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 oder wärmeausdehnendem Fett. Diese Materialien sind ölig, erfordern große Füllmengen, sind teuer, belasten die Umwelt leicht, 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) 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 Adern optischer Kabel bietet sie unvergleichliche Vorteile. 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, sodass die Spleißvorbereitungszeit ohne den Einsatz von Tüchern, Lösungs- und Reinigungsmitteln erheblich reduziert werden kann. Um einen einfachen Prozess, eine praktische Konstruktion, zuverlässige Leistung und kostengünstige wasserabweisende Materialien zu gewährleisten, haben wir ein neuartiges wasserabweisendes Garn für Glasfaserkabel entwickelt – ein wasserabweisendes Quellgarn.
2 Wasserblockierungsprinzip und Eigenschaften des wasserblockierenden Garns
Die wasserabweisende Funktion von wasserabweisendem Garn besteht darin, dass der Hauptteil der wasserabweisenden Garnfasern ein großes Gelvolumen bildet (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 hohes Wasserrückhaltevermögen und kann so das Wachstum von Wasserbäumchen wirksam verhindern und so das weitere Eindringen und Ausbreiten von Wasser verhindern, um die Wasserbeständigkeit zu gewährleisten. Da Glasfaserkabel während Herstellung, Prüfung, Transport, Lagerung und Nutzung verschiedenen Umweltbedingungen standhalten müssen, muss wasserabweisendes Garn für den Einsatz in Glasfaserkabeln die folgenden Eigenschaften aufweisen:
1) Ein sauberes Erscheinungsbild, gleichmäßige Dicke und eine weiche Textur;
2) Eine gewisse mechanische Festigkeit, um den Spannungsanforderungen beim Formen des Kabels gerecht zu werden;
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 Witterungsbeständigkeit, 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 Die Verwendung 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) Längswasserblockierung des Außenmantels mit wasserblockierenden Garnen
Bei einer Panzerung mit gewelltem Stahlband muss der Außenmantel längs 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 des Kabelkerns mit wassersperrenden GarnenIm Kabelkern können zwei wasserabweisende Garne verwendet werden: Zum einen im Kabelkern aus verstärktem Stahldraht, wo zwei wasserabweisende Garne verwendet werden, normalerweise ein wasserabweisendes Garn und ein verstärkter Stahldraht parallel angeordnet, und zum anderen ein wasserabweisendes Garn mit größerem Abstand um den Draht gewickelt, wobei auch zwei wasserabweisende Garne und ein verstärkter Stahldraht parallel angeordnet sind, wobei ein wasserabweisendes Garn mit hoher Dehnungskapazität verwendet wird, um Wasser abzuhalten; zum anderen wird auf der losen Manteloberfläche vor dem Zusammendrücken der inneren Hülle das wasserabweisende Garn als Bindegarn verwendet, wobei zwei wasserabweisende Garne mit kleinerem Abstand (1 bis 2 cm) in entgegengesetzter Richtung herumgewickelt werden, wodurch ein dichter und kleiner Sperrbehälter entsteht, der das Eindringen von Wasser verhindert und eine Struktur mit „trockenem Kabelkern“ bildet.
3.2 Auswahl wasserfester Garne
Um im Herstellungsprozess von Glasfaserkabeln sowohl eine gute Wasserbeständigkeit als auch eine zufriedenstellende mechanische Verarbeitungsleistung zu erreichen, 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 Garndicke entscheidend. Diese hängt natürlich von der Kabelgröße und der Ausdehnungsrate des wasserabweisenden Garns ab. In der Kabelstruktur sollten Lücken minimiert werden, beispielsweise durch die Verwendung eines wasserabweisenden Garns mit hoher Ausdehnungsrate. Dadurch kann der Durchmesser des wasserabweisenden Garns so klein wie möglich gehalten werden, um eine zuverlässige Wasserabdichtung zu erzielen und gleichzeitig Kosten zu sparen.
2) Quellgeschwindigkeit 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 lang ohne Leckage getestet. Wenn die Quellrate des wasserblockierenden Garns nicht mit der Geschwindigkeit des eindringenden Wassers Schritt hält, kann es sein, dass das Wasser innerhalb weniger Minuten nach Testbeginn durch die Probe gedrungen ist und das wasserblockierende Garn noch nicht vollständig aufgequollen ist. Nach einiger Zeit quillt das wasserblockierende 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 Wasserblockierung versagt ebenfalls.
3) Weichheit des wasserblockierenden Garns
Da die Weichheit des wasserabweisenden Garns die mechanischen Eigenschaften des Kabels, insbesondere den seitlichen Druck, 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 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 wählen.
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 |
| Längenbezogene Masse 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 Einfluss kurzfristiger Temperaturerhöhungen (Extrusionsmanteltemperatur bis 220–240 °C) auf die Wasserbarriereeigenschaften und die mechanischen Eigenschaften des wasserabweisenden Garns unter Berücksichtigung der Stoßfestigkeit berücksichtigt. Die Langzeitstabilität berücksichtigt hauptsächlich die Alterung des wasserabweisenden Garns, seine Ausdehnungsrate, seine Gelfestigkeit und -stabilität, seine Zugfestigkeit und -dehnung. Das wasserabweisende Garn muss während der gesamten Lebensdauer des Kabels (20–30 Jahre) wasserabweisend sein. Ähnlich wie bei wasserabweisendem Fett und wasserabweisendem Band 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 niedermolekulares Material und erreicht nicht den Zweck der langfristigen Wasserbeständigkeit.
3.3 Anwendung von wasserblockierenden Garnen
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. In Tabelle 2 sind einige der Eigenschaften dieser wasserblockierenden Materialien zum Vergleich aufgeführt.
4 Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das wasserblockierende Garn ein ausgezeichnetes wasserblockierendes Material ist, das sich für optische Kabel eignet. Es zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion, zuverlässige Leistung, hohe Produktionseffizienz und Benutzerfreundlichkeit 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