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 fuerte caída en el rendimiento del aislamiento eléctrico, se utilizan comúnmente los siguientes métodos para prevenir la entrada de agua y humedad:
1) El relleno del interior del cable con grasa tixotrópica, incluyendo tipos hidrófobos, de hinchamiento en agua y de expansión térmica, entre otros, es un proceso complejo. Este tipo de materiales son oleosos, requieren grandes cantidades, son costosos, contaminan el medio ambiente, son difíciles de limpiar (especialmente en las uniones de cables que requieren solventes) y aumentan considerablemente el peso del cable.
2) El uso de anillos adhesivos termofusibles como barrera contra el agua entre las cubiertas interna y externa es un método ineficiente y complejo, al que solo unos pocos fabricantes pueden aplicar. 3) El uso de materiales hidrófugos de expansión en seco (polvo expansor absorbente de agua, cinta hidrófuga, etc.) requiere alta tecnología, un elevado consumo de materiales y un alto coste, además de que el peso propio del cable resulta excesivo. En los últimos años, se ha introducido la estructura de "núcleo seco" en los cables de fibra óptica, con una exitosa aplicación internacional. Presenta ventajas incomparables, especialmente para solucionar el problema del elevado peso propio y la complejidad del empalme en cables de fibra óptica con gran número de núcleos. El material hidrófugo utilizado en este cable de "núcleo seco" es hilo hidrófugo. Este hilo absorbe rápidamente el agua y se hincha formando un gel que bloquea el espacio del canal de agua del cable, logrando así su impermeabilización. Además, el hilo hidrófugo no contiene sustancias oleosas y el tiempo necesario para preparar el empalme se reduce considerablemente sin necesidad de toallitas, disolventes ni limpiadores. Para obtener materiales hidrófugos de bajo coste, fácil instalación y rendimiento fiable, hemos desarrollado un nuevo tipo de hilo hidrófugo para cables de fibra óptica: hilo hidrófugo hinchable.
2. Principio de bloqueo del agua y características del hilo bloqueador de agua
La función hidrófuga del hilo hidrófugo consiste en utilizar las fibras del hilo para formar un gran volumen de gel (con una capacidad de absorción de agua que 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 unos 5,0 mm de diámetro). La alta capacidad de retención de agua del gel previene eficazmente la formación de canales de agua, impidiendo así que el agua siga penetrando y extendiéndose, logrando así la 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 hidrófugo debe poseer las siguientes características para su uso en este tipo de cables:
1) Un aspecto limpio, un grosor uniforme y una textura suave;
2) Una determinada resistencia mecánica para cumplir con los requisitos de tensión al formar el cable;
3) hinchamiento rápido, buena estabilidad química y alta resistencia a la absorción de agua y a 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 producciones 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 sus requisitos:
1) Bloqueo longitudinal del agua de la funda exterior con hilos impermeables
En el blindaje con cinta de acero corrugado, 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 de agua: uno paralelo al núcleo del cable de la cubierta interior y el otro enrollado alrededor del núcleo a una distancia determinada (de 8 a 15 cm), recubierto con cinta de acero corrugado y polietileno (PE). De esta manera, el hilo de barrera de agua divide el espacio entre el núcleo del cable y la cinta de acero en un pequeño compartimento cerrado. El hilo se hincha y forma un gel rápidamente, impidiendo la entrada de agua al cable y confinándola a unos pocos compartimentos pequeños cerca del punto de falla, logrando así la barrera impermeable longitudinal, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Uso típico del hilo hidrófugo en cables de fibra óptica
2) Bloqueo longitudinal del núcleo del cable mediante hilos impermeablesSe puede utilizar en el núcleo del cable con dos partes de hilo impermeable. Una de ellas se encuentra en el núcleo del cable de alambre de acero reforzado, utilizando dos hilos impermeables. Generalmente, un hilo impermeable y el alambre de acero reforzado se colocan en paralelo, mientras que el otro hilo impermeable, con un paso mayor, se enrolla alrededor del alambre. También existen dos hilos impermeables y alambre de acero reforzado colocados en paralelo, donde el hilo impermeable tiene una gran capacidad de expansión para bloquear el agua. La segunda parte se encuentra en la superficie de la cubierta suelta, antes de comprimir la funda interior. El hilo impermeable se utiliza como hilo de amarre, colocando dos hilos impermeables con un paso menor (1-2 cm) en direcciones opuestas, formando una barrera densa y pequeña que impide la entrada de agua, creando así 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 la fabricación de cables de fibra óptica, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos al seleccionar hilo resistente al agua:
1) El grosor del hilo impermeable
Para asegurar que la expansión del hilo impermeable llene los huecos en la sección transversal del cable, la elección de su grosor es crucial. Esto depende, por supuesto, de las dimensiones estructurales del cable y del índice de expansión del hilo. En la estructura del cable, se deben minimizar los huecos; por ejemplo, utilizando un hilo impermeable con un alto índice de expansión, se puede reducir su diámetro al mínimo, logrando así un sellado fiable y, al mismo tiempo, un ahorro de costes.
