1 Johdanto
Valokuitukaapeleiden pitkittäistiivistyksen varmistamiseksi ja veden ja kosteuden tunkeutumisen estämiseksi kaapeliin tai kytkentärasiaan ja metallin ja kuidun syövyttämiseksi, mikä johtaa vetyvaurioihin, kuidun rikkoutumiseen ja sähköeristyskyvyn jyrkkään laskuun, käytetään yleisesti seuraavia menetelmiä veden ja kosteuden estämiseksi:
1) Kaapelin sisäpuolen täyttö tiksotrooppisella rasvalla, mukaan lukien vettähylkivä (hydrofobinen), vettä turpoava ja lämpölaajeneva tyyppi jne. Tällaiset materiaalit ovat öljyisiä, täyttävät suuren määrän, ovat kalliita, helposti saastuttavia ympäristöä, vaikeasti puhdistettavia (erityisesti kaapeliliitoksissa liuottimella puhdistettavaksi) ja kaapelin omapaino on liian raskas.
2) Sisä- ja ulkovaipan väliin käytetään kuumaliimalla päällystettyä vesitiivisterengasta. Tämä menetelmä on tehoton ja monimutkainen, ja vain harvat valmistajat pystyvät siihen. 3) Vesitiivisteiden (esim. vettä imevän laajennusjauheen) käyttö kuivapaisuntaan. Tämä menetelmä vaatii korkeaa teknologiaa, materiaalinkulutusta ja kustannuksia. Lisäksi kaapelin omapaino on liian suuri. Viime vuosina optisissa kaapeleissa on otettu käyttöön "kuivaydin"-rakenne, jota on sovellettu hyvin ulkomailla, erityisesti suuren ydinmäärän optisten kaapeleiden raskaan omapainon ja monimutkaisten liitosprosessien ongelman ratkaisemisessa. Sillä on vertaansa vailla olevia etuja. Tässä "kuivaydin"-kaapelissa käytetty vesitiivis materiaali on vesitiivis lanka. Vesitiivis lanka imee vettä nopeasti ja turpoaa muodostaen geelin, joka tukkii kaapelin vesikanavan tilan ja saavuttaa siten vesitiivistyksen tarkoituksen. Lisäksi vesitiivis lanka ei sisällä öljyisiä aineita, ja liitoksen valmisteluun tarvittava aika lyhenee huomattavasti ilman pyyhkeitä, liuottimia ja puhdistusaineita. Yksinkertaisen prosessin, kätevän rakenteen, luotettavan suorituskyvyn ja edullisten vettähylkivien materiaalien saavuttamiseksi kehitimme uuden tyyppisen optisen kaapelin vettähylkivän langan ja vettähylkivän turpoavan langan.
2 Vedensulkuperiaate ja vedensulkulangan ominaisuudet
Vedenpidätyskyvyn ansiosta vedenkestävä lanka muodostaa suuren tilavuuden geeliä, joka imeytyy kymmeniä kertoja omaan tilavuuteensa verrattuna (veden imeytyminen voi olla kymmeniä kertoja omaan tilavuuteensa verrattuna, esimerkiksi ensimmäisessä minuutissa veden halkaisija voi kasvaa nopeasti noin 0,5 mm:stä noin 5,0 mm:iin). Geelin vedenpidätyskyky on melko vahva, mikä estää tehokkaasti vesipuun kasvua ja siten veden tunkeutumisen ja leviämisen jatkumisen. Vedenpidätyskyvyn tavoite saavutetaan. Koska valokuitukaapelin on kestettävä erilaisia ympäristöolosuhteita valmistuksen, testauksen, kuljetuksen, varastoinnin ja käytön aikana, vedenkestävällä langalla on oltava seuraavat ominaisuudet, jotta sitä voidaan käyttää valokuitukaapelissa:
1) Puhdas ulkonäkö, tasainen paksuus ja pehmeä rakenne;
2) Tietty mekaaninen lujuus kaapelia muovattaessa vaadittavien jännitysvaatimusten täyttämiseksi;
3) nopea turpoaminen, hyvä kemiallinen stabiilius ja korkea lujuus veden imeytymistä ja geelin muodostumista varten;
4) Hyvä kemiallinen stabiilius, ei syövyttäviä komponentteja, kestää bakteereja ja homeita;
5) Hyvä lämmönkestävyys, hyvä säänkestävyys, sopeutumiskyky erilaisiin myöhempään käsittelyyn ja tuotantoon sekä erilaisiin käyttöympäristöihin;
6) Hyvä yhteensopivuus muiden valokuitukaapelimateriaalien kanssa.
