1 Introducción
Con el rápido desarrollo de la tecnología de la comunicación en la última década, el campo de aplicación de los cables de fibra óptica se ha expandido. A medida que aumentan los requisitos ambientales para estos cables, también lo hacen las exigencias en cuanto a la calidad de los materiales utilizados. La cinta de sellado impermeable para cables de fibra óptica es un material común en la industria. Su función de sellado, impermeabilización, protección contra la humedad y amortiguación está ampliamente reconocida, y sus variedades y rendimiento se han mejorado y perfeccionado continuamente con el desarrollo de la fibra óptica. En los últimos años, se ha introducido la estructura de "núcleo seco" en los cables ópticos. Este tipo de material de barrera contra el agua suele ser una combinación de cinta, hilo o recubrimiento para evitar que el agua penetre longitudinalmente en el núcleo del cable. Con la creciente aceptación de los cables de fibra óptica de núcleo seco, los materiales utilizados están reemplazando rápidamente a los compuestos de relleno tradicionales a base de vaselina. El material de núcleo seco utiliza un polímero que absorbe rápidamente el agua para formar un hidrogel, el cual se hincha y llena los canales de penetración de agua del cable. Además, como el núcleo seco no contiene grasa pegajosa, no se requieren toallitas, disolventes ni limpiadores para preparar el cable para el empalme, lo que reduce considerablemente el tiempo de empalme. El bajo peso del cable y la buena adhesión entre el hilo de refuerzo exterior y la cubierta se mantienen, lo que lo convierte en una opción popular.
2. El impacto del agua en el cable y el mecanismo de resistencia al agua.
La principal razón para adoptar diversas medidas de impermeabilización es que el agua que penetra en el cable se descompone en iones de hidrógeno y OH-, lo que aumenta la pérdida de transmisión de la fibra óptica, reduce su rendimiento y acorta la vida útil del cable. Las medidas más comunes consisten en rellenar el espacio entre el núcleo y la cubierta del cable con pasta de petróleo y cinta aislante para evitar que el agua y la humedad se propaguen verticalmente, impidiendo así la entrada de agua.
Cuando se utilizan resinas sintéticas en grandes cantidades como aislantes en cables de fibra óptica (principalmente en cables), estos materiales aislantes no son inmunes a la entrada de agua. La formación de "árboles de agua" en el material aislante es la principal causa del impacto en el rendimiento de la transmisión. El mecanismo por el cual el material aislante se ve afectado por los árboles de agua se suele explicar de la siguiente manera: debido al fuerte campo eléctrico (otra hipótesis es que las propiedades químicas de la resina se modifican por la descarga muy débil de electrones acelerados), las moléculas de agua penetran a través de los diferentes microporos presentes en el material de revestimiento del cable de fibra óptica. Las moléculas de agua penetran a través de los diferentes microporos en el material de revestimiento del cable, formando "árboles de agua", que gradualmente acumulan una gran cantidad de agua y se extienden en la dirección longitudinal del cable, afectando así su rendimiento. Después de años de investigación y pruebas internacionales, a mediados de la década de 1980, se encontró la mejor manera de eliminar los árboles de agua, es decir, antes de la extrusión del cable, se envolvió en una capa de absorción de agua y se expandió la barrera de agua para inhibir y ralentizar el crecimiento de los árboles de agua, bloqueando el agua en el interior del cable en su propagación longitudinal; al mismo tiempo, debido a daños externos e infiltración de agua, la barrera de agua también puede bloquear rápidamente el agua, evitando la propagación longitudinal del cable.
3. Descripción general de la barrera de agua para cables
3.1 Clasificación de las barreras impermeables para cables de fibra óptica
Existen diversas formas de clasificar las barreras impermeables para cables de fibra óptica, las cuales se pueden clasificar según su estructura, calidad y grosor. En general, se clasifican según su estructura: barrera impermeable laminada de doble cara, barrera impermeable recubierta de una sola cara y barrera impermeable de película compuesta. La función de barrera impermeable se debe principalmente al material de alta absorción de agua (denominado barrera impermeable), que se hincha rápidamente al entrar en contacto con el agua, formando un gran volumen de gel (la barrera impermeable puede absorber cientos de veces más agua que ella misma), impidiendo así el crecimiento de la capa de agua y evitando la infiltración y propagación continua del agua. Estas barreras incluyen polisacáridos naturales y modificados químicamente.
Si bien estos bloqueadores de agua naturales o seminaturales tienen buenas propiedades, presentan dos desventajas fatales:
1) son biodegradables y 2) son altamente inflamables. Esto hace que sea improbable que se utilicen en materiales para cables de fibra óptica. El otro tipo de material sintético en la resistencia al agua está representado por los poliacrilatos, que pueden utilizarse como resistentes al agua para cables ópticos porque cumplen los siguientes requisitos: 1) cuando están secos, pueden contrarrestar las tensiones generadas durante la fabricación de cables ópticos;
2) Cuando están secos, pueden soportar las condiciones de funcionamiento de los cables ópticos (ciclos térmicos desde temperatura ambiente hasta 90 °C) sin afectar la vida útil del cable, y también pueden soportar altas temperaturas durante cortos períodos de tiempo;
3) cuando entra agua, pueden hincharse rápidamente y formar un gel con una velocidad de expansión.