2) Tasa de hinchamiento y resistencia del gel de los hilos impermeables
La prueba de penetración de agua IEC794-1-F5B se realiza en toda la sección transversal 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 se producen fugas durante 24 horas, se considera que la prueba es válida. Si la velocidad de hinchamiento del hilo hidrófugo no se mantiene al mismo ritmo que la velocidad de infiltración del agua, es posible que el agua haya atravesado la muestra a los pocos minutos de comenzar la prueba y que el hilo hidrófugo no se haya hinchado completamente. Aunque después de un tiempo el hilo hidrófugo se hinche por completo y bloquee 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 impermeable 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 debería intentar utilizar un hilo impermeable más suave.
4) La resistencia a la tracción, el alargamiento y la longitud del hilo impermeable
En la producción de cada tramo de bandeja portacables, el hilo impermeable debe ser continuo e ininterrumpido. Esto requiere que el hilo tenga una resistencia a la tracción y elongación adecuadas para garantizar que no se deforme durante el proceso de producción y que el cable no se dañe al estirarse, doblarse o torcerse. La longitud del hilo impermeable depende principalmente de la longitud de la bandeja portacables; para reducir la frecuencia de los cambios de hilo en la producción continua, cuanto mayor sea la longitud del hilo impermeable, mejor.
5) La acidez y la alcalinidad del hilo hidrófugo deben ser neutras; de lo contrario, el hilo hidrófugo reaccionará con el material del cable y precipitará hidrógeno.
6) Estabilidad de los hilos impermeables
Tabla 2: Comparación de la estructura hidrófuga de los hilos hidrófugos con otros materiales hidrófugos.
| Comparar artículos | relleno de gelatina | anillo de tapón para agua termofusible | Cinta impermeable | 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 |
| manipulación de materiales | Tambores de hierro pesados | Simple | Simple | Simple |
| Inversión en equipos | Grande | Grande | Más grande | Pequeño |
| Costo de materiales | Más alto | Bajo | Más alto | Más bajo |
| Costos de producción | Más alto | Más alto | Más alto | Más bajo |
La estabilidad de los hilos hidrófugos se mide principalmente a corto y largo plazo. La estabilidad a corto plazo considera principalmente el impacto del aumento de temperatura (temperatura del proceso de extrusión hasta 220-240 °C) en las propiedades hidrófugas y mecánicas del hilo. La estabilidad a largo plazo considera principalmente el envejecimiento del hilo, su tasa de expansión, la resistencia y estabilidad del gel, su resistencia a la tracción y su elongación. El hilo hidrófugo debe mantener su resistencia al agua durante toda la vida útil del cable (20-30 años). Al igual que con las grasas y cintas hidrófugas, la resistencia y estabilidad del gel son características importantes. Un hilo hidrófugo con alta resistencia del gel y buena estabilidad puede mantener buenas propiedades hidrófugas durante un período considerable. Por el contrario, según las normas alemanas pertinentes, algunos materiales, bajo condiciones de hidrólisis, descomponen el gel en un material de bajo peso molecular muy móvil, lo que impide lograr la resistencia al agua a largo plazo.
3.3 Aplicación de hilos impermeables
El hilo hidrófugo, como excelente material hidrófugo para cables de fibra óptica, está reemplazando a la pasta de aceite, el anillo hidrófugo adhesivo termofusible y la cinta hidrófuga, etc., que se utilizaban en grandes cantidades en la producción de cables de fibra óptica. La Tabla 2 muestra algunas de las características de estos materiales hidrófugos para su comparación.
4. Conclusión
En resumen, el hilo hidrófugo es un excelente material hidrófugo adecuado para cables de fibra óptica; se caracteriza por su construcción sencilla, rendimiento fiable, alta eficiencia de producción y facilidad de uso; además, el uso de este material para rellenar cables de fibra óptica ofrece ventajas como ligereza, rendimiento fiable y bajo coste.
Fecha de publicación: 16 de julio de 2022