1 מבוא
עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית התקשורת בעשור האחרון בערך, תחום היישום של כבלי סיבים אופטיים הולך ומתרחב. ככל שהדרישות הסביבתיות לכבלים אופטיים ממשיכות לעלות, כך גם הדרישות לאיכות החומרים המשמשים בכבלים אופטיים. סרט חסימת מים לכבלים אופטיים הוא חומר חסימת מים נפוץ המשמש בתעשיית כבלי הסיבים האופטיים, תפקיד האיטום, האיטום, הלחות וההגנה מפני חיץ בכבלים אופטיים זכה להכרה נרחבת, והמגוון והביצועים שלו שופרו ושולמו ללא הרף עם פיתוח כבלי סיבים אופטיים. בשנים האחרונות הוכנס מבנה "הליבה היבשה" לכבלים אופטיים. סוג זה של חומר מחסום מים לכבלים הוא בדרך כלל שילוב של סרט, חוט או ציפוי כדי למנוע חדירת מים לאורכו לתוך ליבת הכבל. עם הקבלה הגוברת של כבלי סיבים אופטיים בעלי ליבה יבשה, חומרי כבלי סיבים אופטיים בעלי ליבה יבשה מחליפים במהירות את תרכובות המילוי המסורתיות מבוססות ג'לי נפט. חומר הליבה היבשה משתמש בפולימר שסופג מים במהירות ליצירת הידרוג'ל, אשר מתנפח וממלא את תעלות חדירת המים של הכבל. בנוסף, מכיוון שחומר הליבה היבש אינו מכיל שומן דביק, אין צורך במגבונים, ממסים או חומרי ניקוי כדי להכין את הכבל לשחבור, וזמן שחבור הכבל מתקצר משמעותית. משקלו הקל של הכבל וההידבקות הטובה בין חוט החיזוק החיצוני לבין המעטפת אינם מצטמצמים, מה שהופך אותו לבחירה פופולרית.
2 השפעת המים על הכבל ומנגנון התנגדות המים
הסיבה העיקרית לכך שיש לנקוט במגוון אמצעים לחסימת מים היא שמים הנכנסים לכבל יתפרקו ליוני מימן ו-O2H-, מה שיגביר את אובדן ההעברה של הסיב האופטי, יפגע בביצועי הסיב ויקצר את חיי הכבל. אמצעי חסימת המים הנפוצים ביותר הם מילוי במשחת נפט והוספת סרט חסימת מים, אשר ממלאים את הרווח בין ליבת הכבל למעטפת כדי למנוע התפשטות אנכית של מים ולחות, ובכך ממלאים תפקיד בחסימת מים.
כאשר משתמשים בשרפים סינתטיים בכמויות גדולות כמבודדים בכבלים אופטיים (בראשית, בכבלים), חומרי בידוד אלה אינם חסינים גם מפני חדירת מים. היווצרות "עצי מים" בחומר הבידוד היא הסיבה העיקרית להשפעה על ביצועי ההולכה. המנגנון שבו חומר הבידוד מושפע מעצי מים מוסבר בדרך כלל כדלקמן: עקב השדה החשמלי החזק (השערה נוספת היא שהתכונות הכימיות של השרף משתנות על ידי פריקה חלשה מאוד של אלקטרונים מואצים), מולקולות מים חודרות דרך מספרים שונים של מיקרו-נקבוביות הקיימות בחומר המעטפת של כבל הסיבים האופטיים. מולקולות המים יחדרו דרך מספר שונה של מיקרו-נקבוביות בחומר המעטפת של הכבל, ויצרו "עצי מים", צוברות בהדרגה כמות גדולה של מים ומתפשטות בכיוון האורך של הכבל, ומשפיעות על ביצועי הכבל. לאחר שנים של מחקר ובדיקות בינלאומיות, באמצע שנות ה-80, כדי למצוא דרך לחסל את הדרך הטובה ביותר לייצר עצי מים, כלומר, לפני שחול הכבל עטוף בשכבה של ספיגת מים והתרחבות של מחסום המים כדי לעכב ולהאט את צמיחת עצי המים, וחוסם מים בתוך הכבל בתוך הפריסה האורכית; יחד עם זאת, עקב נזק חיצוני וחדירת מים, מחסום המים יכול גם לחסום במהירות את המים, לא להתפשטות האורכית של הכבל.
