1 Introducción
Para garantizar el sellado longitudinal de los cables de fibra óptica y evitar que el agua y la humedad penetren en el cable o la caja de conexiones y corroan el metal y la fibra, lo que provocaría daños por hidrógeno, rotura de la fibra y una caída brusca en el rendimiento del aislamiento eléctrico, se suelen utilizar los siguientes métodos para evitar la entrada de agua y humedad:
1) Rellenar el interior del cable con grasa tixotrópica, incluyendo tipos hidrófobos (repelentes al agua), hinchables por el agua y termoexpandibles, entre otros. Este tipo de material es aceitoso, requiere una gran cantidad, tiene un alto costo, contamina fácilmente el medio ambiente, es difícil de limpiar (especialmente en el empalme del cable con disolventes) y el peso del cable es excesivo.
2) En la cubierta interior y exterior, el uso de un anillo de barrera de agua con adhesivo termofusible es un método ineficiente y complejo, que solo unos pocos fabricantes pueden implementar. 3) El uso de materiales de bloqueo de agua de expansión en seco (polvo de expansión absorbente de agua, cinta de bloqueo de agua, etc.). Este método requiere alta tecnología, alto consumo de materiales y un costo elevado; además, el peso propio del cable es demasiado alto. En los últimos años, se ha introducido la estructura de "núcleo seco" en el cable de fibra óptica, la cual se ha aplicado con éxito en el extranjero, especialmente para resolver el problema del peso propio excesivo y el complejo proceso de empalme de cables de fibra óptica con gran número de núcleos, ofreciendo ventajas incomparables. El material de bloqueo de agua utilizado en este cable de "núcleo seco" es un hilo de bloqueo de agua. Este hilo absorbe rápidamente el agua y se hincha formando un gel, bloqueando el canal de agua del cable y logrando así el objetivo de bloqueo de agua. Además, el hilo impermeable no contiene sustancias oleosas y el tiempo necesario para preparar el empalme se reduce considerablemente sin necesidad de toallitas, disolventes ni limpiadores. Para obtener un proceso sencillo, una construcción práctica, un rendimiento fiable y materiales impermeables de bajo coste, hemos desarrollado un nuevo tipo de hilo impermeable para cables de fibra óptica: un hilo hinchable impermeable.
2. Principio de bloqueo del agua y características del hilo de bloqueo del agua
La función de bloqueo de agua del hilo bloqueador de agua consiste en utilizar el cuerpo principal de las fibras del hilo para formar un gran volumen de gel (la absorción de agua puede alcanzar decenas de veces su propio volumen; por ejemplo, en el primer minuto, el agua puede expandirse rápidamente de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 5,0 mm de diámetro). La capacidad de retención de agua del gel es bastante fuerte, lo que puede prevenir eficazmente el crecimiento de la capa de agua, impidiendo así que el agua continúe penetrando y extendiéndose, logrando así el objetivo de resistencia al agua. Dado que el cable de fibra óptica debe soportar diversas condiciones ambientales durante su fabricación, prueba, transporte, almacenamiento y uso, el hilo bloqueador de agua debe tener las siguientes características para poder utilizarse en cables de fibra óptica:
1) Aspecto limpio, grosor uniforme y textura suave;
2) Una cierta resistencia mecánica para cumplir con los requisitos de tensión al formar el cable;
3) Hinchamiento rápido, buena estabilidad química y alta resistencia para la absorción de agua y la formación de gel;
4) Buena estabilidad química, sin componentes corrosivos, resistente a bacterias y mohos;
5) Buena estabilidad térmica, buena resistencia a la intemperie, adaptable a diversos procesos y producción posteriores y a diversos entornos de uso;
6) Buena compatibilidad con otros materiales de cable de fibra óptica.
3. Hilo resistente al agua en la aplicación de cables de fibra óptica.
3.1 El uso de hilos resistentes al agua en cables de fibra óptica
Los fabricantes de cables de fibra óptica pueden adoptar diferentes estructuras de cable en el proceso de producción para satisfacer las necesidades de los usuarios según su situación real y los requisitos de los usuarios:
1) Bloqueo longitudinal del agua en la vaina exterior con hilos impermeables.
