1 Einleitung
Um die Längsabdichtung von Glasfaserkabeln sicherzustellen und zu verhindern, dass Wasser und Feuchtigkeit in das Kabel oder die Anschlussdose eindringen und das Metall und die Faser korrodieren, was zu Wasserstoffschäden, Faserbrüchen und einem starken Abfall der elektrischen Isolationsleistung führen kann, werden üblicherweise die folgenden Methoden zum Schutz vor Wasser und Feuchtigkeit verwendet:
1) Füllen Sie das Innere des Kabels mit thixotropem Fett, beispielsweise wasserabweisendem (hydrophobem), wasserquellendem und wärmeausdehnendem Fett usw. Diese Materialien sind ölig, erfordern große Füllmengen, sind teuer, verschmutzen leicht die Umwelt, sind schwer zu reinigen (insbesondere beim Spleißen von Kabeln mit Lösungsmitteln) und haben ein zu hohes Eigengewicht.
2) Die Verwendung eines wasserabweisenden Rings aus Heißschmelzkleber zwischen dem inneren und äußeren Mantel ist ein ineffizienter und komplexer Prozess, der nur von wenigen Herstellern umgesetzt werden kann. 3) Die Verwendung von trocken expandierten wasserabweisenden Materialien (wasserabsorbierendes Expansionspulver, wasserabweisendes Band usw.). Diese Methode erfordert einen hohen Technologie- und Materialaufwand sowie hohe Kosten und hat zudem ein zu hohes Eigengewicht des Kabels. In den letzten Jahren wurde die „Trockenkern“-Struktur bei optischen Kabeln eingeführt und im Ausland gut angewendet, insbesondere bei der Lösung des Problems des hohen Eigengewichts und des komplexen Spleißprozesses bei einer großen Anzahl von Kernen optischer Kabel, die unvergleichliche Vorteile bieten. Das wasserabweisende Material, das bei diesem „Trockenkern“-Kabel verwendet wird, ist wasserabweisendes Garn. Das wasserabweisende Garn kann schnell Wasser aufnehmen und zu einem Gel aufquellen, das den Raum des Wasserkanals des Kabels abdichtet und so den Zweck der Wasserabweisung erfüllt. Darüber hinaus enthält das wasserabweisende Garn keine öligen Substanzen, und die für die Spleißvorbereitung erforderliche Zeit kann erheblich reduziert werden, da keine Tücher, Lösungs- und Reinigungsmittel erforderlich sind. Um einen einfachen Prozess, eine praktische Konstruktion, zuverlässige Leistung und kostengünstige wasserabweisende Materialien zu erreichen, haben wir ein neues wasserabweisendes Garn für optische Kabel entwickelt – ein wasserabweisendes Quellgarn.
2 Wasserblockierungsprinzip und Eigenschaften des wasserblockierenden Garns
Die wasserabweisende Funktion von wasserabweisendem Garn besteht darin, den Hauptteil der wasserabweisenden Garnfasern zu nutzen, um ein großes Gelvolumen zu bilden (die Wasseraufnahme kann das Zehnfache des Eigenvolumens erreichen, z. B. kann sich Wasser in der ersten Minute schnell von ca. 0,5 mm auf ca. 5,0 mm Durchmesser ausdehnen). Das Gel hat ein sehr hohes Wasserrückhaltevermögen und kann das Wachstum von Wasserbäumchen wirksam verhindern, wodurch das weitere Eindringen und Ausbreiten von Wasser verhindert wird, wodurch die Wasserbeständigkeit gewährleistet wird. Da Glasfaserkabel während der Herstellung, Prüfung, des Transports, der Lagerung und des Gebrauchs verschiedenen Umweltbedingungen standhalten müssen, muss wasserabweisendes Garn für die Verwendung in Glasfaserkabeln die folgenden Eigenschaften aufweisen:
1) Ein sauberes Erscheinungsbild, gleichmäßige Dicke und eine weiche Textur;
2) Eine gewisse mechanische Festigkeit, um die Spannungsanforderungen beim Formen des Kabels zu erfüllen;
3) schnelles Quellen, gute chemische Stabilität und hohe Festigkeit für Wasseraufnahme und Gelbildung;
4) Gute chemische Stabilität, keine korrosiven Bestandteile, resistent gegen Bakterien und Schimmel;
5) Gute thermische Stabilität, gute Wetterbeständigkeit, anpassungsfähig an verschiedene nachfolgende Verarbeitungs- und Produktionsprozesse und verschiedene Einsatzumgebungen;
6) Gute Kompatibilität mit anderen Materialien von Glasfaserkabeln.
