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

המעטפת או המעטפת החיצונית היא שכבת המגן החיצונית ביותר במבנה הכבל האופטי, העשויה בעיקר מחומר מעטפת PE וחומר מעטפת PVC, ובאירועים מיוחדים משתמשים בחומר מעטפת מעכב בעירה נטול הלוגן וחומר מעטפת עמיד למעקב חשמלי.

1. חומר נדן PE
PE הוא קיצור של פוליאתילן, שהוא תרכובת פולימר הנוצרת על ידי פילמור של אתילן. חומר מעטפת הפוליאתילן השחור מיוצר על ידי ערבוב אחיד וגרגיר של שרף פוליאתילן עם מייצב, פחמן שחור, נוגד חמצון ופלסטייזר ביחס מסוים. חומרי מעטפת פוליאתילן למעטפות כבלים אופטיים ניתנים לחלוקה לפוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE), פוליאתילן לינארי בצפיפות נמוכה (LLDPE), פוליאתילן בצפיפות בינונית (MDPE) ופוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) לפי צפיפות. בשל צפיפויותיהם השונות והמבנים המולקולריים שלהם, יש להם תכונות שונות. פוליאתילן בצפיפות נמוכה, המכונה גם פוליאתילן בלחץ גבוה, נוצר על ידי קופולימריזציה של אתילן בלחץ גבוה (מעל 1500 אטמוספרות) בטמפרטורה של 200-300 מעלות צלזיוס עם חמצן כזרז. לכן, שרשרת המולקולות של פוליאתילן בצפיפות נמוכה מכילה ענפים מרובים באורכים שונים, עם דרגת הסתעפות שרשרת גבוהה, מבנה לא סדיר, גבישיות נמוכה וגמישות והתארכות טובות. פוליאתילן בצפיפות גבוהה, המכונה גם פוליאתילן בלחץ נמוך, נוצר על ידי פילמור של אתילן בלחץ נמוך (1-5 אטמוספרות) ו-60-80 מעלות צלזיוס עם זרזים מאלומיניום וטיטניום. בשל פיזור המשקל המולקולרי הצר של פוליאתילן בצפיפות גבוהה והסידור המסודר של המולקולות, יש לו תכונות מכניות טובות, עמידות כימית טובה וטווח טמפרטורות רחב לשימוש. חומר מעטפת פוליאתילן בצפיפות בינונית מיוצר על ידי ערבוב פוליאתילן בצפיפות גבוהה ופוליאתילן בצפיפות נמוכה ביחס מתאים, או על ידי פילמור של מונומר אתילן ופרופילן (או המונומר השני של 1-בוטן). לכן, ביצועי הפוליאתילן 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 והחוזק המתיחה המעולים של פוליאתילן בצפיפות גבוהה. פוליאתילן לינארי בצפיפות נמוכה עובר פילמור בשיטת פאזה גזית בלחץ נמוך או תמיסה עם מונומר אתילן ו-2-אולפין. דרגת ההסתעפות של פוליאתילן לינארי בצפיפות נמוכה היא בין צפיפות נמוכה לצפיפות גבוהה, ולכן יש לו עמידות מצוינת לסדיקת מאמץ סביבתי. עמידות בפני סדקי מאמץ סביבתיים היא מדד חשוב ביותר לזיהוי איכותם של חומרי PE. היא מתייחסת לתופעה שבה חומר הבדיקה נתון לסדקים בכיפוף מאמץ בסביבה של חומר פעיל שטח. גורמים המשפיעים על סדקי מאמץ של החומר כוללים: משקל מולקולרי, פיזור משקל מולקולרי, גבישיות ומיקרו-מבנה של שרשרת המולקולות. ככל שהמשקל המולקולרי גדול יותר, פיזור המשקל המולקולרי צר יותר, ככל שיש יותר קשרים בין פרוסות הבד, כך עמידות החומר לסדיקת מאמץ סביבתי טובה יותר, וכך חיי השירות של החומר ארוכים יותר; במקביל, גם התגבשות החומר משפיעה על מדד זה. ככל שהגבישיות נמוכה יותר, כך עמידות החומר לסדיקת מאמץ סביבתי טובה יותר. חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה של חומרי PE הם מדד נוסף למדידת ביצועי החומר, ויכולים גם לחזות את נקודת הסיום של השימוש בחומר. תכולת הפחמן בחומרי PE יכולה להתנגד ביעילות לשחיקה של קרניים אולטרה סגולות על החומר, ונוגדי חמצון יכולים לשפר ביעילות את תכונות נוגדות החמצון של החומר.

2. חומר נדן PVC
חומר מעכב בעירה מ-PVC מכיל אטומי כלור, אשר יישרפו בלהבה. בעת השריפה, הוא יתפרק וישחרר כמות גדולה של גז HCL קורוזיבי ורעיל, אשר יגרום נזק משני, אך הוא יכבה מעצמו ביציאתו מהלהבה, ולכן יש לו את המאפיין של אי התפשטות להבה; יחד עם זאת, לחומר מעטפת PVC יש גמישות ויכולת התארכות טובים, והוא נמצא בשימוש נרחב בכבלים אופטיים פנימיים.

3. חומר מעטפת מעכב בעירה ללא הלוגן
מכיוון שפוליוויניל כלוריד מייצר גזים רעילים בעת שריפה, אנשים פיתחו חומר מעטפת מעכב בעירה נקי, ללא הלוגן, לא רעיל, בעל עשן נמוך, כלומר, הוספת מעכבי בעירה אנאורגניים Al(OH)3 ו-Mg(OH)2 לחומרי מעטפת רגילים, אשר ישחררו מים גבישיים בעת ​​מפגש עם אש ויסופגו חום רב, ובכך ימנעו את עליית הטמפרטורה של חומר המעטפת וימנעו בעירה. מכיוון שמוסיפים מעכבי בעירה אנאורגניים לחומרי מעטפת מעכבי בעירה ללא הלוגן, המוליכות של הפולימרים תגדל. במקביל, 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 אנאורגניים בכמויות מתאימות. אם הפרופורציה גדולה מדי, החוזק המכני וההתארכות של החומר בעת ​​השבירה יופחתו במידה ניכרת. האינדיקטורים להערכת תכונות מעכבי הבעירה של מעכבי בעירה ללא הלוגן הם מדד חמצן וריכוז עשן. 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 מעכבות הבעירה של החומר טובות יותר. ריכוז העשן מחושב על ידי מדידת העברת קרן האור המקבילה העוברת דרך העשן הנוצר משריפת החומר בחלל מסוים ובאורך נתיב אופטי מסוים. ככל שריכוז העשן נמוך יותר, כך פליטת העשן נמוכה יותר וביצועי החומר טובים יותר.

4. חומר נדן עמיד בפני סימנים חשמליים
יש יותר ויותר כבלים אופטיים תומכים עצמית (ADSS) לכל סוגי המדיה המונחים באותו מגדל עם קווי מתח גבוה במערכות תקשורת חשמל. על מנת להתגבר על השפעת שדה חשמלי אינדוקציה במתח גבוה על מעטפת הכבל, אנשים פיתחו וייצרו חומר מעטפת חדש עמיד בפני צלקות חשמליות. חומר המעטפת שליטה קפדנית בתכולת הפחמן השחור, גודלם ופיזורם של חלקיקי הפחמן השחור, תוך הוספת תוספים מיוחדים, מה שהופך את חומר המעטפת לבעל ביצועים מצוינים עמידים בפני צלקות חשמליות.