En el blindaje con cinta de acero arrugada, la cubierta exterior debe ser impermeable longitudinalmente para evitar que la humedad penetre en el cable o la caja de conexiones. Para lograr esta barrera impermeable longitudinal, se utilizan dos hilos de barrera: uno paralelo al núcleo del cable de la cubierta interior y otro enrollado alrededor del núcleo con una separación determinada (de 8 a 15 cm), recubierto con cinta de acero arrugada y polietileno (PE). De esta forma, el hilo de barrera divide el espacio entre el núcleo del cable y la cinta de acero en un pequeño compartimento cerrado. El hilo de barrera se hincha y forma un gel en poco tiempo, impidiendo la entrada de agua en el cable y confinándola a pequeños compartimentos cerca del punto de falla, logrando así la función de barrera impermeable longitudinal, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Uso típico del hilo bloqueador de agua en cables de fibra óptica
2) Bloqueo longitudinal del núcleo del cable mediante hilos impermeables.Se puede utilizar en el núcleo del cable dos partes del hilo bloqueador de agua, una es en el núcleo del cable del alambre de acero reforzado, utilizando dos hilos bloqueadores de agua, generalmente un hilo bloqueador de agua y el alambre de acero reforzado colocados en paralelo, otro hilo bloqueador de agua con un paso mayor enrollado alrededor del alambre, también hay dos hilos bloqueadores de agua y alambre de acero reforzado colocados en paralelo, utilizando hilo bloqueador de agua con una fuerte capacidad de expansión para bloquear el agua; la segunda es en la superficie de la cubierta suelta, antes de comprimir la cubierta interior, el hilo bloqueador de agua como hilo de amarre utilizado, dos hilos bloqueadores de agua con un paso más pequeño (1 ~ 2 cm) en dirección opuesta alrededor, formando un pequeño y denso compartimento de bloqueo, para evitar la entrada de agua, haciendo una estructura de "núcleo de cable seco".
3.2 Selección de hilos resistentes al agua
Para obtener una buena resistencia al agua y un rendimiento satisfactorio en el procesamiento mecánico durante el proceso de fabricación de cables de fibra óptica, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos al seleccionar el hilo resistente al agua:
1) El grosor del hilo impermeable
Para asegurar que la expansión del hilo impermeabilizante rellene el hueco en la sección transversal del cable, la elección del grosor del hilo es crucial. Esto depende, por supuesto, del tamaño estructural del cable y de la tasa de expansión del hilo. En la estructura del cable, se deben minimizar los huecos, por ejemplo, utilizando un hilo impermeabilizante con alta tasa de expansión. De esta forma, se puede reducir el diámetro del hilo al mínimo, obteniendo así un rendimiento de impermeabilización fiable y, además, ahorrando costes.
2) Tasa de hinchamiento y resistencia del gel de los hilos bloqueadores de agua
La prueba de penetración de agua IEC794-1-F5B se realiza en la sección transversal completa del cable de fibra óptica. Se añade una columna de agua de 1 m a una muestra de 3 m de cable de fibra óptica; si no hay fugas durante 24 horas, se considera válida. Si la velocidad de hinchamiento del hilo bloqueador de agua no se ajusta a la velocidad de infiltración del agua, es posible que el agua haya atravesado la muestra en pocos minutos desde el inicio de la prueba y el hilo bloqueador de agua aún no se haya hinchado por completo. Aunque después de un tiempo el hilo bloqueador de agua se hinchará por completo y bloqueará el agua, esto también se considera un fallo. Si la velocidad de expansión es mayor y la resistencia del gel es insuficiente, no podrá resistir la presión generada por la columna de agua de 1 m, y el bloqueo de agua también fallará.
3) Suavidad del hilo impermeable
Dado que la suavidad del hilo impermeabilizante influye en las propiedades mecánicas del cable, especialmente en la presión lateral, la resistencia al impacto, etc., el impacto es más evidente, por lo que se debe intentar utilizar un hilo impermeabilizante más suave.
4) La resistencia a la tracción, el alargamiento y la longitud del hilo impermeabilizante.