3 Vedenkestävä lanka optisen kuitukaapelin käytössä
3.1 Vedenkestävien lankojen käyttö optisissa kuitukaapeleissa
Valokuitukaapelien valmistajat voivat ottaa käyttöön erilaisia kaapelirakenteita tuotantoprosessissa käyttäjien tarpeiden täyttämiseksi heidän todellisen tilanteensa ja käyttäjien vaatimusten mukaan:
1) Ulkovaipan pituussuuntainen vedenpitävä rakenne vedenpitävillä langoilla
Rypytetyssä teräsnauhapanssarissa ulkovaipan on oltava pituussuunnassa vedenpitävä, jotta kosteus ei pääse kaapeliin tai liitinrasiaan. Ulkovaipan pituussuuntaisen vesisulun saavuttamiseksi käytetään kahta vesisulkulankaa, joista toinen asetetaan sisävaipan sydämen suuntaisesti ja toinen kiedotaan kaapelin sydämen ympärille tietyllä välein (8-15 cm) ja peitetään rypytetyllä teräsnauhalla ja PE:llä (polyeteenillä) siten, että vesisulkulanka jakaa kaapelin sydämen ja teräsnauhan välisen raon pieneksi suljetuksi osastoksi. Vesisulkulanka turpoaa ja muodostaa geelin lyhyessä ajassa, estäen veden pääsyn kaapeliin ja rajoittaen veden muutamaan pieneen osastoon lähellä vikakohtaa, jolloin saavutetaan pituussuuntaisen vesisulun tarkoitus, kuten kuvassa 1 on esitetty.
Kuva 1: Vedenkestävän langan tyypillinen käyttö optisessa kaapelissa
2) Kaapelin sydämen pitkittäinen vesisulku vesisulkulangoillaKaapelin ytimessä voidaan käyttää kahta vettä estävää lankaa: toinen on kaapelin ytimessä oleva vahvistettu teräslanka, jossa käytetään kahta vettä estävää lankaa, yleensä yksi vettä estävä lanka ja vahvistettu teräslanka rinnakkain, toinen on kiedottu langan ympärille suuremmalla jaolla. Myös kaksi vettä estävää lankaa ja vahvistettu teräslankaa on sijoitettu rinnakkain, ja voimakkaasti laajenevaa vettä estävää lankaa käytetään veden estämiseen. Toinen on irtonaisen vaipan pinnalla, jossa ennen sisävaipan puristamista vettä estävää lankaa käytetään sidoslankana. Kaksi vettä estävää lankaa asetetaan pienemmällä jaolla (1–2 cm) vastakkaisiin suuntiin muodostaen tiheän ja pienen estokerroksen, joka estää veden pääsyn. Rakenne on "kuiva kaapeliytimessä".
3.2 Vedenkestävien lankojen valinta
Jotta kuituoptisten kaapelien valmistusprosessissa saavutettaisiin sekä hyvä vedenkestävyys että tyydyttävä mekaaninen prosessointikyky, vedenkestävää lankaa valittaessa on otettava huomioon seuraavat seikat:
1) Vettähylkivän langan paksuus
Jotta vesitiivistävän langan laajeneminen voi täyttää kaapelin poikkileikkauksessa olevan raon, vesitiivistävän langan paksuuden valinta on ratkaisevan tärkeää. Tämä liittyy tietenkin kaapelin rakenteelliseen kokoon ja vesitiivistävän langan laajenemisnopeuteen. Kaapelirakenteessa tulisi minimoida rakojen esiintyminen, esimerkiksi käyttämällä vesitiivistävän langan suurta laajenemisnopeutta, jolloin vesitiivistävän langan halkaisija voidaan pienentää pienimpään, jotta saavutetaan luotettava vesitiivistyskyky ja samalla säästetään kustannuksia.
2) Vettähylkivien lankojen turpoamisnopeus ja geelin lujuus
IEC794-1-F5B-vedenläpäisytesti suoritetaan valokuitukaapelin koko poikkileikkaukselle. 3 metrin valokuitukaapelinäytteeseen lisätään 1 metrin vesipatsas, ja 24 tuntia ilman vuotoa katsotaan hyväksytyksi. Jos vedenpitävän langan turpoamisnopeus ei pysy veden tunkeutumisnopeuden tasalla, on mahdollista, että vesi on kulkenut näytteen läpi muutamassa minuutissa testin aloittamisesta, eikä vedenpitävä lanka ole vielä täysin turvonnut. Vaikka vedenpitävä lanka turpoaakin täysin tietyn ajan kuluttua ja estää veden tunkeutumisen, tämäkin on epäonnistuminen. Jos laajenemisnopeus on nopeampi ja geelin lujuus ei ole riittävä, se ei riitä kestämään 1 metrin vesipatsaan aiheuttamaa painetta, ja vedenpitävä lanka epäonnistuu.
3) Vettähylkivän langan pehmeys
Koska vettähylkivän langan pehmeys vaikuttaa kaapelin mekaanisiin ominaisuuksiin, erityisesti sivuttaispaineeseen ja iskunkestävyyteen, vaikutus on selvempi, joten kannattaa pyrkiä käyttämään pehmeämpää vettähylkivää lankaa.
