۱ مقدمه
با توسعه سریع فناوری ارتباطات در دهه گذشته یا بیشتر، زمینه کاربرد کابل‌های فیبر نوری رو به گسترش بوده است. با افزایش الزامات زیست‌محیطی برای کابل‌های فیبر نوری، الزامات مربوط به کیفیت مواد مورد استفاده در کابل‌های فیبر نوری نیز افزایش می‌یابد. نوار آب‌بند کابل فیبر نوری یک ماده رایج برای آب‌بند است که در صنعت کابل فیبر نوری استفاده می‌شود. نقش آب‌بندی، ضد آب بودن، رطوبت و محافظت از بافر در کابل فیبر نوری به طور گسترده شناخته شده است و انواع و عملکرد آن با توسعه کابل فیبر نوری به طور مداوم بهبود یافته و کامل شده است. در سال‌های اخیر، ساختار "هسته خشک" به کابل نوری معرفی شده است. این نوع ماده مانع آب کابل معمولاً ترکیبی از نوار، نخ یا پوشش است تا از نفوذ طولی آب به هسته کابل جلوگیری کند. با افزایش پذیرش کابل‌های فیبر نوری با هسته خشک، مواد کابل فیبر نوری با هسته خشک به سرعت جایگزین ترکیبات پرکننده کابل مبتنی بر ژله نفتی سنتی می‌شوند. ماده هسته خشک از پلیمری استفاده می‌کند که به سرعت آب را جذب می‌کند تا یک هیدروژل تشکیل دهد که متورم شده و کانال‌های نفوذ آب کابل را پر می‌کند. علاوه بر این، از آنجایی که ماده هسته خشک حاوی گریس چسبنده نیست، برای آماده سازی کابل برای اتصال نیازی به دستمال مرطوب، حلال یا پاک کننده نیست و زمان اتصال کابل به میزان زیادی کاهش می یابد. وزن سبک کابل و چسبندگی خوب بین نخ تقویت کننده بیرونی و غلاف کاهش نمی یابد و آن را به یک انتخاب محبوب تبدیل می کند.
۲ تأثیر آب بر کابل و مکانیسم مقاومت در برابر آب
دلیل اصلی انجام اقدامات مختلف برای جلوگیری از نفوذ آب این است که آب ورودی به کابل به یون‌های هیدروژن و O₂H₂ تجزیه می‌شود که باعث افزایش تلفات انتقال فیبر نوری، کاهش عملکرد فیبر و کوتاه شدن عمر کابل می‌شود. رایج‌ترین اقدامات برای جلوگیری از نفوذ آب، پر کردن شکاف بین هسته کابل و غلاف آن با خمیر نفت و افزودن نوار چسب ضد آب است که برای جلوگیری از پخش عمودی آب و رطوبت، در فضای بین هسته و غلاف کابل پر می‌شوند و در نتیجه در جلوگیری از نفوذ آب نقش دارند.
وقتی رزین‌های مصنوعی به مقدار زیاد به عنوان عایق در کابل‌های فیبر نوری (در ابتدا در کابل‌ها) استفاده می‌شوند، این مواد عایق نیز در برابر نفوذ آب مصون نیستند. تشکیل «درخت‌های آبی» در ماده عایق دلیل اصلی تأثیر بر عملکرد انتقال است. مکانیسمی که ماده عایق تحت تأثیر درخت‌های آبی قرار می‌گیرد، معمولاً به شرح زیر توضیح داده می‌شود: به دلیل میدان الکتریکی قوی (فرضیه دیگر این است که خواص شیمیایی رزین توسط تخلیه بسیار ضعیف الکترون‌های شتاب‌دار تغییر می‌کند)، مولکول‌های آب از طریق تعداد مختلف میکرومنافذ موجود در ماده غلاف کابل فیبر نوری نفوذ می‌کنند. مولکول‌های آب از طریق تعداد مختلف میکرومنافذ در ماده غلاف کابل نفوذ می‌کنند و «درخت‌های آبی» را تشکیل می‌دهند، به تدریج مقدار زیادی آب را جمع می‌کنند و در جهت طولی کابل پخش می‌شوند و بر عملکرد کابل تأثیر می‌گذارند. پس از سال‌ها تحقیق و آزمایش بین‌المللی، در اواسط دهه ۱۹۸۰، برای یافتن راهی برای از بین بردن بهترین روش برای تولید درختان آبی، یعنی قبل از اکستروژن کابل، پیچیده شده در یک لایه جذب آب و انبساط مانع آب برای مهار و کاهش سرعت رشد درختان آبی، مسدود کردن آب در کابل در داخل گسترش طولی؛ در عین حال، به دلیل آسیب خارجی و نفوذ آب، مانع آب نیز می‌تواند به سرعت آب را مسدود کند، نه به گسترش طولی کابل.