4) Produce un gel de alta viscosidad, cuya viscosidad se mantiene estable durante mucho tiempo incluso a altas temperaturas.
La síntesis de repelentes de agua se puede dividir a grandes rasgos en métodos químicos tradicionales: método de fase inversa (polimerización de agua en aceite con reticulación), método de polimerización con reticulación propia (método de disco) y método de irradiación (método de rayos gamma de cobalto 60). El método de reticulación se basa en la irradiación gamma de cobalto 60. Los diferentes métodos de síntesis presentan distintos grados de polimerización y reticulación, y por lo tanto, exigen requisitos muy estrictos para el agente impermeabilizante requerido en las cintas impermeabilizantes. Solo unos pocos poliacrilatos cumplen con los cuatro requisitos anteriores. Según la experiencia práctica, los agentes impermeabilizantes (resinas absorbentes de agua) no pueden utilizarse como materia prima para un único componente del poliacrilato de sodio reticulado, sino que deben emplearse en un método de reticulación multipolimérica (es decir, una mezcla de varios componentes del poliacrilato de sodio reticulado) para lograr una rápida y alta absorción de agua. Los requisitos básicos son: el múltiplo de absorción de agua puede alcanzar aproximadamente 400 veces, la tasa de absorción de agua puede alcanzar el primer minuto para absorber el 75% del agua absorbida por la resistencia al agua; requisitos de estabilidad térmica de secado de la resistencia al agua: resistencia a la temperatura a largo plazo de 90°C, temperatura máxima de trabajo de 160°C, resistencia a la temperatura instantánea de 230°C (especialmente importante para el cable compuesto fotoeléctrico con señales eléctricas); requisitos de estabilidad de la absorción de agua después de la formación del gel: después de varios ciclos térmicos (20°C ~ 95°C) La estabilidad del gel después de la absorción de agua requiere: gel de alta viscosidad y resistencia del gel después de varios ciclos térmicos (20°C a 95°C). La estabilidad del gel varía considerablemente dependiendo del método de síntesis y los materiales utilizados por el fabricante. Al mismo tiempo, no cuanto más rápida sea la tasa de expansión, mejor, algunos productos buscan unilateralmente la velocidad, el uso de aditivos no es propicio para la estabilidad del hidrogel, destruye la capacidad de retención de agua, pero no logra el efecto de resistencia al agua.
3. 3 Características de la cinta de bloqueo de agua Dado que el cable debe soportar pruebas ambientales durante los procesos de fabricación, prueba, transporte, almacenamiento y uso, desde la perspectiva del uso del cable óptico, los requisitos de la cinta de bloqueo de agua para cables son los siguientes:
1) Distribución de fibras de apariencia, materiales compuestos sin delaminación ni polvo, con cierta resistencia mecánica, adecuados para las necesidades del cable;
2) Calidad uniforme, repetible y estable; en la formación del cable no se producirá deslaminación ni defectos.
3) alta presión de expansión, rápida velocidad de expansión, buena estabilidad del gel;
4) buena estabilidad térmica, adecuada para diversos procesos posteriores;
5) Alta estabilidad química, no contiene componentes corrosivos, resistente a bacterias y a la erosión por moho;
6) buena compatibilidad con otros materiales de cable óptico, resistencia a la oxidación, etc.
4 Normas de rendimiento de barrera contra el agua para cables de fibra óptica
Numerosos estudios demuestran que una resistencia al agua deficiente perjudica gravemente la estabilidad a largo plazo del rendimiento de transmisión del cable. Este daño, difícil de detectar durante el proceso de fabricación y la inspección en fábrica del cable de fibra óptica, se manifiesta gradualmente durante el tendido del cable tras su uso. Por lo tanto, el desarrollo oportuno de estándares de prueba completos y precisos, que sirvan de base para una evaluación aceptable para todas las partes, se ha convertido en una tarea urgente. La extensa investigación, exploración y experimentación del autor sobre cintas de bloqueo de agua ha proporcionado una base técnica adecuada para el desarrollo de estándares técnicos para dichas cintas. Los parámetros de rendimiento del valor de barrera de agua se determinan de la siguiente manera:
1) los requisitos de la norma del cable óptico para la junta de estanqueidad (principalmente los requisitos del material del cable óptico en la norma del cable óptico);
2) experiencia en la fabricación y uso de barreras impermeables e informes de ensayos pertinentes;
3) Resultados de la investigación sobre la influencia de las características de las cintas de bloqueo de agua en el rendimiento de los cables de fibra óptica.
