ניתוח של חומרי מעטפת כבל אופטי: הגנה מקיפה מיישומים בסיסיים ועד מיוחדים

המעטפת או המעטפת החיצונית היא שכבת ההגנה החיצונית ביותר במבנה הכבל האופטי, עשויה בעיקר מחומר מעטפת PE וחומר מעטפת PVC, וחומר נדן מעכב בעירה נטול הלוגן וחומר נדן עמיד לעקיבה משמשים באירועים מיוחדים.

1. חומר נדן PE
PE הוא קיצור של פוליאתילן, שהוא תרכובת פולימר שנוצרת על ידי פילמור של אתילן. חומר מעטפת הפוליאתילן השחור מיוצר על ידי ערבוב אחיד וגרגיר שרף של פוליאתילן עם מייצב, פחמן שחור, נוגד חמצון וחומר פלסטי בפרופורציה מסוימת. ניתן לחלק חומרי מעטפת פוליאתילן לכיסויי כבלים אופטיים לפוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE), פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LLDPE), פוליאתילן בצפיפות בינונית (MDPE) ופוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) לפי הצפיפות. בשל צפיפותם השונים והמבנים המולקולריים, יש להם תכונות שונות. פוליאתילן בצפיפות נמוכה, הידוע גם כפוליאתילן בלחץ גבוה, נוצר על ידי קופולימריזציה של אתילן בלחץ גבוה (מעל 1500 אטמוספרות) ב-200-300 מעלות צלזיוס עם חמצן כזרז. לכן, השרשרת המולקולרית של פוליאתילן בצפיפות נמוכה מכילה ענפים מרובים באורכים שונים, עם רמה גבוהה של הסתעפות שרשרת, מבנה לא סדיר, גבישיות נמוכה וגמישות והתארכות טובים. פוליאתילן בצפיפות גבוהה, הידוע גם כפוליאתילן בלחץ נמוך, נוצר על ידי פילמור של אתילן בלחץ נמוך (1-5 אטמוספרות) ו-60-80 מעלות צלזיוס עם זרזי אלומיניום וטיטניום. בשל חלוקת המשקל המולקולרית הצרה של פוליאתילן בצפיפות גבוהה והסידור המסודר של מולקולות, יש לו תכונות מכניות טובות, עמידות כימית טובה וטווח טמפרטורות רחב של שימוש. חומר מעטפת פוליאתילן בצפיפות בינונית מיוצר על ידי מיזוג פוליאתילן בצפיפות גבוהה ופוליאתילן בצפיפות נמוכה בפרופורציה מתאימה, או על ידי פילמור מונומר אתילן ופרופילן (או המונומר השני של 1-בוטן). לכן, הביצועים של פוליאתילן בצפיפות בינונית הם בין אלו של פוליאתילן בצפיפות גבוהה לפוליאתילן בצפיפות נמוכה, ויש לו גם את הגמישות של פוליאתילן בצפיפות נמוכה וגם את עמידות הבלאי וחוזק המתיחה המצוינים של פוליאתילן בצפיפות גבוהה. פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה עובר פילמור על ידי שלב גז בלחץ נמוך או שיטת תמיסה עם מונומר אתילן ו-2-אולפין. מידת ההסתעפות של פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה היא בין צפיפות נמוכה לצפיפות גבוהה, ולכן יש לו עמידות מצוינת בפני פיצוח מתח סביבתי. עמידות בפני פיצוח מתח סביבתי היא אינדיקטור חשוב ביותר לזיהוי איכות חומרי PE. הכוונה היא לתופעה שחומר מבחן הנתון לכיפוף נסדק בסביבה של חומר פעיל שטח. גורמים המשפיעים על פיצוח מתח החומרים כוללים: משקל מולקולרי, התפלגות משקל מולקולרית, גבישיות ומבנה מיקרו של השרשרת המולקולרית. ככל שהמשקל המולקולרי גדול יותר, פיזור המשקל המולקולרי צר יותר, חיבורים רבים יותר בין הפרוסים, עמידות החומר בפני פיצוח מתחים סביבתיים טובה יותר וחיי השירות של החומר ארוכים יותר; במקביל, התגבשות החומר משפיעה גם על אינדיקטור זה. ככל שהגבישיות נמוכה יותר, כך עמידות החומר בפני פיצוח מתחים סביבתיים טובה יותר. חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה של חומרי PE הם אינדיקטור נוסף למדידת ביצועי החומר, ויכולים גם לחזות את נקודת הסיום של השימוש בחומר. תכולת הפחמן בחומרי PE יכולה ביעילות להתנגד לשחיקה של קרניים אולטרה סגולות על החומר, ונוגדי חמצון יכולים לשפר ביעילות את תכונות נוגדי החמצון של החומר.