۳ نمای کلی از مانع آب کابلی
۳. ۱ طبقه‌بندی موانع آب‌بند کابل فیبر نوری
روش‌های زیادی برای طبقه‌بندی موانع آب کابل نوری وجود دارد که می‌توان آنها را بر اساس ساختار، کیفیت و ضخامتشان طبقه‌بندی کرد. به طور کلی، می‌توان آنها را بر اساس ساختارشان طبقه‌بندی کرد: واتراستاپ لمینت دو طرفه، واتراستاپ روکش‌دار یک طرفه و واتراستاپ فیلم کامپوزیت. عملکرد مانع آب در مانع آب عمدتاً به دلیل ماده جذب آب بالای آن (به نام مانع آب) است که می‌تواند پس از برخورد مانع آب با آب به سرعت متورم شود و حجم زیادی از ژل تشکیل دهد (مانع آب می‌تواند صدها برابر بیشتر از خود آب جذب کند)، در نتیجه از رشد درخت آب جلوگیری می‌کند و از نفوذ و پخش مداوم آب جلوگیری می‌کند. این مواد شامل پلی‌ساکاریدهای طبیعی و اصلاح‌شده شیمیایی هستند.
اگرچه این مسدودکننده‌های آب طبیعی یا نیمه طبیعی خواص خوبی دارند، اما دو عیب اساسی دارند:
۱) زیست‌تخریب‌پذیر هستند و ۲) بسیار قابل اشتعال هستند. این امر استفاده از آنها را در مواد کابل فیبر نوری بعید می‌کند. نوع دیگر مواد مصنوعی در مواد مقاوم در برابر آب، پلی‌اکریلات‌ها هستند که می‌توانند به عنوان مواد مقاوم در برابر آب برای کابل‌های نوری استفاده شوند زیرا الزامات زیر را برآورده می‌کنند: ۱) در حالت خشک، می‌توانند تنش‌های ایجاد شده در طول ساخت کابل‌های نوری را خنثی کنند.
۲) در حالت خشک، می‌توانند شرایط عملیاتی کابل‌های نوری (چرخه حرارتی از دمای اتاق تا ۹۰ درجه سانتیگراد) را بدون تأثیر بر طول عمر کابل تحمل کنند و همچنین می‌توانند برای مدت کوتاهی در برابر دماهای بالا مقاومت کنند.
۳) وقتی آب وارد می‌شود، می‌توانند به سرعت متورم شوند و ژلی با سرعت انبساط بالا تشکیل دهند.
۴) ژلی با ویسکوزیته بالا تولید می‌کنند، حتی در دماهای بالا ویسکوزیته ژل برای مدت طولانی پایدار است.
سنتز مواد دافع آب را می‌توان به طور کلی به روش‌های شیمیایی سنتی تقسیم کرد - روش فاز معکوس (روش اتصال عرضی پلیمریزاسیون آب در روغن)، روش پلیمریزاسیون اتصال عرضی مخصوص به خود - روش دیسک، روش تابش - روش پرتو گاما "کبالت 60". روش اتصال عرضی بر اساس روش تابش گاما "کبالت 60" است. روش‌های سنتز مختلف دارای درجات مختلفی از پلیمریزاسیون و اتصال عرضی هستند و بنابراین الزامات بسیار دقیقی برای عامل مسدود کننده آب مورد نیاز در نوارهای مسدود کننده آب دارند. تنها تعداد بسیار کمی از پلی اکریلات‌ها می‌توانند چهار الزام فوق را برآورده کنند. طبق تجربه عملی، عوامل مسدود کننده آب (رزین‌های جاذب آب) را نمی‌توان به عنوان مواد اولیه برای یک بخش واحد از پلی اکریلات سدیم متصل به شبکه استفاده کرد، باید در یک روش اتصال عرضی چند پلیمری (یعنی انواع مختلفی از مخلوط پلی اکریلات سدیم متصل به شبکه) استفاده شود تا به هدف جذب آب سریع و زیاد دست یافت. الزامات اساسی عبارتند از: ضریب جذب آب می‌تواند به حدود ۴۰۰ برابر برسد، نرخ جذب آب می‌تواند در دقیقه اول به ۷۵٪ آب جذب شده توسط ماده مقاوم در برابر آب برسد؛ الزامات پایداری حرارتی خشک شدن ماده مقاوم در برابر آب: مقاومت دمایی طولانی مدت ۹۰ درجه سانتیگراد، حداکثر دمای کاری ۱۶۰ درجه سانتیگراد، مقاومت دمایی لحظه‌ای ۲۳۰ درجه سانتیگراد (به ویژه برای کابل کامپوزیت فوتوالکتریک با سیگنال‌های الکتریکی مهم است)؛ جذب آب پس از تشکیل ژل الزامات پایداری: پس از چندین چرخه حرارتی (۲۰ درجه سانتیگراد تا ۹۵ درجه سانتیگراد). پایداری ژل پس از جذب آب نیازمند موارد زیر است: ژل با ویسکوزیته بالا و استحکام ژل پس از چندین چرخه حرارتی (۲۰ درجه سانتیگراد تا ۹۵ درجه سانتیگراد). پایداری ژل بسته به روش سنتز و مواد مورد استفاده سازنده به طور قابل توجهی متفاوت است. در عین حال، هر چه سرعت انبساط سریعتر باشد، بهتر نیست، برخی از محصولات به دنبال سرعت یک طرفه هستند، استفاده از افزودنی‌ها برای پایداری هیدروژل مفید نیست، ظرفیت نگهداری آب را از بین می‌برد، اما به اثر مقاومت در برابر آب نمی‌رسد.