4. 1 Apariencia
La cinta de barrera contra el agua debe tener fibras distribuidas uniformemente; la superficie debe ser plana y estar libre de arrugas, pliegues y desgarros; no debe haber roturas a lo ancho de la cinta; el material compuesto debe estar libre de delaminación; la cinta debe estar bien enrollada y los bordes de la cinta que se sostiene a mano no deben tener forma de "sombrero de paja".
4.2 Resistencia mecánica de la junta de estanqueidad
La resistencia a la tracción de la cinta impermeable depende del método de fabricación de la cinta no tejida de poliéster. En las mismas condiciones cuantitativas, el método de viscosa ofrece una mayor resistencia a la tracción que el método de laminado en caliente, aunque su grosor también es menor. La resistencia a la tracción de la cinta impermeable varía según la forma en que se enrolla o se coloca el cable.
Este es un indicador clave para dos de las cintas de bloqueo de agua, para las cuales el método de prueba debe unificarse con el dispositivo, el líquido y el procedimiento de prueba. El material principal de bloqueo de agua en la cinta de bloqueo de agua es el poliacrilato de sodio parcialmente reticulado y sus derivados, que son sensibles a la composición y naturaleza de los requisitos de calidad del agua, para unificar el estándar de la altura de hinchamiento de la cinta de bloqueo de agua, debe prevalecer el uso de agua desionizada (se usa agua destilada en arbitraje), porque hay un componente aniónico y catiónico en el agua desionizada que es básicamente agua pura. El multiplicador de absorción de la resina de absorción de agua en diferentes calidades de agua varía mucho, si el multiplicador de absorción en agua pura es 100% del valor nominal; en agua del grifo es 40% a 60% (dependiendo de la calidad del agua de cada lugar); en agua de mar es 12%; el agua subterránea o agua de alcantarilla es más compleja, es difícil determinar el porcentaje de absorción, y su valor será muy bajo. Para garantizar el efecto de barrera contra el agua y la vida útil del cable, lo mejor es utilizar una cinta de barrera contra el agua con una altura de hinchamiento superior a 10 mm.
4.3 Propiedades eléctricas
En general, el cable de fibra óptica no contiene la transmisión de señales eléctricas del cable metálico, por lo que no requiere el uso de cinta de resistencia al agua semiconductora, solo 33 Wang Qiang, etc.: cinta de resistencia al agua para cable de fibra óptica
Cable compuesto eléctrico antes de la presencia de señales eléctricas, requisitos específicos según la estructura del cable por contrato.
4.4 Estabilidad térmica La mayoría de las cintas impermeables cumplen con los requisitos de estabilidad térmica: resistencia a temperaturas de hasta 90 °C a largo plazo, temperatura máxima de trabajo de 160 °C y resistencia a temperaturas máximas instantáneas de hasta 230 °C. El rendimiento de la cinta impermeable no debe variar tras un periodo de tiempo determinado a estas temperaturas.
La resistencia del gel debe ser la característica más importante de un material intumescente, mientras que la tasa de expansión solo se utiliza para limitar la longitud de penetración inicial del agua (menos de 1 m). Un buen material de expansión debe tener la tasa de expansión adecuada y una alta viscosidad. Un material de barrera de agua deficiente, incluso con una alta tasa de expansión y baja viscosidad, tendrá malas propiedades de barrera de agua. Esto se puede comprobar comparando una serie de ciclos térmicos. En condiciones hidrolíticas, el gel se descompondrá en un líquido de baja viscosidad que deteriorará su calidad. Esto se consigue agitando una suspensión de agua pura que contiene polvo hinchable durante 2 h. El gel resultante se separa del exceso de agua y se coloca en un viscosímetro rotatorio para medir la viscosidad antes y después de 24 h a 95 °C. Se puede observar la diferencia en la estabilidad del gel. Esto se suele hacer en ciclos de 8 h de 20 °C a 95 °C y 8 h de 95 °C a 20 °C. Las normas alemanas pertinentes exigen 126 ciclos de 8 h.
4.5 Compatibilidad La compatibilidad de la barrera contra el agua es una característica particularmente importante en relación con la vida útil del cable de fibra óptica y, por lo tanto, debe considerarse en relación con los materiales del cable de fibra óptica involucrados hasta el momento. Dado que la compatibilidad tarda en manifestarse, debe utilizarse la prueba de envejecimiento acelerado, es decir, la muestra del material del cable se limpia, se envuelve con una capa de cinta seca resistente al agua y se mantiene en una cámara de temperatura constante a 100 °C durante 10 días, tras lo cual se pesa la muestra. La resistencia a la tracción y la elongación del material no deben variar en más del 20 % después de la prueba.
Hora de publicación: 22 de julio de 2022