En la producción de cada tramo de bandeja portacables, el hilo de bloqueo de agua debe ser continuo e ininterrumpido. Esto requiere que dicho hilo posea una resistencia a la tracción y una elongación determinadas, para garantizar que no se estire durante el proceso de producción y que el cable no sufra daños al estirarse, doblarse o retorcerse. La longitud del hilo de bloqueo de agua depende principalmente de la longitud de la bandeja portacables. Para reducir la frecuencia de cambio del hilo en la producción continua, cuanto más largo sea, mejor.
5) La acidez y alcalinidad del hilo bloqueador de agua deben ser neutras; de lo contrario, el hilo bloqueador de agua reaccionará con el material del cable y precipitará hidrógeno.
6) Estabilidad de los hilos impermeables
Tabla 2: Comparación de la estructura de bloqueo de agua de los hilos bloqueadores de agua con otros materiales bloqueadores de agua.
| Comparar artículos | relleno de gelatina | Anillo de tapón de agua termofusible | Cinta impermeabilizante | Hilo impermeable |
| Resistencia al agua | Bien | Bien | Bien | Bien |
| Procesabilidad | Simple | Complicado | Más complejo | Simple |
| Propiedades mecánicas | Calificado | Calificado | Calificado | Calificado |
| Fiabilidad a largo plazo | Bien | Bien | Bien | Bien |
| Fuerza de unión de la vaina | Justo | Bien | Justo | Bien |
| Riesgo de conexión | Sí | No | No | No |
| Efectos de oxidación | Sí | No | No | No |
| Solvente | Sí | No | No | No |
| Masa por unidad de longitud de cable de fibra óptica | Pesado | Luz | Más pesado | Luz |
| Flujo de material no deseado | Posible | No | No | No |
| Limpieza en la producción | Pobre | Más pobres | Bien | Bien |
| Manejo de materiales | Tambores de hierro pesados | Simple | Simple | Simple |
| Inversión en equipos | Grande | Grande | Más grande | Pequeño |
| Costo del material | Más alto | Bajo | Más alto | Más bajo |
| Costes de producción | Más alto | Más alto | Más alto | Más bajo |
La estabilidad de los hilos de bloqueo de agua se mide principalmente por la estabilidad a corto y largo plazo. La estabilidad a corto plazo considera principalmente el aumento de temperatura a corto plazo (temperatura del proceso de extrusión de la vaina hasta 220 ~ 240 °C) en las propiedades de bloqueo de agua y las propiedades mecánicas de impacto del hilo de bloqueo de agua; la estabilidad a largo plazo considera principalmente el envejecimiento del hilo de bloqueo de agua, la tasa de expansión, la resistencia y estabilidad del gel, la resistencia a la tracción y el alargamiento de impacto, el hilo de bloqueo de agua debe ser resistente al agua durante toda la vida útil del cable (20 ~ 30 años). Al igual que la grasa y la cinta de bloqueo de agua, la resistencia y estabilidad del gel del hilo de bloqueo de agua es una característica importante. Un hilo de bloqueo de agua con alta resistencia del gel y buena estabilidad puede mantener buenas propiedades de bloqueo de agua durante un período de tiempo considerable. Por el contrario, según las normas nacionales alemanas pertinentes, en algunos materiales, bajo condiciones de hidrólisis, el gel se descompondrá en un material de bajo peso molecular muy móvil y no logrará el objetivo de resistencia al agua a largo plazo.
3.3 Aplicación de hilos impermeables
El hilo impermeable, como excelente material impermeable para cables de fibra óptica, está reemplazando a la pasta de aceite, el anillo impermeable adhesivo termofusible y la cinta impermeable, etc., que se utilizan en grandes cantidades en la producción de cables de fibra óptica. La Tabla 2 muestra algunas de las características de estos materiales impermeables para su comparación.
4 Conclusión
En resumen, el hilo impermeable es un excelente material impermeable adecuado para cables de fibra óptica, ya que se caracteriza por su construcción sencilla, rendimiento fiable, alta eficiencia de producción y facilidad de uso. Además, el uso de este material para rellenar el cable de fibra óptica ofrece las ventajas de ser ligero, tener un rendimiento fiable y ser de bajo coste.
Hora de publicación: 16 de julio de 2022