۳. ۳ ویژگی نوار مسدود کننده آب از آنجایی که کابل در فرآیند تولید، آزمایش، حمل و نقل، ذخیره سازی و استفاده باید در برابر آزمایش محیطی مقاومت کند، بنابراین از منظر استفاده از کابل نوری، الزامات نوار مسدود کننده آب کابل به شرح زیر است:
1) ظاهر توزیع فیبر، مواد کامپوزیتی بدون لایه لایه شدن و پودر، با استحکام مکانیکی خاص، مناسب برای نیازهای کابل؛
2) کیفیت یکنواخت، تکرارپذیر و پایدار، در شکل‌گیری کابل، لایه لایه نمی‌شود و تولید می‌کند
۳) فشار انبساط بالا، سرعت انبساط سریع، پایداری خوب ژل؛
۴) پایداری حرارتی خوب، مناسب برای پردازش‌های بعدی مختلف؛
۵) پایداری شیمیایی بالا، فاقد هرگونه اجزای خورنده، مقاوم در برابر فرسایش باکتری‌ها و کپک؛
6) سازگاری خوب با سایر مواد کابل نوری، مقاومت در برابر اکسیداسیون و غیره
۴ استانداردهای عملکرد مانع آب کابل نوری
تعداد زیادی از نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که مقاومت در برابر آب بدون رعایت الزامات، به پایداری بلندمدت عملکرد انتقال کابل آسیب زیادی وارد می‌کند. این آسیب، در فرآیند تولید و بازرسی کارخانه‌ای کابل فیبر نوری به سختی قابل تشخیص است، اما به تدریج در فرآیند نصب کابل پس از استفاده ظاهر می‌شود. بنابراین، تدوین به موقع استانداردهای جامع و دقیق آزمایش، برای یافتن مبنایی برای ارزیابی که همه طرف‌ها بتوانند بپذیرند، به یک وظیفه فوری تبدیل شده است. تحقیقات، اکتشافات و آزمایش‌های گسترده نویسنده روی تسمه‌های مسدودکننده آب، مبنای فنی کافی برای تدوین استانداردهای فنی تسمه‌های مسدودکننده آب فراهم کرده است. پارامترهای عملکرد مقدار مانع آب را بر اساس موارد زیر تعیین کنید:
۱) الزامات استاندارد کابل نوری برای واتر استاپ (عمدتاً الزامات جنس کابل نوری در استاندارد کابل نوری)؛
۲) تجربه در ساخت و استفاده از موانع آب و گزارش‌های آزمایش مربوطه؛
۳) نتایج تحقیقات در مورد تأثیر ویژگی‌های نوارهای مسدودکننده آب بر عملکرد کابل‌های فیبر نوری.
۴. ۱ ظاهر
ظاهر نوار عایق آب باید به صورت الیافی باشد که به طور یکنواخت توزیع شده‌اند؛ سطح آن باید صاف و عاری از چین و چروک، تاخوردگی و پارگی باشد؛ هیچ شکافی در عرض نوار وجود نداشته باشد؛ جنس کامپوزیت باید عاری از لایه لایه شدن باشد؛ نوار باید محکم پیچیده شده باشد و لبه‌های نوار دستی باید عاری از «شکل کلاه حصیری» باشند.
۴.۲ مقاومت مکانیکی واتر استاپ
استحکام کششی نوار آب‌بند به روش تولید نوار نبافته پلی‌استر بستگی دارد، تحت شرایط کمی یکسان، روش ویسکوز از نظر استحکام کششی محصول بهتر از روش نورد گرم است، ضخامت آن نیز نازک‌تر است. استحکام کششی نوار مانع آب با توجه به نحوه پیچیده شدن کابل یا پیچیدن آن به دور کابل متفاوت است.