3 סקירה כללית של מחסום המים בכבלים
3. 1 סיווג של מחסומי מים בכבל סיב אופטי
ישנן דרכים רבות לסווג מחסומי מים של כבלים אופטיים, אשר ניתן לסווג לפי המבנה, האיכות והעובי שלהם. באופן כללי, ניתן לסווג אותם לפי המבנה שלהם: מחסום מים למינציה דו-צדדי, מחסום מים מצופה חד-צדדי וחסום מים מסרט מרוכב. תפקוד מחסום המים של מחסום המים נובע בעיקר מחומר בעל ספיגת מים גבוהה (הנקרא מחסום מים), אשר יכול להתנפח במהירות לאחר שהמחסום במגע עם מים, וליצור נפח גדול של ג'ל (מחסום המים יכול לספוג פי מאות יותר מים ממנו), ובכך למנוע את צמיחת עץ המים ולמנוע את המשך הסתננות והתפשטות המים. אלה כוללים פוליסכרידים טבעיים וגם שעברו שינוי כימי.
למרות שלחוסמי מים טבעיים או חצי-טבעיים אלה יש תכונות טובות, יש להם שני חסרונות חמורים:
1) הם מתכלים ביולוגית ו-2) הם דליקים ביותר. דבר זה גורם לכך שלא סביר שישתמשו בהם בחומרי כבלי סיבים אופטיים. הסוג השני של חומר סינתטי בחומר עמיד למים מיוצג על ידי פוליאקרילטים, אשר יכולים לשמש כחומרי עמיד למים עבור כבלים אופטיים מכיוון שהם עומדים בדרישות הבאות: 1) כאשר הם יבשים, הם יכולים לנטרל את הלחצים הנוצרים במהלך ייצור כבלים אופטיים;
2) כאשר הם יבשים, הם יכולים לעמוד בתנאי ההפעלה של כבלים אופטיים (מחזורי תרמי מטמפרטורת החדר ל-90 מעלות צלזיוס) מבלי לפגוע באורך החיים של הכבל, ויכולים גם לעמוד בטמפרטורות גבוהות לפרקי זמן קצרים;
3) כאשר מים נכנסים, הם יכולים להתנפח במהירות וליצור ג'ל עם מהירות התפשטות.
4) לייצר ג'ל בעל צמיגות גבוהה, אפילו בטמפרטורות גבוהות צמיגות הג'ל יציבה לאורך זמן.
ניתן לחלק באופן כללי את הסינתזה של דוחי מים לשיטות כימיות מסורתיות - שיטת פאזה הפוכה (שיטת קישור צולב של פולימריזציה של מים בשמן), שיטת קישור צולב משלהן - שיטת דיסק, ושיטת הקרנה - שיטת קרני γ "קובלט 60". שיטת הקישור צולב מבוססת על שיטת קרינת γ "קובלט 60". לשיטות הסינתזה השונות דרגות שונות של פולימריזציה וקישור צולב ולכן דרישות מחמירות מאוד לחומר חסימת המים הנדרש בסרטי חסימת מים. רק מעט מאוד פוליאקרילטים יכולים לעמוד בארבע הדרישות הנ"ל, על פי ניסיון מעשי, חומרי חסימת מים (שרפים סופגי מים) אינם יכולים לשמש כחומרי גלם עבור חלק בודד של פוליאקרילט נתרן צולב, יש להשתמש בהם בשיטת קישור צולב רב-פולימרי (כלומר, מגוון חלקים מתערובת פוליאקרילט נתרן צולב) על מנת להשיג את המטרה של ספיגת מים מהירה וגבוהה. הדרישות הבסיסיות הן: קצב ספיגת המים יכול להגיע לפי 400 בערך, קצב ספיגת המים יכול להגיע לפי 75% מהמים הנספגים על ידי עמידות המים בדקה הראשונה; דרישות יציבות תרמית לייבוש עמידות במים: עמידות לטמפרטורה לטווח ארוך של 90 מעלות צלזיוס, טמפרטורת עבודה מקסימלית של 160 מעלות צלזיוס, עמידות לטמפרטורה מיידית של 230 מעלות צלזיוס (חשוב במיוחד לכבל מרוכב פוטואלקטרי עם אותות חשמליים); דרישות יציבות לספיגת מים לאחר היווצרות ג'ל: לאחר מספר מחזורי תרמיה (20 מעלות צלזיוס ~ 95 מעלות צלזיוס). יציבות הג'ל לאחר ספיגת מים דורשת: צמיגות גבוהה של הג'ל וחוזק ג'ל לאחר מספר מחזורי תרמיה (20 מעלות צלזיוס עד 95 מעלות צלזיוס). יציבות הג'ל משתנה במידה ניכרת בהתאם לשיטת הסינתזה ולחומרים בהם משתמש היצרן. יחד עם זאת, ככל שקצב ההתפשטות לא מהיר יותר, כך ייטב, חלק מהמוצרים חותרים חד צדדית למהירות, שימוש בתוספים אינו תורם ליציבות ההידרוג'ל, הורס את יכולת אגירת המים, אך אינו משיג את אפקט העמידות במים.