2. חומר נדן PVC
חומר מעכב בעירה PVC מכיל אטומי כלור, שיישרפו בלהבה. בעת השריפה הוא יתפרק וישחרר כמות גדולה של גז HCL מאכל ורעיל, אשר יגרום לנזק משני, אך הוא יכבה את עצמו ביציאה מהלהבה, ולכן יש לו מאפיין של אי פיזור להבה; יחד עם זאת, לחומר נדן PVC יש גמישות והרחבה טובים, והוא נמצא בשימוש נרחב בכבלים אופטיים פנימיים.

3. חומר נדן מעכב בעירה נטול הלוגן
מכיוון שפוליוויניל כלוריד יפיק גזים רעילים בעת שריפה, אנשים פיתחו חומר מעטפת מעכב בעירה דל עשן, נטול הלוגן, לא רעיל, נקי, כלומר, הוספת מעכבי בעירה אנאורגניים Al(OH)3 ו-Mg(OH)2 לחומרי מעטפת רגילים, אשר ישחררו מי קריסטל בעת מפגש עם אש ויספגו חום רב, ובכך ימנעו את עליית הטמפרטורה של חומר הנדן וימנעו בעירה. מאחר ומעכבי בעירה אנאורגניים מתווספים לחומרי מעטפת מעכבי בעירה נטולי הלוגן, המוליכות של פולימרים תגדל. יחד עם זאת, שרפים ומעכבי בעירה אנאורגניים הם חומרים דו-פאזיים שונים לחלוטין. במהלך העיבוד, יש צורך למנוע ערבוב לא אחיד של מעכבי בעירה באופן מקומי. יש להוסיף מעכבי בעירה לא אורגניים בכמויות מתאימות. אם הפרופורציה גדולה מדי, החוזק המכני וההתארכות בשבירה של החומר יצטמצמו מאוד. האינדיקטורים להערכת תכונות מעכבי בעירה של מעכבי בעירה נטולי הלוגן הם מדד החמצן וריכוז העשן. מדד החמצן הוא ריכוז החמצן המינימלי הנדרש לחומר כדי לשמור על בעירה מאוזנת בגז מעורב של חמצן וחנקן. ככל שמדד החמצן גדול יותר, כך תכונות מעכב הבעירה של החומר טובות יותר. ריכוז העשן מחושב על ידי מדידת העברת קרן האור המקבילה העוברת דרך העשן שנוצר משריפת החומר בחלל מסוים ובאורך נתיב אופטי. ככל שריכוז העשן נמוך יותר, פליטת העשן נמוכה יותר וביצועי החומר טובים יותר.

4. חומר נדן עמיד לסימנים חשמליים
ישנם יותר ויותר כבלים אופטיים בעלי תמיכה עצמית בכל מדיה (ADSS) מונחים באותו מגדל עם קווי מתח גבוה במערכת תקשורת חשמל. על מנת להתגבר על ההשפעה של שדה חשמלי אינדוקציה במתח גבוה על מעטפת הכבל, אנשים פיתחו וייצרו חומר נדן חדש עמיד לצלקות חשמליות, חומר המעטפת על ידי שליטה קפדנית על תכולת הפחמן השחור, הגודל והחלוקה של חלקיקי פחמן שחור. , הוספת תוספים מיוחדים כדי להפוך את חומר הנדן לבעל ביצועים מצוינים נגד צלקות חשמליות.