این یک شاخص کلیدی برای دو مورد از تسمه‌های مسدودکننده آب است که روش آزمایش آنها باید با دستگاه، مایع و روش آزمایش یکسان شود. ماده اصلی مسدودکننده آب در نوار مسدودکننده آب، پلی‌اکریلات سدیم تا حدی شبکه‌ای شده و مشتقات آن است که به ترکیب و ماهیت الزامات کیفیت آب حساس هستند. برای یکسان‌سازی استاندارد ارتفاع تورم نوار مسدودکننده آب، استفاده از آب دیونیزه ارجحیت دارد (در داوری از آب مقطر استفاده می‌شود)، زیرا هیچ جزء آنیونی و کاتیونی در آب دیونیزه که اساساً آب خالص است، وجود ندارد. ضریب جذب رزین جذب آب در کیفیت‌های مختلف آب بسیار متفاوت است، اگر ضریب جذب در آب خالص ۱۰۰٪ مقدار اسمی باشد؛ در آب لوله‌کشی ۴۰٪ تا ۶۰٪ (بسته به کیفیت آب هر مکان) است؛ در آب دریا ۱۲٪ است؛ آب زیرزمینی یا آب ناودان پیچیده‌تر است، تعیین درصد جذب دشوار است و مقدار آن بسیار کم خواهد بود. برای اطمینان از اثر ضد آب و طول عمر کابل، بهتر است از نوار ضد آب با ارتفاع تورم > 10 میلی‌متر استفاده شود.
۴.۳ خواص الکتریکی
به طور کلی، کابل نوری شامل انتقال سیگنال‌های الکتریکی از طریق سیم فلزی نمی‌شود، بنابراین از نوار آب نیمه رسانا استفاده نکنید، فقط 33 وانگ کیانگ و غیره: نوار آب مقاوم در برابر کابل نوری.
کابل کامپوزیت برق قبل از حضور سیگنال‌های الکتریکی، الزامات خاصی را طبق ساختار کابل طبق قرارداد تعیین می‌کند.
۴.۴ پایداری حرارتی اکثر انواع نوارهای آب‌بند می‌توانند الزامات پایداری حرارتی را برآورده کنند: مقاومت دمایی بلندمدت ۹۰ درجه سانتیگراد، حداکثر دمای کاری ۱۶۰ درجه سانتیگراد، مقاومت دمایی لحظه‌ای ۲۳۰ درجه سانتیگراد. عملکرد نوار آب‌بند نباید پس از مدت زمان مشخصی در این دماها تغییر کند.
استحکام ژل باید مهمترین ویژگی یک ماده متورم شونده باشد، در حالی که نرخ انبساط فقط برای محدود کردن طول نفوذ اولیه آب (کمتر از 1 متر) استفاده می‌شود. یک ماده انبساط خوب باید نرخ انبساط مناسب و ویسکوزیته بالایی داشته باشد. یک ماده ضد آب ضعیف، حتی با نرخ انبساط بالا و ویسکوزیته پایین، خواص ضد آب ضعیفی خواهد داشت. این را می‌توان در مقایسه با تعدادی چرخه حرارتی آزمایش کرد. در شرایط هیدرولیتیک، ژل به مایعی با ویسکوزیته پایین تجزیه می‌شود که کیفیت آن را کاهش می‌دهد. این کار با هم زدن سوسپانسیون آب خالص حاوی پودر متورم شونده به مدت 2 ساعت انجام می‌شود. سپس ژل حاصل از آب اضافی جدا شده و در یک ویسکومتر چرخان قرار می‌گیرد تا ویسکوزیته قبل و بعد از 24 ساعت در دمای 95 درجه سانتیگراد اندازه‌گیری شود. تفاوت در پایداری ژل قابل مشاهده است. این کار معمولاً در چرخه‌های 8 ساعته از 20 درجه سانتیگراد تا 95 درجه سانتیگراد و 8 ساعته از 95 درجه سانتیگراد تا 20 درجه سانتیگراد انجام می‌شود. استانداردهای مربوطه آلمانی به 126 چرخه 8 ساعته نیاز دارند.
۴. ۵ سازگاری سازگاری مانع آب، یک ویژگی بسیار مهم در رابطه با عمر کابل فیبر نوری است و بنابراین باید در رابطه با مواد کابل فیبر نوری مورد استفاده تا کنون در نظر گرفته شود. از آنجایی که آشکار شدن سازگاری زمان زیادی طول می‌کشد، باید از آزمایش پیری تسریع‌شده استفاده شود، یعنی نمونه ماده کابل تمیز شده، با یک لایه نوار خشک مقاوم در برابر آب پیچیده شده و به مدت ۱۰ روز در یک محفظه با دمای ثابت ۱۰۰ درجه سانتیگراد نگهداری می‌شود و پس از آن کیفیت آن وزن می‌شود. مقاومت کششی و ازدیاد طول ماده پس از آزمایش نباید بیش از ۲۰٪ تغییر کند.
زمان ارسال: ۲۲ ژوئیه ۲۰۲۲