3. 3 מאפיינים של סרט חסימת מים כיוון שכבלים עומדים במבחן סביבתי בתהליך הייצור, הבדיקה, ההובלה, האחסון והשימוש, מנקודת מבט של השימוש בכבל אופטי, דרישות סרט חסימת המים לכבל הן כדלקמן:
1) פיזור סיבים במראה, חומרים מרוכבים ללא פירוק ואבקה, בעלי חוזק מכני מסוים, מתאים לצרכים של הכבל;
2) איכות אחידה, ניתנת לחזרה ויציבה, בהיווצרות הכבל לא יתפרק וייצר
3) לחץ התפשטות גבוה, מהירות התפשטות מהירה, יציבות ג'ל טובה;
4) יציבות תרמית טובה, מתאימה לעיבודים שונים לאחר מכן;
5) יציבות כימית גבוהה, אינו מכיל רכיבים קורוזיביים, עמיד בפני חיידקים ושחיקה של עובש;
6) תאימות טובה עם חומרים אחרים של כבל אופטי, עמידות בפני חמצון וכו'.
4 תקני ביצועים של מחסום מים בכבלים אופטיים
מספר רב של תוצאות מחקר מראות כי עמידות בלתי מסויגת למים ויציבות ארוכת הטווח של ביצועי העברת הכבלים תגרום נזק רב. נזק זה, בתהליך הייצור ובבדיקת המפעל של כבל סיב אופטי, קשה לאתר, אך יופיע בהדרגה בתהליך הנחת הכבל לאחר השימוש. לכן, פיתוח בזמן של תקני בדיקה מקיפים ומדויקים, כדי למצוא בסיס להערכה שכל הצדדים יוכלו לקבל, הפך למשימה דחופה. המחקר, החקירה והניסויים הנרחבים של המחבר על חגורות חסימת מים סיפקו בסיס טכני הולם לפיתוח סטנדרטים טכניים עבור חגורות חסימת מים. קביעת פרמטרי הביצועים של ערך מחסום המים על סמך הדברים הבאים:
1) דרישות תקן הכבלים האופטיים לאיטום (בעיקר דרישות חומר הכבל האופטי בתקן הכבלים האופטיים);
2) ניסיון בייצור ושימוש במחסומי מים ודוחות בדיקה רלוונטיים;
3) תוצאות מחקר על השפעת מאפייני סרטי חסימת מים על ביצועי כבלי סיבים אופטיים.
4. 1 מראה חיצוני
סרט מחסום המים צריך להיות בעל מראה של סיבים מפוזרים באופן שווה; המשטח צריך להיות שטוח וללא קמטים, קמטים וקרעים; לא צריכים להיות סדקים ברוחב הסרט; החומר המרוכב צריך להיות נקי מפירוק; הסרט צריך להיות מלופף היטב וקצוות הסרט הידני צריכים להיות נקיים מצורת "כובע קש".
4.2 חוזק מכני של איטום הבולם
חוזק המתיחה של סרט מחסום המים תלוי בשיטת הייצור של סרט הפוליאסטר הלא ארוג. באותם תנאים כמותיים, שיטת הוויסקוזה טובה יותר משיטת התגלגלות חמה לייצור המוצר, חוזק המתיחה שלו, ועוביו גם דק יותר. חוזק המתיחה של סרט מחסום המים משתנה בהתאם לאופן שבו הכבל עטוף או נכרך סביב הכבל.