4) Vettähylkivän langan vetolujuus, venymä ja pituus
Kunkin kaapelihyllyn pituuden valmistuksessa vettähylkivän langan tulee olla jatkuvaa ja keskeytymätöntä. Tämä edellyttää, että vettähylkivällä langalla on tietty vetolujuus ja venymä, jotta vettähylkivää lankaa ei vedetä tuotantoprosessin aikana eikä kaapeli vaurioidu venytyksen, taivutuksen tai kiertymisen yhteydessä. Vettähylkivän langan pituus riippuu pääasiassa kaapelihyllyn pituudesta. Jotta langanvaihtokertojen määrä jatkuvassa tuotannossa vähenisi, mitä pidempi vettähylkivä lanka, sitä parempi.
5) Vettähylkivän langan happamuuden ja emäksisyyden tulee olla neutraali, muuten vettähylkivä lanka reagoi kaapelimateriaalin kanssa ja saostaa vetyä.
6) Vettähylkivien lankojen stabiilius
Taulukko 2: Vesitiiviiden lankojen ja muiden vesitiiviiden materiaalien vesitiiviyden vertailu
| Vertaile tuotteita | Hyytelötäyte | Kuumasulateveden tulpparengas | Vesitiivis teippi | Vettä estävä lanka |
| Vedenkestävyys | Hyvä | Hyvä | Hyvä | Hyvä |
| Prosessoitavuus | Yksinkertainen | Monimutkainen | Monimutkaisempi | Yksinkertainen |
| Mekaaniset ominaisuudet | Pätevä | Pätevä | Pätevä | Pätevä |
| Pitkäaikainen luotettavuus | Hyvä | Hyvä | Hyvä | Hyvä |
| Vaipan sidosvoima | Reilu | Hyvä | Reilu | Hyvä |
| Yhteysriski | Kyllä | No | No | No |
| Hapettumisvaikutukset | Kyllä | No | No | No |
| Liuotin | Kyllä | No | No | No |
| Kuituoptisen kaapelin massa pituusyksikköä kohti | Raskas | Valo | Painavampi | Valo |
| Ei-toivottu materiaalivirta | Mahdollista | No | No | No |
| Puhtaus tuotannossa | Huono | Köyhempiä | Hyvä | Hyvä |
| Materiaalinkäsittely | Raskaat rautarummut | Yksinkertainen | Yksinkertainen | Yksinkertainen |
| Laitteisiin investoiminen | Suuri | Suuri | Suurempi | Pieni |
| Materiaalikustannukset | Korkeampi | Matala | Korkeampi | Alentaa |
| Tuotantokustannukset | Korkeampi | Korkeampi | Korkeampi | Alentaa |
Vettä sulkevien lankojen stabiilius mitataan pääasiassa lyhytaikaisella ja pitkäaikaisella stabiilisuudella. Lyhytaikaisella stabiilisuudella tarkoitetaan pääasiassa lyhytaikaista lämpötilan nousua (suulakepuristusprosessin lämpötila jopa 220–240 °C), vesisulkulangan vesisulkuominaisuuksia ja iskunvaimennuksen mekaanisia ominaisuuksia. Pitkäaikaisessa stabiilisuudessa otetaan huomioon pääasiassa vesisulkulangan ikääntymisen aiheuttama laajenemisnopeus, laajenemisnopeus, geelin lujuus ja stabiilius, vetolujuus ja iskunvaimennus. Vesisulkulangan on oltava vedenpitävä koko kaapelin käyttöiän (20–30 vuotta) ajan. Kuten vesisulkuteippien ja -rasvojen kohdalla, vesisulkulangan geelin lujuus ja stabiilius ovat tärkeitä ominaisuuksia. Vesisulkulanka, jolla on korkea geelin lujuus ja hyvä stabiilius, voi säilyttää hyvät vesisulkuominaisuudet huomattavan pitkään. Sitä vastoin asiaankuuluvien Saksan kansallisten standardien mukaan jotkut materiaalit hydrolyysiolosuhteissa hajoavat erittäin liikkuvaksi pienimolekyylipainoiseksi materiaaliksi, eivätkä ne saavuta pitkäaikaista vedenkestävyyttä.
3.3 Vesitiiviiden lankojen käyttö
Vettä estävä lanka erinomaisena optisen kaapelin vettä estävänä materiaalina korvaa öljytahnan, kuumasulateliiman, vettä estävän renkaan ja vettä estävän teipin jne., joita käytetään suuria määriä optisen kaapelin tuotannossa. Taulukossa 2 on vertailun vuoksi esitetty joitakin näiden vettä estävien materiaalien ominaisuuksia.
4 Johtopäätös
Yhteenvetona voidaan todeta, että vedenpitävä lanka on erinomainen vedenpitävä materiaali, joka sopii optiseen kaapeliin. Sillä on yksinkertaisen rakenteen, luotettavan suorituskyvyn, korkean tuotantotehokkuuden ja helppokäyttöisyyden ominaisuudet. Optisen kaapelin täyttömateriaalin käytöllä on keveys, luotettava suorituskyky ja alhaiset kustannukset.
Julkaisun aika: 16.7.2022