1 Einleitung
Mit der rasanten Entwicklung der Kommunikationstechnologie in den letzten zehn Jahren hat sich das Anwendungsgebiet von Glasfaserkabeln erweitert. Mit den steigenden Umweltanforderungen an Glasfaserkabel steigen auch die Anforderungen an die Qualität der verwendeten Materialien. Glasfaser-Wasserschutzband ist ein gängiges Material in der Glasfaserindustrie. Seine Rolle als Abdichtung, Wasserdichtigkeit, Feuchtigkeits- und Pufferschutz für Glasfaserkabel ist weithin anerkannt, und seine Vielfalt und Leistung wurden mit der Entwicklung von Glasfaserkabeln kontinuierlich verbessert und perfektioniert. In den letzten Jahren wurde die „Dry Core“-Struktur in Glasfaserkabel eingeführt. Diese Art von Kabel-Wasserschutzmaterial besteht üblicherweise aus einer Kombination aus Band, Garn oder Beschichtung, um das Eindringen von Wasser in Längsrichtung in den Kabelkern zu verhindern. Mit der zunehmenden Akzeptanz von Dry Core-Glasfaserkabeln ersetzen Dry Core-Glasfaserkabelmaterialien zunehmend die traditionellen Kabelfüllmassen auf Vaselinebasis. Das Dry Core-Material verwendet ein Polymer, das schnell Wasser absorbiert und ein Hydrogel bildet, das aufquillt und die Wassereintrittskanäle des Kabels füllt. Da das trockene Kernmaterial zudem kein klebriges Fett enthält, sind zur Vorbereitung des Kabels auf das Spleißverfahren keine Tücher, Lösungs- oder Reinigungsmittel erforderlich, was die Spleißzeit erheblich verkürzt. Das geringe Gewicht des Kabels und die gute Haftung zwischen dem äußeren Verstärkungsgarn und dem Mantel bleiben erhalten, was dieses Verfahren zu einer beliebten Wahl macht.
2 Die Auswirkungen von Wasser auf das Kabel und den Wasserwiderstandsmechanismus
Der Hauptgrund für verschiedene Maßnahmen zur Wasserabweisung liegt darin, dass eindringendes Wasser in Wasserstoff und O H-Ionen zerfällt. Dies erhöht den Übertragungsverlust der Glasfaser, mindert deren Leistung und verkürzt die Lebensdauer des Kabels. Die gängigsten Maßnahmen zur Wasserabweisung sind das Füllen mit Vaseline und das Anbringen von wasserabweisendem Klebeband. Dieses wird in den Spalt zwischen Kabelkern und -mantel eingefüllt, um die vertikale Ausbreitung von Wasser und Feuchtigkeit zu verhindern und so zur Wasserabweisung beizutragen.
Wenn Kunstharze in großen Mengen als Isolatoren in Glasfaserkabeln (vor allem in Kabeln) verwendet werden, sind diese Isoliermaterialien auch nicht immun gegen eindringendes Wasser. Die Bildung von „Wasserbäumchen“ im Isoliermaterial ist der Hauptgrund für die Beeinträchtigung der Übertragungsleistung. Der Mechanismus, durch den das Isoliermaterial durch Wasserbäumchen beeinflusst wird, wird üblicherweise wie folgt erklärt: Aufgrund des starken elektrischen Felds (eine andere Hypothese besagt, dass die chemischen Eigenschaften des Harzes durch die sehr schwache Entladung beschleunigter Elektronen verändert werden) dringen Wassermoleküle durch die unterschiedlich viele Mikroporen im Ummantelungsmaterial des Glasfaserkabels. Die Wassermoleküle dringen durch die unterschiedlich viele Mikroporen im Kabelmantelmaterial, bilden „Wasserbäumchen“, sammeln nach und nach große Mengen Wasser an, verteilen sich in Längsrichtung des Kabels und beeinträchtigen so die Leistung des Kabels. Nach Jahren internationaler Forschung und Tests wurde Mitte der 1980er Jahre eine Methode gefunden, die Entstehung von Wasserbäumchen am besten zu verhindern. Dabei wird vor der Kabelextrusion eine Schicht Wasserbarriere um das Kabel gewickelt, die die Absorption und Ausdehnung von Wasser verhindert und das Wachstum von Wasserbäumchen verlangsamt. Dadurch wird das Wasser in der Längsausbreitung im Kabel blockiert. Gleichzeitig kann die Wasserbarriere aufgrund äußerer Beschädigungen und eindringendem Wasser das Wasser schnell blockieren und nicht in die Längsausbreitung des Kabels gelangen.
