting van de buitenste mantel met waterafstotende garens
Bij kabelpantsering met gerimpelde staalband moet de buitenmantel in de lengte waterdicht zijn om te voorkomen dat vocht en condens de kabel of de connectorbehuizing binnendringen. Om deze longitudinale waterbarrière van de buitenmantel te realiseren, worden twee waterkerende draden gebruikt. Eén draad loopt parallel aan de kabelkern van de binnenmantel, en de andere wordt met een bepaalde tussenafstand (8 tot 15 cm) om de kabelkern gewikkeld en bedekt met gerimpelde staalband en PE (polyethyleen). De waterkerende draad verdeelt de ruimte tussen de kabelkern en de staalband in kleine, afgesloten compartimenten. De waterkerende draad zwelt binnen korte tijd op en vormt een gel, waardoor water niet in de kabel kan binnendringen en beperkt blijft tot enkele kleine compartimenten nabij het foutpunt. Zo wordt de longitudinale waterbarrière gerealiseerd, zoals weergegeven in Figuur 1.
Figuur 1: Typisch gebruik van waterdicht garen in optische kabels
2) Langsloopse waterafsluiting van de kabelkern met waterafstotende garensIn de kabelkern kunnen twee soorten waterdichtingsgaren worden gebruikt. Ten eerste in de kabelkern van de versterkte staaldraad, waarbij twee waterdichtingsgarens worden gebruikt. Meestal wordt één waterdichtingsgaren parallel aan de versterkte staaldraad geplaatst, en een ander waterdichtingsgaren met een grotere spoed eromheen gewikkeld. Ook hier worden twee waterdichtingsgarens parallel aan de versterkte staaldraad geplaatst. Het gebruik van waterdichtingsgarens met een sterk uitzettingsvermogen zorgt voor een goede waterdichtheid. Ten tweede wordt het waterdichtingsgaren aan het oppervlak van de losse mantel gebruikt, vóór het samendrukken van de binnenmantel. Twee waterdichtingsgarens met een kleinere spoed (1-2 cm) worden in tegengestelde richting eromheen geplaatst, waardoor een dichte en kleine blokkering ontstaat die het binnendringen van water voorkomt. Dit resulteert in een "droge kabelkern"-structuur.
3.2 Selectie van waterbestendige garens
Om zowel een goede waterbestendigheid als bevredigende mechanische verwerkingseigenschappen te verkrijgen tijdens de productie van glasvezelkabel, moet bij de selectie van waterbestendig garen rekening worden gehouden met de volgende aspecten:
1) De dikte van het waterafstotende garen
Om ervoor te zorgen dat het uitzetten van het waterdichtingsgaren de openingen in de dwarsdoorsnede van de kabel kan opvullen, is de keuze van de dikte van het waterdichtingsgaren cruciaal. Deze dikte hangt uiteraard samen met de structurele afmetingen van de kabel en de uitzettingsgraad van het waterdichtingsgaren. In de kabelstructuur moet het bestaan van openingen tot een minimum worden beperkt. Door bijvoorbeeld een waterdichtingsgaren met een hoge uitzettingsgraad te gebruiken, kan de diameter van het waterdichtingsgaren tot de kleinst mogelijke waarde worden gereduceerd. Dit garandeert een betrouwbare waterdichting en levert tevens kostenbesparingen op.
2) Zwellingssnelheid en gelsterkte van waterblokkerende garens
De IEC794-1-F5B waterpenetratieproef wordt uitgevoerd op de volledige dwarsdoorsnede van de glasvezelkabel. Aan een 3 meter lang glasvezelkabelmonster wordt een waterkolom van 1 meter toegevoegd. Na 24 uur lekkage is het monster goedgekeurd. Als de zwelsnelheid van het waterafstotende garen niet gelijke tred houdt met de waterinfiltratie, kan het zijn dat het water binnen enkele minuten na aanvang van de test door het monster is gedrongen en het waterafstotende garen nog niet volledig is uitgezwollen. Hoewel het garen na verloop van tijd volledig zal uitzwellen en het water zal tegenhouden, is dit ook een afkeuring. Als de zwelsnelheid hoger is en de gelsterkte onvoldoende, is het garen niet bestand tegen de druk die wordt gegenereerd door de waterkolom van 1 meter, en zal de waterafdichting eveneens falen.
3) Zachtheid van het waterafstotende garen
Omdat de zachtheid van het waterafstotende garen de mechanische eigenschappen van de kabel beïnvloedt, met name de laterale druk, slagvastheid, enz., is het effect duidelijker merkbaar. Daarom is het aan te raden een zachter waterafstotend garen te gebruiken.