זהו אינדיקטור מרכזי לשתיים מרצועות חסימת המים, שעבורן יש לאחיד את שיטת הבדיקה עם המכשיר, הנוזל והליך הבדיקה. חומר חסימת המים העיקרי בסרט חסימת המים הוא חלקית נתרן פוליאקרילט צולב ונגזרותיו, הרגישים להרכב ולאופי דרישות איכות המים. על מנת לאחד את הסטנדרט של גובה הנפיחות של סרט חסימת המים, יש לנצח את השימוש במים מזוקקים (מים מזוקקים משמשים בבוררות), מכיוון שאין רכיבים אניוניים וקטיוניים במים מזוקקים, שהם בעצם מים טהורים. מכפיל הספיגה של שרף ספיגת המים באיכויות מים שונות משתנה מאוד. אם מכפיל הספיגה במים טהורים הוא 100% מהערך הנומינלי; במי ברז הוא 40% עד 60% (בהתאם לאיכות המים של כל מיקום); במי ים הוא 12%; מי תהום או מי מרזבים מורכבים יותר, קשה לקבוע את אחוז הספיגה, וערכם יהיה נמוך מאוד. כדי להבטיח את אפקט מחסום המים ואת אורך החיים של הכבל, עדיף להשתמש בסרט מחסום מים עם גובה נפיחות של > 10 מ"מ.
4.3 תכונות חשמליות
באופן כללי, כבל אופטי אינו מכיל חוט מתכת להעברת אותות חשמליים, ולכן אין להשתמש בסרט עמידות למים מוליך למחצה, רק 33 וואנג צ'יאנג וכו': סרט עמידות למים לכבל אופטי
כבל חשמלי מרוכב לפני נוכחות אותות חשמליים, דרישות ספציפיות בהתאם למבנה הכבל על פי החוזה.
4.4 יציבות תרמית רוב סוגי סרטי האיטום למים יכולים לעמוד בדרישות היציבות התרמית: עמידות לטמפרטורה ארוכת טווח של 90°C, טמפרטורת עבודה מקסימלית של 160°C, עמידות לטמפרטורה מיידית של 230°C. ביצועי סרט האיטום למים לא אמורים להשתנות לאחר פרק זמן מוגדר בטמפרטורות אלו.
חוזק הג'ל צריך להיות המאפיין החשוב ביותר של חומר מתנפח, בעוד שקצב ההתפשטות משמש רק כדי להגביל את משך חדירת המים הראשונית (פחות מ-1 מטר). חומר התפשטות טוב צריך להיות בעל קצב התפשטות מתאים וצמיגות גבוהה. חומר בעל חסם מים גרוע, אפילו עם קצב התפשטות גבוה וצמיגות נמוכה, יהיה בעל תכונות חסם מים גרועות. ניתן לבדוק זאת בהשוואה למספר מחזורים תרמיים. בתנאים הידרוליטיים, הג'ל יתפרק לנוזל בעל צמיגות נמוכה, מה שיפגע באיכותו. ניתן להשיג זאת על ידי ערבוב תרחיף מים טהור המכיל אבקת התפחה במשך שעתיים. לאחר מכן, הג'ל המתקבל מופרד מעודפי המים ומוכנס לוויסקומטר מסתובב כדי למדוד את הצמיגות לפני ואחרי 24 שעות ב-95°C. ניתן לראות את ההבדל ביציבות הג'ל. זה נעשה בדרך כלל במחזורים של 8 שעות מ-20°C עד 95°C ו-8 שעות מ-95°C עד 20°C. התקנים הגרמניים הרלוונטיים דורשים 126 מחזורים של 8 שעות.
4. 5 תאימות תאימות מחסום המים היא מאפיין חשוב במיוחד ביחס למשך חיי כבל הסיבים האופטיים ולכן יש לשקול זאת ביחס לחומרי כבל הסיבים האופטיים המעורבים עד כה. מכיוון שהתאימות מתבררת זמן רב, יש להשתמש במבחן הזדקנות מואץ, כלומר, דגימת חומר הכבל ננגבת, עטופה בשכבה של סרט יבש עמיד למים ונשמרת בתא טמפרטורה קבועה ב-100 מעלות צלזיוס למשך 10 ימים, ולאחר מכן נשקלת האיכות. חוזק המתיחה וההתארכות של החומר לא צריכים להשתנות ביותר מ-20% לאחר הבדיקה.
זמן פרסום: 22 ביולי 2022