3 Übersicht der Kabelwassersperre
3. 1 Klassifizierung von Glasfaserkabel-Wasserbarrieren
Es gibt viele Möglichkeiten, Glasfaserkabel-Wassersperren nach Struktur, Qualität und Dicke zu klassifizieren. Generell unterscheidet man nach ihrer Struktur: doppelseitig laminierte Wassersperre, einseitig beschichtete Wassersperre und Verbundfolien-Wassersperre. Die Wasserbarrierefunktion beruht hauptsächlich auf dem Material mit hoher Wasseraufnahmefähigkeit (Wasserbarriere genannt). Dieses quillt bei Kontakt mit Wasser schnell auf und bildet ein großes Gelvolumen (die Wasserbarriere kann hundertmal mehr Wasser aufnehmen als sie selbst). Dadurch wird das Wachstum von Wasserbäumchen und das weitere Eindringen und Ausbreiten von Wasser verhindert. Dazu gehören sowohl natürliche als auch chemisch modifizierte Polysaccharide.
Obwohl diese natürlichen oder halbnatürlichen Wasserblocker gute Eigenschaften haben, weisen sie zwei fatale Nachteile auf:
1) Sie sind biologisch abbaubar und 2) leicht entflammbar. Daher ist ihre Verwendung in Glasfaserkabeln unwahrscheinlich. Ein weiterer Typ von Kunststoff im Bereich der Wasserfestigkeit sind Polyacrylate, die als Wasserfestigkeit für Glasfaserkabel verwendet werden können, da sie folgende Anforderungen erfüllen: 1) Im trockenen Zustand können sie den bei der Herstellung von Glasfaserkabeln entstehenden Spannungen entgegenwirken;
2) Im trockenen Zustand können sie den Betriebsbedingungen optischer Kabel (Wärmezyklen von Raumtemperatur bis 90 °C) standhalten, ohne die Lebensdauer des Kabels zu beeinträchtigen, und können auch für kurze Zeit hohen Temperaturen standhalten;
3) Wenn Wasser eindringt, können sie schnell aufquellen und ein Gel mit Expansionsgeschwindigkeit bilden.
4) Herstellung eines hochviskosen Gels, dessen Viskosität auch bei hohen Temperaturen lange Zeit stabil bleibt.
Die Synthese von Hydrophobierungsmitteln lässt sich grob in traditionelle chemische Methoden unterteilen – Umkehrphasenmethode (Wasser-in-Öl-Polymerisationsvernetzungsmethode), eigene Vernetzungspolymerisationsmethoden – Scheibenmethode und Bestrahlungsmethode – „Kobalt 60“-γ-Strahlenmethode. Die Vernetzungsmethode basiert auf der „Kobalt 60“-γ-Strahlenmethode. Die verschiedenen Synthesemethoden weisen unterschiedliche Polymerisations- und Vernetzungsgrade auf und stellen daher sehr strenge Anforderungen an das in wasserabweisenden Bändern benötigte Wasserblockiermittel. Nur sehr wenige Polyacrylate können die oben genannten vier Anforderungen erfüllen. Praktischen Erfahrungen zufolge können Wasserblockiermittel (wasserabsorbierende Harze) nicht als Ausgangsmaterial für einen einzelnen Teil des vernetzten Natriumpolyacrylats verwendet werden, sondern müssen in einem Multipolymer-Vernetzungsverfahren (d. h. einer Mischung verschiedener Teile des vernetzten Natriumpolyacrylats) verwendet werden, um eine schnelle und hohe Wasserabsorption zu erreichen. Die Grundanforderungen sind: Die Wasseraufnahme kann das 400-fache erreichen, und die Wasseraufnahmerate kann innerhalb der ersten Minute 75 % des vom Wasserschutz absorbierten Wassers aufnehmen. Anforderungen an die thermische Stabilität beim Trocknen des Wasserschutzes: Langzeittemperaturbeständigkeit von 90 °C, maximale Arbeitstemperatur von 160 °C, momentane Temperaturbeständigkeit von 230 °C (besonders wichtig für fotoelektrische Verbundkabel mit elektrischen Signalen). Anforderungen an die Stabilität der Wasseraufnahme nach der Gelbildung: nach mehreren Wärmezyklen (20 °C bis 95 °C). Die Stabilität des Gels nach der Wasseraufnahme erfordert: ein Gel mit hoher Viskosität und Gelfestigkeit nach mehreren Wärmezyklen (20 °C bis 95 °C). Die Stabilität des Gels variiert erheblich und hängt von der Synthesemethode und den vom Hersteller verwendeten Materialien ab. Gleichzeitig gilt nicht, je schneller die Expansionsrate, desto besser. Einige Produkte streben einseitig nach Geschwindigkeit, und die Verwendung von Additiven ist der Stabilität des Hydrogels nicht förderlich und zerstört die Wasserrückhaltekapazität, führt jedoch nicht zur Erzielung einer wasserbeständigen Wirkung.