3 Wasserfestes Garn in der Anwendung von Glasfaserkabeln
3.1 Der Einsatz wasserfester Garne in Glasfaserkabeln
Hersteller von Glasfaserkabeln können im Produktionsprozess unterschiedliche Kabelstrukturen verwenden, um den Bedürfnissen der Benutzer entsprechend ihrer tatsächlichen Situation und den Anforderungen der Benutzer gerecht zu werden:
1) Längswassersperre des Außenmantels mit wassersperrenden Garnen
Bei einer Panzerung mit gewelltem Stahlband muss der Außenmantel in Längsrichtung wasserdicht sein, um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Kabel oder den Anschlusskasten zu verhindern. Um die Längswassersperre des Außenmantels zu erreichen, werden zwei Wassersperrgarne verwendet. Eines davon wird parallel zum Kabelkern des Innenmantels gelegt, das andere in einem bestimmten Abstand (8 bis 15 cm) um den Kabelkern gewickelt und mit gewelltem Stahlband und PE (Polyethylen) umhüllt, sodass das Wassersperrgarn den Spalt zwischen Kabelkern und Stahlband in einen kleinen geschlossenen Raum unterteilt. Das Wassersperrgarn quillt innerhalb kurzer Zeit auf und bildet ein Gel, das das Eindringen von Wasser in das Kabel verhindert und das Wasser auf einige kleine Räume in der Nähe der Fehlerstelle beschränkt. So wird der Zweck der Längswassersperre erreicht, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Typische Verwendung von wasserabweisendem Garn in optischen Kabeln
2) Längswassersperre der Kabelseele mit wassersperrenden GarnenIm Kabelkern können zwei wasserabweisende Garne verwendet werden. Eine davon ist der Kabelkern aus verstärktem Stahldraht. Dabei werden zwei wasserabweisende Garne verwendet. Normalerweise werden ein wasserabweisendes Garn und ein verstärkter Stahldraht parallel angeordnet. Das andere wasserabweisende Garn wird in größerem Abstand um den Draht gewickelt. Auch hier werden zwei wasserabweisende Garne und ein verstärkter Stahldraht parallel angeordnet. Das wasserabweisende Garn hat eine hohe Dehnungskapazität, um Wasser abzuhalten. Die zweite besteht aus einem wasserabweisenden Garn als Bindegarn auf der losen Mantelfläche, bevor der innere Mantel zusammengedrückt wird. Dabei werden zwei wasserabweisende Garne in kleinerem Abstand (1–2 cm) in entgegengesetzter Richtung herum gewickelt, wodurch ein dichter, kleiner Sperrbehälter entsteht, der das Eindringen von Wasser verhindert und eine „trockene Kabelkern“-Struktur erzeugt.
3.2 Auswahl wasserfester Garne
Um im Herstellungsprozess von Glasfaserkabeln sowohl eine gute Wasserbeständigkeit als auch eine zufriedenstellende mechanische Verarbeitungsleistung zu erzielen, sollten bei der Auswahl des wasserbeständigen Garns die folgenden Aspekte beachtet werden:
1) Die Dicke des wasserabweisenden Garns
Um sicherzustellen, dass die Ausdehnung des wasserabweisenden Garns die Lücken im Kabelquerschnitt füllen kann, ist die Wahl der Dicke des wasserabweisenden Garns entscheidend. Diese hängt natürlich von der Baugröße des Kabels und der Ausdehnungsrate des wasserabweisenden Garns ab. In der Kabelstruktur sollten Lücken minimiert werden, z. B. durch die Verwendung eines wasserabweisenden Garns mit hoher Ausdehnungsrate. Dadurch kann der Durchmesser des wasserabweisenden Garns auf ein Minimum reduziert werden, um eine zuverlässige Wasserabdichtung zu erzielen und gleichzeitig Kosten zu sparen.
2) Quellrate und Gelstärke von wasserblockierenden Garnen
Der Wasserdurchdringungstest nach IEC794-1-F5B wird am gesamten Querschnitt des Glasfaserkabels durchgeführt. Eine 3 m lange Probe des Glasfaserkabels wird mit 1 m Wassersäule beaufschlagt und 24 Stunden ohne Leckage überstanden. Wenn die Quellrate des wasserabweisenden Garns nicht mit der Geschwindigkeit des eindringenden Wassers Schritt hält, ist es möglich, dass das Wasser innerhalb weniger Minuten nach Testbeginn durch die Probe gedrungen ist und das wasserabweisende Garn noch nicht vollständig aufgequollen ist. Nach einiger Zeit quillt das wasserabweisende Garn zwar vollständig auf und blockiert das Wasser, aber auch dies stellt einen Fehler dar. Wenn die Quellrate schneller ist und die Gelstärke nicht ausreicht, hält sie dem von 1 m Wassersäule erzeugten Druck nicht stand, und die Wasserabdichtung versagt ebenfalls.
3) Weichheit des wasserabweisenden Garns
Da die Weichheit des wasserabweisenden Garns die mechanischen Eigenschaften des Kabels, insbesondere den Seitendruck, die Schlagfestigkeit usw., stärker beeinflusst, sollten Sie versuchen, ein weicheres wasserabweisendes Garn zu verwenden.