4) De treksterkte, rek en lengte van het waterblokkerende garen
Bij de productie van elke kabelgoot moet het waterdichtingsgaren continu en ononderbroken zijn. Dit vereist dat het waterdichtingsgaren een bepaalde treksterkte en rek heeft, om te voorkomen dat het garen tijdens het productieproces wordt uitgerekt, gebogen of verdraaid en de kabel beschadigd raakt. De lengte van het waterdichtingsgaren hangt voornamelijk af van de lengte van de kabelgoot. Om het aantal keren dat het garen moet worden vervangen tijdens de continue productie te minimaliseren, geldt: hoe langer het waterdichtingsgaren, hoe beter.
5) De zuurgraad en alkaliteit van het waterblokkerende garen moeten neutraal zijn, anders zal het waterblokkerende garen reageren met het kabelmateriaal en waterstof neerslaan.
6) Stabiliteit van waterafstotende garens
Tabel 2: Vergelijking van de waterafstotende structuur van waterafstotende garens met andere waterafstotende materialen
| Vergelijk items | Geleivulling | smeltwaterstopring | Waterdichte tape | Waterafstotend garen |
| Waterbestendigheid | Goed | Goed | Goed | Goed |
| Verwerkbaarheid | Eenvoudig | Ingewikkeld | Complexer | Eenvoudig |
| Mechanische eigenschappen | Gekwalificeerd | Gekwalificeerd | Gekwalificeerd | Gekwalificeerd |
| Betrouwbaarheid op lange termijn | Goed | Goed | Goed | Goed |
| hechtkracht van de mantel | Eerlijk | Goed | Eerlijk | Goed |
| Verbindingsrisico | Ja | No | No | No |
| Oxidatie-effecten | Ja | No | No | No |
| Oplosmiddel | Ja | No | No | No |
| Massa per lengte-eenheid van glasvezelkabel | Zwaar | Licht | Zwaarder | Licht |
| Ongewenste materiaalstroom | Mogelijk | No | No | No |
| Hygiëne in de productie | Arm | Armere mensen | Goed | Goed |
| Materiaalbehandeling | Zware ijzeren trommels | Eenvoudig | Eenvoudig | Eenvoudig |
| Investering in apparatuur | Groot | Groot | Groter | Klein |
| Materiaalkosten | Hoger | Laag | Hoger | Lager |
| Productiekosten | Hoger | Hoger | Hoger | Lager |
De stabiliteit van waterafstotende garens wordt hoofdzakelijk gemeten aan de hand van de stabiliteit op korte en lange termijn. Bij de stabiliteit op korte termijn wordt vooral gekeken naar de impact van een kortstondige temperatuurstijging (extrusietemperatuur van de mantel tot 220-240 °C) op de waterafstotende eigenschappen en mechanische eigenschappen van het garen. Bij de stabiliteit op lange termijn wordt vooral gekeken naar de veroudering van het garen, de uitzettingssnelheid, de gelsterkte en -stabiliteit, de treksterkte en rek. Het garen moet gedurende de gehele levensduur van de kabel (20-30 jaar) waterafstotend zijn. Net als bij waterafstotend vet en waterdicht tape, zijn de gelsterkte en -stabiliteit van het garen belangrijke eigenschappen. Een waterafstotend garen met een hoge gelsterkte en goede stabiliteit behoudt gedurende een aanzienlijke periode goede waterafstotende eigenschappen. Integendeel, volgens de relevante Duitse nationale normen zullen sommige materialen onder hydrolyseomstandigheden, waarbij de gel afbreekt tot een zeer beweeglijk materiaal met een laag moleculair gewicht, niet voldoen aan het doel van langdurige waterbestendigheid.
3.3 Toepassing van waterafstotende garens
Waterdicht garen is een uitstekend materiaal voor het waterdicht maken van optische kabels en vervangt de oliepasta, smeltlijmringen en waterdicht tape die op grote schaal worden gebruikt bij de productie van optische kabels. Tabel 2 toont een vergelijking van enkele kenmerken van deze waterdichtingsmaterialen.
4 Conclusie
Samenvattend is waterdicht garen een uitstekend waterdicht materiaal voor optische kabels. Het kenmerkt zich door een eenvoudige constructie, betrouwbare prestaties, hoge productie-efficiëntie en gebruiksgemak. Bovendien biedt het gebruik van dit materiaal als vulling voor optische kabels de voordelen van een laag gewicht, betrouwbare prestaties en lage kosten.
Geplaatst op: 16 juli 2022