3. 3 Eigenschaften des wasserabweisenden Bandes Da das Kabel während der Herstellung, Prüfung, des Transports, der Lagerung und der Verwendung den Umwelttests standhalten muss, gelten aus Sicht der Verwendung von optischen Kabeln folgende Anforderungen an das wasserabweisende Band:
1) Aussehen der Faserverteilung, Verbundwerkstoffe ohne Delamination und Pulver, mit einer gewissen mechanischen Festigkeit, geeignet für die Anforderungen des Kabels;
2) einheitliche, wiederholbare, stabile Qualität, in der Bildung des Kabels wird nicht delaminiert und produzieren
3) hoher Expansionsdruck, schnelle Expansionsgeschwindigkeit, gute Gelstabilität;
4) gute thermische Stabilität, geeignet für verschiedene nachfolgende Verarbeitungen;
5) hohe chemische Stabilität, enthält keine korrosiven Bestandteile, beständig gegen Bakterien- und Schimmelbefall;
6) gute Kompatibilität mit anderen Materialien des optischen Kabels, Oxidationsbeständigkeit usw.
4 Leistungsstandards für Wasserbarrieren für optische Kabel
Zahlreiche Forschungsergebnisse zeigen, dass eine unzureichende Wasserbeständigkeit die langfristige Stabilität der Kabelübertragungsleistung erheblich beeinträchtigt. Diese Schäden sind im Herstellungsprozess und bei der Werksinspektion von Glasfaserkabeln schwer zu erkennen, treten aber erst nach und nach beim Verlegen des Kabels nach Gebrauch auf. Daher ist die zeitnahe Entwicklung umfassender und präziser Prüfstandards, um eine für alle Beteiligten akzeptable Bewertungsgrundlage zu schaffen, dringend erforderlich. Die umfangreichen Forschungen, Untersuchungen und Experimente des Autors zu wasserabweisenden Bändern haben eine ausreichende technische Grundlage für die Entwicklung technischer Standards für wasserabweisende Bänder geschaffen. Die Leistungsparameter des Wasserbarrierewerts werden anhand der folgenden Punkte ermittelt:
1) die Anforderungen der Glasfaserkabelnorm an die Wassersperre (hauptsächlich die Anforderungen an das Glasfaserkabelmaterial in der Glasfaserkabelnorm);
2) Erfahrungen in der Herstellung und Verwendung von Wassersperren und entsprechende Prüfberichte;
3) Forschungsergebnisse zum Einfluss der Eigenschaften wasserabweisender Bänder auf die Leistungsfähigkeit von Glasfaserkabeln.
4. 1 Aussehen
Das Erscheinungsbild des Wasserabsperrbandes sollte aus gleichmäßig verteilten Fasern bestehen; die Oberfläche sollte flach und frei von Falten, Knicken und Rissen sein; es sollten keine Risse in der Breite des Bandes vorhanden sein; das Verbundmaterial sollte frei von Delamination sein; das Band sollte fest gewickelt sein und die Kanten des Handbandes sollten keine „Strohhutform“ aufweisen.
4.2 Mechanische Festigkeit des Fugenbandes
Die Zugfestigkeit des Wasserstopps hängt vom Herstellungsverfahren des Polyestervliesbandes ab. Unter gleichen quantitativen Bedingungen ist das Viskoseverfahren zugfester als das Warmwalzverfahren, die Dicke ist jedoch geringer. Die Zugfestigkeit des Wassersperrbandes variiert je nach Art der Kabelumwicklung.