4) Die Zugfestigkeit, Dehnung und Länge des wasserblockierenden Garns
Bei der Herstellung jeder Kabelrinnenlänge muss das wasserabweisende Garn durchgehend und ununterbrochen sein. Dies erfordert eine gewisse Zugfestigkeit und Dehnung des wasserabweisenden Garns, um sicherzustellen, dass das wasserabweisende Garn während des Produktionsprozesses nicht gezogen wird und das Kabel beim Dehnen, Biegen oder Verdrehen des wasserabweisenden Garns nicht beschädigt wird. Die Länge des wasserabweisenden Garns hängt hauptsächlich von der Länge der Kabelrinne ab. Um die Anzahl der Garnwechsel bei kontinuierlicher Produktion zu reduzieren, ist es besser, das wasserabweisende Garn länger zu halten.
5) Der Säure- und Alkaligehalt des wasserblockierenden Garns sollte neutral sein, da das wasserblockierende Garn sonst mit dem Kabelmaterial reagiert und Wasserstoff ausfällt.
6) Stabilität wasserblockierender Garne
Tabelle 2: Vergleich der wasserblockierenden Struktur von wasserblockierenden Garnen mit anderen wasserblockierenden Materialien
| Artikel vergleichen | Geleefüllung | Heißschmelz-Wasserstopperring | Wasserblockierendes Klebeband | Wasserblockierendes Garn |
| Wasserdichtigkeit | Gut | Gut | Gut | Gut |
| Verarbeitbarkeit | Einfach | Kompliziert | Komplexer | Einfach |
| Mechanische Eigenschaften | Qualifiziert | Qualifiziert | Qualifiziert | Qualifiziert |
| Langfristige Zuverlässigkeit | Gut | Gut | Gut | Gut |
| Mantelklebekraft | Gerecht | Gut | Gerecht | Gut |
| Verbindungsrisiko | Ja | No | No | No |
| Oxidationseffekte | Ja | No | No | No |
| Lösungsmittel | Ja | No | No | No |
| Masse pro Längeneinheit des Glasfaserkabels | Schwer | Licht | Schwerer | Licht |
| Unerwünschter Materialfluss | Möglich | No | No | No |
| Sauberkeit in der Produktion | Arm | Mehr Arme | Gut | Gut |
| Materialhandhabung | Schwere Eisenfässer | Einfach | Einfach | Einfach |
| Investitionen in Ausrüstung | Groß | Groß | Größer | Klein |
| Materialkosten | Höher | Niedrig | Höher | Untere |
| Produktionskosten | Höher | Höher | Höher | Untere |
Die Stabilität von wasserabweisenden Garnen wird hauptsächlich anhand ihrer Kurzzeit- und Langzeitstabilität gemessen. Die Kurzzeitstabilität wird hauptsächlich durch den kurzfristigen Temperaturanstieg (Extrusionsmanteltemperatur bis 220–240 °C) auf die Wasserbarriereeigenschaften und die mechanischen Eigenschaften des wasserabweisenden Garns bei Stößen bestimmt. Die Langzeitstabilität wird hauptsächlich durch die Alterung der Ausdehnungsrate, die Ausdehnungsrate, die Gelfestigkeit und -stabilität, die Zugfestigkeit und die Dehnung bei Stößen bestimmt. Das wasserabweisende Garn muss während der gesamten Lebensdauer des Kabels (20–30 Jahre) wasserabweisend sein. Ähnlich wie bei wasserabweisendem Fett und wasserabweisendem Klebeband sind die Gelfestigkeit und -stabilität des wasserabweisenden Garns wichtige Eigenschaften. Ein wasserabweisendes Garn mit hoher Gelfestigkeit und guter Stabilität kann seine guten wasserabweisenden Eigenschaften über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten. Im Gegensatz dazu zersetzt sich das Gel einiger Materialien gemäß den einschlägigen deutschen Normen unter Hydrolysebedingungen in ein sehr mobiles Material mit niedrigem Molekulargewicht und erreicht nicht den Zweck der langfristigen Wasserbeständigkeit.
3.3 Anwendung wasserblockierender Garne
Wasserblockierendes Garn ist ein hervorragendes wasserblockierendes Material für optische Kabel und ersetzt die Ölpaste, den wasserblockierenden Ring aus Heißschmelzkleber und das wasserblockierende Band usw., die in großen Mengen bei der Herstellung optischer Kabel verwendet werden. Tabelle 2 zeigt zum Vergleich einige der Eigenschaften dieser wasserblockierenden Materialien.
4 Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das wasserabweisende Garn ein hervorragendes wasserabweisendes Material ist, das sich für optische Kabel eignet. Es zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion, zuverlässige Leistung, hohe Produktionseffizienz und einfache Handhabung aus. Die Verwendung des Materials zum Füllen des optischen Kabels bietet die Vorteile von geringem Gewicht, zuverlässiger Leistung und niedrigen Kosten.
Veröffentlichungszeit: 16. Juli 2022