Dies ist ein wichtiger Indikator für zwei der wasserblockierenden Bänder, für die die Testmethode hinsichtlich Gerät, Flüssigkeit und Testverfahren vereinheitlicht werden sollte. Das wichtigste wasserblockierende Material im wasserblockierenden Band ist teilweise vernetztes Natriumpolyacrylat und seine Derivate, die empfindlich auf die Zusammensetzung und Art der Wasserqualitätsanforderungen reagieren. Um den Standard der Quellhöhe des wasserblockierenden Bandes zu vereinheitlichen, ist die Verwendung von deionisiertem Wasser vorzuziehen (bei Schiedsverfahren wird destilliertes Wasser verwendet), da deionisiertes Wasser, das im Wesentlichen reines Wasser ist, keine anionischen und kationischen Komponenten enthält. Der Absorptionsmultiplikator von Wasserabsorptionsharz variiert stark in unterschiedlichen Wasserqualitäten. In reinem Wasser beträgt der Absorptionsmultiplikator 100 % des Nennwerts, in Leitungswasser 40 % bis 60 % (je nach Wasserqualität des jeweiligen Standorts), in Meerwasser 12 %. Bei Grundwasser oder Rinnenwasser ist dies komplexer, die Bestimmung des Absorptionsprozentsatzes ist schwierig und sein Wert wird sehr niedrig sein. Um die Wassersperrwirkung und Lebensdauer des Kabels sicherzustellen, verwenden Sie am besten ein Wassersperrband mit einer Quellhöhe von > 10 mm.
4.3Elektrische Eigenschaften
Im Allgemeinen enthält das optische Kabel keine Metalldrähte zur Übertragung elektrischer Signale und erfordert daher nicht die Verwendung von wasserfestem Halbleiterband. Nur 33 Wang Qiang usw.: Wasserfestes Klebeband für optische Kabel
Bevor elektrische Signale an ein elektrisches Verbundkabel übermittelt werden, werden gemäß Vertrag spezifische Anforderungen an die Kabelstruktur gestellt.
4.4 Thermische Stabilität Die meisten wasserabweisenden Bänder erfüllen die Anforderungen an die thermische Stabilität: Langzeittemperaturbeständigkeit bis 90 °C, maximale Betriebstemperatur bis 160 °C, kurzfristige Temperaturbeständigkeit bis 230 °C. Die Leistung des wasserabweisenden Bandes sollte sich bei diesen Temperaturen nach einer bestimmten Zeit nicht ändern.
Die Gelstärke sollte die wichtigste Eigenschaft eines intumeszierenden Materials sein, während die Expansionsrate nur dazu dient, die Länge der anfänglichen Wassereindringung (weniger als 1 m) zu begrenzen. Ein gutes Expansionsmaterial sollte die richtige Expansionsrate und eine hohe Viskosität haben. Ein schlechtes Wasserbarrierematerial wird selbst mit hoher Expansionsrate und niedriger Viskosität schlechte Wasserbarriereeigenschaften haben. Dies kann durch Vergleich mit einer Reihe von Wärmezyklen getestet werden. Unter hydrolytischen Bedingungen zerfällt das Gel in eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, was seine Qualität verschlechtert. Dies wird erreicht, indem eine reine Wassersuspension mit Quellpulver 2 Stunden lang gerührt wird. Das entstandene Gel wird dann vom überschüssigen Wasser getrennt und in ein Rotationsviskosimeter gegeben, um die Viskosität vor und nach 24 Stunden bei 95 °C zu messen. Der Unterschied in der Gelstabilität ist sichtbar. Dies geschieht üblicherweise in Zyklen von 8 Stunden von 20 °C bis 95 °C und 8 Stunden von 95 °C bis 20 °C. Die relevanten deutschen Normen schreiben 126 Zyklen von 8 Stunden vor.
4. 5 Kompatibilität Die Kompatibilität der Wasserbarriere ist ein besonders wichtiges Merkmal im Hinblick auf die Lebensdauer des Glasfaserkabels und sollte daher im Hinblick auf die bisher verwendeten Glasfaserkabelmaterialien betrachtet werden. Da die Kompatibilität erst nach einiger Zeit eintritt, muss der beschleunigte Alterungstest durchgeführt werden. Dabei wird die Kabelmaterialprobe sauber gewischt, mit einer Schicht trockenem, wasserabweisendem Klebeband umwickelt und 10 Tage lang in einer Konstanttemperaturkammer bei 100 °C gelagert. Anschließend wird die Qualität gewogen. Die Zugfestigkeit und Dehnung des Materials sollten sich nach dem Test um nicht mehr als 20 % ändern.
Veröffentlichungszeit: 22. Juli 2022